第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

\二駕、.，第2章

計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

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\◎3《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》

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大學(xué)訐算機(jī)基礎(chǔ)

主要內(nèi)容：

A計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

A微型計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)

?常用外部設(shè)備的一般工作原理

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§2.1.1計(jì)算機(jī)基本工作原理

?指令和程序

?計(jì)算機(jī)的一般工作過(guò)程

A程序的執(zhí)行方式

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1.指令和程序

A指令：計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的“命令”；指

令是對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序控制的最小單位。

?指令系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的所有指令

的集合。指令系統(tǒng)是軟件與硬件的界面。

A程序：為解決某一問(wèn)題而設(shè)計(jì)的按一定

順序組織在一起的指令序列稱為程序。

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C語(yǔ)言程序段

例如，比較輸出兩數(shù)中的較大值的c語(yǔ)言程

序如下：

if(a>b)

printff'themaxnumberis”,a);

elseprintf^themaxnumberis”,b);

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指令格式

A指令是用來(lái)規(guī)定計(jì)算機(jī)執(zhí)行的操作和操作對(duì)象

所在存儲(chǔ)位置的一個(gè)二進(jìn)位串

■一條指令由操作碼和地址碼兩部分組成。例如二地址指

令格式如下：

操作碼地址碼1地址碼2

LOAD1,[300]指令碼目標(biāo)操作數(shù)源操作數(shù)

說(shuō)明指1令的功能說(shuō)明指令操t作的對(duì)象-

■操作碼：具體說(shuō)明指令的性質(zhì)或功能，每條指令只有一個(gè)操作碼

■地址碼：包括著操作數(shù)的來(lái)源，結(jié)果的去向或下一條指令的地址等

信息，不同指令中地址碼的個(gè)數(shù)可以不一樣。

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2?計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程j

A計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程就是執(zhí)行程序的

過(guò)程

程序-------------------------執(zhí)行結(jié)果

輸入設(shè)備內(nèi)存儲(chǔ)器

地址/指令/數(shù)據(jù)

微處理器

控制命令控制命令

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L“存儲(chǔ)程序”工作原理

>1945年美籍匈牙利科學(xué)家馮?諾依曼(VonNeumann)提出了一個(gè)

“存儲(chǔ)程序”的計(jì)算機(jī)方案。

口采用二進(jìn)制編碼形式表示數(shù)據(jù)和指令。

口執(zhí)行的程序存儲(chǔ)在內(nèi)存中，計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)

依次從內(nèi)存中取出指令執(zhí)行。

口計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入和

輸出五大基本部件組成。

>其工作原理的核心是“程序存儲(chǔ)”和“程序控制”。

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馮?諾依曼機(jī)的特點(diǎn)：

A將計(jì)算過(guò)程描述為由多條指令按一定順

序組成的程序，并放入存儲(chǔ)器保存。

A指令按其在存儲(chǔ)器中存放的順序執(zhí)行；

＞由控制器控制整個(gè)程序和數(shù)據(jù)的存取以

及程序的執(zhí)行；

A以運(yùn)算器為核心，所有的執(zhí)行都經(jīng)過(guò)運(yùn)

算器。

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指令執(zhí)行的一般過(guò)程

取指令—>分析指令一讀取操作數(shù)

執(zhí)行指令一存放結(jié)果

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計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的方式

A順序執(zhí)行：一條指令執(zhí)行完了再執(zhí)行

下一條指令。P46圖2-4

?并行執(zhí)行：同時(shí)執(zhí)行兩條或多條指令。

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兩種執(zhí)行方式的比較

＞并行執(zhí)行方式：（假設(shè)指令執(zhí)行分為三個(gè)步驟）

,取指令1■分析.執(zhí)行

指令1L，指令］

取指令2.分析.執(zhí)行

指令2一指令2

取指令3■分析.執(zhí)行

.指令3.指令3

?執(zhí)行時(shí)間：T=3At+(n-1)At

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兩種執(zhí)行方式的比較

＞順序執(zhí)行方式：（假設(shè)指令執(zhí)行分為三個(gè)步驟）

執(zhí)行時(shí)間=取指令+分析指令+執(zhí)行指令

A例：

設(shè)三個(gè)部分的執(zhí)行時(shí)間均為At,則執(zhí)行n條

指令時(shí)間￡為：

T0=3nAt

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兩種執(zhí)行方式時(shí)間的比較

A相對(duì)于順序執(zhí)行方式，并行執(zhí)行的加

速比：

S=T0/T

=3nAt/(3At+(n-1)At)

=3n/(2+n)

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2.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)

運(yùn)算器

r中央處理器，寄存器

I控制器

「主機(jī)部分《r只讀存儲(chǔ)器（ROM）

內(nèi)存儲(chǔ)器［隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器（RAM）

輸入/輸出接口

＜硬件系統(tǒng)＜

總線

計(jì)

，外存儲(chǔ)器（硬盤(pán)、軟盤(pán)、光盤(pán)、優(yōu)盤(pán)）

算

機(jī)外圍部分1輸入設(shè)備（鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、掃描儀）

系、輸出設(shè)備（顯示器、打印機(jī)）

統(tǒng)

「系統(tǒng)軟件(DOS、Windows>UNIX、Linux等)

1軟件系統(tǒng)

〔應(yīng)用軟件(Office、Photoshop>Flash

等)

OceanUniversityOfChinaDreamweaver

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軟件系統(tǒng)

A軟件：為運(yùn)行、管理和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

或?yàn)閷?shí)現(xiàn)某一功能而編寫(xiě)的各種程序的

總和及其相關(guān)資料。

,操作系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件管理、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)軟硬件資源的軟件

■系統(tǒng)應(yīng)用程序

軟件

—應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行提供支持的軟件平臺(tái)

應(yīng)用軟件

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3.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

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§2.2主機(jī)系統(tǒng)

A主機(jī)系統(tǒng)的物理構(gòu)成

A主機(jī)系統(tǒng)的邏輯構(gòu)成

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§221主機(jī)板

>CPU插座

A芯片組（固定在主板上的一組超大規(guī)模集成電路芯片總稱）

>內(nèi)存插槽

A系統(tǒng)BIOS（含上電自檢、系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)設(shè)置）

>CMOS（存儲(chǔ)系統(tǒng)配置信息）

>總線擴(kuò)展槽

A串行、并行接口

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＞教務(wù)處網(wǎng)絡(luò)教學(xué)--課程文檔—-CAI課件-

—計(jì)算機(jī)硬件組裝練習(xí)

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主機(jī)系統(tǒng)的邏輯構(gòu)成

「中央處理器（CPU）

存儲(chǔ)器

輸入/輸出接口

I總線

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L中央處理器CPU

A是計(jì)算機(jī)的核心，由控制器、運(yùn)算器、

寄存器組和輔助部件組成。

圖2?lPentiumMMX處理器

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CPU三部分組成

口運(yùn)算器ALU：加工、處理數(shù)據(jù)的部件，主要完成對(duì)數(shù)

據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。

口控制器：計(jì)算機(jī)的控制部件，它控制其他部件協(xié)調(diào)

統(tǒng)一的工作，并能完成對(duì)指令的分析和執(zhí)行。

口寄存器組：用來(lái)暫時(shí)存放數(shù)據(jù)的部件。用來(lái)存放當(dāng)

前運(yùn)算所需的各種操作數(shù)、地址信息、中間結(jié)果等

內(nèi)容。

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和石由住

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CPU工作頻率不斷提高，

而PC機(jī)的一些其他設(shè)備

（如插卡、硬盤(pán)等）卻受

CPU性能指標(biāo)到工藝的限制，不能承受

更高的頻率，倍頻技術(shù)使

CPU內(nèi)部工作頻率變?yōu)橥?/p>

部頻率的倍數(shù)，使外部設(shè)

備可以工作在一個(gè)較低外

頻上，而CPU主頻是外頻

的仰?數(shù)。一

主頻：CPU的時(shí)鐘頻率。是指CPU在單位時(shí)間（s）內(nèi)發(fā)出

的脈沖數(shù)。時(shí)鐘頻率越快，計(jì)算機(jī)的運(yùn)曼速鳥(niǎo)也越快。

L3GHZoj主板為CPU提供的'

外頻：主.頻二外頻*倍頻=<時(shí)鐘頻率，

字長(zhǎng)：字長(zhǎng)是指計(jì)算機(jī)能直接處理的二進(jìn)制信息的位數(shù)。

高速緩沖存儲(chǔ)器Cache：提高CPU訪問(wèn)內(nèi)存儲(chǔ)器的速度。

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2.存儲(chǔ)器

A定義：

用于存放計(jì)算機(jī)工作過(guò)程中需要操

作的數(shù)據(jù)和程序。

r內(nèi)存儲(chǔ)器

;外存儲(chǔ)器

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內(nèi)存儲(chǔ)器

特展存取速度較快，容量相對(duì)較小。

1.隨機(jī)存儲(chǔ)器(RandomAccessMemory)

可讀寫(xiě)的易失性存儲(chǔ)器

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2.CMOS存儲(chǔ)器

CMOS是電腦主板上的一塊可讀寫(xiě)的RAM芯片,

用它來(lái)保護(hù)當(dāng)前系統(tǒng)的硬件配置和用戶對(duì)某些參數(shù)的

設(shè)定（開(kāi)機(jī)時(shí)按下DEL鍵進(jìn)入設(shè)置界面）

CMOSRAM是隨機(jī)存儲(chǔ)器，具有斷電后消除記憶的

特點(diǎn)，人們就想到了使用電池保持其存儲(chǔ)內(nèi)容的方法。

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<http：//>GuxingSoft

CMOSSETUPUTILITY

AWARDSOFTWARE,INC.

STANDARDCMOSSETUPINTEGRATEDPERIPHERALS

BIOSFEATURESSETUPSUPERUISORPASSWORD

CHIPSETFEATURESSETUPUSERPASSWORD

POWERMANAGEMENTSETUPIDEHDDAUTODETECTION

PNP/PCICONFIGURATIONSAUE&EXITSETUP

LOADBIOSDEFAULTSEXITWITHOUTSAUING

LOADOPTIMUMSETTINGS

Esc：QuitT-l-><-：SelectItern

F10：Saue&ExitSetup(Shift〉F2：ChangeColor

Time，DateFHardDisk.Type...

<>GuxingSoft

STANDARDCMOSSETUP

AWARDSOFTWARE,INC.

Date<nn：dd：yy>：MonApr152002

Tine<hh：nn：ss>：10:58：28

HARDDISKSTVPESIZECYLSHEADPERCOttPLANDZSECTORMODE

4255063BA

PrimaryMaster：User6449M7800000

PrinarySlave：None0M00000

SecondaryMaster：None0M00000

SecondarySlave：None0M

DriveA：1.44M1.3.5in.

DriueB：NoneBaseMemory：640K

Floppy3ModeSupport：DisabledExtendedMemory：64512K

OtherMomory：384K

Uideo：EGA/UGA

HaltOn：NoErrorsTotalMemory：65536K

ESC：QuitTI-><-：SelectItemPU/PD/+Z-：Modify

OceanUniversityFl：Help(Shift〉F2：ChangeColor

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3.只讀存儲(chǔ)器（ReadOnlyMemory）:

ROM:存放BIO、

特點(diǎn)：可隨即訪問(wèn)?寫(xiě)入。ROM中的指令是永久的。

BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）

A固化于ROM中的程序，用

來(lái)引導(dǎo)計(jì)算機(jī)啟動(dòng)

?上電自檢

A初始化

A系統(tǒng)設(shè)置（系統(tǒng)設(shè)置:裝入或

更新CMOSRAM中的參數(shù)）

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內(nèi)存儲(chǔ)器

幾個(gè)概念：

＞內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容

A內(nèi)存容量

?內(nèi)存的操作

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內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容

A內(nèi)存所含存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)為內(nèi)存的容量，以字節(jié)為單位

A每個(gè)單元都對(duì)應(yīng)一個(gè)地址，以實(shí)現(xiàn)對(duì)單元內(nèi)容

的尋址。

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內(nèi)存操作

?讀：將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入CPU,原

單元內(nèi)容不改變；

A寫(xiě)：CPU將信息放入內(nèi)存單元，單元

中原來(lái)的內(nèi)容被覆蓋。

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內(nèi)存儲(chǔ)器地址

Il43H

44H

45H

46H

47H

48H

849H

內(nèi)存儲(chǔ)器地址

31—'43H

5444H

45H

例46H

6847H

48H

8

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內(nèi)存儲(chǔ)器地址內(nèi)存儲(chǔ)器地址

寫(xiě)操作W

34l|43H3443H

J44H

5454I44H

控制總線

67145H6745H

3546H地址總線3546H

68

47H數(shù)據(jù)總線

124目48H

H)49H

8

內(nèi)存儲(chǔ)器地址

3443H

5444H

6745H

例3546H

6847H

12448H

8J49H

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§2.3.2外存儲(chǔ)器

聯(lián)機(jī)外存----硬盤(pán)

＜軟盤(pán)

光盤(pán)

脫機(jī)外存

可移動(dòng)磁盤(pán)

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1.軟盤(pán)

?存儲(chǔ)格式----------------寫(xiě)保護(hù)口，現(xiàn)處于保護(hù)狀態(tài)

?格式化

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磁盤(pán)結(jié)構(gòu)

周磁道(cylinders)0磁道中存

有文件分配表(FAT)信息

昌扇區(qū)(Sectors,512字節(jié))

品簇(Cluster)一個(gè)磁道上的一

個(gè)或更多扇區(qū)組合成一個(gè)簇，簇

是DOS用來(lái)存儲(chǔ)文件信息的最

〃、單位。

磁盤(pán)結(jié)構(gòu)及磁道扇區(qū)劃分

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軟盤(pán)格式化

重新劃分磁道/扇區(qū)

容量二磁盤(pán)面數(shù)X磁道數(shù)/面X扇區(qū)數(shù)/磁道X字節(jié)數(shù)/扇區(qū)

容量=2X80X18X512（字節(jié)）

=1474560（字節(jié)B）

:::::芬

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2.硬盤(pán)

A磁盤(pán)工作原理

A磁盤(pán)信息存儲(chǔ)格式

廠記錄面=磁頭數(shù)

?磁道

I柱面：所有記錄面上同一編號(hào)的磁道

I扇區(qū)：每個(gè)扇區(qū)容量為512字節(jié)

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硬磁盤(pán)

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硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)

磁道

柱面

扇區(qū)

柱面、磁頭、扇區(qū)

唯一確切的扇區(qū)：

1磁頭、0柱面、12扇區(qū)

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硬磁盤(pán)

A硬盤(pán)的存儲(chǔ)容量

=磁頭數(shù)X柱面數(shù)X扇區(qū)數(shù)X扇區(qū)容量

A例：

若已知磁頭數(shù)為16,柱面數(shù)為4096,扇區(qū)數(shù)

為63,扇區(qū)容量512字節(jié)，貝卜

硬盤(pán)容量=16X4096X63X512=2.1GB

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硬磁盤(pán)

?硬盤(pán)接口標(biāo)準(zhǔn)

fEIDE簡(jiǎn)單，成本低；傳輸速度低，連接設(shè)備少,

|CPU占有率高。

「SCSI傳輸速度高，可靠性好，CPU占有率低，

連接設(shè)備多；構(gòu)造復(fù)雜，成本較高。

接口圖

IDE1接硬盤(pán)或光驅(qū)

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3.

r只讀光盤(pán)CD—ROM

一次性刻錄光盤(pán)CD—R

A光盤(pán)的種類

可擦寫(xiě)光盤(pán)CD—RW

DVD數(shù)字視盤(pán)

?主要技術(shù)指標(biāo)：容量、傳輸率、讀寫(xiě)時(shí)間

最早的為

150KB/S,記為

IX,50X——？

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媒M8章

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4.可

AUSB硬盤(pán)

愛(ài)國(guó)者移動(dòng)加密硬盤(pán)-

軍用型40GB

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f?i?i?i?ivprivi?l?i?1*1II