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1、2011新版大纲,第二章 计算机组成原理,1,第二章 计算机组成原理,第一节 计算机系统的组成第二节 计算机的分类第三节 计算机指令第四节 计算机的工作原理第五节 微型计算机硬件基本结构及功能,2,2.1 计算机系统的组成 1,3,一、硬件系统：包含运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个部分。1、运算器又称为算术逻辑部件，用于进行算术运算和逻辑运算。2、控制器由指令寄存器、程序计数器和操作控制器组成。控制器通过执行程序使计算机完成规定的处理任务。注意：CPU由运算器和控制器组成。,2.1 计算机系统的组成 2,4,3、存储器计算机的记忆部件 ，用来存放数据、程序和计算机结果。分为内、外
2、存储器。内存储器简称内存，又称为主存（储器）。包括只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）特点：能够直接与CPU交换信息，容量小，速度快，价格相对高。外存储器简称外存，也称为辅助（存储器）。常用外存储器有：硬盘、光盘、移动存储器等。特点：不能直接与CPU交换信息，容量大，速度慢，价格相对低。,2.1 计算机系统的组成 3,5,4、输入设备用于向计算机输入信息，以二进制代码形式存放。常用输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。5、输出设备将计算机处理结果从内存中输出，以文字、图形和声音等形式。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、音箱等。,2.1 计算机系统的组成 4,6,二、软件系统,2.2 计算
3、机的分类 1,7,一、按功能和用途分类专用计算机为某种特定用途而设计。通用计算机有多种用途，只要为其安装相应的软件和硬件接口，就能完成各种工作。,2.2 计算机的分类 2,8,二、工作原理分类：指计算机采用的运算量的形式。数字计算机：采用不连续的数字量进行运算。模拟计算机：采用连续的电压或电流模拟物理量进行运算。混合计算机：结合了数字、模拟计算机的优点，混合运用两种运算量。,2.2 计算机的分类 3,9,三、按性能和规模分类区别在于体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格。巨型机：主要用于科学计算，运行速度极快。单片机：只用一片集成电路做成的计算机，体积小，结构简
4、单、性能指标较低、价格便宜。巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机（个人电脑PC）、单片机。,2.2 计算机的分类 4,10,四、今后计算机的发展趋势巨型化：满足尖端科学领域的需要。微型化：采用越大规模集成电路技术，因此体积小、功能强、价格低、可靠性高、适用范围广。网络化：利用现代通信技术和计算机技术，实现计算机互连、互通。智能化：模拟人的感觉、行为、思维过程。,2.3 计算机指令 1,11,一、指令是计算机完成某一特定操作而规定的命令，是对计算机进行控制的最小单元。由操作码和地址码（操作数）构成。操作码：指明该指令要完成的操作的性质与功能。地址码：指明所操作的数据或数据所在存储单元的地址。,
5、2.3 计算机指令 2,12,二、指令系统指令系统是计算机所能执行的全部指令的集合。它描述了计算机内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。包括算术运算型、逻辑运算型、数据传送型、判定和控制型、输入和输出型的指令等。完善的指令系统就达到四个方面的要求：完备性有效性规整性兼容性,2.3 计算机指令 3,13,三、程序程序是为实现特定目标或解决特定问题，将一批指令有序排列起来形成的指令组（指令集合）。,2.4 计算机的工作原理 1,14,一、冯诺依曼原理1946年数学家冯诺依曼提出了“存储程序控制”原理，也称为“冯诺依曼原理”。二、“存储程序控制”原理的基本内容1、计算机硬件体系结构由运算器、控制器、存
6、储器、输入和输出设备五大基本部件组成；2、计算机内部用二进制表示指令和数据；3、存储程序，程序控制。,2.4 计算机的工作原理 2,15,三、计算机工作过程即执行程序的过程，其步骤为：先编写程序，再通过输入设备将程序保存到存储器中（即存储程序）。然后让计算机根据程序自动操作（即程序控制）。计算机自动 执行程序的过程是：取出指令：从存储顺中取出要执行的指令送到CPU；分析指令：分析暂存的指令，明确指令对应的操作；执行指令：根据指令的操作要求，向各个部件发出相应控制信号，完成规定的操作；为执行下一条指令做好准备。,2.5 微型机硬件基本结构及功能 1,16,一、中央处理器（CPU）1、CPU的组成
7、：由运算器和控制器组成。运算器又称为算术逻辑单元（ALU），负责对数据进行运算处理的部件；控制器则负责控制和指挥计算机中各个部件 协调工作。现在的CPU由运算器、控制器和高速缓冲存储器（Cache）组成。2、CPU的工作原理：见课本P37。3、CPU的功能：指令控制操作控制,2.5 微型机硬件基本结构及功能 2,时间控制数据加工4、CPU的性能指标主频：也叫时钟频率，表示运算速度。单位GHz。字长：在单位时间内能一次处理二进制数的位数。外频：是系统总线的频率，也叫总线频率，单位MHz。表示整块主板的运行速度。倍频系数：是指CPU外频与主频相关的倍数。公式：CPU的主频=外频*倍频系数缓存：又称
8、高速缓存（Cache），是指在CPU和内存之间进行高速数据交换的存储器，分为一、二、三级缓存（L1/2/3 Cache ）。,17,2.5 微型机硬件基本结构及功能 3,二、系统总线作用：连接微型计算机系统中各个部件的一组公共信号线，是计算机中传输数据、信息的公共通道。组成：包括数据总线DB，地址总线AB和控制总线CB。数据总线DB作用：CPU、存储器和输入/输出设备的数据传送。地址总线AB作用：传送存储器单元地址或输入/输出设备地址信息。控制总线CB作用：传送控制器的各种控制信号。,18,2.5 微型机硬件基本结构及功能 4,三、内存储器一般以字节为存储单元的基本单位。分为随机存取存储器（R
9、AM）和只读存储器（ROM）。RAM：随机存取（读写）存储器。特点：即能读取也能写入数据，断电时其信息丢失。作用：用于存放运行的程序、处理的数据及中间结果等。例：内存条。ROM其特点：只能读出不能写入，断电时其信息不丢失。作用：用于存放基本输入/输出设备驱动程序等不变的程序和数据。例：基本输入/输出设备驱动程序（BIOS）。,19,2.5 微型机硬件基本结构及功能 5,四、输入/输出系统1、输入/输出的控制方式程序查询方式：通过软件来实现；CPU使用效率较低。中断方式：鼠标、键盘等大多数外设采用此方式。DMA方式：速度最快的，广泛用于硬盘和光驱。外部设备的接口PS/2接口：圆形6孔插座，用于接
10、连键盘（紫色）和鼠标（绿色）。并行接口（LPT接口）：采用并行传输方式来传输数据。接口为红色，用于连接本地打印机。,20,2.5 微型机硬件基本结构及功能 6,串行接口（COM接口）：即标准RS-232接口，9针D形接口，网络设备中的Console接口也有采用COM口的。早期的鼠标接口也用过COM口。VGA显示器接口：向显示器输出相应的图像信号。三排、15针孔的D型接口，蓝色。USB接口：即插即用，可热插拔。音频接口：粉红色接口用于音频输入设备，如麦克风；绿色接口用于连接音频输出设备，如耳机、音箱；蓝色接口用于线路输入。RJ-45以太网接口：主板上集成了网卡，才有的接口。,21,2.5 微型机
11、硬件基本结构及功能 7,五、输入设备1、键盘按键数分：104键和108键与主板的接口分：COM接口（淘汰）、PS/2接口、USB接口和无线接口。2、鼠标工作原理分：机械式和光电式与主板的接口分： COM接口（淘汰）、PS/2接口、USB接口和无线接口。基本操作：指向、单击、双击、拖动和右击。,22,2.5 微型机硬件基本结构及功能 8,3、扫描仪：一种图形输入设备，可识别文字和图片。4、数码相机：简称DC。主要性能指标：光圈：获得正确投影；控制感光材料的曝光量。快门：用于决定进光时间长短的装置。一般来说范围越大越好。CCD尺寸：感光芯片的大小。数值一般不大于1，要求越大越好。变焦：分为光学变焦
12、和数码变焦。像素：数码相机的分辨率。有总像素数和有效像素数之分。,23,2.5 微型机硬件基本结构及功能 9,5、数码摄像机：简称VC。主要性能指标：信噪比：衡量摄像机的重要指标。越高则图像越干净，摄像机质量越高。最低强度灵敏度：灵敏度越高、最低照度越低，摄像机质量越高。解析力：一般用清晰度表示，分为水平清晰度和垂直清晰度。,24,2.5 微型机硬件基本结构及功能 10,六、输出设备1、显示器：又称监视器。分为CRT（阴极射线管）显示器和LCD（液晶）显示器。性能指标显示屏的大小：表示显示屏对角线的长度，单位英寸。分辨率：反映显示器的清晰程序。表示方式：水平像素个数*垂直像素个数。刷新频率：图
13、像每秒钟更新的次数。LCD固定为60Hz。像素的颜色数目：一个像素可能显示的颜色数。相关的环保指标等。,25,2.5 微型机硬件基本结构及功能 11,2、打印机：分为击打式和非击打式击打式：一般是针式打印机（耗材：色带），用于打印票据。其特点：价格便宜，耗材成本低。但只能音色打印，且速度慢，噪音大。非击打式：又分为喷墨打印机（耗材：墨盒），激光打印机（耗材：墨粉），热敏式打印机（热敏纸）。喷墨打印机：价格不贵、耗材成本较高，损耗较快。但输出彩色图像好，打印效果好，打印速度较快，噪音低。激光打印机：打印速度快、质量高、噪声小。热敏式打印机：无噪声，结构轻而小，印字清晰。但速度慢、字迹保存性差。,
14、26,2.5 微型机硬件基本结构及功能 12,性能指标：打印精度；打印速度；彩色数目和与主机接口。七、外存储器1、软盘存储器：由软盘、软盘驱动器和软盘控制接口卡组成。2、硬盘：由磁盘和读写装置组成。磁头：每个磁头都对应一个有效盘面。柱面：所有盘面上的同一磁道构成了一个圆柱。扇区：每个磁道被划分为若干个圆弧段。存储容量=磁头数*柱面数*扇区数*每扇区容量,27,2.5 微型机硬件基本结构及功能 13,硬盘的大小：分为1.8英寸和2.5英寸（笔记本）、3.5英寸（台式机）和5.25英寸（已淘汰）。硬盘的转速：表示硬盘的读/写速度。分为7200rpm、5400rpm和4500rpm等。单位rpm，即
15、每分钟盘片旋转的圈数。硬盘数据线和主板相连的接口：分为IDE（也称为ATA或PATA），SATA（又称串口IDE）和SCSI。3、光盘与光驱光盘分为CD和DVD两大类，外观相似，但容量差别较大。根据光盘的写入次数：分为只读型 （ROM）、一次写入型 （R）和可擦写型 （RW）,28,2.5 微型机硬件基本结构及功能 14,对光盘进行读/写操作离不开光驱的支持，常见光驱有：CD-ROM：只能读取CD光盘CD-RW，能读取CD光盘，还对CD-R和CD-RW光盘进行记录。DVD-ROM，只能读取CD和DVD光盘。COMBO，能读取CD和DVD光盘，并对一次写入型和可擦 写型 CD和DVD光盘进行刻录。光驱又有倍速之分 。高倍速的光驱读取（写入）数据所需的时间较短。,29,2.5 微型机硬件基本结构及功能 15,4、U盘具有体积小、重量轻、可写保护、使用寿命长等特点。支持热插拔。5、磁带也称为海量存储器。要通过磁带机来对磁带进行读写操作。,30,台式机与笔记本硬盘比较,31,硬盘的接口,32,硬盘的内部结构,33,硬件系统图,34,外部设备的接口,35,
