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1、主要内容,2.1 计算机中数值信息的表示 2.2 计算机系统的硬件组成 2.3 中央处理器及其工作原理 2.4 存储设备 2.5 输入输出设备2.6 计算机的选配与正确使用,2.3 中央处理器及其工作原理,计算机工作原理,美籍匈牙利科学家冯诺依曼（Von Neumann）提出的思想:存储程序和程序控制目前绝大多数计算机都是基于冯诺依曼计算机模型而开发的。,John von Neumann冯诺依曼,一个问题的解算步骤（程序）连同它所处理的数据都使用二进制表示，并预先存放在存储器中。计算机工作时，处理器（CPU）从存储器（内存）中取出指令和数据，按照指令的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕
2、。演示,存储程序与程序控制,1）指令:由操作码和地址码组成,指令执行举例：要求计算简单算术题 5+4=?,2.3.1 指令系统,指令:是用来规定计算机执行的操作和操作对象的一个二进制串。,2.3.1 指令系统,指令系统:是计算机所有二进制指令的集合，不同CPU的指令系统是不相同的.指令系统分类（1）算术逻辑指令（2）传送指令（3）转移指令（4）控制指令（5）输入/输出指令（6）浮点运算指令（7）字符串处理指令指令周期：指取出一条指令并加以执行所需要的时间,不同的 计算机其指令系统通常有所不同，这主要取决于 A所用操作系统B系统的总线结构C所用的CPUD所用的程序设计语言,练 习,中央处理器（C
3、entral Processing Unit）CPU(一颗奔腾的芯)CPU内部包括：运算器控制器寄存器高速缓冲存储器CacheCPU的散热,电源（5V)接口,奔腾CPU,风扇,2.3.2 中央处理器（CPU）,（1）运算器(Arithmetic Logic Unit-ALU)算术逻辑部件（ALU）寄存器组（2）控制器(Controller)程序计数器（PC）指令寄存器（IR）中断处理器指令译码器时钟发生器控制信号器,中央处理器（CPU）,（3）CPU指令执行过程指令执行步骤：简单归纳为“取指令”，“指令译码”，“执行指令”(1)指令预取部件访问指令cache(内存)提取一条指令。如快存中无，向
4、总线接口部件发出请求，要求访问存储器取得一条指令(2)总线接口部件在总线空闲时，通过总线取出一条指令放入cache和指令预取部件。(3)指令译码部件从指令预取部件中取得该指令，对指令中的操作码进行译码。(4)地址转换与管理部件计算出所使用的操作数的地址，通过总线从存储器中取得操作数。(5)运算器完成运算处理，并按结果设置处理器的状态标志。(6)需要时，把运算结果保存到指定的寄存器或内存单元。修改指令地址，供执行下一条指令时使用,（4）CPU主要技术参数字 长（位）：运算器和寄存器的宽度（Core i7的字长为64位）主 频（MHz):CPU工作的时钟频率运算速度（MIPS)：每秒钟完成整数运算
5、次数Cache的容量和速率,迅驰,酷睿,当前PC使用的CPU芯片共有4大品种：（1）奔腾（Pentium）：包括奔腾4*、奔腾M*、奔腾D*、奔腾至尊*和奔腾双核系列；（2）酷睿（Core）：包括酷睿2双核(Core 2 Duo)、酷睿2至尊(Core 2 Extreme)、酷睿2四核(Core 2 Quad)和 Core i7/i5/i3 处理器系列；（3）赛扬（Celeron）：包括赛扬*、赛扬D*和赛扬双核系列（赛扬可以看作是奔腾或Core 2的简化版）；（4）凌动（Atom）：属于超低电压處理器系列，主频不高，功耗较小，大多使用于上网本或移动终端设备,（*截止到2010年6月已经停产的
6、处理器型号）,个人计算机使用的CPU,它通常采用与CPU速度相接近的SRAM。其工作方法是将当前频繁访问的指令和要处理的数据复制到Cache中，CPU读写时,首先访问Cache，减少访问内存的次数，提高程序运行速度。,CPU,Cache,内存,（5）Cache(高速缓冲存储器/快存）,CPU使用的Cache是用SRAM组成的一种高速缓冲存储器，下列叙述中，正确的是 A、从功能上看,Cache实质上是 CPU寄存器的扩展B、Cache的存储速度接近于主存的存取速度 C、Cache的主要功能是提高主存和外存之间数据交换的速度D、Cache中的数据是主存中很小一部分内容的副本,练 习,为什么要采用多
7、核技术？,揭开外壳后的Pentium D处理器,主要内容,2.1 计算机中数值信息的表示 2.2 计算机系统的硬件组成 2.3 中央处理器及其工作原理 2.4 存储设备 2.5 输入输出设备2.6 计算机的选配与正确使用,2.4 存储设备,计算机系统的重要特性:具有极强的“记忆”能力,它能够把大量的数据、程序存储起来，具有这种功能的部件是存储器。,主存Primary memory（内存）存取速度快而容量较小，直接与CPU交换数据，是计算机的工作存储器。辅存Second memory（外存）存取速度慢而容量大，存放着计算机中所有信息，其中的信息需要先送入内存，CPU才可使用。,存储器,内存,外存
8、,存储设备,存储器操作,读出：从存储器单元中读数据，不破坏存储器单元中的内容，为保护性读出；写入：向存储器单元写数据为覆盖性写入，存储器单元只保存新数据，而旧数据将丢失；,2.4.1 内存储器,（1）随机存储器（RAM）可读可写，掉电后数据丢失分为SRAM(静态）和DRAM（动态）两种（2）只读存储器（ROM）只能读取数据，不能写入，数据永久保存可分为掩模ROM，可擦写ROM，Flash ROM,内存（主存）由半导体构成。内存存取速度快，价格贵，因此容量较小。,计算机的内存单元是以“字节”为最小单位进行线性编址的。为了标识每个存储单元，就给每个存储单元规定一个编号，此编号就是该存储单元的物理地
9、址。,低地址,高地址,SDRAM内存具有168个引脚，引脚上有两个不对称的缺口，在两侧各有一个缺口。,DDR RAM内存具有184个引脚，引脚上也只有一个小缺口。在两侧各有两个缺口。,RDRAM的外面包裹着一层金属屏蔽罩，以减少电磁干扰。在中间的两个缺口附近没有设计引脚，在两侧各有一个缺口。,从外观上看，它们之间的差别主要在于长度和引脚的数量，以及引脚上对应的缺口。,DDR3内存采用8Bit数据预取技术提升频率,3 数据单位,位（bit）一个二进制位（0 或1）,构成信息的最小单位。字节（Byte）计算机存储信息的基本单位，八个二进制位构成一个字节。b7b6b5b4b3b2b1b0（b7最高位
10、，b0最低位）,存储单位换算 千字节：1KB=1024B=210 B 兆字节：1MB=1024KB=220B 吉字节：1GB=1024MB=230B 太字节：1TB=1024GB=240B,网络传输速率单位比特/秒（bps或b/s）波特率(bps,Kbps,Mbps,Gbps)1Kb/s=103 b/s=1000 b/s 1Mb/s=106 b/s 1Gb/s=109 b/s 1Tb/s=1012 b/s,2.4.2 外存储器,大都由磁性材料制成，价格低；容量大，读写速度较慢；数据可永久保存,磁盘存储器,扇区sector,磁道track,簇cluster,磁盘数据存储原理,在每个同心圆的磁道上
11、就好像有无数的任意排列的小磁铁，它们分别代表着0和1的状态。当这些小磁铁受到来自磁头的磁力影响时，其排列的方向会随之改变。利用磁头的磁力控制指定的一些小磁铁方向，使每个小磁铁都可以用来储存信息。,硬盘驱动器内部结构,组成:磁盘片（存储介质）主轴与主轴电机 移动臂和磁头 控制电路 它们全部密封于一个盒状装置内，这就是通常所说的硬盘驱动器。,硬盘（Hard diskette）,硬盘（Hard diskette）,硬盘是在一个轴上装上若干个同样大小的圆盘片的装置，盘片由金属、陶瓷或玻璃制成，其表面涂上磁介质。逻辑盘C，D容量大，GB单位，数据读写较快接口标准：IDE，EIDE，SCSI,SATA性能
12、指标：容量，转速，缓存容量，平均等待时间，平均寻道时间，数据传输速率例：500GB/7200.12/16M,硬盘工作示意图,光盘存储器的发展,（注：DVD和BD的容量均为单面单层的容量）,光盘存储器,蓝光盘,光盘盘片结构，CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD-RW、DVD+RW通称光盘盘片结构，原理较类似。光盘盘片结构主要由印刷层、保护层、反射层、染料层和塑料基底组成。,A层印刷层 B层是保护层 C层是反射层 D层是染料层(记录层)E层是塑料基底,光盘存储器,光盘存储器,CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)（650MB）DVD(Digital Vide
13、o Disk)（4.7GB更多)WORM(Write Once Read Many)CD-RW(Compact Disk Rewritable),记录数据原理一条由里向外的螺旋道 凹坑边缘为“1”凹坑低部和平坦部分为“0”使用激光读出信息,信息记录轨道（光道）从盘片的中心到边缘的一个螺旋形轨道。,光盘的工作原理 利用激光在记录介质上烧刻出一系列的凹坑，来记录信息 读出信息时，利用激光光源照射在凹坑边缘时产生反射变化将信息读出,移动存储器,U盘（优盘，闪存）移动硬盘,容量：1G128G接口：USB,容量：250G2T接口：USB、IEEE 1394,内存储器,输出设备,运算器,控制器,CPU,输入设备,外存储器,内存外存的关系,RAM,外存储器,内存储器,CPU,打印机,键盘,输入设备,输出设备,D:,通知.Doc,问题：打开“通知.Doc”文件的处理过程？,例：计算机工作过程,存储器层次结构,补充掌握,容量越来越大,速度越来越快,
