第2章 计算机系统的结构组成与工作原理要点
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第2章计算机系统的组成
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2.2 计算机硬件系统
算
输 入 设 备 备 设 出
输
1.1 计算机硬件
2. 2. 1
微型计算机的硬件组成
微型计算机硬件系统由主机和常用外围设备两大部分 组成。 组成。 主机由中央处理器(CPU)和内存储器 和内存储器(ROM,RAM)组 主机由中央处理器 和内存储器 组 用来执行程序、处理数据， 成，用来执行程序、处理数据，主机芯片都安装在一 块电路板上，这块电路板称为主机板（主板）。 ）。为了 块电路板上，这块电路板称为主机板（主板）。为了 与外围设备连接， 与外围设备连，在主机板上还安装有若干个接口插 槽，可以在这些插槽上插入不同外围设备连接的接口 用来连接不同的外部设备。 卡，用来连接不同的外部设备。 主机与外围设备之间信息通过两种接口传输。 主机与外围设备之间信息通过两种接口传输。一种是 串行接口，如鼠标；一种是并行接口，如打印机。 串行接口，如鼠标；一种是并行接口，如打印机。
常用的总线结构有： 常用的总线结构有： （1）ISA总线 ） 总线 （2）MCA总线 ） 总线 （3）EISA总线 ） 总线 （4）VESA总线 ） 总线 （5）PCI总线 ） 总线
2. 2. 2
微型计算机的常见外设
微型计算机常用外围设备有显示器、键盘、 微型计算机常用外围设备有显示器 、 键盘 、 鼠标器 及外存储器。外存中常用的有硬磁盘（硬盘） 及外存储器 。 外存中常用的有硬磁盘 （ 硬盘 ） 、 软 磁盘（软盘）和光盘。 磁盘 （ 软盘 ） 和光盘 。 如果需要还可以根据用户的 要求配置打印机、绘图仪、投影仪； 要求配置打印机 、 绘图仪 、 投影仪 ； 同时为了联网 还可以配置调制解调器等通信设备。 ，还可以配置调制解调器等通信设备。 微机用键盘按照按键个数多少可分为84键 微机用键盘按照按键个数多少可分为 键、101键、 键 104键等几种，目前广泛使用的是 键等几种， 键等几种 目前广泛使用的是101键、104键标准 键 键标准 键盘。这两种键盘一般可分为四个区域： 键盘 。 这两种键盘一般可分为四个区域 ： 主键盘区 功能键区、编辑键区、小键盘区（数字键区） 、功能键区、编辑键区、小键盘区（数字键区）。
2.2 计算机硬件系统
算
输 入 设 备 备 设 出
输
1.1 计算机硬件
2. 2. 1
微型计算机的硬件组成
微型计算机硬件系统由主机和常用外围设备两大部分 组成。 组成。 主机由中央处理器(CPU)和内存储器 和内存储器(ROM,RAM)组 主机由中央处理器 和内存储器 组 用来执行程序、处理数据， 成，用来执行程序、处理数据，主机芯片都安装在一 块电路板上，这块电路板称为主机板（主板）。 ）。为了 块电路板上，这块电路板称为主机板（主板）。为了 与外围设备连接， 与外围设备连，在主机板上还安装有若干个接口插 槽，可以在这些插槽上插入不同外围设备连接的接口 用来连接不同的外部设备。 卡，用来连接不同的外部设备。 主机与外围设备之间信息通过两种接口传输。 主机与外围设备之间信息通过两种接口传输。一种是 串行接口，如鼠标；一种是并行接口，如打印机。 串行接口，如鼠标；一种是并行接口，如打印机。
常用的总线结构有： 常用的总线结构有： （1）ISA总线 ） 总线 （2）MCA总线 ） 总线 （3）EISA总线 ） 总线 （4）VESA总线 ） 总线 （5）PCI总线 ） 总线
2. 2. 2
微型计算机的常见外设
微型计算机常用外围设备有显示器、键盘、 微型计算机常用外围设备有显示器 、 键盘 、 鼠标器 及外存储器。外存中常用的有硬磁盘（硬盘） 及外存储器 。 外存中常用的有硬磁盘 （ 硬盘 ） 、 软 磁盘（软盘）和光盘。 磁盘 （ 软盘 ） 和光盘 。 如果需要还可以根据用户的 要求配置打印机、绘图仪、投影仪； 要求配置打印机 、 绘图仪 、 投影仪 ； 同时为了联网 还可以配置调制解调器等通信设备。 ，还可以配置调制解调器等通信设备。 微机用键盘按照按键个数多少可分为84键 微机用键盘按照按键个数多少可分为 键、101键、 键 104键等几种，目前广泛使用的是 键等几种， 键等几种 目前广泛使用的是101键、104键标准 键 键标准 键盘。这两种键盘一般可分为四个区域： 键盘 。 这两种键盘一般可分为四个区域 ： 主键盘区 功能键区、编辑键区、小键盘区（数字键区） 、功能键区、编辑键区、小键盘区（数字键区）。
计算机导论第二章
厦门大学嘉庚学院 weiying 19
〖 例2-9 〗（1207）8 ＝1×8 3＋2×8 2＋0×8 1＋7×8 0＝512＋128 ＋0＋7 ＝（647）10 〖 例2-10〗（1B2E）16 ＝1×16 3＋B×16 2＋2×16 1＋E×16 0 ＝1×4096＋11×256＋2×16＋14×1 ＝（6958）10
码制
补码表示法：正数的补码与原码相同，负数的 补码为对该数的原码除符号位外各位取反，然 后在最后一位加1。 〖 例2-18 〗设带符号数的真值X=+62和Ｙ=－62 他们的原码和补码分别为： ［Ｘ］原＝0111110 ［Ｘ］补＝0111110 ［Ｙ］原＝1111110 ［Ｙ］补＝1000010
厦门大学嘉庚学院 weiying 25
厦门大学嘉庚学院 weiying 12
十进制整数转换为非十进制整数
除基取余法：“除基取余，先余为低（位），后余为高 （位）”。 〖 例2-1〗 （55）10＝（110111）2 余数 2 55 1 2 27 1 2 13 1 练习：（71）10=（？）2 2 6 0 2 3 1 2 1 1 0
其他进制数精确地表示,这时应根据精
度要求转换到一定的位数为止，作为其
近似值。
如果一个十进制数既有整数部分，又
有小数部分，则应将整数部分和小数部
分分别进行转换。
厦门大学嘉庚学院 weiying 18
非十进制数转换为十进制数
位权法：把各非十进制数按权展开，然 后求和。 〖 例2-7 〗（10110） 2 ＝1×24 ＋0×23 ＋1×22 ＋1×21 ＋0×20 ＝16＋0＋4＋2 ＋0 ＝（22）10 〖 例2-8 〗（10101.1011） 2 ＝1×24 ＋ 0×23 ＋ 1×22 ＋ 0×21 ＋ 1×20 ＋ 1×21+0×2 －2＋1×2 －3 ＝16＋0＋4＋0＋1＋ 0.5＋0＋0.125 ＝（21.625）10
〖 例2-9 〗（1207）8 ＝1×8 3＋2×8 2＋0×8 1＋7×8 0＝512＋128 ＋0＋7 ＝（647）10 〖 例2-10〗（1B2E）16 ＝1×16 3＋B×16 2＋2×16 1＋E×16 0 ＝1×4096＋11×256＋2×16＋14×1 ＝（6958）10
码制
补码表示法：正数的补码与原码相同，负数的 补码为对该数的原码除符号位外各位取反，然 后在最后一位加1。 〖 例2-18 〗设带符号数的真值X=+62和Ｙ=－62 他们的原码和补码分别为： ［Ｘ］原＝0111110 ［Ｘ］补＝0111110 ［Ｙ］原＝1111110 ［Ｙ］补＝1000010
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十进制整数转换为非十进制整数
除基取余法：“除基取余，先余为低（位），后余为高 （位）”。 〖 例2-1〗 （55）10＝（110111）2 余数 2 55 1 2 27 1 2 13 1 练习：（71）10=（？）2 2 6 0 2 3 1 2 1 1 0
其他进制数精确地表示,这时应根据精
度要求转换到一定的位数为止，作为其
近似值。
如果一个十进制数既有整数部分，又
有小数部分，则应将整数部分和小数部
分分别进行转换。
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非十进制数转换为十进制数
位权法：把各非十进制数按权展开，然 后求和。 〖 例2-7 〗（10110） 2 ＝1×24 ＋0×23 ＋1×22 ＋1×21 ＋0×20 ＝16＋0＋4＋2 ＋0 ＝（22）10 〖 例2-8 〗（10101.1011） 2 ＝1×24 ＋ 0×23 ＋ 1×22 ＋ 0×21 ＋ 1×20 ＋ 1×21+0×2 －2＋1×2 －3 ＝16＋0＋4＋0＋1＋ 0.5＋0＋0.125 ＝（21.625）10
第二章 计算机系统
9
图2.2 计算机组成结构图
• 1. 运算器 • 运算器由算术逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit ,ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。算 术逻辑运算单元的的主要功能是算术运算和逻辑运算。 ※ 算术运算是指各种数值运算，比如：加、减、乘、除等。 ※ 逻辑运算是进行逻辑判断的非数值运算，比如：与、或、 非、比较、移位等。 • 计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。 运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据送回存 储器或暂存在运算器中的寄存器。
表2.2 内、外存特点对比
• （1）内存储器 • 内存储器（简称内存）包括高速缓存（Cache）和主存储 器，主存储器又包括随机存储器（Random Access Memory， RAM ）和只读存储器（Read only Memory，ROM )。计算 机运行前，程序和数据由输入设备或外存送入内存，运算 开始，内存不仅要为其他部件提供信息，而且要保存运算 的中间结果和最终结果。 • CPU只与内存直接交换数据，内存的性能与容量直接影响 计算机的运行速度。
第2章 计算机系统
• • • •
2.1 2.2 2.3 2.4
计算机发展历程 计算机系统概述 微型计算机硬件组成 平板电脑
4
2Hale Waihona Puke 1 计算机发展历程20世纪中期以来，电子技术迅速发展，计算 机所采用的元器件经历了电子管、晶体管、集成 电路（IC）和超大规模集成电路（VLSI）四个阶 段，当今计算机技术正朝着巨型化、微型化、网 络化和智能化方向发展。表2.1是对计算机各个 发展阶段的概括。从目前计算机的研究情况可以 看到，未来计算机将有可能在超导计算机、光子 计算机、生物计算机、量子计算机等方面的研究 领域上取得重大的突破。
图2.2 计算机组成结构图
• 1. 运算器 • 运算器由算术逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit ,ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。算 术逻辑运算单元的的主要功能是算术运算和逻辑运算。 ※ 算术运算是指各种数值运算，比如：加、减、乘、除等。 ※ 逻辑运算是进行逻辑判断的非数值运算，比如：与、或、 非、比较、移位等。 • 计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。 运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据送回存 储器或暂存在运算器中的寄存器。
表2.2 内、外存特点对比
• （1）内存储器 • 内存储器（简称内存）包括高速缓存（Cache）和主存储 器，主存储器又包括随机存储器（Random Access Memory， RAM ）和只读存储器（Read only Memory，ROM )。计算 机运行前，程序和数据由输入设备或外存送入内存，运算 开始，内存不仅要为其他部件提供信息，而且要保存运算 的中间结果和最终结果。 • CPU只与内存直接交换数据，内存的性能与容量直接影响 计算机的运行速度。
第2章 计算机系统
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2.1 2.2 2.3 2.4
计算机发展历程 计算机系统概述 微型计算机硬件组成 平板电脑
4
2Hale Waihona Puke 1 计算机发展历程20世纪中期以来，电子技术迅速发展，计算 机所采用的元器件经历了电子管、晶体管、集成 电路（IC）和超大规模集成电路（VLSI）四个阶 段，当今计算机技术正朝着巨型化、微型化、网 络化和智能化方向发展。表2.1是对计算机各个 发展阶段的概括。从目前计算机的研究情况可以 看到，未来计算机将有可能在超导计算机、光子 计算机、生物计算机、量子计算机等方面的研究 领域上取得重大的突破。
计算机公共基础—计算机系统组成
第2章 · 计算机系统组成
计算机的主要指标
字 长： 数据总线的宽度，表示计算机一次处理 数据的二进制的位数。 存储容量：主存储器单元的多少，受限于CPU的地 存储容量：主存储器单元的多少，受限于CPU的地 址总线。 主 频：计算机在统一的时钟节拍下工作，时钟的 频率为主频。单位时间(s)内发出的脉冲数。 频率为主频。单位时间(s)内发出的脉冲数。
主板
CMOS芯片 主板电池 ISA插槽 控制芯片 PCI 插槽 AGP插槽 硬盘接口插座 Stocket7 CPU插座 主板CACHE 串行口插座 软驱接口插座 PS/2鼠标插座 键盘插座 内存插槽 主板电源插座 并行口插座
第2章 · 计算机系统组成
PC机外设接口
第2章 · 计算机系统组成
中央处理机(CPU) 中央处理机(CPU)
第2章 · 计算机系统组成
CPU的外观
第2章 · 计算机系统组成
主存储器——内存
内存器件采用的是半导体存储器，其特点是速度 快、功耗低，但价格相对较高。在计算机中有两类： RAM、ROM。 RAM、ROM。 1. 随机存取存储器 RAM：既可读又可写， RAM：既可读又可写， 断电后信息丢失。 2. 只读存储器 ROM：只能读不能写， ROM：只能读不能写， 断电仍然能够保持数据。
第2章 · 计算机系统组成
硬盘驱动器
盘片 磁头第2章 · 计算机系 Nhomakorabea组成光盘存储器
光盘（Optical Disk）是利用激光进行读写信息的圆 光盘（Optical Disk）是利用激光进行读写信息的圆 盘。光盘存储器系统是由光盘片、光盘驱动器和光 盘控制适配器组成。
第2章 · 计算机系统组成
光盘的速率和 速率和容量 速率和
第2章微型计算机系统的组成及工作原理
2.5.6 ISA总线的定义与应用
2. ISA总线的信号线定义 ——98芯插槽，包括地址线、数据线、控制线、时钟和电源线 (1)地址线：SA019和LA1723 (2)数据线：SD015 (3)控制线：AEN、BALE、 IOR 和 IOW、 SMEMR和 SMEMW
MEMR 和 MEMW、 MEM CS16 和 I/O CS16 、SBHE
2.1.2 微机系统的软件配置
系统软件、工具软件、应用软件、用户应用程序
.3 微机系统中的信息流与信息链
1. 微机系统中信息流与信息链的构成 信息流：存储器中的数据、程序代码；接口寄存器中的I/O数据、 状态、I/O命令 信息链：信息流在系统中流动的路径； 包括物理(硬件)环节和逻辑(软件)环节 2. 微机系统中信息流与信息链 ——早期微机系统/现代微机系统中的信息链 3. 研究信息流与信息链的意义 ——通过信息流从整体上认识微机体系结构和组成微机系统的各 部件之间的关系
2.5.7 现代微机总线技术的新特点
3. 总线桥 (1) 总线桥 ——总线转换器和控制器，是两种不同总线间的总线接口 内部包含兼容协议及总线信号和数据缓冲电路；把一条总线映 射到另一条总线上 北桥：连接CPU总线和PCI总线的桥 南桥：连接PCI总线和本地总线(如ISA)的桥 (2) PCI总线芯片组 ——实现总线桥功能的一组大规模集成专用电路 保持主板结构不变前提下，改变这些芯片组的设计，即可适应 不同微处理器的要求 4. 多级总线结构中接口与总线的连接
2.4 I/O设备与I/O设备接口
2.4.1 I/O设备及其接口的作用
1. I/O设备的作用 2. I/O设备接口的作用——连接与转换
2.4.2 I/O设备的类型及设备的逻辑概念
计算机系统组成
第2章 计算机系统组成
计算机系统由硬件系统和软件系统两部分 组成。
硬件系统是指构成计算机的所有物理实体 部件的集合
软件是在硬件系统上运行的各种程序和文 档的总称。
计算机硬件系统与软件系统是一个不可分
割的有机整体,没有配备任何软件的计算机
称为“裸机”，裸机本身几乎不能完成任
何功能；而没有硬件对软件的物质支持，
CPU是PC机中最核心的部件，它决定了PC机的速度和性能。 目前市场上绝大多数CPU产品是由美国的Intel公司和AMD公 司生产的.
CPU的两个重要指标是字长和主频。字长反映了PC机能同时 处理的数据的二进制位数；主频（时钟频率）则反映了PC机 的工作速度。
Intel公司的产品
AMD公司的产品
外部存储器主要有：磁盘驱动器和光盘驱动器。
我们通常把二进制代码串中的每一个“0”或“1”称为“位”或者“比特”，它是计算存 储器容量的最小单位。为了便于对存储器的管理，通常将8位划分为一个存储单元 称为1字节（byte），记为1B, 并以字节作为计算存储器容量的基本单位。除了字 节以外，还有KB、MB、GB。
控制器和运算器组成计算机核心，称为中央处理器，简称CPU。
3．存储器——用于存放原始数据和程序的部件。通常可分为内部存储器和外部存储器。 CPU与内部存储器一起称为计算机的主机。
内存存储器又分为了只读存储器 （Read Only Memory）ROM 和随机存储器 RAM(Random Access Memory)
指令由操作码和操作数地址码两部分组成 程序——指令的有序集合。
三类程序设计语言
（1）机器语言：以二进制的0、1代码串表示
只有机器语言计算机才可以直接执行。
（2）汇编语言：由一些基本字符集、指令助记符、 标号组成。
计算机系统由硬件系统和软件系统两部分 组成。
硬件系统是指构成计算机的所有物理实体 部件的集合
软件是在硬件系统上运行的各种程序和文 档的总称。
计算机硬件系统与软件系统是一个不可分
割的有机整体,没有配备任何软件的计算机
称为“裸机”，裸机本身几乎不能完成任
何功能；而没有硬件对软件的物质支持，
CPU是PC机中最核心的部件，它决定了PC机的速度和性能。 目前市场上绝大多数CPU产品是由美国的Intel公司和AMD公 司生产的.
CPU的两个重要指标是字长和主频。字长反映了PC机能同时 处理的数据的二进制位数；主频（时钟频率）则反映了PC机 的工作速度。
Intel公司的产品
AMD公司的产品
外部存储器主要有：磁盘驱动器和光盘驱动器。
我们通常把二进制代码串中的每一个“0”或“1”称为“位”或者“比特”，它是计算存 储器容量的最小单位。为了便于对存储器的管理，通常将8位划分为一个存储单元 称为1字节（byte），记为1B, 并以字节作为计算存储器容量的基本单位。除了字 节以外，还有KB、MB、GB。
控制器和运算器组成计算机核心，称为中央处理器，简称CPU。
3．存储器——用于存放原始数据和程序的部件。通常可分为内部存储器和外部存储器。 CPU与内部存储器一起称为计算机的主机。
内存存储器又分为了只读存储器 （Read Only Memory）ROM 和随机存储器 RAM(Random Access Memory)
指令由操作码和操作数地址码两部分组成 程序——指令的有序集合。
三类程序设计语言
（1）机器语言：以二进制的0、1代码串表示
只有机器语言计算机才可以直接执行。
（2）汇编语言：由一些基本字符集、指令助记符、 标号组成。
第二章 计算机组成原理
部频率越高，CPU的处理速度就越快。 例如： P4 3.4GHz，800MHz外频(FSB)
时钟频率的发展：
400MHZ---533MHZ---800MHZ，即将达到1066MHZ [单选]用MHz来衡量计算机的性能，它指的是计算机__________。
ACM 图灵奖
1966年由ACM（美国计算机学会）创建，该奖有计 算机界的诺贝尔奖之称。
IEEE 计算机先驱奖
1980年由IEEE-CS(美国电气与电子工程师学会-计 算机学会)创建，是世界范围内计算机科学技术领域另 一个最重要的奖项，和图灵奖是互为补充的。
计算机的诞生与发展
对计算机的诞生发展做出重大贡献的两个人：
(a) NEC SX-6/64MB巨 型计算机外形
(b) 全球气温分布与 变化趋势图
计算机的分类
大型计算机（Mainframe）
运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性高、安 全性好、有丰富的系统软件和应用软件的计算机， CPU 通常有 4 、 8、16、32个甚至更多处理器。
功能： 为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，作为主服务 器（企业级服务器），在信息系统中起着核心作用。
内存储器
控制器CU RAM
外部存储器－－硬盘 、软盘、光盘、磁带
外设
输入设备－－键盘、鼠标器、扫描仪 输出设备－－显示器、打印机、绘图仪 其他设备－－调制解调器
计算机的组成
台 式 机
PC机的物理组成
机箱、显示器、键盘、鼠标器等
机箱内包含:
主板、硬盘、软驱、光驱、
电源、风扇等
主板上安装
CPU、芯片组、内存条、
第二章
计算机组成原理
时钟频率的发展：
400MHZ---533MHZ---800MHZ，即将达到1066MHZ [单选]用MHz来衡量计算机的性能，它指的是计算机__________。
ACM 图灵奖
1966年由ACM（美国计算机学会）创建，该奖有计 算机界的诺贝尔奖之称。
IEEE 计算机先驱奖
1980年由IEEE-CS(美国电气与电子工程师学会-计 算机学会)创建，是世界范围内计算机科学技术领域另 一个最重要的奖项，和图灵奖是互为补充的。
计算机的诞生与发展
对计算机的诞生发展做出重大贡献的两个人：
(a) NEC SX-6/64MB巨 型计算机外形
(b) 全球气温分布与 变化趋势图
计算机的分类
大型计算机（Mainframe）
运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性高、安 全性好、有丰富的系统软件和应用软件的计算机， CPU 通常有 4 、 8、16、32个甚至更多处理器。
功能： 为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，作为主服务 器（企业级服务器），在信息系统中起着核心作用。
内存储器
控制器CU RAM
外部存储器－－硬盘 、软盘、光盘、磁带
外设
输入设备－－键盘、鼠标器、扫描仪 输出设备－－显示器、打印机、绘图仪 其他设备－－调制解调器
计算机的组成
台 式 机
PC机的物理组成
机箱、显示器、键盘、鼠标器等
机箱内包含:
主板、硬盘、软驱、光驱、
电源、风扇等
主板上安装
CPU、芯片组、内存条、
第二章
计算机组成原理
第2章 微型计算机系统的组成
第2章 微型计算机系统的组成
4) 小键盘区（数字／全屏幕操作键区） 该键区的键位多数分为上、下档。与字符键区的 操作不同的是，小键盘上、下档键的输入是通过数字 锁定键〈Num Lock〉来控制转换的。
第2章 微型计算机系统的组成
2. 鼠标器
鼠标器（Mouse）的主要用途是用来定位光标或完 成某种特定的输入。常用的鼠标器有两种：机械式和 光电式。二者仅在控制光标移动的原理上有所不同， 在使用方面没有什么区别。 鼠标器分为三键（PC）鼠标和两键（MS）鼠标， 如图2.5所示。各按键的功能可以由所使用的程序来定 义。在不同的程序中使用鼠标器，其按键的作用可能
第2章 微型计算机系统的组成
1) 数据总线（DB）
数据总线用来传送数据信息，是双向总线。 2) 地址总线（AB） 地）
控制总线用来传送控制信号、时序信号和状态信 息等。
第2章 微型计算机系统的组成
2.1.2 微型计算机常用的外部设备
通常用各类指令的平均执行时间和相应指令的运行比
例综合计算，作为衡量微机运行速度的标准。目前微 机的运行速度已达200 MIPS～300 MIPS。
第2章 微型计算机系统的组成
3. 时钟频率（主频）
时钟频率是指CPU在单位时间（秒）内发出的脉 冲数。通常，时钟频率以兆赫（MHz）为单位。时钟 频率越高，其运算速度就越快。 4. 内存容量 内存一般以KB或MB、GB为单位。内存容量反映 了内存储器存储数据的能力。存储容量越大，其处理 数据的范围就越广，并且运算速度一般也越快。
第2章 微型计算机系统的组成
2. 打印机
打印机是微机系统中常用的设备之一。打印机在 微机系统中是可选件。利用打印机可以打印出各种资 料、文书、图形、图像等。根据打印机的工作原理， 可以将打印机分为3类：针式打印机、喷墨打印机和激 光打印机，如图2.7所示。
《计算机基础》计算机系统的构成
4
低噪声
第2章
计算机系统的构成
2.4.5 微型计算机常见故障的诊断与排除
1．硬件故障处理
CPU散热故障 风扇故障导致微型计算机不断重启 主板无法识别内存条 内存损坏导致启动微型计算机时报警 虚拟内存不足
大学计算机应用基础（Windows 10+WPS Office 2019）（微课版）
第2章
计算机系统的构成
计算机系统的构成
课后练习
选择题
1. 简述计算机的工作原理和工作过程。 2. 计算机硬件系统由哪些部件组成，各部件的主要功能是什么？ 3. 什么是微处理器，其主要性能指标有哪些？ 4. 打开“中关村在线”网站，进入CPU专区，在“排行榜”中查看目前市场中热门的CPU类型及主 要的性能参数，对CPU作进一步的了解。 5. 使用绘制工具或使用WPS Office绘制微型计算机的基本结构。 6. 连接计算机的外部设备。
2.4.5 微型计算机常见故障的诊断与排除
3．使用故障处理
（1）开机显示异常 （2）开机无显示 （3）微型计算机开机蓝屏 （4）电脑间断性死机 （5）微型计算机黑屏故障 （6）查杀病毒后微型计算机频繁死机 （7）进入系统后立即自动关机
大学计算机应用基础（Windows 10+WPS Office 2019）（微课版）
第2章
计算机系统的构成
2.4.2 微型计算机系统的组成
6．输入设备
鼠标
键盘
扫描仪
大学计算机应用基础（Windows 10+WPS Office 2019）（微课版）
第2章
计算机系统的构成
2.4.2 微型计算机系统的组成
7．输出设备
显示器 打印机 投影仪
第2章 微型计算机和微处理器的结构
2.1.1 微处理器（微处理机）
微处理器：是微型计算机的中央处理部件，是由一片 或几片大规模集成电路组成的中央处理器，一般也称 CPU（Center Process Unit）。其内部通常包括算术逻辑 部件，累加器、通用寄存器组，程序计数器，时序和控制 逻辑部件，内部总线等等。 2.1.2 存储器
存储结果 1
取指令 4
……
EU
……
译码 1
执行 1
译码 2
执行 2
……
（b）流水处理
如图： 8086/8088 CPU 由于指令执行部件EU和总线接口 部件BIU相互独立，可并行操作，进行流水线处理。若一条指 令执行过程中不需要从存储器取操作数和向存储器存储结果， 即不占CPU总线时间，总线接口部件便可对下一条要执行的指 令预取。可见。采用流水线技术提高了指令执行速度。
2.2.3 8086/8088微处理器的功能结构 从功能上来看，8086/8088 CPU可分为两部分，即总线接 口部件BIU（Bus Interface Unit）和执行部件EU（Execution Unit）。
图2.3 8086/8088CPU内部功能结构图
(1) 执行部件（EU）
功能：负责指令的执行。(主要进行8位及16位的各种运算) 组成：①ALU(算术逻辑单元)； ②通用寄存器组； ③标志寄存器（ FLAGS ）。 ①通用寄存器（AX、BX、CX、DX） 8086 有4个16位的通用寄存器（AX、BX、CX、DX）， 可以存放16位的操作数，也可分为8个8位的寄存器（AL、AH； BL、BH；CL、CH；DL、DH）来使用。其中AX称为累加器， BX称为基址寄存器，CX称为计数寄存器，DX称为数据寄存 器。这些寄存器在具体使用上有一定的差别，如表2-1所示。
914414-大学计算机基础-第2章 计算机系统的基本组成
教育信息技术中心
输出设备---显示器
按使用技术的不同，显示器可分为CRT显示器和LCD显示器两种，CRT显示 器的完整名称是“阴极射线管显示器”。在CRT显示器中，纯平显示器为用 户首选。LCD显示器即液晶显示器，具有图像显示清晰、体积小、重量轻、 便于携带、能耗低和对人体辐射小等优点，但价格比CRT显示器高。
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输入设备---鼠标
鼠标 全称：显示系统纵横位置指示器，因
形似老鼠而得名“鼠标”（港台作滑鼠）。 “鼠标”的标准称呼应该是“鼠标器”，英 文名“Mouse”。鼠标的使用是为了使计算机 的操作更加简便，来代替键盘那繁琐的指令。
鼠标从出现到现在已经有40年的历史了。
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输入设备---鼠标---历史
为了解决某些具体问题而由用户自己或第三方软件公 司开发的软件，能满足用户的特殊需要。 可分为：通用型应用软件和专用型应用软件
计算机数据处理发展到高级阶段而出现的专门对数 据库进行集中处理的软件，它负责数据库的定义、 建立、操作、管理和维护。
数据库(DB)
DBS
数据库管理系统(DBMS)
FoxPro、SQL Server、SyBASE、Oracle等。
数据库应用程序
用户
数据库 应用程序
DBMS
DB
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应用软件
❖按功能可分为：
只读型光盘（CD-ROM）、可写一次型光盘（CD-R）、可擦 写型光盘（CD-RW）。
常见的光盘是只读式光盘（CD-ROM），即只能读出信息而 不能写入信息，存储量可达约650MB，DVD光盘一般比较 大，4.7G、8.5G。
❖光盘的特点：存储容量大、价格低、信息保留时间长、可靠 性高等优点。
输出设备---显示器
按使用技术的不同，显示器可分为CRT显示器和LCD显示器两种，CRT显示 器的完整名称是“阴极射线管显示器”。在CRT显示器中，纯平显示器为用 户首选。LCD显示器即液晶显示器，具有图像显示清晰、体积小、重量轻、 便于携带、能耗低和对人体辐射小等优点，但价格比CRT显示器高。
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输入设备---鼠标
鼠标 全称：显示系统纵横位置指示器，因
形似老鼠而得名“鼠标”（港台作滑鼠）。 “鼠标”的标准称呼应该是“鼠标器”，英 文名“Mouse”。鼠标的使用是为了使计算机 的操作更加简便，来代替键盘那繁琐的指令。
鼠标从出现到现在已经有40年的历史了。
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输入设备---鼠标---历史
为了解决某些具体问题而由用户自己或第三方软件公 司开发的软件，能满足用户的特殊需要。 可分为：通用型应用软件和专用型应用软件
计算机数据处理发展到高级阶段而出现的专门对数 据库进行集中处理的软件，它负责数据库的定义、 建立、操作、管理和维护。
数据库(DB)
DBS
数据库管理系统(DBMS)
FoxPro、SQL Server、SyBASE、Oracle等。
数据库应用程序
用户
数据库 应用程序
DBMS
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应用软件
❖按功能可分为：
只读型光盘（CD-ROM）、可写一次型光盘（CD-R）、可擦 写型光盘（CD-RW）。
常见的光盘是只读式光盘（CD-ROM），即只能读出信息而 不能写入信息，存储量可达约650MB，DVD光盘一般比较 大，4.7G、8.5G。
❖光盘的特点：存储容量大、价格低、信息保留时间长、可靠 性高等优点。
第二章多媒体计算机系统的组成
3、常用的输出设备
1、视频输出设备——CRT显示器
工作原理：电子枪发射出高速的电子光束， 穿过荫罩上的小孔，打在一个涂满了无 数三原色的荧光粉层的内层玻璃上，电 子束会使得这些荧光粉发光，最终就形 成了你所看到的画面了。
3、常用的输出设备
1、视频输出设备——CRT显示器 成像原理图：
3、常用的输出设备
• 交互控制接口：它是用来连接触摸屏、 鼠标、光笔等人机交互设备的，这些设 备将大大方便用户对MPC的使用。
1、概述
• 网络接口：是实现多媒体通信的重要 MPC扩充部件。计算机和通信技术相结 合的时代已经来临，这就需要专门的多 媒体外部设备将数据量庞大的多媒体信 息传送出去或接收进来，通过网络接口 相接的设备包括视频电话机、传真机、 LAN和ISDN等
1、概述
1、概述
• 视频卡：可细分为视频捕捉卡、视频处 理卡、视频播放卡以及TV编码器等专用 卡，其功能是连接摄像机、VCR影碟机、 TV等设备，以便获取、处理和表现各种 动画和数字化视频媒体。
1、概述
• 打印机接口：用来连接各种打印机，包 括普通打印机、激光打印机、彩色打印 机等，打印机现在已经是最常用的多媒 体输出设备之一了。
第二章 多媒体计算机 系统的组成
学习目的与要求
• 通过本章学习,掌握多媒体计算机的硬件 环境,了解常用的I/O设备、存储设备及 USB设备的作用与指标，了解多媒体芯 片。
考核知识点与考核目标
• （一）多媒体硬件环境（重点） 识记：什么是MPC，MPC的特征，MPC的标准 应用：MPC的硬件组成环境 • （二）常用设备（次重点） 理解：扫描仪的性能指标，视频卡的分类，CRT的性 能指标 • （三）USB接口（一般） 理解：USB的软、硬件结构及其数据传输方式
大学计算机基础第二章计算机系统组成
运算器
算术逻辑单元 ALU
五大部件之二——控制器 控制器是计算机的神经中枢， 用于控制计算机操作
控制器 从存储器中取出指令，经过分析指令，产 生各种控制信号，从而指挥整个计算机有条不紊 地、自动地执行程序。
五大部件之三——存储器 存储器是计算机的记忆装置
.主存 .内存
.辅存 .外存
存储器的操作方式——读和写
LED显示器与LCD显示器区别 在电压驱动下LED是自己发光（俗称放光二级管）；在电压驱动下LCD 可以变色但是不发光，我们看到LCD发的光其实是LCD模组的背光灯发
的光。 LED显示器与LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速
率等方面，都更具优势。
2.2 计算机软件系统
用户程序或文档
个人计算机的硬件组成
运算器
中央处理器(CPU)
主机
控制器 寄存器
内存储器 随机存储器(RAM)
硬件
只读存储器(ROM) 高速缓冲存储器(cache)
外存储器——硬盘、软盘、光盘
外部设备
输入设备——键盘、鼠标、光笔、扫描仪 输出设备——显示器、打印机、绘图仪
其他——网卡、调制解调器、声卡、显卡等
2.1.2 信息存储原理
磁盘容量
=柱面数(一个盘面上的磁道数)× 盘面数× 扇区数×每 扇区字节数(512B) 目前常见硬盘容量在160G-2TB之间
硬盘的选购
1. 转速 目前台式机硬盘转速依然为7200转。 主流笔记本的转速正在由5400转过渡到7200转，性能提升明显 2. 单碟容量 单碟容量就是指一个存储碟所能存储的最大数据量 。 单碟容量越大其内部数据传输速率就越快、稳定性越好。 3.平均寻道时间
计算机硬件的基本结构
第2章 微型计算机系统的组成
第2章微型计算机系统的组成2.1 微型计算机系统的基本组成微型计算机系统包括硬件系统和软件系统，如图2.1所示。
硬件系统是看得见、摸得着的实体部分；而软件系统是为了更好地利用计算机而编写的程序及文档。
它们之间的关系犹如一个人的躯体和思想一样，躯体是硬件，思想则是软件。
图2.1 微型计算机系统结构图几乎所有的微型计算机都把主机部分、软盘驱动器、硬盘驱动器及电源等封装在主机箱内。
从外观上看，有卧式、立式和笔记本等几种机型。
典型的微型计算机如图2.2所示。
图2.2 微型计算机照片计算机硬件的基本功能是接受计算机程序的控制，并实现数据输入、运算、数据输出等一系列根本性的操作。
虽然计算机的制造技术从计算机出现到今天已经发生了很大的变化，但在基本的硬件结构方面，却一直沿袭着冯·诺伊曼的传统框架，即计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大基本部件构成。
图2.3列出了一个计算机系统的基本硬件结构。
实线代表数据流，虚线代表指令流，计算机各部件之间的联系就是通过这两股信息流动来实现的。
原始数据和程序通过输入设备送入存储器，在运算处理过程中，数据从存储器读入运算器进行运算，运算的结果存入存储器，必要时再经输出设备输出。
指令也以数据形式存于存储器中，运算时指令由存储器送入控制器，由控制器控制各部件的工作。
由此可见，输入设备负责把用户的信息（包括程序和数据）输入到计算机中；输出设备负责将计算机中的信息（包括程序和数据）传送到外部媒介，供用户查看或保存；存储器负责存储数据和程序，并根据控制命令提供这些数据和程序，它包括内存（内存储器）和外存（外存储器）；运算器负责对数据进行算术运算和逻辑运算（即对数据进行加工处理）；控制器负责对程序所规定的指令进行分析，控制并协调输入、输出操作或对内存的访问。
下面分别对其各部分进行介绍。
2.2 微型机的硬件系统2.2.1 微型机的硬件设备1. 主板主机由中央处理器和内存储器组成，用来执行程序、处理数据，主机芯片都安装在一块电路板上，这块电路板称为主机板（主板）。
第2章 计算机系统组成
磁盘驱动器接口
可接显卡
可接声卡、网卡、视频卡 等绝大多数输入/输出设 备
2.1.7 总线
总线（Bus）是计算机 各种功能部件之间传送 信息的公共通信干线， 它是由导线组成的硬件 线束。
划分为数据总线、地 址总线和控制总线
总线接口
❖ 与主板连接的接口主要ISA、EISA、VESA、PCI、 AGP、PCI-E等几种。
▪ 字长是计算机在单位时间内能 一次处理的二进制数的位数。 一般是16位、32位或64位。
▪ 主频就是CPU内核工作时的时 钟频率，反映了计算机的工作 速度。
Intel酷睿2四核 Q9400
2.1.6 主板
▪PC机的主机及其附属电路都装在一块电路板上，称为主机板 （Main Board，又称主板或系统板, 集成电路板 ）
Random Accessed Memory)
RAM特点：可读 出，也可写入， 断电后存储内容 立即消失。
高速缓冲存储器（高速缓存）
❖ 一种反应相当快的内存，主要作用是缓解高速CPU与低 速RAM的速度冲突问题。
❖ 当CPU执行任务时，高速缓存用来存放最近或经常用到 的数据和指令，减少对内存储器的存取次数，以加快执行 速度。
❖ 它的造价较低，容量远比内存大，但存取速度要慢 得多，CPU存取外部存储器的数据必须将数据先 调入内部存储器。
2.1.5 CPU
❖ 中央处理单元（CPU）是计算机 的心脏，包括控制器与运算器两 大模块。在CPU指令执行之前， 程序指令和数据必须先放进内存 中。
❖ CPU有两个重要的性能指标是字 长和主频。
（3）存储器 存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备, 计算机中的全
部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终 运行结果都保存在存储器中。
可接显卡
可接声卡、网卡、视频卡 等绝大多数输入/输出设 备
2.1.7 总线
总线（Bus）是计算机 各种功能部件之间传送 信息的公共通信干线， 它是由导线组成的硬件 线束。
划分为数据总线、地 址总线和控制总线
总线接口
❖ 与主板连接的接口主要ISA、EISA、VESA、PCI、 AGP、PCI-E等几种。
▪ 字长是计算机在单位时间内能 一次处理的二进制数的位数。 一般是16位、32位或64位。
▪ 主频就是CPU内核工作时的时 钟频率，反映了计算机的工作 速度。
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2.1.6 主板
▪PC机的主机及其附属电路都装在一块电路板上，称为主机板 （Main Board，又称主板或系统板, 集成电路板 ）
Random Accessed Memory)
RAM特点：可读 出，也可写入， 断电后存储内容 立即消失。
高速缓冲存储器（高速缓存）
❖ 一种反应相当快的内存，主要作用是缓解高速CPU与低 速RAM的速度冲突问题。
❖ 当CPU执行任务时，高速缓存用来存放最近或经常用到 的数据和指令，减少对内存储器的存取次数，以加快执行 速度。
❖ 它的造价较低，容量远比内存大，但存取速度要慢 得多，CPU存取外部存储器的数据必须将数据先 调入内部存储器。
2.1.5 CPU
❖ 中央处理单元（CPU）是计算机 的心脏，包括控制器与运算器两 大模块。在CPU指令执行之前， 程序指令和数据必须先放进内存 中。
❖ CPU有两个重要的性能指标是字 长和主频。
（3）存储器 存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备, 计算机中的全
部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终 运行结果都保存在存储器中。
初中信息技术第二章计算机系统的组成
2.6 多媒体技术
多媒体的含义:
所谓媒体,就是信息的表示和传输的载 体; 多媒体是将以不同形式存在的各种媒 体信息数字化,然后用计算机对它们进 行组织和加工,并以友好的形式提供给 用户.
多媒体技术
多媒体技术是指能对多种载体(媒介)上的信息和多种
存储体(媒质)上的信息进行处理的技术；也就是说一种把
主机箱
立式机箱 卧式机箱内部构造
电源
直流稳压电源 向主板、软盘驱动器、硬盘驱
动器或光盘驱动器等提供电源
(位于机箱内)
不间断电源
用于交流稳压及停电保护
(如：UPS)
2.3 计算机软件系统
操作系统 系统软件 语言处理程序 诊断程序 反病毒程序 卸载程序 备份程序 文件压缩程序 数据库管理系统 浏览器 应用软件 实时控制软件 图形图像处理软件 其它应用软件
动作 指向 单击 双击 拖动 操作方法 移动鼠标，将鼠标指针移到屏幕的一个特定位置或指定对象 （将鼠标指向目标物）快速按一下鼠标左按键 （将鼠标指向目标物）快速地连续按两下鼠标左按键 （鼠标指向目标物后）按下鼠标左键不放，并移动鼠标
输出设备
•打印机 针式打印机、喷墨打印机、激光打印机
•显示器
•投影仪
是人－机交互的接口。
操作系统的功能
CPU的控制与管理 内存的分配与管理 外部设备的控制与管理 文件管理 作业管理和控制
操作系统的分类
单用户单任务
单用户多任务 多用户多任务分时 网络 Windows Netware Windows NT UNIX DOS
操作系统用户界面
命令行界面
DOS NetWare UNIX
软件分类
实用程 序 办公软件包
计算机软件系统
第二章_微型计算机基础
例：Intel 8088/8086、PIII、P4、Celeron
CPU的位数是指能同时处理的二进制数据的位数， 有4位、8位、16位、32位、64位之分，位数越多 处理能力越强。
7
主机硬件系统之二：存储器
存储器是存放程序和数据的记忆装置，分为内存 和外存。
内存：ROM、RAM，用来存放当前正在执行的 程序和正在处理的数据。
8086的流水线操作
8086CPU流水线的实现 BIU不断地从存储器取指令送入指令队列IPQ，EU不 地从IPQ取出指令执行 EU和BIU构成了一个简单的2段流水线 指令预取队列IPQ是实现流水线操作的关键（类似于 工厂流水线的传送带）
新型CPU将一条指令划分成更多的阶段，以便可以同时执 行更多的指令 例如，PIII为14个段，P4为20个段（超标量流水线）
CPU送到AB上的20位的地址称为物理地址。
34
物理地址：数据交换时CPU使用的实际地址
物理地址
存储器的操作完全基 于物理地址。 ➢问题： 8086的内部总线和内 部寄存器均为16位， 如何生成20位地址？ ➢解决：存储器分段
. . 60000H F0H 60001H 12H 60002H 1BH 60003H 08H 60004H . . .
10
存储器相关概念3：内存储器的分类
读写存储器（RAM）
可读可写 易失性，临时存放程序和数据 RAM又分静态RAM和动态RAM，即SRAM、DRAM
只读存储器（ROM）
工作时只能读 非易失性，永久或半永久性存放信息
11
主机硬件系统之三：输入输出接口
I/O接口是指主机与外设的交接部分，位于系统 总线和外设之间，是主机和外设联系的桥梁。
CPU的位数是指能同时处理的二进制数据的位数， 有4位、8位、16位、32位、64位之分，位数越多 处理能力越强。
7
主机硬件系统之二：存储器
存储器是存放程序和数据的记忆装置，分为内存 和外存。
内存：ROM、RAM，用来存放当前正在执行的 程序和正在处理的数据。
8086的流水线操作
8086CPU流水线的实现 BIU不断地从存储器取指令送入指令队列IPQ，EU不 地从IPQ取出指令执行 EU和BIU构成了一个简单的2段流水线 指令预取队列IPQ是实现流水线操作的关键（类似于 工厂流水线的传送带）
新型CPU将一条指令划分成更多的阶段，以便可以同时执 行更多的指令 例如，PIII为14个段，P4为20个段（超标量流水线）
CPU送到AB上的20位的地址称为物理地址。
34
物理地址：数据交换时CPU使用的实际地址
物理地址
存储器的操作完全基 于物理地址。 ➢问题： 8086的内部总线和内 部寄存器均为16位， 如何生成20位地址？ ➢解决：存储器分段
. . 60000H F0H 60001H 12H 60002H 1BH 60003H 08H 60004H . . .
10
存储器相关概念3：内存储器的分类
读写存储器（RAM）
可读可写 易失性，临时存放程序和数据 RAM又分静态RAM和动态RAM，即SRAM、DRAM
只读存储器（ROM）
工作时只能读 非易失性，永久或半永久性存放信息
11
主机硬件系统之三：输入输出接口
I/O接口是指主机与外设的交接部分，位于系统 总线和外设之间，是主机和外设联系的桥梁。
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基于总线的冯· 诺依曼架构模型机
总线子系统：作为公共通道连接各子部件，用于实现各部件之间的数据、
信息等的传输和交换
CPU子系统：集成了运算器、控制器和寄存器的超大规模集成电路芯片
存储器子系统：用来存放当前的运行程序和数据
输入输出子系统：用于完成计算机与外部的信息交换
ARM寄存器：R0，R1，……，R15 x86寄存器: AX(AH,AL), BX(BH,BL), CX(CH,CL), DX(DH,DL)
N
③ 执行指令
根据分析指令时产生的“操 作命令”形成相应的操作控 制信号序列，通过运算器、 存储器及输入/输出设备的执 行，实现每条指令的功能， 其中包括对运算结果的处理 以及下条指令地址的形成。
译码并执行
结束
计算机完成计算的过程分析
1. 2.
目的：计算0x5C和0x2E之和 编写汇编程序代码, 关键代码如下：
2.2 计算机系统的工作原理
1. 2.
2.3 计算机体系结构的改革
1. 2.
2.4 计算机体系结构分类 Flynn 2.5 计算机性能评测
字长、存储容量、运算速度
2.6 习题
1 / 50
2018/10/4
计算机执行C语言程序实现1+2求和b) c)
分析问题并得到解决方法 编写源代码（sum.c，保存在硬盘上) 编译、链接得到可执行程序(sum.exe ，保存在硬盘上) 数据段（程序中定义的变量） 代码段（程序中的可执行语句） 可执行程序从硬盘加载到内存（加载方式：操作系统或硬件加载）：变 量加载到数据段，可执行语句加载到代码段，并把程序计数器（PC）初 始化为代码段的首地址 CPU根据当前PC值从内存读取一条指令到CPU内部，并更新PC = PC + N(N为一条指令的长度） 分析该指令功能 执行该指令功能，然后跳转到步骤b)，直到程序最后一条指令
模型机CPU子系统
地址总线AB
地址缓冲器 内部总线
数据总线DB
数据缓冲器
指令寄存器IR 时钟脉冲源
操作码 , 地址码
脉冲分配器 指令译码器ID 微操作控制电路
通用寄存器组 堆栈指针SP 程序计数器PC
输入1
输入2
算术逻辑单元ALU
结果寄存器
标志寄存器
控制器
控制总线CB
寄存器组
运算器
CPU读写存储器步骤
指令举例
二进制操作码助记 符：与动作一一对 应
目/源操作数：
例：
MOV
R0，#2
；R0
;注释 R1+R2
ADD R0,R1,R2
操作码：由CPU设计人员定义，具有固定的写法和意义。
操作数：可由编程人员采用不同方式给出。
模型机工作原理
计算机的工作本质上就是执行程序的过程。
指令执行的基本过程可以分为取指令(fetch)、分析指令 (decode)和执行指令(execute)三个阶段。 ① 取指令
冯· 诺依曼体系结构 P32
一．功能部件
五大部分 运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备 以存储器为中心
二．信息表示：二进制
计算机内部的控制信息和数据信息均采用二进制表示，并 存放在同一类存储器中，采用相同的访问电路。
三．工作原理：存储程序/指令(控制)驱动
编译链接生成的可执行程序(包括指令和数据) 保存在辅助 存储器中；程序开始运行时，计算机在不需要人工干预的情况 下由控制器自动、高速地依次从存储器中取出指令并加以执行。 在冯· 诺依曼体系结构中， 内存属于存储器， 在 硬盘属于输入/输出设备
MOV ACC，5CH ADD ACC ， ACC, 2EH ; ACC = 5CH, ACC 为CPU内部的寄存器 ; ACC = ACC + 2EH
3.
编译、链接后得到的可执行代码 (二进制位串) B0H
5CH 04H 2EH
4.
运行(把保存在硬盘上的可执行文件调入内存，并把 程序指令在内存的开始位置赋值给CPU中的PC寄存 器)
3.
CPU写存储器步骤
① ② ③ ④
CPU把需要写数据的存储单元地址放到地址锁存器（地址总线） 存储器对地址译码后产生相应的存储单元选通信号 CPU数据放到数据缓冲器(数据总线) CPU发出存储器写控制信号，存储器在写信号的作用下将数据缓冲器 中的内容写入选定的单元
模型机指令系统
汇编语言源程序 高级语言源程序 机器语言程序 编译或解释（编译程序） （目标代码）
计数进制
程序存储
程序执行 体系结构 特点
接插线进行，程 序不存储
手工执行 无 第一台数字式电 子计算机
存储程序，指令驱动
程序控制的自动执行 冯· 诺依曼体系结构，是所有 现代计算机的原型和范本 第一台存储程序计算机
早期的计算机结构（无总线）
早期计算机各组成部分之间通过芯片引脚直接连接
模型机体系结构
程序的执行过程
取指令、分析指令、执行指令
内存储器 内容 地址 1000H B0H 1001H 5CH 1002H 04H 1003H 2EH
汇编源代码
MOV ADD ACC，5CH ACC,ACC,2EH
AB
地 址 译 码
③
汇编链接 后的可执 ④ 行文件调 读控制 入内存储 器,PC DB 赋 值1000H
汇编（汇编程序）
指令是发送到CPU的命令，指示CPU执行一个特定的处理。 CPU可以处理的全部指令集合称为指令集。指令集结构（
ISA ）是体系结构的主要内容之一。ISA功能设计实际就是
确定软硬件的功能分配。
指令通常包含操作码和操作数两部分。操作码指明要完成操 作的性质，如加、减、乘、除、数据传送、移位等；操作数 指明参加上述规定操作的数据或数据所存放的地址。
当程序已在存储器中时，首 先根据程序入口地址取出一 条程序，为此要发出指令地 址及控制信号
② 分析指令
即指令译码，是指对当前取 得的指令进行分析，指出它 要求什么操作，并产生相应 的操作控制命令。
取指令，P C 值加1
Y
PC值由操作系统初 始化为程序的入口 地址(c语言中是 main函数第一行)
停机 ?
N个输入端的译码器可以输出2N个引脚
模型机内存储器
AB
CB DB
存储器用来存放当前的运行程序和数据 存储器组织由许多字节单元组成，每个单元都有一个唯一的编号（存储单 元地址），其中保存的信息称为存储单元内容 访问(读或写)存储单元 ：存储单元地址经地址译码后产生相应的选通信号， 同时在控制信号的作用下读出存储单元内容到数据缓冲器，或将数据缓冲 器中的内容写入选定的单元
6 / 50 2018/10/4
计算机组成
2018/10/4
7/30 7/26
计算机体系结构、组成及实现区分
【例1】 ① 确定是否有乘法指令属于 计算机体系结构 。 ② 乘法指令是用专门的乘法器实现，还是经加法器用重 复的相加和右移操作来实现，属于 计算机组成 。 ③ 乘法器、加法器的物理实现，如器件的选定(器件集成 度、类型、数量、价格)及所用微组装技术等，属于 计算机实现
第二章 计算机系统的结构组成与工作原理
2.1 计算机系统的基本结构与组成
1. 2.
层次模型 Hierarchy 结构Architecture、组成Organization与实现Realization 冯· 诺依曼计算机架构 模型机：系统结构、指令集、工作流程 改进：指令集(RISC/CISC)、分层存储器 、高速总线/接口 改变：多种并行技术：流水线、超标量、多机/核、多线程
1.
2.
存储器的读写是相对于CPU来说的，CPU从存储器 取数据为读，CPU把数据放入存储器为写
CPU读存储器步骤
① ② ③ ④
CPU把需要读数据的存储单元地址放到地址锁存器（地址总线） 存储器对地址译码后产生相应的存储单元选通信号 CPU发出存储器读控制信号，存储器在读信号的作用下读出存储单元 内容到数据缓冲器 CPU在规定的存储器读时间内从数据缓冲器(数据总线)上取数据
【例2】 ① 主存容量与编址方式(按位、按字节、按字访问等)的 确定属于 计算机体系结构 。 ② 为达到所定性能价格比，主存速度应多快，在逻辑结 构上需采用什么措施(如多体交叉存储等)属于 计算机组成 。 ③ 主存系统的物理实现，如存储器器件的选定、逻辑电 路的设计、微组装技术的选定属于 计算机实现 。
计算机系统层次结构 （P31、P39）
现代计算机是软件、硬件和网络组件的复杂综合体， 其基本功能包括信息的存储、处理和交换 2. 计算机功能通过软件实现还是硬件实现，取决于所需 的速度、灵活性、成本、可靠性、更新频率等因素 3. 软件实现：灵活，硬件简单，成本低，但是速度慢 硬件实现：速度快，灵活性差，硬件复杂，成本高 4. 软硬件的逻辑等价性可以表现为：硬件软化（如 RISC思想）、软件硬化（如CISC思想）、固件化（ 如微程序）技术 （同三种IP核对照理解） ； 5. 计算机划分层次的好处（P31）
微体系结构层 硬件系统：异常处理机构、指令系统、 微程序级 （微程序） CPU、存储器、I/O及通信子系统 数字逻辑层（硬件）
寄存器级（硬件）
（a）软硬件实现
（b）语言功能
(1)图自下而上反映了系统逐级生成的过程，自上而下反映了系统求解问题的 过程； (2)图中的虚拟机：与某种特殊编程语言对应的假想硬件机器。
和电气工程师Eckert领导的小组研制成功世界上第一台数字式电子 计算机ENIAC 。
著名的美籍匈牙利数学家
冯· 诺依曼参加了为改进ENIAC
而举行的一系列专家会议，研究了新型计算机的体系结构。 1949年，英国剑桥大学的威尔克斯等人在EDSAC 机上实现了 冯· 诺依曼模式。直至今天冯· 诺依曼体系结构依然是绝大多数数字 计算机的基础。 注意：同一体系结构的计算机，不管其组成和实现如何变化， 在代码级是完全兼容的。（例如更换相同平台下的CPU型号 不需要修改源代码）