计算机系统的组成2

微型计算机系统主要技术指标
• 字长 – 字长表示CPU在一次操作中能处理的最大二进位数。字长越长， CPU可同时处理的数据位数就越多，功能就越强。
• 时钟频率（主频）
• 主频是指CPU的时钟频率，即CPU的工作频率。主频越高，单位时间 内处理的指令越多， CPU的速度越快。 • 指令执行速度 – MIPS（百万条指令/s）。
2. EPROM（Erasable Programmable，可擦可编程只读存 储器）
是一种具有可擦除功能，擦除后即可进行再编程的 ROM内存。
L1高速缓存（cache） 即一级高速缓存，一种具有很高速度的特殊内部存储器。 主要目的在于提高计算机运行的速度。 缓存技术就是采用速度较快但容量较小的存储器来提高速度 较慢但容量较大的存储器的速度。
使用缓存时，必须先查看缓存中是否有需要的项目。如果有， 则称之为缓存命中。如果没有，则称之为缓存失误，这时计算机 就必须等待往返一次读取庞大而又缓慢的存储器。
微处理器
2.寄存器 寄存器是中央处理器内的组成部分 ，可用来暂存指令、数据和位址。 专用寄存器：指令寄存器、地址寄存器； 通用寄存器：在多种状态下使用。 寄存器的功能十分重要，CPU对存储器中的数据进行处理时，往往先把数 据取到内部寄存器中，而后再作处理。
用途： 1.可将寄存器内的数据执行算术及逻辑运算； 2.存于寄存器内的地址可用来指向内存的某个位置，即寻址； 3.可以用来读写数据到电脑的周边设备。
第3章 计算机硬件系统
2.1 概述 硬件系统 指构成计算机的电子线路、 电子元件和机械装置等物 理设备，包括计算机的主 机及其外部设备。
计算机系统
软件系统
指程序及有关程序的技术文档 资料。
硬件和软件的关系
硬件是软件工作的基础，离开硬件，软件无法工作。 软件是硬件功能的扩充和完善。 两者相互渗透，相互促进，硬件是基础，软件是灵魂。
控制总线CB用来传送控制信号和时序信号。控
制信号中，有的是微处理器送往存储器和I／O接口 电路的，如读／写信号，片选信号、中断响应信号
等；也有是其它部件反馈给CPU的，比如：中断申
请信号、复位信号、总线请求信号、限备就绪信号 等。因此，控制总线的传送方向由具体控制信号而 定，一般是双向的，控制总线的位数要根据系统的 实际控制需要而定。
最大的缓存也远远小于庞大的存储区。 可以存在多级缓存。
只读存储器的分类 1. PROM（Programmable ROM，可编程只读存储器） 是一种可以用刻录机将资料写入的ROM内存，但只 能写入一次，所以也被称为“一次可编程只读存储 器”(One Time Progarmming ROM，OTP-ROM)。
地址总线AB是专门用来传送地址的，由于地址只能从
CPU传向外部存储器或I／O端口，所以地址总线总是单向 的，这与数据总线不同。
地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小，比
如8位微机的地址总线为16位，则其最大可寻址空间为 2^16＝64KB，16位微型机的地址总线为20位，其可寻址
空间为2^20＝1MB。
• ⑵控制器(Controller) 它相当于计算机的指挥中心，控制器 的功能是使计算机能够自动执行程序，并 控制各部件协调工作。 • 即程序执行时，控制器按顺序先从存 储器取出一条指令，并对指令进行分析， 然后向有关部件发出控制命令，指挥他们 完成各种操作。
•
⑶存储器(Memory) 它是用来存放大量程序或数据的部件。包 括数据、程序、指令、运算的中间数据及最后 结果都存放在存储器中。
3. 算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit--ALU) 运算器的运算包括算术运算和逻辑运算。 算术运算指加、减、乘、除等算术操作；逻辑运算指逻 辑乘（与）、逻辑加（或）等逻辑操作。
4.微处理器芯片
指令和程序的概念 指令是计算机硬件可执行的、完成一个基本操作所发出 的命令。一台计算机的基本指令的集合称为该计算机的指令 集。 程序是指用户根据某一问题的解决步骤，选用一条条指 令进行有序排列的集合。
一条指令由两部分组成： 指出应该执行什么操作； 指出操作作用的对象是谁。 一条指令是用一串二进制代码表示，它可分成两部分： 操作码 操作数
例如：学习 同学们，计算机课程
CISC
RISC
复杂指令集计算机
简化指令集计算机
• 指令的执行过程 • 计算机执行指令可分为两个阶段：一是 将要执行的指令从内存取到CPU中；二是CPU 对该指令进行分析译码，再向各部件发出完 成该操作的控制信号。 • 例如：要求计算简单算题5+4=?
1KB=210=1024B 1MB=210×210=1024×1024=1048576B 1GB=210×210×210=1024×1024×1024 =1073741824B • 3.字(Word) • 字是CPU通过数据总线一次存取、加工和 传送数据的长度。一个字通常由一个或若干 个字节组成，字长越长，性能越强。 • 常用的字长有8位、16位、32位、64位。 • • •
1．一张1．44MB的软磁盘，可存放多少字节的信息？ 1.44MB＝1.44×1024×1024B＝1500000B
存储器
1. 存储器的分类 ROM 只读存储器
内部存储器 （内存或主存） RAM 随机存储器 存储器 外部存储器 （外存） 内存主要用来存放计算机工作中正在运行的程序、数据等； 外存则用来存放那些暂时不处理的信息
存 储 器 布 局
0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 ┋
5 4 计算结果 取数指令 加法指令 存数指令 打印输出指令
0100 0010 0101 1000
0001 0010 0011 0011
• 四、信息存储单位 • 1.位(bit) • 位是计算机存储信息的最小单位，表 示一位二进制数据。 • 2.字节(Byte,比特) • 字节是信息处理的基本单位，一个字 节由八位二进制数组成，即1Byte=8bit。 • 计算机存储器容量大小是以字节数来 度量的，常用的单位有KB、MB或GB。
随机读写存储器的分类 DRAM（Dynamic RAM，动态随机存储器） 一只单一的CMOS晶体管组成，通过存储电容器驱动。 须每几微秒就要刷新一次，否则数据会丢失 ；耗电量高。 通常都用作计算机内的主存储器。 SRAM（Static RAM，静态随机存储器） 静态，指的是内存里面的数据可以长驻其中 而不需要随时进行存取。采用金属氧化物半 导体技术，因为没有电容器，因此无须不断 充电即可正常运作，因此它可以比一般的动 态随机处理内存处理速度更快更稳定，往往 用来做高速缓存。
设计思想之一是二进制，他根据电子元件双稳工作的特点， 建议在电子计算机中采用二进制。报告提到了二进制的优点， 并预言，二进制的采用将大简化机器的逻辑线路。
诺伊曼提出了程序存储的思想：把运算程序存 在机器的存储器中，程序设计员只需要在存储器 中寻找运算指令，机器就会自行计算，这样，就 不必每个问题都重新编程，从而大大加快了运算 进程。这一思想标志着自动运算的实现，标志着 电子计算机的成熟，已成为电子计算机设计的基 本原则。
3.2.3 微处理器
运算器和控制器合在一起称为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。微机的CPU由大规模集成电路实现，并集成在小硅片 上，称为微处理器(Micro-processor)。
微处理器具有控制单元和算术逻辑单元两个基本部件。
1.控制单元 协调和控制中央处理器单元中的所有操作。
•
⑷输入设备(Input Device) 输入设备是用来接受用户输入的原始数据 和程序，并将它们转变为计算机能识别的形式 存放的存储器中。 • 有哪些输入设备？
• 常用的输入设备有：键盘、鼠标器、扫 描仪、触摸屏、光笔、磁盘机等。 • ⑸输出设备(Output Device) 输出设备是用来将处理结果转变为人们或 现场所能接受的形式。 常用的输出设备有：显示器、打印机、绘 图仪、磁盘机等。 • 4.名词术语 中央处理器(CPU)=运算器+控制器 主机=CPU+内部存储器 外部设备=输入设备+输出设备
数的存放地址 0001 0010 0011
存放的数 0101 0100 计算结果
用二进制表示的计算程序
指令地址 0101 0110 0111 1000 操作码 0100 0010 0101 1000 地址码 0001 0010 0011 0011
存储单元地址
存储单元内容
0000 0101 0000 0100
2.1.1 硬件系统 数据流
运算器
控制流
输入设备
存储器
输出设备
控制器
冯· 诺依曼结构电子计算机的基本结构
冯· 诺伊曼（Neumann，John von)，是20世纪
最杰出的数学家之一，于1945年提出了“程序 内存式”计算机的设计思想。这一卓越的思 想为电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础， 已成为计算机设计的基本原则。由于他在计 算机逻辑结构设计上的伟大贡献，他被誉为 “计算机之父”。 诺伊曼于1903年出生于匈牙利的布达佩 斯。他是一个数字神童，ห้องสมุดไป่ตู้1岁时已显示出数学 天赋。12岁的诺伊曼就对集合论，泛函分析 等深奥的数学领域了如指掌。青年时期，诺 伊曼从著名数学家希尔伯特，从此，他更是 如鱼得水，在数学在海洋中畅游。在获得数 字博士之后，他成为美国普林斯顿大学的第 一批终身教授，那时，他还不到30岁。
内部存储器的分类
• ROM（READ Only Memory 只读存储器） 主要用于存放系统程序，程序由厂家确定，断 电后不会丢失，但用户只能对ROM进行读操作， 不能进行写操作，非易失的存储媒体。 • RAM（Random Access Memory 随机读写 存储器）允许用户随时对其进行读写操作，但 当计算机发生断电时，存储在RAM中的全部信 息会立即丢失，易失性。