1-1 计算机的硬件组成

– 加、减、乘、除等基本算术运算 – 与、或、非等基本逻辑运算
• 控制器是计算机的控制中心
– 控制计算机各部件协调工作 – 使计算机能够自动地执行程序
CPU = 运算器 + 控制器
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个人电脑的CPU
奔腾II
奔腾IV
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计算机的硬件组成 计算机应用基础
运算器
计算机的硬件组成
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单条指令的执行过程
(1) 取指令 (2) 分析指令 (3) 取操作数 (4) 计算 (5) 送回结果
(1) 取任务 (2) 分析任务 (3) 取原料 (4) 制作 (5) 放回成品
与执行真实任务没什么区别
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程序的执行过程
• 控制器会按照程序规定的先后顺序， 依次取指令执行
• • • • 问题引入 冯· 诺依曼体系结构 计算机的工作过程 计算机的工作原理
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计算机的硬件组成
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计算机的工作原理
• 存储程序
– 程序保存在计算机的存储器中
• 由程序控制
– 按照程序规定的步骤逐条执行指令
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计算机的硬件组成
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本讲小结
• 冯· 诺依曼体系结构
– 存储器、运算器、控制器 – 输入设备、输出设备
输入设备的作用
提前准备数据
至硬盘
即时输入数据
至内存
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计算机的硬件组成
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输出设wenku.baidu.com的作用
• 把软件的运行结果以特定的方式呈 现给用户
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计算机的硬件组成
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运算器
控制器 输入设备
存储器
输出设备
五大部件之间的关系？ 计算机是如何工作的？
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程序指针 i=2
sum = 1 while(i<101) sum = sum+i i = i+1 print
…
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计算机的硬件组成
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五大部件之间的关系
控制器
指 令
运算器 输 入 设 备
主存储器
输 出 设 备
辅助存储器
数据流 控制流
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计算机的硬件组成 计算机应用基础
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计算机硬件系统
计算机硬件系统
• • • • 问题引入 冯· 诺依曼体系结构 计算机的工作过程 计算机的工作原理
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计算机的硬件组成
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引入 硬件系统和软件系统
计算机系统由硬件系统和软件系统两大 部分组成。 • 何为硬件？
– 硬件是指组成计算机的看得见的物理设备 – 例如：显示器、主机等，是构成计算机的实体
}
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计算机的硬件组成
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控制器、运算器与内存的协作
程序存储
取指令 控制器
通知取数 分析指令 执行指令
i sum
sum = sum+i
…
计算
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…
从sum中取出加数 从i中取出被加数 加数与被加数求和 结果送回sum
数据存储 ⑩
取数
通知计算
通知送回
运算器 控制器 速度快
一个一个 交换数据
内存储器
• 内存容量小且断电 后无法保存 存放使用中的信息 • 外存容量大且可永 久保存 存放暂时不使用的 程序和数据
速度慢
批量交 换数据
外存储器 (如硬盘/磁带)
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运算器和控制器
• 运算器又称算术逻辑单元(ALU)， 完成对二进制数的两类操作
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输入设备与输出设备
• 输入设备接受用户输入的原始数据和 程序，并将它们变为计算机能识别的 形式存放到内存中
– 键盘、鼠标、扫描仪、手写笔 – 外存储器也属于输入设备
• 输出设备将存放在内存中由计算机处 理的结果转变为人们所能接受的形式
– 显示器、打印机、绘图仪等 – 外存储器也属于输出设备
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计算机的硬件组成
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理解程序、指令和数据
问题：计算1+2+…+100的和 思路？
i = 2; 顺序执行 sum = 1; while ( i < 101 ) { 程序 sum = sum + i; 重复99次 i = i + 1; } print sum; 打印结果 1 + 2 = 3 + 3 = 6 + 4 = 10 + … + 100 = 5050 i = 2; sum 1 3 6 10 指令 数据 sum = sum + i; i 2 3 4 5
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计算机硬件系统
• • • • 问题引入 冯· 诺依曼体系结构 计算机的工作过程 计算机的工作原理
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计算机的硬件组成
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冯· 诺依曼体系结构
• 冯· 诺依曼式计算机有五大部件 – 存储器、运算器、控制器 – 输入设备、输出设备
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……
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计算机与团队游戏
控制器
运算器
组长
组员 任务
内存
储物柜
任务箱 程序 数据
原料/成品
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程序和数据
• 程序是完成特定任务的一系列指令 • 数据是现实世界各种信息在计算机中 的表现形式
– 数值、文本、图片、音乐、电影
• 程序和数据永久保存于硬盘中 • 运行时从硬盘导入内存
• 程序、指令和数据的概念 • 单条指令的执行过程 (重点)
– 取指令、分析指令 – 取操作数、计算、送回结果
对比真实任务 的执行过程
• 程序的执行过程
– 按照规定的顺序逐条执行指令
• 计算机的工作原理
– 存储程序及由程序控制
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思考
• 掌握了计算机的硬件组成和工作过程
• 何为软件？
– 软件是用来指挥计算机完成具体工作的程序和 数据的总称，是整个计算机的灵魂 – 例如，Windows操作系统、IE浏览器等
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台式计算机由哪些部件组成？
• 笔记本与台式机架构基本一致
里面还有什么？ 计算机的组成部件就这些？ 主机里的部件重要，还是外面的重要？ 哪些部件属于同一类型？
– “计算器” 的工作原理
OK
• 暴风影音、IE浏览器？
– 图片、电影等数据如何保存？ – 播放电影与算术运算有何关联？
一切从二进制开始
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客人 程序和数据 区别：内容形式 赵治勋 钱永明 … 孙晓楠 宾馆 李滨
地址 00000000 00000001
} 房间
存储单元
11100011 10001101 …
…

11101000 11111110 内存储器 11111111 00110010 …
…
计算机的硬件组成
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外存储器的作用
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存储器
• 存储器是用来存储程序和数据的部件 通常分为：内存储器和外存储器
– 内存储器存放执行中的程序和数据 – 外存储器存放暂时不用的程序和数据
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计算机的硬件组成
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理解内存储器
计算机硬件只能使用和识别二进制 地址：存储单元的编号，按地址存取数据 相似：结构和使用方式 房间号 1001 1002 … 1098 1099
计算机硬件系统
• • • • 问题引入 冯· 诺依曼体系结构 计算机的工作过程 计算机的工作原理
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计算机的硬件组成
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团队协作游戏
组员(微波炉)
储物柜
面粉
组长
任务箱 2
烘烤 201 225 212
… 鸡蛋 225
计算机的硬件组成
…
做法
原料处
成品处 下个 任务
201 202
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