计算机体系结构ppt课件

一、计算机系统的硬件结构
计算机系统包括大型计算机、中小型 计算机、微型计算机等各种不同的硬件结 构，不同种类的计算机硬件结构具有不同 的硬件体系和结构特点，本节简要介绍不 同计算机的硬件结构。
3.1.1 现代计算机结构的特点 3.1.2 计算机硬件的典型结构 3.1.3 微型计算机常见总线标准
3.1.1 现代计算机结构的特点
• 中央处理器和主存储器构成了计算机主体， 称为主机；相对地又把I/O设备称作外围设备或 外部设备，简称外设。
• 于是，计算机又被看成是由主机和外设两 大部分组成。但无论怎样划分，计算机的5大 部件始终是相对独立的子系统，缺一不可。
3.1.2 计算机硬件的典型结构
• 计算机系统的硬件结构包括各种形式的总线结构和通 道结构，它们是各种大、中、小、微型计算机的典型 结构体系。
3．小型机的总线型结构
（1）单总线结构
图3-4是单总线的计算机系统。中央处理器、 主存储器和I/O设备（通过I/O接口）以同等 地位连接到系统总线上。CPU与主存储器、 主存储器与I/O设备、CPU与I/O设备、I/O设
备之间均可以通过系统总线交换信息。
这种结构的优点是各种I/O设 备的寄存器和主存储器的存储 单元可以统一编址，CPU可以 通过统一的传送指令像访问主 存储单元一样地访问I/O设备。 既便于控制，又易于扩充系统 需要添置的I/O设备；当I/O设 备与主存储器交换信息时， CPU还可以继续处理默认的不 需要访问主存储器或I/O设备 的工作。缺点是同一时刻只允 许连接到单总线上的某一对设 备之间相互传递信息，限制了 信息传送的吞吐量(或称速率)。 此外，单总线控制逻辑比专用 的存储总线控制逻辑更为复杂， CPU通过单总线向主存储器存 取信息要比通过存储总线存取 稍慢些。这种结构广泛用在小 型计算机和微型计算机中。
•
计算机体系结构指的是构成计算机系统主
要部件的总体布局、部件的主要性能以及这些
部件之间的连接方式。
本章主要内容
一、计算机系统的硬件结构
1 现代计算机结构的特点 2 计算机硬件的典型结构
3 微型计算机常见总线标准
二、计算机系统的硬件组成
1 中央处理器 2 存储器 3 输入/输出设备 4 主机板
三、计算机的主要技术指标
• 1．总线 • 所谓总线，就是CPU、内存储器和I/O接口之间相互交
换信息的公共通路，各部件通过总线连成一个整体。 所有的外围设备也通过总线与计算机相连。按传送信 息的类别，总线可以分为三种：地址总线（Address Bus 缩写为AB）、数据总线（Data Bus 缩写为DB）和 控制总线（Control Bus 缩写为CB）。地址总线传送存 储器和外围设备的地址，数据总线传送数据，控制总 线则是管理协调各部分的工作,图3-2所示。
软件资源的增多， 信息存储问题就十 分突出，促使由一 级存储发展到多级 存储，甚至在主存 储器一级也采用多 存储体交叉访问技 术，出现了以存储 系统为核心的计算 机系统结构。
第三章 计算机体系结构
• 硬件和软件是学习计算机知识经常遇到的术语。 硬件是指计算机系统中实际设备的总称。它可 以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件 或设备，或由它们组成的计算机部件或整个计 算机硬件系统。
• 计算机系统包括大型机、中小型机以及微机等 多种结构形式，其硬件主要包括: 运算器、控 制器、存储器、输入设备和输出设备等部件。
3．小型机的总线型结构 （2）CPU为中心的双总线结构
来自百度文库图3-5是以CPU为中心的双总线结构，连接CPU和主存储器的是
存储总线，CPU通过该总线从主存储器中取出指令和数据，并
把处理结果经该总线送回主存储器。CPU与I/O设备交换信息
的通路叫输入/输出总线(I／O总线)，各种I/O设备通过I/O
接口连接在I/O总线上。
这种结构的优点是控
制线路简单，对I/O
总线的传输速率相对
地可降低一些要求。
缺点是I/O设备与主
存储器之间交换信息
一律要经过CPU，将
耗费CPU大量时间，
降低了CPU的工作效
率。
3．小型机的总线型结构
（3）以存储器为中心的双总线结构
图3-6是以存储器为中心的双总线结构。这种结构既保持了 单总线结构的优点，又在CPU和主存储器之间设置了一组高 速存储总线，供CPU与主存储器交换信息。当主存储器通过 存储总线和CPU交换信息时，主存储器还可以通过系统总线 和I/O设备交换信息，而不必经过CPU控制，即减轻了系统总
• 现代计算机的结构以存储器为中心。
图3-1所示结构的计算机， 其工作步骤为：首先输入 设备在控制器的控制下将 原始数据和计算步骤输入 存储器，其次控制器从存 储器读出计算步骤(指令系 列)，然后控制器控制运算 器和存储器依次执行每一 个计算步骤(指令)，最后， 控制器控制输出设备以各 种方式从存储器输出计算 结果。
• 与冯·诺依曼型计算机结构—样，图3-1所 示结构的计算机也由5大部件组成。
• 其中，控制器（简称CU）和运算器 (又称算术 逻辑单元，简称ALU)在计算机中直接完成信 息处理的任务，合称中央处理器(简称CPU)， 输入设备和输出设备合称输入/输出设备(简称 I/O设备)，加上主存储器(简称M·M)构成现代 计算机3大部分。
• 2．微型机的一般结构
• 图3-3是微型计算机的一般结构图，尽管把总线按信息 类型分成了地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB， 但仍然属于单总线结构。
•图中将存储器分成两类芯片，只 读存储器ROM中固定存放一些系 统程序（如监控程序等），随机 存储器RAM用于存储用户程序和 一些需要调入调出的系统程序。 I/O接口芯片可以是若干块，各种 I/O设备要通过I/O接口与总线相 连。
线的负担，又提高了传输速率。缺点是需要增加硬件。
4．大、中型计算机的通道型结构
图3-7是大、中型计算机的通道型结构，分主机、通道、 I/O控制器和I/O设备四级。组成大、中型计算机的目的 是为了扩大系统的功能和提高系统的效率。扩大系统 的功能要求配备日益增多的硬件和软件资源，提高系
统的效率则强调合理地管理和调度资源。