计算机系统结构gai
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3.1 计算机系统的组成
主机
中央处理器(CPU)
运算器 控制器
硬件
内存储器
只读存储器(ROM) 随机存储器(RAM)
计
输入设备——键盘、鼠标、光笔、扫描仪
算
外部设备 输出设备——显示器、打印机、绘图仪
机 系 统
外存储器——硬盘、光盘
系统软件 操作系统
语言处理系统
数据库管理系统 系统服务程序
软件
文字处理软件
数 据 区
6
4.3 计算机硬件系统的组成
微型计算机硬件系统由微处理器、存储器、各 种输入/输出接口电路以及系统总线组成。
微型机的系统结构图如下：
微 处
AB
理
DB
器
CPU
CB
主存储器 外存接口 输入输出接口 其他I/O口
软、硬盘 驱动器
键盘、显 示器等
各种外设 7
1.3 计算机硬件系统的组成
从外观看，一台微机由主机和外部设备组成。在主机 箱内有主板（包括CPU和内存、总线扩展槽）、外存、输 入输出接口电路等，如下图所示：
信息管理软件
应用软件 图形软件 辅助设计软件
各种程序包
1
3.2 计算机的基本工作原理
计算机的基本工作原理是由美籍匈牙利 科学家冯·诺依曼于1946年首先提出的。 采用二进制的形式表示数据和指令. 采用存储程序方式. 计算机由运算器、存储器、控制器、输入
设备、输出设备5大部件组成.
2
冯·诺依曼结构框图
CPU的字长即CPU一次所能处理的数据的二进 制位数；
指令本身的功能强弱及复杂程度。
12
1.3.3 存储器
微型机的存储器用来存放程序和数据，存储器容量的大
小、存取数据速度的快慢将直接影响到微型机系统的性能。
随机存储器 RAM
主存储器
只读存储器 ROM
（内 存）
存
可编程只读存储器 PROM
储 器
CPU 交换数据 内存 交换数据 外存
不能直接交换
17
外存储器的分类
硬磁盘存储器 光盘存储器 优盘（Flash Memory) 移动硬盘
18
硬盘的性能指标
①盘径：5.25英寸，3.5英寸，2.5英寸，1.8英寸等； ②接口类型：IDE、EIDE、UATA、SATA、SCSI等； ③盘面数：相当于软盘中的“面数”，又称磁头数； ④柱面数：相当于软盘中的“磁道数”； ⑤扇区数、数据传输率、硬盘转速、电源和重量等。
静态随机存取存储器（SRAM） 动态随机存取存储器 （DRAM） 只读存储器（ROM） 高速缓冲存储器（Cache)
计算机运行时的程序和数据均放在RAM中， 一旦掉电，其中的内容将全部丢失。
15
内存地址
RAM在实际存储的时候被分 成为多个等长的存储单元， 在微机中一般按照字节存 储，即按字节来分存储单 元。
5
计算机基本工作原理
起始地址
自动加 1
内存储器 程序计数器 PC 程序计01数00器 PC （4）
操作码
指令寄存器
07
（2）
地址码 0270 （1）
控制器
译码器
操作控制线路 （3）
累加寄存器
算术、逻辑运算部件
运算器
内存储器
地址 …
0100 0101
内容 …… 070270
… 0270
…… 数据
程 序 区
8
1.3.1 主板
主板是位于主机箱底部的一块大型印刷电路板，有CPU插槽/插座、 内存插槽、局域总线的扩展总线、高速缓存、时钟和CMOS主板BIOS、 软/硬盘、串口、并口等外设接口、控制芯片等。
北桥为VIA VT8601T，南桥为VIA VT82C686B
9
1.3.2 CPU
1. 中央处理器CPU：它执行对信息的处理与控 制，是整个微型机的核心，它是一个大规模集 成电路芯片。
可改写只读存储器 EPROM
外存储器
磁盘存储器：软磁盘 、硬磁盘
（辅助存储器）
光盘存储器
其中计的算内机容运将行全时部的丢程失序。和数据均放在RAM中，一旦掉1电3 ，
内存储器
14
内存功能与分类
概念：内存储器(主存储器、主存) ，是存放程 序和数据的部件。其特点是存取速度较快，CPU 可以直接访问。分为：
程序+ 数据
反 馈 信 号
输入 设备
请响 求应 信信 号号
运算器
存 取数 数
（内）存储器
指 地令 址
控制器
数据流
操
控制流
作
Βιβλιοθήκη Baidu
命
令
输出 处理 设备 结果
响请 应求 信信 号号
3
计算机基本工作原理
指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作。
指令
操作码
操作数
分 类
结构 操作码 要完成的操作类型或性质
比如，如果有内存１kB， 则被分为1024个存储单元。 每个存储单元将被赋予一 个编号即内存地址。
*注意区分内存地址和内存 地址中的内容的区别。
FFFFH
0002H 0001H 0000H
16
2、外存储器
概念：辅助存储器（辅存），容量大，保存 时间长，不能与CPU直接交换数据。
CPU、内存、外存间的关系：
2. 微处理器MPU：它是将CPU、时钟脉 冲发生器和系统控制器集成在一片或 多片大规模集成电路上而形成的一个 独立器件。
10
1.3.2 CPU
11
1.3.2 CPU
CPU的基本结构：
运算器与内部控制器； 控制逻辑单元； CPU内部总线。
CPU的性能指标：
CPU执行指令的速度即CPU每秒所能执行的指 令条数；
② 分析指令 对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译 码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控 制电位信号；由地址码确定操作数地址。
③ 执行指令 由操作控制线路发出完成该操作所需要的一 系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。
④ 一条指令执行完成，指令计数器加1 或将转移地址码 送入程序计数器，然后回到①。
操作数 操作的内容或所在的地址
数据传送指令
内存
CPU
数据处理指令
＋ － ×÷ And Or……
•程序控制指令 输入输出指令 其它指令
If Goto……
主机
I/O设备
对计算机的硬件进行管理等
4
计算机基本工作原理
指令的执行过程分为以下4个步骤：
① 取指令 按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出 指令，并送往指令寄存器。
硬盘容量的计算： 总容量＝每扇区字节数×盘面数×柱面数×扇区数
19
硬盘的性能指标
20
硬盘机的主要技术指标
平均等道时间：指磁头移动到数据所在 磁道所用的时间；
数据传输率：指磁头到硬盘缓存间最大 数据传输率；
主轴转速：指硬盘内主轴转动速度； 高速缓存（Cache）：指在硬盘内部的
主机
中央处理器(CPU)
运算器 控制器
硬件
内存储器
只读存储器(ROM) 随机存储器(RAM)
计
输入设备——键盘、鼠标、光笔、扫描仪
算
外部设备 输出设备——显示器、打印机、绘图仪
机 系 统
外存储器——硬盘、光盘
系统软件 操作系统
语言处理系统
数据库管理系统 系统服务程序
软件
文字处理软件
数 据 区
6
4.3 计算机硬件系统的组成
微型计算机硬件系统由微处理器、存储器、各 种输入/输出接口电路以及系统总线组成。
微型机的系统结构图如下：
微 处
AB
理
DB
器
CPU
CB
主存储器 外存接口 输入输出接口 其他I/O口
软、硬盘 驱动器
键盘、显 示器等
各种外设 7
1.3 计算机硬件系统的组成
从外观看，一台微机由主机和外部设备组成。在主机 箱内有主板（包括CPU和内存、总线扩展槽）、外存、输 入输出接口电路等，如下图所示：
信息管理软件
应用软件 图形软件 辅助设计软件
各种程序包
1
3.2 计算机的基本工作原理
计算机的基本工作原理是由美籍匈牙利 科学家冯·诺依曼于1946年首先提出的。 采用二进制的形式表示数据和指令. 采用存储程序方式. 计算机由运算器、存储器、控制器、输入
设备、输出设备5大部件组成.
2
冯·诺依曼结构框图
CPU的字长即CPU一次所能处理的数据的二进 制位数；
指令本身的功能强弱及复杂程度。
12
1.3.3 存储器
微型机的存储器用来存放程序和数据，存储器容量的大
小、存取数据速度的快慢将直接影响到微型机系统的性能。
随机存储器 RAM
主存储器
只读存储器 ROM
（内 存）
存
可编程只读存储器 PROM
储 器
CPU 交换数据 内存 交换数据 外存
不能直接交换
17
外存储器的分类
硬磁盘存储器 光盘存储器 优盘（Flash Memory) 移动硬盘
18
硬盘的性能指标
①盘径：5.25英寸，3.5英寸，2.5英寸，1.8英寸等； ②接口类型：IDE、EIDE、UATA、SATA、SCSI等； ③盘面数：相当于软盘中的“面数”，又称磁头数； ④柱面数：相当于软盘中的“磁道数”； ⑤扇区数、数据传输率、硬盘转速、电源和重量等。
静态随机存取存储器（SRAM） 动态随机存取存储器 （DRAM） 只读存储器（ROM） 高速缓冲存储器（Cache)
计算机运行时的程序和数据均放在RAM中， 一旦掉电，其中的内容将全部丢失。
15
内存地址
RAM在实际存储的时候被分 成为多个等长的存储单元， 在微机中一般按照字节存 储，即按字节来分存储单 元。
5
计算机基本工作原理
起始地址
自动加 1
内存储器 程序计数器 PC 程序计01数00器 PC （4）
操作码
指令寄存器
07
（2）
地址码 0270 （1）
控制器
译码器
操作控制线路 （3）
累加寄存器
算术、逻辑运算部件
运算器
内存储器
地址 …
0100 0101
内容 …… 070270
… 0270
…… 数据
程 序 区
8
1.3.1 主板
主板是位于主机箱底部的一块大型印刷电路板，有CPU插槽/插座、 内存插槽、局域总线的扩展总线、高速缓存、时钟和CMOS主板BIOS、 软/硬盘、串口、并口等外设接口、控制芯片等。
北桥为VIA VT8601T，南桥为VIA VT82C686B
9
1.3.2 CPU
1. 中央处理器CPU：它执行对信息的处理与控 制，是整个微型机的核心，它是一个大规模集 成电路芯片。
可改写只读存储器 EPROM
外存储器
磁盘存储器：软磁盘 、硬磁盘
（辅助存储器）
光盘存储器
其中计的算内机容运将行全时部的丢程失序。和数据均放在RAM中，一旦掉1电3 ，
内存储器
14
内存功能与分类
概念：内存储器(主存储器、主存) ，是存放程 序和数据的部件。其特点是存取速度较快，CPU 可以直接访问。分为：
程序+ 数据
反 馈 信 号
输入 设备
请响 求应 信信 号号
运算器
存 取数 数
（内）存储器
指 地令 址
控制器
数据流
操
控制流
作
Βιβλιοθήκη Baidu
命
令
输出 处理 设备 结果
响请 应求 信信 号号
3
计算机基本工作原理
指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作。
指令
操作码
操作数
分 类
结构 操作码 要完成的操作类型或性质
比如，如果有内存１kB， 则被分为1024个存储单元。 每个存储单元将被赋予一 个编号即内存地址。
*注意区分内存地址和内存 地址中的内容的区别。
FFFFH
0002H 0001H 0000H
16
2、外存储器
概念：辅助存储器（辅存），容量大，保存 时间长，不能与CPU直接交换数据。
CPU、内存、外存间的关系：
2. 微处理器MPU：它是将CPU、时钟脉 冲发生器和系统控制器集成在一片或 多片大规模集成电路上而形成的一个 独立器件。
10
1.3.2 CPU
11
1.3.2 CPU
CPU的基本结构：
运算器与内部控制器； 控制逻辑单元； CPU内部总线。
CPU的性能指标：
CPU执行指令的速度即CPU每秒所能执行的指 令条数；
② 分析指令 对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译 码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控 制电位信号；由地址码确定操作数地址。
③ 执行指令 由操作控制线路发出完成该操作所需要的一 系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。
④ 一条指令执行完成，指令计数器加1 或将转移地址码 送入程序计数器，然后回到①。
操作数 操作的内容或所在的地址
数据传送指令
内存
CPU
数据处理指令
＋ － ×÷ And Or……
•程序控制指令 输入输出指令 其它指令
If Goto……
主机
I/O设备
对计算机的硬件进行管理等
4
计算机基本工作原理
指令的执行过程分为以下4个步骤：
① 取指令 按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出 指令，并送往指令寄存器。
硬盘容量的计算： 总容量＝每扇区字节数×盘面数×柱面数×扇区数
19
硬盘的性能指标
20
硬盘机的主要技术指标
平均等道时间：指磁头移动到数据所在 磁道所用的时间；
数据传输率：指磁头到硬盘缓存间最大 数据传输率；
主轴转速：指硬盘内主轴转动速度； 高速缓存（Cache）：指在硬盘内部的