chapter5—计算机、微型计算机的组成及工作过程
计算机的基本结构与工作过程ppt课件
严 格 执 行 突 发事件 上报制 度、校 外活动 报批制 度等相 关规章 制度。 做到及 时发现 、制止 、汇报 并处理 各类违 纪行为 或突发 事件。
2.1 计算机的基本结构
2.1.1 冯·诺伊曼计算机基本结构
1944~1945年间，冯·诺伊曼应邀参加ENIAC计算 机研制任务。
3. 控制器
控制器是指挥和控制计算机各部件协调工作的功能部件。 工作过程：
1）它从存储器中逐条取出指令，翻译指令代码，并产生各 种控制信号以指挥整个计算机有条不紊地工作，一步一步地 完成指令序列所规定的任务。
2）同时控制器还要接收输入输出设备的请求信号以及运算 器操作状况的反馈信息，以决定下一步的工作任务。
1. 存储器 内存储器结构框图
图2.3 计算机存储器的基本结构
严 格 执 行 突 发事件 上报制 度、校 外活动 报批制 度等相 关规章 制度。 做到及 时发现 、制止 、汇报 并处理 各类违 纪行为 或突发 事件。
2．运算器
运算器：是执行算术运算(加、减、乘、除等) 和逻辑 运算(“与”、“或”、“非”等)的部件。
微操作：基本的不可再分的简单操作叫“微操作”， 控制微操作的命令信号叫“微命令”，它是比“指令” 更基本、更小的操作命令，例如开启某个控制电位， 清除某寄存器或将数据输入到某个寄存器等。
基本任务：通常一条指令的执行就是通过一串微命令 的执行来实现的。控制器的基本任务就是根据各种指 令的要求，综合有关的逻辑条件和时间条件产生相应 的微命令。
1. 存储器 主(内)存电路组成：
存储体+控制逻辑电路 存储单元：存储体被划分为若干个存储单元。 8位一单元，16位，32位。 内容：每个单元存放一串二进制信息，称存储单元的
微型计算机系统的组成
作
业
P15： 一、5，6，9 二、1，3，6，8 三、3
微型计算机
微处理器
算术逻辑部件 ALU(Arithmetic Logic Unit)
微处理器
又称中央处 理器（CPU） 理器（CPU）
控制部件(Control Unit) 控制部件(Control
寄存器组(Registers) 寄存器组(Registers)
微型计算机
以CPU为核心，并配以存储器(ROM CPU为核心，并配以存储器(ROM 为核心 RAM)、输入／输出接口电路、 和RAM)、输入／输出接口电路、系统总 线及相应的外部设备而构成的完整的、 线及相应的外部设备而构成的完整的、 可独立工作的计算机。 可独立工作的计算机。有的微型计算机 是把这些组成部分集成在一个超大规模 芯片上， 芯片上，则称之为单片机 。
程序控制
计算机工作时，CPU中的控制器部分， 计算机工作时，CPU中的控制器部分，按 中的控制器部分 照程序指定的顺序（由代码段寄存器CS CS及指令 照程序指定的顺序（由代码段寄存器CS及指令 指针寄存器IP指引） IP指引 指针寄存器IP指引）到存放程序代码的内存区 域中去取指令代码， CPU中完成对代码的分 域中去取指令代码，在CPU中完成对代码的分 然后， CPU的控制器部分依据对指令代 析，然后，由CPU的控制器部分依据对指令代 码的分析结果， 码的分析结果，适时地向各个部件发出完成该 指令功能的所有控制信号， 指令功能的所有控制信号，这就是程序控制的 概念处 理文本、图形、图像、动画、 理文本、图形、图像、动画、音频和视 频等多种媒体信息的计算机。 频等多种媒体信息的计算机。
提醒复习
• 计算机的基本组成 • 存储程序概念与冯 诺依曼计算机 存储程序概念与冯.诺依曼计算机 • 微型计算机系统的三个层次 • 计算机主要性能指标的含义
微型计算机的工作原理和组成
软件开发与维护
01
软件开发是指根据用户需求设计 和实现应用软件的过程，包括需 求分析、设计、编码、测试等阶 段。
02
软件维护是指在软件发布后，为 了纠正错误、改进性能或其他目 的所做的修改和管理。
加强国际合作与交流，共同应对微型计算机面临的挑战和问题，促进全球计算机技 术的进步。
THANKS
工作原理
2
微型计算机如何处理信息、执行任务的基本过程。
组成
微型计算机的各个组成部分及其功能。
目的和目标
目的
深入了解微型计算机的工作原理 和组成，以便更好地使用和维护 。
目标
掌握微型计算机的基本概念、工 作原理和组成，为进一步学习计 算机科学和技术打下基础。
02
微型计算机的工作原理
计算机的基本工作原理
微型计算机的工作原理和组成
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目 录
• 引言 • 微型计算机的工作原理 • 微型计算机的组成 • 微型计算机的软件系统 • 微型计算机的性能指标与发展趋
势 • 结论
01 引言
主题简介
1 3
微型计算机
一种体积小、价格低、功能强大的计算机，广泛应用于家庭 、办公室、学校等场合。
详细描述
存储器是微型计算机中用于存储程序和数据的部件。根据存储介质和访问速度的不同，存储器可以分为内存储器 和外存储器。内存储器包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM），而外存储器则包括硬盘、光盘、 U盘等。
输入输出设备
总结词
输入输出设备用于输入数据、命令和输出结果。
简述计算机的工作原理和工作过程
简述计算机的工作原理和工作过程
计算机是一种能够自动执行指令的电子设备，它的工作原理和工作过程是由硬件和软件两部分组成的。
硬件是计算机的物理组成部分，包括中央处理器（CPU）、内存、硬盘、显示器、键盘、鼠标等。
其中，CPU是计算机的核心部件，它负责执行指令和控制计算机的运行。
内存是计算机的临时存储器，用于存储正在运行的程序和数据。
硬盘则是计算机的永久存储器，用于存储操作系统、应用程序和用户数据等。
软件是计算机的程序和数据，包括操作系统、应用程序和用户数据等。
操作系统是计算机的核心软件，它负责管理计算机的硬件资源和提供基本的服务，如文件管理、进程管理、内存管理等。
应用程序是用户使用计算机的工具，如文字处理、图像处理、游戏等。
用户数据则是用户自己创建和存储的数据，如文档、图片、音乐等。
计算机的工作过程可以分为输入、处理、输出和存储四个步骤。
输入是指将数据和指令输入到计算机中，可以通过键盘、鼠标、扫描仪等设备完成。
处理是指计算机对输入的数据和指令进行处理，包括算术运算、逻辑运算、数据传输等。
输出是指将处理结果输出到显示器、打印机、音响等设备中，供用户观看或听取。
存储是指将数据和程序存储到内存或硬盘中，以便下次使用。
总的来说，计算机的工作原理和工作过程是由硬件和软件相互配合
完成的。
硬件提供计算机的物理支持，软件则控制计算机的运行和实现各种功能。
计算机的工作过程是一个不断循环的过程，通过输入、处理、输出和存储四个步骤，实现了计算机的各种功能。
微型计算机的工作过程和主要性能指标
微型计算机的工作过程和主要性能指标微型计算机的工作过程根据冯·诺依曼的设计，计算机应能自动执行程序，而执行程序又归结为逐条执行指令。
执行一条指令又可分为以下五个基本操作：1）取指令：从存储器某个地址单元中取出要执行的指令送到CPU 内部的指令寄存器暂存。
2）分析指令：或称指令译码，把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器，译出该指令对应的微操作信号，控制各个部件的操作。
3）取操作数：如果需要，发出取数据命令，到存储器取出所需的操作数。
4）执行指令：根据指令译码，向各个部件发出相应控制信号，完成指令规定的各种操作。
5）保存结果：如果需要保存计算结果，则把结果保存到指定的存储器单元中。
完成一条指令所需的时间称为指令周期。
一个指令周期往往包括多个总线周期，而一个总线周期又包含多个时钟周期。
时钟周期是计算机中最小的时间单位。
微型计算机的主要性能指标微型计算机的性能是一个综合的指标，它与微型计算机的系统结构、各部件的硬件性能以及系统的软件配置有关，主要评估指标有以下几项。
1.微处理器的字长计算机一次能并行处理的二进制的位数称为字长。
微处理器的字长一般由算术逻辑单元（ALU）的位数和数据总线的宽度来决定，字长越长，表示数据的精度越高，传送处理数据的速率越快。
例如，8086 是16 位字长处理器。
有些处理器的ALU 位数和数据总线宽度并不相同，例如，8088 的ALU 是16 位，但为了和8 位的I/O 设备兼容，其数据总线只有8 位，因此称其为准16 位处理器。
2.内存储器容量和访问时间存储器容量和存储器访问时间是反映微型计算机内存储器性能的两个主要指标。
内存储器的最大容量和处理器的地址线宽度有关，8086 有20 位地址线，最大内存容量为1MB，存储器访问时间体现了内存储器的速度，直接影响处理机的性能。
20 世纪80 年代初，动态存储器DRAM 的访问时间在几百纳秒，近年来提高到几十纳秒。
但是存储器速度的提高远远赶不上微处理器速度的提高，弥补它们之间的速度间隙一直是微型计算机技术中的难题。
解微型计算机工作原理和工作过程
解微型计算机工作原理和工作过程全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：微型计算机是一种集成了CPU、内存、输入输出设备等部件的计算机系统，体积小、功耗低、性能高。
其工作原理和工作过程是微处理器通过接收来自输入设备的指令和数据，经过运算处理后，将结果输出到输出设备上。
本文将详细介绍微型计算机的工作原理和工作过程。
一、微型计算机的工作原理微型计算机的工作原理主要由硬件和软件两部分构成。
硬件部分包括主板、CPU、内存、显卡、硬盘、输入输出设备等组件，这些组件通过总线相连，实现信息的传递和处理；软件部分包括操作系统、应用程序等，用于控制硬件的工作、管理资源、处理数据等。
微型计算机的工作原理是通过CPU来实现的。
CPU是微型计算机的核心部件，负责执行各种指令，进行运算处理。
CPU通过总线与主板上其他硬件设备连接，能够读取数据、存储数据、进行算术逻辑运算等操作。
当用户操作计算机时，输入设备会将指令和数据传输给CPU，CPU经过运算处理后，将结果输出到输出设备上，用户就能看到相应的反馈了。
二、微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程主要包括输入、处理、输出三个阶段。
在输入阶段，用户通过键盘、鼠标等输入设备输入指令和数据；在处理阶段，CPU接收并解析输入数据，执行相应的操作，进行计算处理；在输出阶段，CPU将处理结果输出到显示器、打印机等输出设备上，用户可以看到相应的结果。
微型计算机的工作过程是一个循环往复的过程，用户不断输入数据和指令，CPU不断进行处理和计算，输出结果。
通过这种方式，用户可以实现各种计算、操作、应用等功能。
第二篇示例：微型计算机是一种小型但功能强大的计算机系统，被广泛应用于日常生活和工作中。
它是现代信息社会中不可或缺的一部分，其工作原理和工作过程值得我们深入了解和探讨。
微型计算机的工作原理主要涉及到计算机的硬件和软件两个方面。
硬件部分包括主机、CPU、内存、硬盘、光盘驱动器、显卡、声卡等各种组件，软件部分则包括操作系统、应用程序、驱动程序等。
解微型计算机工作原理和工作过程
解微型计算机工作原理和工作过程微型计算机是一种小型、高效、多功能的计算机系统，广泛应用于个人和商业领域。
它的工作原理是基于电子元件的运作和信息处理。
微型计算机的核心是中央处理器（CPU），它负责执行各种计算和操作。
CPU由多个重要部件组成，包括控制单元、算术逻辑单元和寄存器。
控制单元负责指挥和协调计算机的各个部件，算术逻辑单元负责执行算术和逻辑运算，寄存器则用于暂时存储数据。
微型计算机还包括内存和存储设备。
内存用于存储程序和数据，它可以被CPU直接访问。
存储设备用于长期存储数据和文件，例如硬盘驱动器或固态驱动器。
微型计算机还有输入和输出设备。
输入设备包括键盘、鼠标和扫描仪等，用于将外部信息输入到计算机系统中。
输出设备包括显示器、打印机和音频设备等，用于将计算机处理后的结果呈现给用户。
微型计算机的工作过程可以简单描述为以下几个步骤：首先，用户通过输入设备将需要处理的信息输入到计算机系统中。
然后，CPU 根据程序和指令对输入的信息进行处理和计算。
处理过程中，CPU 可能需要从内存中读取数据，并将计算结果存储回内存。
最后，计算机将处理后的结果通过输出设备呈现给用户。
微型计算机的工作原理基于二进制系统。
所有的数据和指令都以二进制形式表示，通过电信号在电子元件中传递和处理。
计算机通过电路和逻辑门来执行各种计算和操作。
这些电子元件可以根据电流的有无来表示二进制的0和1，从而实现信息的存储和处理。
微型计算机通过中央处理器、内存、存储设备和输入输出设备等部件的协调工作，实现了信息的输入、处理和输出。
它的工作原理基于电子元件的运作和二进制系统，利用电信号进行数据的传递和处理。
微型计算机的工作过程简单明了，但背后却是复杂而精密的技术体系。
它的出现和发展极大地推动了人类社会的进步和发展。
说明微型计算机系统的硬件组成及各部分的作用
说明微型计算机系统的硬件组成及各部分的作用微型计算机系统是一种由硬件和软件组成的计算机系统，它通常由中央处理器（CPU）、内存、存储设备、输入设备、输出设备和其他辅助设备组成。
下面将详细介绍微型计算机系统的硬件组成及各部分的作用。
1.中央处理器（CPU）：CPU是微型计算机系统的核心部件，它包括一个或多个处理核心，负责执行计算机指令、控制和协调计算机系统的各个组件。
CPU的主要作用是进行算术逻辑运算和控制指令的执行，它是计算机系统的"大脑"。
2.内存：内存是用来存储程序和数据的地方，它是CPU和存储设备之间的桥梁。
内存分为主存和辅存两部分，主存是CPU可以直接访问的存储空间，而辅存则是用来扩展存储容量的外部设备。
内存的作用是提供临时存储空间，使得CPU能够高速读写数据。
3.存储设备：存储设备用于长期存储程序和数据，包括硬盘、固态硬盘、光盘、U盘等。
它们的作用是存储大量数据，并可以长期保存，以便下次使用。
4.输入设备：输入设备用于将外部数据和命令输入到计算机系统中，包括键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。
输入设备的作用是将用户的指令、数据等输入到计算机系统中，供CPU处理。
5.输出设备：输出设备用于将计算机系统处理后的结果或数据输出到外部设备或显示器上，包括显示器、打印机、音箱等。
输出设备的作用是将计算机系统处理后的信息展示给用户或输出到外部设备中。
6.辅助设备：辅助设备包括声卡、网卡、USB接口等，它们用于扩展计算机系统的功能和连接外部设备。
除了以上硬件组成部分，还有一些与硬件部件紧密相关的组件，包括总线、电源和主板等。
-总线：总线是连接计算机系统各个硬件部件之间的通信线路，它用来传输数据和控制信号。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线，其中数据总线用于传输数据，地址总线用于传输内存或设备地址，控制总线用于传输控制信号。
-电源：电源为计算机系统提供所需的电能，包括直流电源和交流电源两种类型。
微机的组成与基本工作原理课件
定的工作环境。
扩展卡
扩展卡定义
扩展卡是用于扩展微机功能的插卡，如显卡、声卡、网卡等。
扩展卡种类
扩展卡有多种类型，如PCI、PCI-E、AGP、ISA等。
扩展卡功能
扩展卡能够增强微机的特定功能，如图像处理、声音处理、网络 通信等。
电源与机箱
电源定义
电源是为微机提供电力的设备，它负责将交流电转换为直流电供 给微机使用。
人工智能技术与微机的结合
人工智能技术与微机的结合可以实现更加智能化、自 动化的应用和服务。例如，通过机器学习算法对用户 数据进行挖掘和分析，可以实现个性化推荐、智能客 服等功能；通过深度学习算法对图像进行处理和分析 ，可以实现智能图像识别等功能。这些应用和服务可 以提高用户体验和满意度，同时也可以为企业提供更 高效、更智能的解决方案。
内存储器
01
02
03
在处理或即将处理的数 据。
读写速度
内存储器的读写速度比硬 盘等外部存储设备要快得 多。
容量
内存储器的容量通常以兆 字节（MB）或千兆字节 （GB）来衡量。
输入输出设备
输入设备
输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪等， 用于向计算机输入数据或指令。
CPU的工作流程
CPU从存储器中取出指令并译码，然后根据指令所要求的内容进行运算，并将 运算结果暂存器中，最后把暂存器中的结果送回存储器中，以便以后使用。
03
微机的硬件系统
总线
总线定义
总线是微机系统中各部件之间进行数据传输的公共通道。
总线分类
根据传输速度，总线可分为高速和低速总线；根据连接部件，总线 可分为内部和外部总线。
数据库管理系统是用 于创建、管理和维护 数据库的软件。
微型计算机的基本结构3篇
微型计算机的基本结构第一篇：微型计算机的基本结构概述微型计算机（Personal Computer，简称PC）是一种广泛应用于个人日常工作和娱乐等方面的计算机，其基本结构由五个部分构成，分别是中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）、存储器、输入设备、输出设备和系统总线。
1. 中央处理器中央处理器是微型计算机最核心的部分，它是负责处理各种指令和数据的大脑。
CPU的性能直接影响着计算机的整体运行速度，因此在选择CPU时需要根据自己的需求选购合适的型号。
CPU主要由控制器和算术逻辑单元组成，其中控制器负责指导CPU完成各种操作，而算术逻辑单元则负责实现各种算术和逻辑运算。
除此之外，CPU还包括寄存器和高速缓存，它们的作用是缓存一些频繁使用的指令和数据，以提高CPU的运行效率。
2. 存储器存储器是微型计算机中用于存储数据和指令的部分，包括随机存储器（Random Access Memory，简称RAM）和只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）。
RAM是计算机中最常见的存储器，它可以被操作系统和应用程序用来存储临时数据和程序代码。
RAM的容量通常按照兆字节（Megabyte，简称MB）或者千字节（Kilobyte，简称KB）来计算，容量越大，能够同时存储的数据和程序代码就越多。
ROM是一类只能读取，不能写入的存储器，其中记录了一些固定的程序代码和数据。
ROM中的程序和数据不会被操作系统和应用程序改变，因此可以保证系统的稳定性和安全性。
3. 输入设备输入设备是用来输入数据和指令到计算机中的设备，常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。
键盘是计算机最常见的输入设备，可以输入各种文字和命令；而鼠标则可以通过移动鼠标指针来控制计算机的操作。
4. 输出设备输出设备是用来将计算机处理的结果显示给用户的设备，常用的输出设备有显示器、打印机、音响等。
其中显示器可以显示计算机处理的图像和文字，而打印机则可以将计算机处理的结果打印出来。
微型计算机的组成
2.编程语言和程序（略）
最早的编程语言（programming language）是在电脑发明
计算机的硬件系统——外部设备
1.外存储器（硬盘等）
外储存器是指除计算机内存及CPU缓存以外的储存器，此类 储存器一般断电后仍然能保存数据。常见的外存储器有硬盘、软 盘、光盘、U盘等。
2.输入设备、输出设备（I/O）
输入设备是输入数据和信息的设备，是计算机与用户或其他设 备通信的桥梁。键盘,鼠标,摄像头,扫描仪,光笔,手写输入板,游戏杆, 语音输入装置等都属于输入设备。 输出设备是人与计算机交互的一种部件，用于数据的输出。它 把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示 出来。常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输 出系统、磁记录设备等。
CPU主流品牌——Intel处理器
Intel处理器酷睿系列商标
CPU主流品牌——Intel处理器
Intel处理器外包装 CPU风扇
CPU主流品牌——AMD处理器
内存储器（内存）
内存根据需要配置大小分别为： 256MB、512MB、1GB、2GB、3GB、4GB
内存储器（内存）
内存的发展革新历程
1.中央处理器（CPU） 是超大规模集成电路芯片，它包含了运算器和控 制器的功能，又称微处理器。主流产品有Intel系列、
AMD系列等。 2.内存储器（ROM、RAM）
ROM是Read Only Memory的意思，也就是说这 种存储器只能读，不能写。而RAM是Random Access Memory的缩写，可以随机读写。
通用微型计算机硬件系统结构
通用微型计算机硬件系统结构一、引言通用微型计算机是一种功能强大的计算设备，广泛应用于各个领域。
而作为通用微型计算机的核心，硬件系统结构起到了至关重要的作用。
本文将深入探讨通用微型计算机硬件系统结构的组成和工作原理。
二、中央处理器（CPU）中央处理器是通用微型计算机硬件系统的核心部件，负责执行计算机的指令和控制计算机的操作。
它由控制单元和算术逻辑单元组成。
控制单元负责指令的解释和执行，而算术逻辑单元负责进行运算和逻辑判断。
三、内存内存是存储计算机指令和数据的地方，可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM是临时存储器，用于存储程序和数据，而ROM则是永久存储器，用于存储固化的程序和数据。
四、输入输出设备输入输出设备是通用微型计算机与外部环境进行信息交互的桥梁。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等，而输出设备则包括显示器、打印机、喇叭等。
这些设备通过与计算机系统的接口进行数据传输。
五、硬盘和存储设备硬盘是通用微型计算机中用于存储大量数据的设备，通常采用磁盘存储技术。
此外，还有一些其他的存储设备，如光盘、闪存盘等，用于备份和传输数据。
六、总线系统总线系统是通用微型计算机中各个组件之间进行数据传输的通道。
它分为数据总线、地址总线和控制总线。
数据总线用于传输数据，地址总线用于传输地址信息，而控制总线则用于传输控制信号。
七、主板主板是通用微型计算机硬件系统的核心组件，也是各个硬件组件之间的枢纽。
它上面集成了CPU插槽、内存插槽、硬盘接口等各种接口和插槽，以及各种芯片和电路。
八、电源电源是通用微型计算机的能量来源，为计算机提供所需的电能。
它通常包括变压器、整流器和稳压器等组件，以确保计算机系统的稳定工作。
九、扩展卡扩展卡是通用微型计算机中用于扩展功能的组件。
常见的扩展卡包括显卡、声卡、网卡等，用于提升计算机的图形处理、音频输出和网络连接等能力。
十、结论通用微型计算机硬件系统结构是一个复杂而精密的系统，各个组件之间密切配合，共同完成计算机的各项任务。
简述微型计算机的工作过程
简述微型计算机的工作过程
微型计算机，即个人计算机，是一种基于微处理器芯片设计的计算机系统，由中央处理器、内存、输入输出设备、存储设备组成。
微型计算机的工作过程可以分为以下几个步骤：
1.获取输入
由键盘、鼠标等输入设备输入的信息被存储到计算机的内存中。
计算机通过输入设备获得用户的指令和数据，是计算机能够工作的首要步骤。
2.数据处理
当计算机获得了输入数据后，就需要进行数据处理。
数据处理是指计算机通过运算、比较、逻辑判断等方法对输入数据进行处理，得到输出结果。
处理过程由CPU负责进行。
3.内存管理
在计算机处理数据的过程中，需要将数据暂时存储到内存中。
内存管理是指对内存空间的分配和使用，保证计算机的正常运行，并决定计算机运行速度的快慢。
4.输出信息
处理完成后，计算机需要将结果输出给用户或者其他设备。
输出设备如显示器、打印机等将计算机内部处理的结果输出。
输出信息的形式可以是图像、文字、音频等形式。
5.存储信息
计算机不仅可以进行数据处理，还可以将数据存储下来。
存储设备如硬盘、光盘等可用于数据的长期储存，以便后续使用。
存储设备的管理也是计算机系统的重要一环。
总结：微型计算机通过输入设备获得用户的指令和数据，经过CPU处理、内存管理、输出信息和存储信息等步骤得到输出结果，从而实现对数据处理的功能。
计算机的工作过程在不断地循环，使得计算机具备了处理复杂数据的能力。
计算机的基本结构工作原理和硬件ppt文档
❖ 2、工作原理
原始信息 输入设备
输存入储设器备
输出设备
结果数据
运算器 控制器
双线箭头表示数据流向
单线箭头表示控制信号流 向
计算机工作流程图
❖ 二、计算机的硬件 ❖ 1、主机箱
❖ 2、中央处理器CPU和主机板
❖ 主机板
❖ 3、存储器 ❖ 分为内存储器和外存储器 ❖ 内存储器（内存）
❖ B（字节）：存储器的最小存储单位
计算机的基本结构工作原理和硬件
前言
❖ 计算机的种类: ❖ 巨型机 ❖ 大型机 ❖ 中型机 ❖ 小型机 ❖ 微型机:是我们日常生活和工作中最常见的,
也叫PC机.
课题导入： 请同学们讨论思考，你在日常生活中观
察到的计算机是由哪些部分组成的？ 总结： 从结构上讲，微型计算机的硬件系统主
要包括主机和外部设备两大部分。通常把安 装在机箱里的设备叫主机，与主机箱连接的 设备则称为外部设备。
❖ 一、计算机的基本结构和工作原理
❖ 1、基本结构 从功能上:
输入设备、存储器、运算器、控
制器和输出设备五部分组成。
硬件系统
主机：包括控制器、运算器、
存储器、主板以及电源和各种
计算机系统
插件板等部件
从结构上：
输入设备：有键盘、属标
输出设备：显示器、打印机言
应用软件：
❖ 4、输入设备
❖ ①键盘
❖ ②鼠标
❖ 5、输出设备 ❖ ①显示器 ❖ 种类：显像管显示器（CRT）和液晶显示
器（LCD） ❖ 技术指标：屏幕尺寸和分辨率
❖ ②打印机
❖ 种类：针式打印机、喷墨打印机、激光打 印机
❖ ③音箱
同学们，今天我 们学到了哪些？
微型计算机的工作原理
微型计算机的工作原理
微型计算机的工作原理可以简单分为两个主要方面：硬件和软件。
硬件方面，微型计算机由多个组件组成，包括中央处理器（CPU）、内存（RAM）、硬盘、输入设备（例如键盘和鼠标）、输出设备（例如显示器和打印机）以及各种外部设备（例如USB设备）。
中央处理器是计算机的核心部件，负责
执行指令和进行数据处理。
内存用于临时存储数据和程序。
硬盘用于永久存储数据和程序。
输入设备将用户的指令和数据输入到计算机中，输出设备将计算机的结果和信息展示给用户。
微型计算机通过总线来连接这些组件，使它们相互协同工作。
软件方面，微型计算机需要一个操作系统来管理硬件和软件资源。
操作系统是一种系统软件，它分配和管理计算机的处理能力、内存和外部设备等资源，同时提供一套可执行的基本功能和实用工具。
用户可以通过操作系统与计算机进行交互，例如运行程序、管理文件和设置系统配置等。
操作系统通过调度和分配任务，使得不同的程序可以同时在计算机上运行。
微型计算机的工作原理可以总结为：当用户输入指令和数据时，输入设备将其发送给中央处理器。
中央处理器按照指令执行相应的操作，并将数据存储在内存中。
当程序需要从硬盘读取数据时，中央处理器通过数据总线将数据传输到内存，并继续执行指令。
当程序需要将结果输出时，中央处理器将数据发送给输出设备，输出给用户。
整个过程通过操作系统来协调和管理。
需要注意的是，以上只是微型计算机工作原理的简要介绍，实际上微型计算机的工作原理非常复杂，涉及到许多细节和技术。
计算机组成与工作原理
计算机基本结构与工作原理一、微型计算机系统概述一个完整的计算机系统应包括硬件系统和软件系统两大部分。
（1）计算机硬件是指组成一台计算机的各种物理装置，由各种器件和电子线路组成。
各种物理器件，是计算机进行工作的物质基础。
是计算机的“躯壳”。
（2）计算机软件是指在硬件设备上运行的各种程序以及有关的资料。
所谓程序是用于指挥计算机执行各种操作以便完成指定任务的指令集合。
计算机程序通常都是由计算机语言来编制，编制程序的工作称为程序设计。
它是计算机的“灵魂”。
“裸机”：没有软件的计算机通常称为“裸机”。
理解：它们的区分犹如把一个人分成躯体和思想一样，躯体是硬件，思想则是软件。
计算机系统的基本组成（一）计算机硬件系统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。
在基本的硬件结构方面，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，如图所示：1. 控制器：是计算机的控制部件，它控制其他部件协调统一的工作，并能完成对指令的分析和执行，是计算机的控制中心，实现处理过程的自动化。
计算机系统各个部件在控制器的控制下协调地进行工作：✧ 控制器控制输入设备将数据和程序从输入设备输入到内存储器。
✧ 在控制器指挥下，从存储器取出指令送入控制器。
✧ 控制器分析指令，指挥运算器、存储器执行指令规定的操作。
✧ 运算结果由控制器控制送存储器保存或送输出设备输出。
2. 运算器：用于加工、处理数据的部件，其功能是在控制器的指挥下，对信息或数据进行处理和运算，主要完成对数据的算术运算和逻辑运算，其内部有一个算术逻辑运算部件ALU （Arithmetical Logic Unit ）和若干种寄存器。
运算器主要工作是数据处理 （运算）和暂存运算数据。
运算器（A r i t h m e t i c L o g i c a l U n i t ） 控制器（C o n t r o l U n i t ） 存储器（M e m o r y ） 内存储器 外存储器 输入设备（I n p u t D e v i c e ） 输出设备（O u t p u t D e v i c e ） 中央处理器 C P U 外部设备 （简称外设）CPU ：控制器+运算器●CPU的性能基本决定了计算机的性能，CPU是整个电脑系统的核心。
chapter5—计算机、微型计算机的组成及工作过程
如果控制器有n条地址线，则它所能管理的存储单元最 多为2n个。如果对存储器采用的是按字节编址，则每 个存储单元只能存放8位二进制数码。
每个存储单元的地址都是惟一的，不同存储单元的地 址互不相同。
输出设备是用来输出数据(通常是处理结果)和程序的 装置，其功能是将计算机内的数据和程序转换成人们 所需要的形式并传送到计算机外部。常见的输出设备 有显示器、打印机、绘图机，等等。
5.2.2 微型计算机的组成
微型计算机 =CPU+存储器+I/0接口+输入/输出设备
主机: 包含了除输入/输出设备以外的所有部件，是一 个能独立工作的系统，所以有时也将主机称为微型计 算机。
M1
a
M2
b
M3
Y
A
B
ALU
F
Z
图 5.8 单总线CPU的计算机的基本结构
2. 指令及程序的执行过程
计算机执行程序的过程可归纳如下： (1) 控制器把PC中的指令地址送往存储器地址寄存器 MAR，并发出读命令“M读”。存储器按给定的地址读 出指令，经由存储器数据寄存器MDR送往控制器，保 存在指令寄存器IR中。
(1) LOAD R1, M1 (2) STORE M3, R1
(3) ADD R1, M2 (4) JMP L
(1)是传送类指令，其含义是将M1中的内容装入R1。 (2)也是传送类指令，其含义是将R1的内容存入M3中。 (3)是运算类指令，其含义是将R1的内容与M2中的内容相加后存入
R1。 (4)是转移类指令，其含义是无条件转向L处。
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1 2 3 4
内容
M-3 M-2 M-1
图 5.2 存储器及其地址
•存储器
RD
控
WR
制
逻
辑
地址寄存器 地址译码器
000……00H 1 0 1 0 1 0 0 1
MAR 存储单元
…
FFF……FFH
数据寄存器
MDR
存储单元的地址和内容都是二进制数码，但它们是完 全不同的两个概念，如同高级语言中的变量名和变量 的值是不同的两个概念一样。
主板
存储器
CPU
I/O 接口
I/O 设备
AB DB CB 图 5.5 微型计算机的组成
CPU、存储器、I/O接口电路之间用三组总线相连: 地址总线(AB： Address Bus) 数据总线(DB： Data Bus) 控制总线(CB： Control Bus)
地址总线、数据总线、控制总线通常统称为系统总线。
MDR用于在访存时缓存对存储单元读/写的数据；
ID用于对IR中的指令进行译码，以确定IR中存放的是 哪一条指令；
控制电路负责产生时序脉冲信号，并在时序脉冲的同 步下对有关的部件发出操作控制命令，以控制各个部 件的动作。
4. 输入设备和输出设备
输入设备是用来输入数据(通常是原始数据) 和程序的 装置，其功能是将外界的信息转换成机内的表示形式 并传送到计算机内部。常见的输入设备有键盘、鼠标、 图形数字化仪、图像扫描仪、数字照相机和数字摄像 机，等等 。
如果要求将M1的内容与M2的内容相加后存入M3(可表示为 (M1)+(M2)→(M3))，再将程序转向L处的指令继续执行，则可用 上面给出的各指令编写出如下的程序来实现：
汇编语言程序 LOAD R1, M1 ADD R1, M2 STORE M3, R1 JMP L
机器语言程序 00001011 00000101 00011011 00000110 00101011 00000111 00110000 00010001
X、Y、Z是与ALU不可分的一部分，通常称为ALU的数 据暂存器。
X、Y中的数据可来自通用寄存器，也可来自存储器。 Z中的数据可送往通用寄存器，也可送往存储器。
3.控制器
为了实现对计算机各部件的有效控制，快速准确地取 指令、分析指令和执行指令，控制器通常由
指令寄存器IR
程序计数器PC
存储器地址寄存器MAR
存储器数据寄存器图5.4所示。
控制 信号
控制电路 指令译码
IR
内
PC
部
存
MAR
总
储
线
器
MDR
图 5.4 控制器的基本组成
IR用于存放正在执行或即将执行的指令；
PC用于存放下一条指令的存储单元地址，它具有自动 增量计数的功能；
MAR用于在访存时缓存存储单元的地址；
令)→MDR，通过DBUS； (iii) 控制器发“PC加”信号，使PC+n→PC，其中n为该指
令占用的地址数； (iv) 控制器发“MDROUT”和“IRIN”信号，使MDR→IR。
第(i)步要占用内部总线，第(ii)步和第(iii)步不占用内 部总线，前三步可在同一个机器周期*内完成。第(iv) 步要占用内部总线，需要在另一个机器周期*内完成。 所以，取指令共需要两个机器周期*。
(1) LOAD R1, M1 (2) STORE M3, R1
(3) ADD R1, M2 (4) JMP L
(1)是传送类指令，其含义是将M1中的内容装入R1。 (2)也是传送类指令，其含义是将R1的内容存入M3中。 (3)是运算类指令，其含义是将R1的内容与M2中的内容相加后存入
R1。 (4)是转移类指令，其含义是无条件转向L处。
为了把下一条指令从存储器中取出，通常控制器把PC 的内容加上一个数值，形成下一条指令的地址，但在 遇到“转移”指令时，控制器则把“转移地址”送入 PC。
控制器不断重复上述过程的(1)到(5)，每重复一次， 就执行了一条指令，直到整个程序执行完毕。
下面，以前面给出的、由4条指令组成的程序段为例， 结合图5.8中所示的计算机结构，简述指令及程序的执 行过程。
输出设备是用来输出数据(通常是处理结果)和程序的 装置，其功能是将计算机内的数据和程序转换成人们 所需要的形式并传送到计算机外部。常见的输出设备 有显示器、打印机、绘图机，等等。
5.2.2 微型计算机的组成
微型计算机 =CPU+存储器+I/0接口+输入/输出设备
主机: 包含了除输入/输出设备以外的所有部件，是一 个能独立工作的系统，所以有时也将主机称为微型计 算机。
5.2 计算机及微型计算机的组成
5.2.1 计算机的组成
冯·诺依曼计算机由运算器、控制器、存储器、输入设 备、输出设备五部分组成，如图5.1所示。
状 态
输入设备
程序和数 据输入 状
命 令
态和
和应
请答
求
运算器
数 据
存储器
地
指
址
令
控制器
命 令
输出设备
命 令 和 应 答
状 态 和 请 求
输出结果
图 5.1 计算机的组成
R0
Rn-1
内
Y
部
总
X
线
A
B
ALU
F
Z
图 5.3 运算器的基本组成
核心部件ALU用于完成算术运算和逻辑运算。
X、Y是ALU的输入寄存器，Z是ALU的输出寄存器。
F用于存放运算结果的状态，例如，结果是否为零，是正 还是负，有无进位，是否溢出，等等。
ALU的功能是对X、Y中的数据进行运算，并将结果送 到Z。
LOAD R1, M1
ADD R1, M2
STORE M3, R1
JMP L 假设程序及数据已经装入了存储器，第一条指令的地
址已经装入了PC寄存器。
(1) 取指令“LOAD R1, M1”并执行
① 取指令“LOAD R1, M1”并形成下一条指令的地址：
(i) 控制器发“PCOUT”和“MARIN”信号，使PC→MAR； (ii) 控制器发“M读”信号，使存储器的内容（指
ENIAC（Electronic Numerrical Integrator And Computer） ——不具备“存储程序”的功能
2. 冯氏计算机结构：( stored-program computer)
EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer） ——采用“存储程序”的概念，并付诸实现， “开创了整个程序设计时 代的到来”
机器周期定义（修改教材p136第17行）： 计算机通过内部或外部总线进行一次信息传输从而完成一个或几
个微操作所需要的时间。 上面*号处（以及P145 作业10、11题）的机器周期均是指通过内
部总线进行信息传输所完成的机器周期。
② 执行指令“LOAD R1，M1”： (i) 控制器发“IROUT”和“MARIN”信号，使IR中指令的地址段(即
程序的功能
将M1的内容送入R1 将R1的内容加上M2的内容再送回R1 将R1的内容送入M3中 转向L处继续执行那里的指令
汇编时，假设存储单元的地址M1、M2、M3分别为5、6、7，其内 容分别为12、34、0；地址L为17；R1寄存器的编号为1011；
四条指令LOAD、ADD、STORE、JMP的操作码分别为0000、 0001、0010、0011。
(2) 指令译码器ID对指令寄存器IR中的指令进行译码， 分析指令的操作性质，并由控制电路向存储器、运算 器等有关部件发出指令所需要的微命令。
(3) 当需要由存储器向运算器提供数据时，控制器根据指 令的地址部分，形成数据所在的存储单元地址，并送 往存储器地址寄存器MAR，然后向存储器发出读命令 “M读”，从存储器中读出的数据经由存储器数据寄存 器MDR送往运算器。
1.存储器
计算机中的指令和数据都表现为二进制数码，他们必 须被存入存储器的不同区域才能被区分。
为了准确地对存储器进行读或写，通常以字节(或以字) 为单位将存储器划分为一个个存储单元，并依次对每 一个存储单元赋予一个序号(从零开始的无符号整数)， 该序号称为存储单元的地址。
存储单元中存放的数据或指令称为存储单元的内容。 地址是识别存储器中不同存储单元的惟一标识，如图 5.2所示。
“JMP L”的第二个字节 第五条指令（只有一个字节） 第六条指令
5.4.3 计算机的工作过程 1.计算机的内部结构(模型机)
存储器 LOAD R1, M1
控制 信号
控制电路 指令译码
ADD R1, M2
IR
STORE M3, R1
JMP L
PC
L
ABUS DBUS
MAR MDR
内 部
R0
总
线 Rn-1
第5章
计算机、微型计算机的组成及 工作过程
5.1 计算机及微型计算机的产生与 发展
参见教材P118-P122
ENIAC(1946,18000电子管，150千瓦，重30吨， 5000次/秒，…….)
John von Neumann and the EDVAC
1. “存储程序”概念的产生及其重要意义。
00001100 00100010 00000000 00001011 00000101 00011011 00000110 00101011 00000111 00110000 00010001 ………….. …………..
M1 M2 M3 “LOAD R1, M1”的第一个字节 “LOAD R1, M1”的第二个字节 “ADD R1, M2”的第一个字节 “ADD R1, M2”的第二个字节 “STORE M3, R1”的第一个字节 “STORE M3, R1”的第二个字节 “JMP L”的第一个字节