計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的構(gòu)成部件分解ppt課件

《計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的構(gòu)成部件分解ppt課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的構(gòu)成部件分解ppt課件（38頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,*,計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的構(gòu)成部件,計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的構(gòu)成部件,5.1 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成,5.2 中央處理器（CPU）,5.3 存 儲(chǔ) 系 統(tǒng),5.4 指令系統(tǒng),1,計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的構(gòu)成部件 5.1 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成1,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本構(gòu)成,中央處理器,一般也稱為CPU，是計(jì)算機(jī)的核心，具有運(yùn)算能力和控制功能。,計(jì)算機(jī),由CPU、內(nèi)存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路和系統(tǒng)總線構(gòu)成，通常稱為計(jì)算機(jī)主機(jī)。,計(jì)算機(jī)系統(tǒng),是以計(jì)算機(jī)為主體，并配上外設(shè)和系統(tǒng)軟件之后構(gòu)成的軟硬件系統(tǒng)。,我們通常所說的“計(jì)算機(jī)”，其準(zhǔn)確的名稱應(yīng)該

2、是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。,2,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本構(gòu)成中央處理器一般也稱為CPU，是計(jì)算機(jī)的核,計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng),計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng),是構(gòu)成計(jì)算機(jī)的物理裝置，是看得見、摸得著的一些實(shí)實(shí)在在的有形實(shí)體。,目前的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)采用的仍是計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)馮諾依曼結(jié)構(gòu)，即采用總線結(jié)構(gòu)將運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大部件連接起來。,其中，運(yùn)算器和控制器構(gòu)成了計(jì)算機(jī)的核心部件中央處理器（Center Process Unit，簡稱CPU）。,數(shù)據(jù)流,控制流,各部分的功能：,運(yùn)算器：,算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算,控制器：,取指令、譯碼、執(zhí)行指令,存儲(chǔ)器：,保存信息,內(nèi)存：,ROM(只讀存儲(chǔ)器),RAM(隨機(jī)存儲(chǔ)器，,斷

3、電后信息全部丟失,),外存：,磁盤(軟盤、硬盤)、光盤、磁帶,輸入設(shè)備：,輸入數(shù)據(jù),(鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆等),輸出設(shè)備：,輸出數(shù)據(jù)(,顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等),3,計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是構(gòu)成計(jì)算機(jī)的物理裝置，是看得見,中央處理器,控制器與運(yùn)算器合在一起，制成一塊芯片，稱為中央處理器（機(jī)），簡稱 CPU。,控制器：,指揮計(jì)算機(jī)各部件按照指令功能的要求進(jìn)行操作。它從存儲(chǔ)器中取指令、分析、解釋、執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令，產(chǎn)生控制信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。,4,中央處理器 控制器：指揮計(jì)算機(jī)各部件按照指令功能的要求進(jìn),總線（BUS）,CPU對(duì)外的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)連接線，稱為總線。,

4、包括,地址總線,、,數(shù)據(jù)總線,和,控制總線,。,運(yùn)算器（ALU）：實(shí)現(xiàn)算數(shù)邏輯運(yùn)算,。,5,總線（BUS）包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。運(yùn)算器,CPU 結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)總線,6,CPU 結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)總線6,指令和程序,指令,是對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序控制的最小單位，一個(gè)CPU能夠執(zhí)行的所有指令的集合稱為該CPU的指令系統(tǒng)。,程序,是人們?yōu)榻鉀Q某項(xiàng)任務(wù)而編寫的指令的有序集合。指令的不同組合方式，可以構(gòu)成完成不同任務(wù)的程序。,指令格式,操作碼,地址碼,執(zhí)行什么操作,數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存放位置,7,指令和程序 指令是對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序控制的最小單位，一個(gè)CPU,計(jì)算機(jī)的工作過程,計(jì)算機(jī)的工作過程,就是執(zhí)行程序的過程

5、。,在運(yùn)行程序之前，首先通過輸入設(shè)備將編好的程序和原始數(shù)據(jù)輸送到計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器中，然后按照指令的順序，依次執(zhí)行指令。,執(zhí)行一條指令的過程是：,讀取指令：從內(nèi)存儲(chǔ)器中取出要執(zhí)行的指令送到 CPU 內(nèi)部的指令寄存器暫存,分析指令：把保存在指令寄存器中的指令送到指令譯碼器，譯出該指令對(duì)應(yīng)的操作,執(zhí)行指令：CPU向各個(gè)部件發(fā)出相應(yīng)控制信號(hào)，完成指令規(guī)定的操作,8,計(jì)算機(jī)的工作過程計(jì)算機(jī)的工作過程就是執(zhí)行程序的過程。8,微型機(jī)主機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu),內(nèi)存，又稱主存，是微型機(jī)主機(jī)的組成部分，存放當(dāng)前正在使用或隨時(shí)要使用的程序和數(shù)據(jù)，,是CPU可以直接訪問的存儲(chǔ)器。,CPU,控制器,運(yùn)算器,寄存器,微處理器是計(jì)算機(jī)

6、硬件系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)控制和協(xié)調(diào)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作,Cache,計(jì)算機(jī)后面板I/O接口,主機(jī)與外設(shè)之間不能直接進(jìn)行信息交換，必須通過I/O接口才能完成信息傳送。,I/O接口所起的作用是：,數(shù)據(jù)緩沖。解決高速主機(jī)與低速外設(shè)間的矛盾,信號(hào)格式配合。處理外設(shè)與CPU之間不同的信息格式，如A/D、D/A轉(zhuǎn)換，串/并、并/串轉(zhuǎn)換,電平和驅(qū)動(dòng)能力配合。使外設(shè)和主機(jī)的信號(hào)電平一致，并提高CPU信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力,時(shí)序配合。使主機(jī)與外設(shè)協(xié)調(diào)工作,設(shè)備選擇。每臺(tái)外設(shè)都有設(shè)備地址,9,微型機(jī)主機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)內(nèi)存，又稱主存，是微型機(jī)主機(jī)的組成部分，,微型計(jì)算機(jī)概述,主要性能指標(biāo)：,字長、主頻、內(nèi)存容量、運(yùn)算速度,分類

7、：,按組成結(jié)構(gòu)分單片機(jī)、單板機(jī)、多板機(jī),按用途分臺(tái)式、便攜式、手持式,發(fā)展方向：,高速化,P4主頻達(dá)3.40GHz,超小型化 筆記本電腦,多媒體化 多媒體處理器,網(wǎng)絡(luò)化 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī),隱形化 電視或影音計(jì)算機(jī),10,微型計(jì)算機(jī)概述主要性能指標(biāo)：字長、主頻、內(nèi)存容量、運(yùn)算速度,計(jì)算機(jī)的總線,總線是計(jì)算機(jī)傳輸指令、數(shù)據(jù)和地址的通道，是計(jì)算機(jī)各部件聯(lián)系的紐帶。,按照傳送信息的類型，總線分為：數(shù)據(jù)總線,(,用于傳送數(shù)據(jù),位數(shù)等于機(jī)器字長,)、,地址總線,(,用來傳送存儲(chǔ)單元或輸入輸出接口的地址信號(hào)，位數(shù)決定存儲(chǔ)器的最大容量,如24位總線的尋址數(shù)為2,24,=16M個(gè)地址,)、,控制總線(,傳送控制器的各

8、種控制信號(hào),)。,按照總線在計(jì)算機(jī)中的位置可以分為內(nèi)部總線和外部總線。,微機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖,ISA總線：,工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，16位，8MHz，數(shù)據(jù)傳輸率8Mb/s，尋址空間1MB，常用于80286至80486微處理器,PCI總線：,外部設(shè)備互聯(lián)總線，Intel公司1991年推出，32或64位，33MHz，數(shù)據(jù)傳輸率133Mb/s，常用于Pentium微處理器,AGP,是Intel公司推出的新一代圖形顯示卡專用總線，AGP顯示卡同主板芯片組直接相連，大幅提高了電腦對(duì)3D圖形的顯示能力，32位，66.6MHz，其視頻信號(hào)的傳送速率可以從PCI總線的133MB/s提高到266 MB/s、533MB/s、1

9、.064 GB/s和2.128GB/s。,11,計(jì)算機(jī)的總線總線是計(jì)算機(jī)傳輸指令、數(shù)據(jù)和地址的通道，是計(jì)算機(jī),微型機(jī)主機(jī)的物理構(gòu)成,微型計(jì)算機(jī)的主機(jī)板,CPU插座,內(nèi)存條插槽,串行接口,AGP擴(kuò)展槽,PCI擴(kuò)展槽,北橋芯片,南橋芯片,北橋芯片,提供對(duì)CPU、內(nèi)存、AGP顯卡等高速部件的支持以及與PCI總線的橋接；,南橋芯片,提供對(duì)鍵盤接口、鼠標(biāo)接口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制器、串行口、并行口、USB接口及磁盤驅(qū)動(dòng)器接口的支持，以及與ISA總線的橋接。,BIOS,是一組有關(guān)微機(jī)系統(tǒng)最重要的基本輸入輸出程序，固化在微機(jī)主板上的一個(gè)ROM芯片中。,BIOS功能主要有：,上電自檢。微機(jī)接通電源后，系統(tǒng)首先由POS

10、T程序來對(duì)內(nèi)部各個(gè)設(shè)備進(jìn)行檢查。,系統(tǒng)初始化(含可編程接口芯片的初始化)，設(shè)置BIOS中包含的中斷服務(wù)程序的中斷矢量,啟動(dòng)自舉程序。將操作系統(tǒng)中的初始引導(dǎo)程序裝入內(nèi)存，并由引導(dǎo)程序來完成操作系統(tǒng)的順利啟動(dòng)。,BIOS系統(tǒng)設(shè)置程序。,12,微型機(jī)主機(jī)的物理構(gòu)成 微型計(jì)算機(jī)的主機(jī)板CPU插座內(nèi)存條插槽,BIOS,請(qǐng)問計(jì)算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)之間是通什么連接的呢？,BIOS是什么意思？,13,BIOS請(qǐng)問計(jì)算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)之間是通什么連接的呢？1,BIOS的簡介,BIOS是計(jì)算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)的接口,BIOS的全稱為Base Input Output Sytem,叫基本的輸入輸出系統(tǒng),BIOS既屬于軟

11、件又屬于硬件，它的主體是程序和數(shù)據(jù)，本質(zhì)是軟件；而用來存儲(chǔ)它的Flash ROM芯片才是硬件,那我們叫它硬件？軟件？,14,BIOS的簡介BIOS是計(jì)算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)的接口14,我們來回答上面的問題，如果把它分開軟件與硬件的屬性都有這樣就不好叫了，因此在在文獻(xiàn)中把BIOS歸為Firmware固件，這樣似乎更合理,15,我們來回答上面的問題，如果把它分開軟件與硬件的屬性都,BIOS的幾大版本,目前BIOS有三大版本，它們是Award BIOSAMI BIOS,Phoenix BIOS,等等,16,BIOS的幾大版本16,BIOS功能,1、啟動(dòng)電腦時(shí)：自檢、初始化、加載操作系統(tǒng),2、程序服務(wù)處理

12、：為應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)提供主要與輸入輸出設(shè)備有關(guān)的服務(wù),3、硬件中斷處理,17,BIOS功能1、啟動(dòng)電腦時(shí)：自檢、初始化、加載操作系統(tǒng)17,存儲(chǔ)器,計(jì)算機(jī)用來存放程序和數(shù)據(jù)的記憶部件，是計(jì)算機(jī)各種信息（數(shù)據(jù)）存放和交流的中心。,按存儲(chǔ)介質(zhì)分類：,半導(dǎo)體器件、磁性材料、光學(xué)材料,基本功能：在控制器的控制下按照指令中的地址存入或取出數(shù)據(jù)。,18,存儲(chǔ)器 按存儲(chǔ)介質(zhì)分類：半導(dǎo)體器件、磁性材料、光學(xué)材料,存儲(chǔ)器的性能指標(biāo),存儲(chǔ)容量:,存儲(chǔ)器容量的基本單位，字節(jié) Byte 8 位。,1 KB 1024 Bytes,1 MB 1024 KB,1 GB 1024 MB,1 TB 1024 GB,K（千）、M

13、（兆）、,G（千兆，吉）、T（兆兆，太拉）,19,存儲(chǔ)器的性能指標(biāo),存儲(chǔ)周期（速度）:,對(duì)內(nèi)存進(jìn)行一次讀寫操作，到可進(jìn)行下一次讀寫操作的全部耗時(shí)。,存儲(chǔ)器價(jià)格:,C/S（總價(jià)/容量）,*三個(gè)指標(biāo)相互制約,20,存儲(chǔ)周期（速度）:存儲(chǔ)器價(jià)格:*三個(gè)指標(biāo)相互制約20,通用寄存器堆,指令和數(shù)據(jù)緩沖棧,Cache,（靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM）,主存儲(chǔ)器（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM）,聯(lián)機(jī)外部存儲(chǔ)器（磁盤存儲(chǔ)器等,）,脫機(jī)外部存儲(chǔ)器（磁帶、光盤、優(yōu)盤）,第1層,第2層,第3層,第4層,第5層,第6層,存儲(chǔ)容量越來越大，每位的價(jià)格越來越便宜,訪問速度越來越快,CPU內(nèi)部,存儲(chǔ)器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),21,通用寄存器堆

14、指令和數(shù)據(jù)緩沖棧Cache主存儲(chǔ)器（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ),存儲(chǔ)器的主要性能特性,存儲(chǔ)器,層次,通用,寄存器,緩沖,棧,Cache,主,存儲(chǔ)器,磁盤,存儲(chǔ)器,脫機(jī),存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)周期,10ns,10ns,1060,ns,60300,ns,1030,ms,220,min,存儲(chǔ)容量,512B,512B,8KB2MB,32MB1GB,1GB1TB,5GB10TB,價(jià)格,很高,很高,較高,高,較低,低,材料工藝,ECL,ECL,SRAM,DRAM,磁表面,磁、光等,*Ms（毫秒），s（微秒），ns（毫微秒）,1s=1000ms，1ms=1000 s,22,存儲(chǔ)器的主要性能特性 存儲(chǔ)器通用緩沖Cache主磁盤脫機(jī)存

15、儲(chǔ),存儲(chǔ)器分類,主存（內(nèi)存）：,由中央處理器直接訪問的存儲(chǔ)器，常由兩種半導(dǎo)體芯片 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM 和只讀存儲(chǔ)器 ROM 組成。,輔存（外存）：,用來存放大量的暫時(shí)不參加運(yùn)算或處理的信息，可成批的與內(nèi)存交換信息。,23,存儲(chǔ)器分類 輔存（外存）：23,RAMBUS內(nèi)存條,DDR,內(nèi)存條,24,RAMBUS內(nèi)存條DDR 內(nèi)存條24,硬盤,磁盤片,磁頭,馬達(dá),磁頭驅(qū)動(dòng),輔助電路,25,硬盤磁盤片磁頭馬達(dá)磁頭驅(qū)動(dòng)輔助電路25,軟盤,寫保護(hù),26,軟盤 寫保護(hù)26,磁帶,27,磁帶27,光盤驅(qū)動(dòng)器,28,光盤驅(qū)動(dòng)器28,優(yōu)盤,29,優(yōu)盤29,機(jī)器指令,是指示計(jì)算機(jī)如何工作的工作步驟，由一串二進(jìn)制

16、碼組成，分為操作碼、地址碼、結(jié)果存放地址。,例：,0110,000010,000001,0110：表示加法操作,000010：源操作數(shù)地址在2號(hào)寄存器中。,000001：目的操作數(shù)的地址在1號(hào)寄存器中。,指令的含義：將2 號(hào)寄存器中的數(shù)據(jù)與1號(hào)寄存器中的數(shù)據(jù)相加，其結(jié)果存放在號(hào)寄存器中。,30,機(jī)器指令 例：0110000010000001指令的含,指令系統(tǒng),一臺(tái)計(jì)算機(jī)中，所有機(jī)器指令的集合，稱為指令系統(tǒng),。,*指令系統(tǒng)是軟件設(shè)計(jì)者的最底層設(shè)計(jì)語言；是硬件設(shè)計(jì)者的依據(jù)。,31,指令系統(tǒng) *指令系統(tǒng)是軟件設(shè)計(jì)者的最底層設(shè)計(jì)語,CISC 與 RISC,從微處理器的指令系統(tǒng)來看，有 2 種分支走向，一個(gè)是 CISC，一個(gè)是 RISC。,CISC（,即復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī),）：,最初，人們?yōu)榱烁杂伞⒎奖愕鼐帉懗绦?，希望指令的類型更多、功能更完善，而使指令系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，長短也不一。這就是 CISC 形成的由來。,32,CISC 與 RISC CISC（即復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)）,于是，人們提出了 RISC（,精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī),）方案。該方案只保留了為數(shù)不多的簡單指令并統(tǒng)一了指令中所包含的基本