计算机系统组成.ppt

第3章 计算机系统组成 计算机系统组成 3.1 计算机系统概述 3.2 计算机硬件系统 3.3 计算机软件系统 3.1.1 计算机系统概述 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。 硬件是有形的物理设备，看得见摸得着，它可以是电子的、电磁的、机电的或光学的元件或装置，或者是由它们所组成的计算机部件。 软件是指在计算机硬件上运行的各类程序和文档的总称，它可以提高计算机的工作效率，扩大计算机的功能。 3.1.1 计算机系统概述 3.1.1 计算机系统概述 计算机硬件与软件系统的关系： 软件与硬件是密切相关和相互依存的。硬件所提供的机器指令、低级编程接口和运算控制能力是实现软件的基础。反之，没有软件的硬件机器，称为“裸机”，裸机只有极其有限的功能，甚至连最基本的启动也不能完成。 软件与硬件在逻辑上有着某种等价的意义。即软件实现的功能可以用硬件来实现，称为硬化或固化；同样，硬件实现的功能也可以用软件来模拟，称为硬件软化。 3.1.1 计算机系统概述 ●在计算机系统中，硬件与软件功能的分担是较重要的设计决策之一，在硬件的基础上逐层地扩充软件是形成强大计算机系统的有效途径。 3.1.2 计算机系统的基本工作原理 指令与指令系统 程序 存储程序控制原理 指令、指令系统与程序 存储程序控制原理 存储程序控制原理即冯·诺依曼原理。 存储程序控制原理 用二进制形式表示数据与指令。 指令与数据都存放在存储器中，使计算机在工作时能够自动高速地从存储器中取出指令加以执行。程序中的指令通常是按一定顺序一条条存放，计算机工作时，只要知道程序中第一条指令放在什么地方，就能依次取出每一条指令，然后按照指令规定的操作来执行相应的动作。 计算机系统由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成，并规定了五大部件的功能。 3.2 计算机硬件系统 微型计算机硬件系统的基本结构 微机的硬件部件 3.2.1 主板 微机系统的主板实际上是一块集成了各类总线的印刷电路板，并在主板上集成了一些重要的核心部件，如CMOS、BIOS及一些控制芯片组。 3.2.2 中央处理器（CPU） CPU(Central Processing Unit) 功能：从存储器中取出指令，按指令要求 对数 据进行运算。（取指令，执行指令） 组成： 控制器 运算器 寄存器 是计算机系统的核心。 微型计算机的CPU称为微处理器。 运算器 控制器 寄存器 寄存器（Register）是CPU内部用来存放数据的一些小型的存储区域，用来暂时存放参与运算的数据以及运算结果。寄存器由电子线路组成，存取速度非常快，与CPU的速度相当，寄存器的成本较高，因而数量较少。CPU内部的寄存器类型有指令寄存器、程序计数器、数据寄存器、地址寄存器以及状态寄存器等。 CPU的较重要的几个性能指标 时钟频率 计算机内部有一个时钟发生器不断地发出电脉冲，产生系统所需要的标准时钟信号，每秒钟产生的时钟脉冲个数称为时钟频率，也叫主频，其单位是赫兹。 指令周期 指令周期是指计算机执行一条指令所用的时间，一个完整的指令周期包括：取指令、解释指令、执行指令几个操作步骤。 CPU的较重要的几个性能指标 字长 字长是中央处理器可以一次能够处理的二进制数据的位数 CPU缓存 为了提高微机的整体性能，CPU芯片生产商在CPU内部增加了一种存储容量较小的快速存储器（SRAM）以缓解内存与CPU之间的速度差异，提高CPU的性能，这种存储器就是CPU快存。 指令的兼容性与精简问题 指令系统 每种类型的CPU都有一套指令系统，这套指令系统向程序编制者提供了编写程序的可用命令，人们把这些命令称为机器语言，把用这些命令编写的程序称为机器语言程序。 指令系统的兼容性问题 不同类型的CPU提供的机器语言不同，所以用某一类计算机的机器语言编制出来的程序很难直接在其他类型的计算机上有效地运行，这个问题称为指令不兼容 向下兼容与向上兼容 指令的精减问题 CISC指令系统 RISC指令系统 3.2.3 存储器 存储器是计算机存放程序和数据的物理设备，是计算机的信息存储和交流中心。 存储容量：存储器所能容纳的二进制信息量的总和 存取周期：计算机从存储器读出数据或写入数据所需要的时间，它表明了存储器存取速度的快慢。 3.2.3 存储器 存储地址：存储器由许多存储单元构成，计算机从存储器读写数据是以存储单元为基本单位，为了区分不同的存储单元，系统给每个存储单元赋予一个唯一的编号，这个编号称为存储单元的地址，即存储地址。 存储器的分类 内存储器 随机访问存储器（RAM：Random Access Memory） 只读存储器（即ROM：Read Only