荥经县职业高级中学计算机应用基础教案：第3章 计算机硬件.ppt

第三章 计算机硬件 教学目标 1. 掌握 计算机硬件五个组成部分的作用与关系； 2. 了解处理器的构成和指令执行过程； 3. 了解 计算机中各种存储器的作用； 4. 了解计算机中总线的作用及几种典型总线； 5. 熟悉PC机的物理结构和主要部件； 6. 了解常用输入输出设备的功用； 7. 了解计算机的分类及性能评测。 3．1 计算机的逻辑结构 计算机的硬件主要由中央处理器、主存储器、辅助存储器、输入/输出设备与总线这五类主要部件组成。中央处理器、主存储器、总线构成了计算机的“主机”， 辅助存储器、输入/输出设备统称为“外部设备”，简称“外设”。示意图如下： 计算机的逻辑结构 3.1.1 中央处理器 处理器(计算机中执行指令、完成数据处理的部件，由运算器和控制器组成)； 中央处理器( CPU，承担系统软件和应用软件运行任务的处理器 ，是计算机中必备的核心部件)； 中央处理器的逻辑结构如图所示： 处理器的逻辑结构 3.1.2 主存储器和辅助存储器 计算机系统中负责数据和程序存储的部件就是“存储器”。 计算机中的存储器分为：主存储器、辅助存储器。 主存储器（主存、内存）：直接与CPU相连接，存取速度快但容量较小； 辅助存储器（外存）：存储容量大但速度较慢，存放着计算机中的所有信息。 下面详细说明主存和辅存的种类： 内存由半导体器件（超大规模集成电路）构成。整个内存划分成多个存储单元，用不同的编号来标志，称为“地址”。 内存的写入和读出：CPU根据指令将信息存入某个存储单元或从某个存储单元取出其中的信息，分别称为写入和读出。 注意：执行读出操作后，原有存储单元的信息并没有改变，只有执行读入操作后，写入的信息才会覆盖原有信息。 内存的基本编址单元是字节，即一个存储单元存放一个字节，从0开始依次编号。 例如：存储容量为1KB时，其地址为0~1023（十进制）。微机的内存容量一般为几兆到几十千兆。 内存的种类：随机存取存储器、只读存储器。 随机存取存储器:(RAM)random access memory，内容可读可写，但断电后其中内容丢失。 只读存储器：(ROM)read only memory，其中内容可读但不能写入，断电后其中内容不会丢失。 计算机辅存（外存）的容量很大，通常为几十兆~几千兆，甚至更大。主要有磁表面存储器和光盘存储器等设备。 磁表面存储器分为： 磁盘： 磁带：主要用于大容量且需要长期保存的信息，如银行、图书馆等场合。 存储器层次结构 3.1.3 输入/输出设备 计算机中的输入/输出设备简称I/0(Input/Output)设备，它是计算机与外界联系和沟通的桥梁。 输入设备：是指能向计算机系统输入信息的设备。常用的如键盘、鼠标、扫描仪等。 输出设备：是指能从计算机系统输出信息的设备。常用的如显示器、打印机、绘图仪等。 3.1.4 总线 总线(bus)是指连接计算机中CPU、内存、辅存、输入/输出信号线及其相关设备的控制电路，也称“系统总线”或“底板总线”。 总线上的信号有： 数据信号：负责在部件间传输数据； 地址信号：负责数据的存放位置； 控制信号：负责在传输和交换数据时起控制作用。 总线的几种类型： I S A总线：工业标准体系总线，也称AT总线； EISA总线：扩展的工业标准总线； MCA总线：微通道系统总线； P C I 总线：局部总线。 下图为使用PCI局部总线的计算机系统： 使用PCI局部总线的计算机系统 3.2 计算机的工作原理 3.2.1 指令与指令系统 指令是用来规定计算机执行的操作和操作对象所在存储位置的一个二进位串。由两部分组成： 操作码：用来指出计算机应执行何种操作的一个二进制代码。例如加、减、乘、除的操作码。 操作数地址：指出该指令所操作的对象（操作数）所在存储单元的地址。 通常每一种CPU都有自己独有的一组指令，称为指令系统或指令组。这些指令可归纳为： (1)数据传送指令； (2)算术运算指令； (3)逻辑运算指令； (4)移位运算指令； (5)位与位串操作指令； (6)控制转移命令； (7)输入/输出指令； (8)其它指令。 3.2.2 指令的执行 解决某一问题而设计的一串指令称为程序。计算机刚诞生时，只能使用机器语言来编制程序。现在已开发出很多高级程序语言并得到广泛使用，但计算机硬件唯一能接受的语言是机器指令，所有程序的运行最后都是在CPU中逐条执行。 以下是Pentium处理器中一条指令的执行过程： Pentium处理器中指令执行的流水线过程 总之，程序是由一串指令及其相关的数