04.计算机硬件课件.ppt

第四章 计算机硬件 计算机系统包括许多组成部件，这些部件其中之一就是计算机硬件。硬件这个术语，指的就是计算机设备，它由中央处理器、主存储器、辅助存储器、输入设备、输出设备和通信设备组成。 图3.1 计算机系统硬件构成 第一节 中央处理器和主存储器 中央处理器（central processing unit，CPU）是计算机系统处理符号、数值和字母的部件，它控制着计算机系统的其他部件。 主存储器（primary storage），临时存储处理过程中的数据和程序指令。 一、算术逻辑单元和控制单元 算术逻辑单元（arithmetic-logic unit，ALU）处理那些在控制单元控制下从内存中得到的数据。它执行加、减、乘、除，并且决定一个数值是正的还是负的或者是零；它判定一个数量是大于还是小于另一个数量，或者是相等。 控制单元（control unit）协调和控制计算机系统的其他部件。它从计算机系统的内存中提取指令，解释这些指令并通知系统中其他的相应部件执行。 图3.2 中央处理器和主存储器 图 机器周期的各个步骤 二、主存储器 主存储器（primary storage）具有三个功能：（1）它存储正在执行的全部或者部分程序。（2）它存储管理计算机操作的操作系统程序。（3）它存储程序正在使用的数据。数据和程序在处理之前、在处理步骤之间被存放在主存储器中，在处理完成之后，被返回到辅助存储器或者被输出。 只读存储器（ROM） 主存储器是由半导体构成的。其中一部分内部存储器称为只读存储器（read-only memory，ROM），它只能被读出，而不能被写入。其内部保存着计算机制造商输入的一段固定的控制程序，它也可以存放计算机的操作系统。 把控制程序存储在ROM中，可以使计算机“读取”执行计算机系统基本操作所需的指令，同时防止用户意外地将控制程序改动或删除。 随机存储器（RAM） 主存储器的另一部分称为随机存储器（random access memory，RAM），它被用来临时保存用户正在处理的程序和数据。由于存储在RAM内的数据可以被用户访问和修改，所以RAM也经常被称为读/写（read/write）存储器。RAM是挥发性的，当计算机由于供电中断或者关闭电源，随机存储器的内容会丢失。因为这个原因，RAM又被称为易失性存储器。 表3.1 计算机存储性能 三、微处理器和处理能力 现代的中央处理单元使用的是一种被称为微处理器（microprocessor）的半导体，它把整个中央处理单元所用的所有的存储、逻辑和控制电路都集成在一个单一的芯片上。微处理器的速度和性能决定着计算机的处理能力。 微处理器的主要性能指标 微处理器的主要性能指标有三个：字长、时钟速度及数据总线宽度。 字长是计算机在某一时刻可以处理的位的个数。如一个32位的芯片在一个单一的机器周期内可以处理32个位，即4个字节。 时钟速度以兆赫兹（megahertz）（缩写为MHz，代表每秒百万个周期）来度量。 数据总线作为中央处理器、主存储器和其他设备的干线，决定了同一时刻可以移动多少数据。 图 微处理器举例 四、多处理器和并行处理 许多计算机使用多处理器执行它们的处理任务。例如，个人计算机时常使用一个协同处理器（coprocessor）来加快处理速度，协助处理器执行诸如数学计算或者图形处理等特定任务，使中央处理器能够处理其他任务。 通过将若干个处理器连接起来对同一任务同时工作也可以加快处理速度。在并行处理（parallel processing）中，多个处理器把一个问题分解成若干个小部分，同时对其工作。 图3.4 串行处理和并行处理 第二节 辅助存储器 辅助存储器（secondary storage）又称为二级存储器，用来保存数据和CPU所访问的程序。辅助存储器是非挥发性的，即使计算机在断电的情况下依然可以保存数据。 一、磁盘 当今，使用最为广泛的辅助存储介质是磁盘（magnetic disk）。有两种磁盘：软盘（用于个人计算机）和硬盘（用于商用驱动器和个人计算机）。 软盘 软盘（floppy disk），是一种流行的外部存储设备，它一般用于将数据或程序从一处转移到另一处。 软盘的表面被划分为呈同心圆分布的不可见的磁性轨道。每个磁道上包含着许多扇区。磁道和扇区被编号，使计算机可以在磁盘上的特定位置存储数据。一张磁盘上的磁道和扇区的数量主要取决于计算机操作系统进行的格式化（也叫初始化）操作。格式化（formatting）操作可以创建出计算机系统能够读写信息的磁道和扇区。一旦格式化后，高密度的3.5英寸软盘大约可以存储1,440,000字节（1.44Mb）的信息，大