精简教程第3章.ppt

本科教学水平评估 计算机硬件系统 内容提要 本章以微型计算机为例介绍计算机硬件系统的组成，包括系统单元、内存、系统总线、扩展卡以及常用的输入/输出设备和辅助存储器。通过本章学习，要求大家掌握计算机系统的基本结构和工作原理，了解各种各样的输入/输出设备及其功能。 1 冯·诺依曼体系结构 体系结构指的是，构成系统主要部件的总体布局、部件的主要性能以及这些部件之间的连接方式。冯·诺依曼体系结构的要点： 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部分组成 控制器和运算器是其核心，称为CPU 程序和数据以二进制形式表示和存储 按存储程序原理进行工作 2 微型计算机的硬件结构 微型计算机硬件的系统结构与冯·诺依曼结构无本质上的差异，不过CPU已被集成在一片大规模或超大规模集成电路上，称为MPU。此外，微型计算机内部的连接方式都是采用总线结构。 数据总线： 是传送数据和指令代码的信号线，它是双向总线 地址总线： 是传送CPU所要访问的存储单元或输入输出接口地址的信号线，它是单向总线 控制总线： 用来实现CPU对外部部件的控制、状态等信息的传送以及中断信号的传送等，它也是双向的。 微型计算机的硬件结构 系统单元 系统主板与时钟频率： 系统主板（motherboard）：连接计算机各组成部件及各部件之间的通信。 系统时钟： 用于决定总线的工 作频率，由频率发 生器产生。 3 微处理器 微处理器包括： 控制单元：协调和控制出现在微处理器中的所有操作，还与输入/输出设备进行通信。 寄存器：寄存器的硬件组成相似于内存的单元，其速度更快以及使用方式不同。 专用寄存器：指令寄存器、地址寄存器。 通用寄存器：暂存数据的寄存器。 算术/逻辑单元（ALU）：是计算机的“计算器”，完成两种类型的操作。 算术操作：加、减、乘、除等运算。 逻辑操作：比较操作。 微处理器芯片 CISC芯片：又称复杂指令集计算机，其指令系统一般多达几百条指令，这种技术由Intel公司推广，并且是该公司主流微处理器的基础。例如Ｐｅｎｔｉｕｍ　Ⅲ和Ｐｅｎｔｉｕｍ 4。 RISC芯片：又称简化指令集计算机，其使用较少的指令。Motorola、IBM和Apple公司共同开发的PowerPC芯片就是利用了RISC技术。 专用芯片：用于智能卡的微型内置式微处理器。例如交通卡、社保卡。 几个重要的概念 位（bit）:数据存储的最小单位 字节(Byte)：数据存储容量的最小单位。1Byte=8bit 1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB 字(Word):1Word=2Byte 字长:是计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数。字长越长，单位时间内处理的数据也就越多，数据处理的速度也就越快。 4 主存储器 RAM：保存CPU正在执行的程序和数据，它是暂时的或易失的存储区域。内存发展史上主要出现过如下类型： 快页模式内存（FPM），72线,电压为5V，带宽为32位，速度基本都在60ns以上。 扩展数据输出内存（EDO RAM），分为72线和168线两种，电压为5V，带宽为32位，速度基本都在40ns以上。 同步动态内存（SDRAM），168线，电压为3.3V,带宽为64位，必威体育精装版的产品速度可达6ns。 双倍速率DDRAM（DDR），在前端总线频率为133MHz的前提下，带宽可达2.128GB/S。现在主流为DDR2、DDR3。 Flash RAM，当失去电源时，它所存放的数据不会丢失。主要用于数字相机等电子产品。 主存储器（续） ROM：只读存储器，当电源断开后，其内容是不会丢失的。一般用来存储固件（firmware）、硬件制造商提供的程序等 PROM：初始PROM是空白芯片，一旦通过特殊可编程设备将信息写入，它将永久存储这些信息并且不能改变 EPROM：像PROM一样，EPROM能通过可编程设备写入程序等信息，而区别在于EPROM存储的信息可以通过紫外线删除，然后通过可编程设备重新写入新的信息 EEPROM：EEPROM与EPROM相似，所不同的只是它可以通过电脉冲删除其存储的信息，写入新的信息不需要特殊的可编程设备 CMOS芯片：与RAM的区别在于，CMOS芯片通过电池供电，即当关机时其存储的信息不会丢失；而它与ROM的区别在于，它的内容随着计算机系统配置的改变或用户的设置而发生变化，即可擦写。 5 输入输出系统 计算机系统的输入输出系统的基本功能： 为数据传输操作选择输入输出设备 在选定的输入输出设备和CPU（或主存储器）之间交换数据 计算机系统有两种体系结构： 独立体系