计算机科学导论第3讲.ppt

第3讲计算机组成

ComputerOrganizations;本讲内容;1冯·诺依曼模型;计算机;计算机;计算机的硬件组成包括：存储器，算术逻辑单元(ALU)，控制单元和输入/输出设备。;1945年6月冯·诺依曼在一篇论文中第一次提出了计算机三个主要思想：

计算机由四大部件组成

程序和数据存储

程序和数据采用二进制数表示

目前绝大多数计算机仍建立在这个思想的基础上，称之冯·诺依曼型计算机。;硬件通常是指一切看得见，摸得到的设备实体；

软件通常是泛指各类程序和文件，它们实际上是由一些算法以及其在计算机中的表示所构成的。;;CPU包括三部分：算术逻辑单元(ALU)、控制单元和寄存器。;算术逻辑单元(ALU);寄存器是用来临时存放数据的高速独立的存储单元。

CPU的运算需要多个寄存器

常见的寄存器;数据寄存器：用来存放输入数据，运算中间结果和最终结果。

指令寄存器：存放从内存中取出的指令，以便于稍后解释和执行它们。

程序计数器：存放当前指令的地址。当前指令执行完后，程序计数器自动加1，指向下一条指令的地址。;控制单元是整个计算机的指挥中心，被称为计算机的大脑

控制通过线路的开（高电平）或关（低电平）实现

控制单元的基本功能：

从主存中取出指令

对指令译码，产生相应的操作控制信号

指挥并控制CPU、主存和输入/输出设备之间的数据流动;主存储器是存储单元的集合

每一个存储单元都有惟一的标识符——地址

数据以字（或字节）的形式在存储器中传入或传出;地址;每个存储单元存放一个字（或字节）。

所有在存储器中可标识的独立地址单元的总数称为地址空间。

存储地址用无符号二进制数表示。

地址本身采用位模式。如果计算机有N个字的存储空间，则存储地址应当有log2N位。;主存储器分为三种类型：

随机存储器(RAM)

只读存储器(ROM)

互补金属氧化物存储器(CMOS)

主存储器＝RAM＋ROM＋CMOS;RAM的特点：

计算机中主存的主要组成部分。

用户既可以读，又可以写。

对所有存储单元的读写时间均相同。

具有易失性。若断电或关掉计算机，全部存储的信息将会丢失。;随机存储器（RAM）又分为两大类：

静态RAM(SRAM)：利???触发器来存储信息，当通电的时候信息始终存在，不需要刷新。存取速度快，但容量较小，价格较高。

动态RAM(DRAM):利用电容上的电荷存储信息，电容上的电荷会泄漏，需要周期性的刷新。存取速度慢，但容量较大，价格较低。;RAM的容量、速度：

衡量RAM容量的单位通常用字节数表示。每1024个字节称为1K字节（210=1K），每1024K字节称为1M字节（220=1M），每1024M字节称为1G字节（230=1G）。

RAM的速度是重要的指标，如果RAM的速度低于CPU的速度，则CPU访存时需要等待。;ROM中的内容是预先写进去的。用户只能读，不能写。

ROM具有非易失性，断电或关掉计算机，存储在ROM的信息不会丢失。通常用来存储那些关机后不能丢失的程序和数据。例如开机时运行的引导程序。;ROM四种类型：

掩模式ROM(MROM)：内容由芯片制造商写入，写入后任何人无法改变。

一次可编程(PROM)：用户可以借助专业设备一次写入自己的程序，一旦写入后将无法改变。

可擦除可编程ROM(EPROM)：用户可编程，但需要用紫外线灯擦除。

电可擦除可编程ROM(EEPROM)：用户可编程，用电子脉冲擦除。;ROM常用来存放固定不变重复使用的程序、数据或信息，如存放汉字库、各种专用设备的控制程序等。最典型的是ROMBIOS（基本输入输出系统），其中部分内容是用于启动计算机的指令，内容固定但每次开机时都要执行。;CMOS芯片一般用来存储计算机系统每次开机时所需的重要信息，例如计算机贮存容量、键盘类型、鼠标、监视器以及磁盘驱动器的有关信息。

它与RAM的区别在于，CMOS芯片通过锂电池提供电源，即关机后其存储的信息不会丢失。

它与ROM的区别在于，其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。;主存储器;;高速缓冲存储器的存取速度比主存快，但比CPU内部的寄存器慢。

高速缓冲存储器容量较小，常置于CPU和主存之间。;cache用来存放主存中一部分内容的副本（拷贝），即当前正在执行的程序中的活跃部分。

CPU可以直接访问cache，以便快速地向CPU提供指令和数据。

当CPU需要程序和数据时，首先检索内部cache，然后检索外部cache，再往后是RAM。只有前者中找不到所需内容时才继续检索后者。;输入/输出子系统中的设备可以分为两大类：非存储设备和存储设备。;非存储设备;键盘;触模屏;语言输入设备;视频和图像