第3章计算机硬件系统.ppt
《第3章计算机硬件系统.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第3章计算机硬件系统.ppt(105页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第3章 计算机硬件系统,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,要求掌握计算机系统的基本结构和工作原理,了解多种输入输出设备及其功能。,第3章 计算机硬件系统,第3页,问题的提出,什么是计算机系统?它是如何组成的? 计算机的基本工作原理是什么?它是如何工作的? 什么是主机?主机如何构成? 什么是存储器?内存和外存的作用和区别? 有哪些常用的外部设备? ,第4页,一、计算机系统组成,1掌握计算机系统的基本工作原理 2掌握指令、指令系统、程序的概念;理解指令的格式;理解指令的执行过程; 3理解程序的两种执
2、行方式及执行时间的比较; 4深刻理解计算机系统的概念结构和层次结构 5了解计算机系统的分类方法。,第5页,(一)计算机的基本工作原理,指令和指令系统 程序 计算机的一般工作过程 程序的执行方式,第6页,指令和程序,指令:计算机能够识别的“命令”; 指令系统:计算机能够识别的所有指令的集合。 程序:按一定顺序组织在一起的指令序列。,第7页,指令格式,MOV AX , BX 将BX中的内容送到AX中,操作码 操作数,举例:,ADD AX,SI+6 ;将(SI+6)+(AX)的结果送到AX中 INC BX ;将(BX)+1的结果送到BX中 HLT ;停机,汇编语言 助记符,第8页,计算机的工作过程,
3、计算机是在程序的控制下工作的。计算机的工作过程就是执行程序的过程。,第9页,指令执行的一般过程,取指令 分析指令 读取操作数 执行指令 存放结果,第10页,程序执行过程,第11页,程序执行过程-吃灌汤包,轻轻提,慢慢移,先开窗,再喝汤,一扫光,满口香!,第12页,计算机执行程序的方式,顺序执行: 一条指令执行完后再执行下一条指令。 各个功能部件(取、分析、执行指令的部件)不能同时工作、效率低; 并行执行: 同时执行两条或多条指令。 各个功能部件可以同时工作、效率高、难控制。,第13页,顺序执行方式,假设指令执行分为三个步骤: 执行时间=取指令+分析指令+执行指令 例: 设三个部分的执行时间均为
4、t,则执行n条 指令时间T顺序为: T顺序=3nt,第14页,并行执行方式,假设指令执行分为三个步骤:,执行时间: T并行 =3t +( n-1)t,第15页,两种执行方式时间的比较,相对于顺序执行方式,并行执行的加速比: S= T顺序/ T并行 = 3n t /(3t +( n-1)t) =3n/(2+n) 例2-3 某程序编译后生成10000条指令,假设取、分析和执行指令所用的时间均为t,则: 顺序执行时间为: T顺序=3nt =30000t 并行执行时间为: T并行=(2+n)t = 10002t S = 30000t/10002t = 30000/10002 3,第16页,以中央处理器
5、CPU为主的体系结构: 程序与数据在计算机中均按二进制存储; 程序和数据的处理是在内存中执行; 在CPU的控制下,自动从存储器中取出指令并执行,完成各种工作。 指令处理方式按逻辑顺序一条条指令地处理: 在运行时,从内存中取出一条指令; 按指令要求,从存储器中取出数据进行指定运算; 按地址把结果送到内存中去。 再取下一条指令,重复上述操作,直到结束为止。,第17页,(二)计算机系统的构成,冯 诺依曼计算机的特点 计算机系统的概念结构 计算机系统的层次结构,冯诺依曼,第18页,1. 冯 诺依曼机的特点:,将计算过程描述为由多条指令按一定顺序组成的程序,并放入存储器保存。 指令按其在存储器中存放的顺
6、序执行; 由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行; 以运算器为核心,所有的执行都经过运算器。,运算器,存储器,控制器,存取数据,运算,第19页,冯 诺依曼计算机结构,采用二进制; 在内存中存储程序与数据; 系统由五大模块组成。,计算机系统,计算机系统由计算机硬件系统及软件系统两大部分构成。 (1)计算机硬件:是计算机系统中由电子、机械和光电元件组成的各种计算机部件和设备的总称,是计算机完成各项工作的物质基础。是指计算机系统中的实际装置,是构成计算机的看得见、摸得着的物理部件。它是计算机的“躯壳”。 (2)计算机软件:是指计算机所需的各种程序及有关资料。它是计算机的“灵魂”。,第21页,
7、2. 计算机系统的概念结构,外部存储器(硬盘、光盘、优盘) 输入设备(键盘、鼠标、扫描仪) 输出设备(显示器、打印机) 其他(网卡、显卡、声卡、视频卡),计算机 系统,硬件 系统,软件 系统,主机,外部设备,CPU 内存储器 输入/输出接口 总线,系统软件,应用软件,操作系统 语言编译系统 工具软件 网络系统,OA软件 管理信息系统 图像处理系统,第22页,计算机系统=计算机硬件系统+计算机软件系统,计算机系统,主机,打印机,磁盘(光盘等),网络设备(路由器等),操作系统,编译系统,网络操作系统,其他硬件设备,应用软件系统,软件文档、资料,硬件系统,软件系统,第23页,硬件系统,主机 外部设备
8、,整个系统运行的物理平台,硬件系统的核心是主机,主机的核心是 CPU。,第24页,软件系统,软件系统是支撑硬件系统的逻辑平台,是计算机系统的灵魂、神经中枢和大脑。 软件:为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。 软件系统的核心是系统软件,系统软件的核心是操作系统。,第25页,3. 计算机系统的层次结构,第26页,4. 计算机系统的分类,按综合指标 巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机等 Flynn分类法 单指令流单数据流SISD 传统的处理方式; 单指令流多数据流SIMD 同一指令同时操作多个不同的数据; 多指令流单数据流MISD(目前还是概念)多条指
9、令同时执行,可提高运行速度和效率; 多指令流多数据流MIMD 指多处理机系统。,第27页,其他分类方法,按处理机个数和种类划分: 单处理机、多处理机、并行处理机、关联计算机、超标处理机、大规模并行处理机和机群系统等。 按应用领域划分: 科学计算机、事务处理机、实时控制机等。,第28页,二、计算机主机系统,主机系统的逻辑结构 主机系统的物理结构,第29页,(一)主机系统的逻辑结构,中央处理器(CPU) 存储器 输入/输出接口 总线,以微型计算机为例,介绍主机系统的逻辑结构,它包括以下4个部分:,第30页,1. 中央处理器central processing unit,中央处理器简称CPU,主要包
10、括:,运算器 进行加、减、乘、除运算 控制器 包括取指令、取数、运算顺序的控制 内部寄存器组 暂时存放中间的运算结果,第31页,CPU的性能指标,CPU的性能是计算机系统的主要技术指标之一。 主要性能指标: 速度(主频)指每秒执行指令的条数或每秒主频振荡的次数;条数用MIPS来表示,即每秒百万条指令;Pentium Pro”可达400MIPS;主频振荡用MHZ来表示,即每秒百万次;“Pentium ”达 2.8GHZ,最快的微处理器主频达4GHz。 字长指CPU一次所能处理的数据的二进制的位数。 如果字长是16位,要处理64位的指令就要读取4次。 80386以下的CPU为16位字长,80386
11、及以上的CPU为32位字长。 指令集功能 指令集功能强,计算机处理能力就强。,第32页,2. 存储器,内存储器 外存储器,定义: 用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序。,第33页,微型机中的存储系统,通用寄存器可用于传送和暂存数据,也可参与算术逻辑运算,并保存运算结果。,第34页,存储器系统,将两个或两个以上速度、容量和价格各不相同的存储器用硬件、软件或软硬件相结合的方法连接起来 构成存储系统。 系统的存储速度接近最快的存储器,容量接近最大的存储器。,第35页,存储器系统,在一般计算机中主要有两种存储系统:,Cache存储系统,主存储器 高速缓冲存储器,虚拟存储系统,主存储器 磁盘存储
12、器,注:Cache存储主要是解决速度问题,要求快。,注:虚拟存储主要是解决存储容量问题,要求存储的数据量大。,第36页,主存、cache和虚存的关系,主存 运行程序和保存中间结果。 Cache 高速缓存,基于局部性原理,事先预测,把要调入 的程序存入缓存,希望命中率越高越好。 虚存 把磁盘的部分空间开辟为虚存。,第37页,主存、cache和虚存的关系,主存 运行程序和保存中间结果。 Cache 高速缓存,基于局部性原理,事先预测,把要调入 的程序存入缓存,希望命中率越高越好。 虚存 把磁盘的部分空间开辟为虚存。,第38页,内存储器由存储体、地址寄存器、数字寄存器、译码器及写入电路等组成,因在主
13、板上、CPU直接控制而得名“内存”。内存分为:, 随机存储器RAM,供用户使用。,(Random Access Memory), 只读存储器ROM,供系统使用。,(Read Only Memory),内存的性能指标是:,容量 越大越好;目前在128MB2GB 速度 存取数据的速度;一般在60 120 ns(毫微秒10-9 s),EDO内存为110 ns。,RAM(随机存取存储器)RAM -random access memory 随机存储器。存储单元的内容可按需随意取出或存入,且存取的速度与存储单元的位置无关。这种存储器在断电时将丢失其存储内容,故主要用于存储短时间使用的程序。 按照存储信息的
14、不同,随机存储器又分为静态随机存储器(Static RAM,SRAM)和动态随机存储器(Dynamic RAM,DRAM)。,ROM (Read Only Memory) 所存数据,一般是装入整机前事先写好的,整机工作过程中只能读出,而不像随机存储器那样能快速地、方便地加以改写。ROM所存数据稳定 ,断电后所存数据也不会改变;其结构较简单,读出较方便,因而常用于存储各种固定程序和数据。,第41页,每个单元都对应一个地址,以实现对单元内容的寻址。,内存单元的地址和内容,第42页,内存操作,读:将内存单元的内容取入CPU,原单元内容不改变; 写:CPU将信息放入内存单元,单元中原来的内容被覆盖。,
15、第43页,内存之外的存储器称为外存储器,外存储器不能被CPU直接访问。外存储器通常指磁盘、磁带、光盘等。磁盘又分为软磁盘和硬磁盘。,磁盘驱动器 磁盘是在磁盘驱动器的带动下工作的。驱动器的功能是: 控制磁盘的机械运动与磁头的定位,执行有关数据的传输命令。,完成数据的存取操作。,第44页,磁盘的每个盘片的两个表面都涂附了一层磁性材料,作为存储信息的介质。读写磁盘时,磁头直接接触盘面。 为便于寻址,每个盘面划分出许多不同半径的同心圆,称为磁道,每条磁道上又划分出等分的区段,称为扇区。磁道和扇区都分别编号,便于管理。,磁 盘,磁盘阵列 磁盘阵列是将若干个硬磁盘机按一定的要求组成一个快速、超大容量的存储
16、系统,数据是分配存储在各个硬磁盘机上。 磁盘阵列中针对不同的应用使用的不同技术,目前常用的标准是RAID 0 RAID 5。 RAID1 通常称为镜像结构。,第45页,第46页,硬磁盘(硬盘机)是一种主要的外存储器。目前的微机一般都至少配备一台硬盘机。 在硬盘里保存着计算机系统工作必不可少的程序和重要数据(例如,系统引导程序、文件分配表等)。 硬盘具有容量较大、速度较快(7500转15000转/分)及可靠性较好等优点。 目前标准配置硬盘120360GB。, 保持使用环境的清洁 避免震动与冲击 避免频繁开关电源,硬盘使用注意事项,第47页,微机使用的小型硬盘机从外观上看是一个密封的金属盒子,其中
17、有若干片固定在同一个轴上、同样大小、同时高速旋转的金属圆盘片。每个盘片的两个表面都涂附了一层磁性材料,作为存储信息的介质。靠近每个盘片的两个表面各有一个读写磁头。这些磁头全部固定在一起,可同时移到磁盘的某个磁道位置。 硬盘片表面分为一个个同心圆磁道,每个磁道又分为若干扇区,数据和信息是以扇区为单位存放在盘片上。,第48页,用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成。读写软盘时,磁头直接接触盘面。 软盘的特点是便于携带、交流、价格低。 常用软盘容量为1.44MB。 新型磁盘具有100MB250MB容量, 保持使用环境的清洁 不能弯折、划伤盘片 注意防潮,不要出现霉点 存放数据的盘,不要长期不用 重要数
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 计算机硬件 系统
链接地址:https://www.31doc.com/p-2120744.html