硬件系统基本组成及工作原理.ppt
《硬件系统基本组成及工作原理.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《硬件系统基本组成及工作原理.ppt(79页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第三节 硬件系统基本组成及工作原理,二、微型计算机的结构特点 (一)概念 1、主机板(系统主板/主板/母板) 是主机箱中最大的一块IC板,是电脑的中枢,电脑就是通过主板将CPU等各种器件与外设有机地结合起来,形成完整的系统。 2、I/O接口 是CPU与外设的连接缓冲,实现工作方式、速度及信号类型的匹配。 串口(COM1/2)和并口(LPT1/PRN),逐渐被USB接口取代。 I/O接口进一步通过总线与CPU、内存通信。,3、微处理器 微处理器是采用超大规模集成电路技术将运算器和控制器集成在一块芯片。 频率是指1秒钟内发生的脉冲信号数。 时钟频率:是指电子设备的时钟(能够提供规则间隔的电脉冲信号
2、)振荡频率。 主频(内频):指CPU的时钟频率,如P 1.6GHz。 外部时钟的频率称为外频(外部总线频率),如PCI总线的工作频率为33MHz 。,4、微型计算机 微处理器内存I/O接口系统总线 5、微型计算机系统 微型机外设软件系统 6、CMOS (互补金属氧化物半导体) Complementary Metal Oxide Semiconductor,属硬件范畴。由主板电池供电,可长期保存信息。 7、BIOS 基本输入/输出系统,固化在由CMOS所制成的ROM或EEPROM里,提供机器启动(加电自检、初始化)功能的一组程序。目前可升级。,第三节 硬件系统基本组成及工作原理,(二)微型计算机
3、的结构特点 1、采用微处理器作为CPU 特点:体积小、重量轻、成本低、工作可靠。 2、采用总线结构实现系统连接 (1)总线(BUS)的概念 作为计算机内部各个部件间传递信息的公共通道,物理形状是一束扁平的电缆线。CPU通过总线与各种外设连接,并通过总线进行数据交换。 CPU内部连接各寄存器及运算部件的总线称为内部总线;连接系统各部件(CPU、内存、I/O接口等)的总线称为外部(系统)总线。,补充资料,微型机采用总线结构的优势 采用标准的总线结构,便于各种插件板的通用和互换; 提高系统的可扩展性; 便于实现系统的模块化设计。,第三节 硬件系统基本组成及工作原理,(2)总线的分类 数据总线(Dat
4、a Bus,DB) 双向,用来承载CPU与内存、CPU与I/O接口之间的数据信息; 地址总线( Address Bus, AB) 单向(输出线),用来把地址信息从CPU发出到内存或I/O接口,该信息指出所要访问的内存单元或I/O接口的地址。另外,决定寻址范围:如32位的AB可访问4GB的内存空间。 控制总线(Control Bus,CB) 双向,用来传送CPU与内存和I/O接口之间的控制信号(如读/写)和反馈信号(如打印完成)。,第三节 硬件系统基本组成及工作原理,2)常用微机总线 IBM PCXT总线 Intel 8088的字长是16位,但数据总线的宽度为8位(内部结构是16位,而外部数据总
5、线是8位),一个总线周期只能处理1个字节。因此8088是一个准16位微处理器。 IBM PCAT总线 ISA总线 数据总线宽度为16位,应用在16位微机,如80286,这种总线结构也称为工业标准结构。 PCI(Peripheral Component Interconnect)局部总线,第三节 硬件系统基本组成及工作原理,32位总线,应用普遍。它不依附于CPU(与CPU及时钟频率无关),即在CPU与ISA总线之间插入了一级总线。 可挂接高速外设(如IDE设备、网卡等),由桥接电路实现CPU总线与PCI总线相连。 PCIX(PCI 2.0)总线为64位。 AGP(Accelerated Grap
6、hics Port)总线 加速图形接口,为提高视频带宽而设计,最早出现在440LX芯片组。显卡通过AGP总线、芯片组与主存相连,直接读取主存中的显示数据,使得3D图形数据越过PCI总线,提高了显示芯片与主存的数据传输率。,第三节 硬件系统基本组成及工作原理,目前,AGP 8(8 66MHz 32b/8=2.1GB/s)主要用于Pentium 4系统。 USB总线(Universal Serial Bus) 是目前最流行的外设接口,可用于连接键盘、鼠标、FLASH DISK、ADSL MODEM等外设。 最新的USB 2.0规范(Windows XP支持),传输速率为480Mbps,支持设备12
7、7个,可以热插拔。,补充资料,第三代I/O接口PCI Express规范 ISA和PCI分别为第一代和第二代体系结构。PCI Express传输率可能达到每秒8GB,或者甚至更高。 PCI Express的设计不只要取代PCI及AGP的插槽,同时也会是一些电脑内次系统的内部连接接口,如处理器、绘图、网络,及磁盘的I/O。 在PCI Express及同等级的扩充卡问世之后,可望能在实时的3D绘图呈像及网络联机上看到效能的大幅提升。,第三节 硬件系统基本组成及工作原理,三、微处理器及微型机发展概况 微处理器从1971年发明至今,已经历了三十多年。这期间,随着半导体制造工艺的提高,CPU的体积越来越
8、小、速度越来越快,按照其字长来分,CPU可以分为4位、8位、16位、32位以及64位微处理器等。 1971年,Inte1公司推出了世界上第一台4位微处理器4004。 随后Intel研制出了8080处理器、8085处理器,Motorola公司推出MC6800。,第三节 硬件系统基本组成及工作原理,微处理器,Zilog公司推出Z80微处理器,一起组 成了8位微处理器的家族。 1978年,Intel公司推出16位微处理器8086, 以及与之配套的数学协处理器8087。 1979年Inte1推出了8088CPU,它仍是16位微 处理器,时钟频率为4.77MHz,地址总线为20位, 可以寻址1MB内存。
9、8088的内部数据总线是16位, 外部数据总线是8位。 1981年,8088芯片被首次用于 IBM PC机,第三节 硬件系统基本组成及工作原理,当中,掀起个人电脑大普及的浪潮。 1982年, Intel公司推出 80286。 80286仍然 是 16位处理器,时钟频率(主频)达到了前所未 有的20MHz,其内、外部数据总线均为16位,地 址总线扩展为为24位,可以寻址16MB内存。 Intel公司1985年推出的80386,这是第一种 32位微处理器,也是X86家族中第一款32位芯片, 时钟频率为12.5MHz,后逐步提高到33MHz。 1989年推出的80486是将80386和数学协,第三节
10、 硬件系统基本组成及工作原理,处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一 个芯片内。 1993年,新一代32位微处理器Pentium(奔腾) 问世。 1997年初,Intel发布了Pentium的改进型号 Pentium MMX(多能奔腾)。 1997年5月,Inte1公司又发布了一种基于新体 系结构的微处理器Pentium 2 ( P )。 1999年又推出了P3处理器。P3拥有32K一级,第三节 硬件系统基本组成及工作原理,缓存和512K二级缓存(运行速度为芯片核心速度 的一半),包含MMX指令和Inte1自己的“3D”指 令集- SSE。 2000年10月,Intel公司发布了高性
11、能微处理 器,主频高达1.3GHz的Pentium 4。,第三节 硬件系统基本组成及工作原理,四、计算机工作原理 1、冯诺依曼(Von Neumann)原理 计算机的基本工作原理是程序存储和程序控制。该原理最初由匈牙利裔美籍数学家冯诺依曼于1945年提出来的,故称为冯诺依曼原理。 采用存储程序方式:计算机完成某项工作,必须事先编制程序,规定计算机必须做哪些事,按什么步骤去做,并向计算机提供所要处理的原始数据。,第三节 硬件系统基本组成及工作原理,冯诺依曼思想 (1)计算机由五大部件组成 运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备 (2)计算机内部以二进制形式不加区分地存储程序和数据,其存储位置
12、由单元地址决定 (3)程序存储、自动执行,第三节 硬件系统基本组成及工作原理,2、指令和程序的概念 (1)指令 即计算机完成一次基本操作的命令。 (2)程序 把一组有序指令的集合称为程序。 程序和指令以二进制形式存放在存储器中,两者没有区别。 指令由操作码和地址码组成。,第三节 硬件系统基本组成及工作原理,3、计算机的工作过程程序控制自动执行 (1)取指令 从内存取出指令送到控制器中的指令寄存器; (2)分析指令 指令译码器对取回的指令进行分析、翻译, 得到指令要执行的操作; (3)执行指令 根据指令分析结果,通过定时与控制电路向各个部件发出相应的控制信号,完成指令规定的操作。 (4)形成下一
13、条指令地址,继续(1)(3),直到整个程序执行完毕。,第三节 硬件系统基本组成及工作原理,【例】 计算机完成一次加法运算的简单过程。 1、由输入设备将程序经由DB,输入到存储器保存。 2、控制器经由AB向存储器给出指令所在内存单元地址信息,由DB取回这条指令,并进行译码,通过CB发出控制信号到各部件: (1)由AB向存储器给出数据所在内存单元地址信息; (2)由DB取出的加数送到运算器(累加器/寄存器); (3)命令运算器做加法运算; (4)通过AB向存储器给出数据保存的内存单元地址信息,将运算结果经由DB送到该内存单元; (5)将运算结果经由数据总线送到输出设备输出。,第三节 硬件系统基本组
14、成及工作原理,五、计算机的性能指标 字长 从技术上说,计算机的字长就是指操作数寄存器的长度,后来才泛指进出处理器的数据长度,即计算机一次能处理的二进制数据的最大位数。 目前,微计算机的字长取决于数据总线的宽度。 主频 指CPU的时钟频率,很大程度上决定计算机的运算速度。,第三节 硬件系统基本组成及工作原理,运算速度 计算机的运算速度是衡量计算机水平的一项 主要指标,它取决于指令执行时间。目前常用单 位时间内执行多少条指令来表示,即MIPS. 内存容量 存储器的容量反映计算机记忆信息的多少。 它常以字节为单位表示。一个字节为八个二进制 位,即1Byte = 8bit。 1KB=1024B 1MB
15、=10241KB=10242B,第三节 硬件系统基本组成及工作原理,1GB=10241MB=10243B 1TB10241GB10244B 输入/输出设备的速度 主机与外部设备之间交换数据的速率也是影响计算机系统工作速度的重要因素。 由于各种外部设备本身工作的速度不同,常用主机所能支持的数据输入输出最大速率来表示。,第四节 计算机的软件系统,主要讲述内容 掌握系统软件与应用软件的概念 熟悉计算机语言的演进 熟悉程序设计常用术语 了解软件知识产权常识,第四节 计算机的软件系统,一、软件系统概述 1、软件系统功能 软件(software)是指完成一定功能的程序、相关数据和各种文档的集合。 软件是在
16、硬件基础上对硬件功能的扩充与完善。提高机器的使用效率,扩大计算机的功能和用途,方便用户使用计算机。 2、分类 系统软件和应用软件。,第四节 计算机的软件系统,(1)系统软件 一般把靠近内层(硬件)、为方便使用和管理计算机资源的软件,称为系统软件。 系统软件主要是简化计算机操作,扩展计算 机处理能力和提高计算机的效益。 【特点】 通用性:即无论哪个应用领域的计算机用户 都要用到它们; 基础性:即包括应用软件在内的其他软件必 须在系统软件支持下编写和运行。 系统软件包括:,第四节 计算机的软件系统,操作系统 (Operating System) 操作系统是系统软件的核心。它是控制和管理系统资源,组
17、织协调计算机的运行,为其他软件的运行提供服务,并且为操作者提供一个方便友好的界面的软件。是对计算机硬件的第一层扩充。 如Windows 2000 Professional等。 语言处理系统 (汇编、编译和解释程序) 数据库管理系统 软件工具,第四节 计算机的软件系统,(2)应用软件 应用软件是用户利用计算机软、硬件资源为解决各类应用问题而编写的软件。 如:文字处理软件、表格处理软件、财务管理系统、辅助教学软件等。 (3)程序(program) 为完成某项任务而编写的一系列指令的集合, 称为程序。面向用户的称为源程序,面向机器的称为目标程序。,第四节 计算机的软件系统,二、程序设计语言(prog
18、ramming language) 1、机器语言(machine language) 只有用机器语言编写的程序计算机能够直接识别、执行。该程序是由二进制数来表示的,且与硬件相关,所以与汇编语言统称低级语言。 2、汇编语言(assembler language) 汇编语言是用简单的符号(助记符)代替机器指令,是符号化了的机器语言,一条汇编指令是与机器指令一一对应的。 由汇编程序来翻译、执行汇编源程序。,第四节 计算机的软件系统,3、高级语言(advanced language) 高级语言使用人们易于理解的语句和结构来 编写程序的语言。它彻底脱离了对某类机器的依 赖。如:BASIC、C、FORTR
19、AN、PASCAL等。 机器语言和汇编语言都是面向机器的,高级 语言是面向用户的。高级语言必须翻译成机器指令,计算机才能执行。翻译的方式有两种: 编译方式:先翻译全部语句,然后执行; 解释方式:翻译一条,执行一条。,应用软件,系统软件,硬件系统,软件和硬件的层次关系,应用软件,第四节 计算机的软件系统,第四节 计算机的软件系统,五、软件知识产权常识 1、商品软件(商业软件) 2、共享软件(shareware) 最终用户可以免费复制、自由传播,有试 用期限、有版权的软件。试用期限通常是几天或 数月。如果用户喜欢并且要继续使用,就要付 注册费。这样做的目的是用户可以知道某种软件 自己是否真正需要。
20、 共享软件通常比商业软件便宜得多。,第四节 计算机的软件系统,3、自由软件(freeware) 用户可以自由拷贝、下载和使用而不用承担 任何责任和费用的软件。人们编写自由软件的原 因是爱好,或者感到这是一种奉献,或者想检验 一下自己的编程技巧和设计能力。,第二节 数制和数据编码,主要内容 进位计数制 计算机中常用数制间的互相转换 数据的编码,第二节 数制和数据编码,进位计数制,简称数制,是一种数的表示方法,常用的有十进制、二进制、八进制和十六进制。 一、数制的基与权 某种数制所使用的数码个数称为进位基数,简称基; 数码位于不同的位置(数位)其含义是不同的,可用每一位数码的位权值(简称权)来决定
21、。,第二节 数制和数据编码,二、数的表示方法 1、十进制数 用十进制表示数值,用到的数码个数是10个(09);基为10,各位的权为以十为底的整数次幂。并且逢10进位、借位当10。 如(791.25)10表示如下: 791.2571029 101 1 100 2 10-1 5 10-2,第二节 数制和数据编码,2、二进制数 用二进制表示数值,所用到的数码个数是2个(0和1),基为2;各位的权为以2为底的整数次幂。并且逢2进位、借位当2。如: ( 110 .01)2 1 221 21 0 20 0 2-1 1 2-2 加减法举例。 位的概念 位又称为bit或比特。 “位”是计算机中数据的最小单位,
- 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:
- 硬件 系统 基本 组成 工作 原理
链接地址:https://www.31doc.com/p-2182832.html