第三章计算机硬件系统2010版.pptVIP

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第三章计算机硬件系统2010版

第三章 计算机硬件系统 第三章 计算机硬件系统 主要内容: 冯·诺依曼体系结构、计算机主要硬部件、计算机的工作方式、微型计算机硬件系统概述 重 点: 冯·诺依曼体系结构、计算机主要硬部件、计算机硬件系统的工作方式 难 点: 计算机硬件系统的工作方式 3.1冯·诺依曼体系结构 计算机硬件从构成上来看: 3.1冯·诺依曼体系结构 在冯·诺依曼看来,数据和程序在逻辑上是相同的,提出程序存储的概念,并给出了计算机的体系结构模型。以运算器为中心的体系结构模型如下: 3.1冯·诺依曼体系结构 改进后的计算机硬件体系结构,以存储器为中心 3.1冯·诺依曼体系结构 工作方式说明: 将事先编好的程序和数据通过输入设备输入到计算机内存中,在控制器的控制下,从内存中取出程序给控制器执行,在控制器的控制下,从内存中取出数据给运算器进行处理,并把处理后的中间结果或最终结果放回到内存中,再在控制器的控制下,将内存中的结果通过输出设备输出。 3.1冯·诺依曼体系结构 微机的硬件体系结构 3.2计算机主要硬部件 3.2.1运算器(Arithmetic Unit) 运算器是计算机对各种数据和信息进行算术和逻辑运算的部件。它主要包括寄存器、加法器、移位器、多路选择器和一些控制电路组成。 3.2.2控制器(Control Unit) 控制器是统一指挥或控制计算机各部件按时序协调操作的中心部件。它主要由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、地址产生器、时间发生器和微程序控制部件组成。 运算器和控制器组合成中央处理器(Central Processing Unit—CPU),是计算机的核心部件。 3.2计算机主要硬部件 3.2.3存储器(Memory Unit) 1.存储器的类型及层次 3.2计算机主要硬部件 2.寄存器 寄存器是一种存取速度极快,存储容量小的暂时存放的存储器,寄存器的二进制位数的长度与指令的二进制位长度相等。目前,计算机的寄存器大多数是32位或64位长。寄存器分为通用寄存器和专用寄存器。寄存器不只在CPU中有,在计算机的许多地方都使用的有寄存器。 3.缓冲栈和Cache 由于CPU的速度远高于主存储器的速度,为了更好地调节两者之间的匹配,发挥出CPU的处理速度, 在缓冲栈和Cache中先存放一定数量的所需数据,起到缓冲作用。 3.2计算机主要硬部件 4.主存储器 主存储器分为两类:只读存储器(Read Only Memory ROM)和随机存储器(Random Access Memory RAM)。 ROM中存放的是只能被读出的固定的程序和数据(用来计算机启动用的),不能对它进行写入操作。这种存储器中存储的内容不会随断电而消失。 RAM是可随时进行读写操作的存储器,用来存储工作时的数据和程序,在关机断电后其中存储的内容会消失。所以,它起到暂时“记忆”的作用。 主存储器主要由地址寄存器、地址译码及驱动器、存储体、数据读写放大电路、数据寄存器等构成。 3.2计算机主要硬部件 3.2计算机主要硬部件 ● 由8个二进制位(bit)构成一个字节( Byte)它是最小的存储管理单位。(用b表示二进制位,B表示字节)。常用的存储单位有字节(B)、千字节(KB) 、兆字节(MB)千兆字节(GB)、千千兆字节(TB)等。 1 KB=210B=1024B; 1MB=1024KB; 1GB=1024MB;1TB=1024GB ●每一个字节都有一个编号,称为该字节的地址。计算机是按地址到存储器中读写数据的。 ●存储单元:存放一个数据所需要的字节数。存储单元的地址是构成该存储单元的若干个字节的第一个字节的地址。 ●存储器是由固定长度的二进制位(如8位)、顺序线性编址的一维结构,存储器提供按地址访问的一级地址空间,每个地址是唯一定义的。 3.2计算机主要硬部件 5.辅助存储器 辅助存储器可以永久保存数据和程序。分为联机和脱机两类。联机辅助存储器主要有硬盘,它随计算机启动而一起进入工作状态,计算机可随时对它访问。脱机辅助存储器是指可以方便携带而走的存储器,它需要在计算机上配备专门的驱动设备才可以访问。一般将需要永久保存,但使用较少的数据或程序存放在这类存储器中。 常用的辅助存储器有:硬盘、软盘、光盘、USB、磁带等。这些辅助存储器在实现数据存储时,其各自的实现方法和数据组织是不一样的。 小知识——磁盘空间的组织 磁盘面由若干个同心圆构成的磁道组成,每个磁道被分成若干称为扇区的弧段,每个扇区为512B(块)。 磁盘是块设备,即整个磁盘空间

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