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1、第第2章章 計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理主講教師:劉建華主講教師:劉建華2引言引言 信息的基本單位信息的基本單位 比特比特(bit)3什么是比特?什么是比特?n比特(比特(bit,binary digit的縮寫(xiě))中文翻譯為的縮寫(xiě))中文翻譯為“二進(jìn)二進(jìn)位數(shù)字位數(shù)字”、“二進(jìn)位二進(jìn)位” 或簡(jiǎn)稱為或簡(jiǎn)稱為 “位位”n比特只有比特只有 2 種取值:種取值:0,1n比特是組成數(shù)字信息的最小單位比特是組成數(shù)字信息的最小單位n數(shù)值、文字、符號(hào)、圖像、聲音、命令數(shù)值、文字、符號(hào)、圖像、聲音、命令都可以都可以使用比特來(lái)表示,其具體的表示方法就稱為使用比特來(lái)表示,其具體的表示方法就稱為“編碼編碼”或或“代碼代碼”
2、4例例 用用比比特特表表示示圖圖像像5比特在計(jì)算機(jī)中如何表示?比特在計(jì)算機(jī)中如何表示?n在計(jì)算機(jī)中表示二進(jìn)位的方法:在計(jì)算機(jī)中表示二進(jìn)位的方法:n電路的高電平狀態(tài)或低電平狀態(tài)電路的高電平狀態(tài)或低電平狀態(tài)(CPU)n電容的充電狀態(tài)或放電狀態(tài)電容的充電狀態(tài)或放電狀態(tài)(RAM)n兩種不同的磁化狀態(tài)兩種不同的磁化狀態(tài)(磁盤(pán)磁盤(pán))n光盤(pán)面上的凹凸?fàn)顟B(tài)光盤(pán)面上的凹凸?fàn)顟B(tài)(光盤(pán)光盤(pán))n6例例1:CPU內(nèi)部二進(jìn)位信息的表示內(nèi)部二進(jìn)位信息的表示nCPU內(nèi)部通常使用高電平表示內(nèi)部通常使用高電平表示1,低電平表示,低電平表示00.0V0.5V2.8V3.3V010V+3v01 07n磁盤(pán)表面微小區(qū)域中,磁性材料粒子
3、的兩種不同的磁盤(pán)表面微小區(qū)域中,磁性材料粒子的兩種不同的磁化狀態(tài)分別表示磁化狀態(tài)分別表示0和和1例例2:磁盤(pán)存儲(chǔ)器中比特的表示:磁盤(pán)存儲(chǔ)器中比特的表示磁盤(pán)磁盤(pán)表面表面磁性材料粒子磁性材料粒子8存儲(chǔ)容量的計(jì)量單位存儲(chǔ)容量的計(jì)量單位n 8個(gè)比特個(gè)比特1個(gè)字節(jié)(個(gè)字節(jié)(byte,用大寫(xiě),用大寫(xiě)B(tài)表示)表示)n計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器容量的計(jì)量單位:計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器容量的計(jì)量單位:nKB: 1 KB=210字節(jié)字節(jié)=1024 B (千字節(jié))(千字節(jié))nMB: 1 MB=220字節(jié)字節(jié)=1024 KB(兆字節(jié))(兆字節(jié))nGB: 1 GB=230字節(jié)字節(jié)=1024 MB(吉字節(jié)、千兆字節(jié))(吉字節(jié)、千兆字節(jié))nTB
4、: 1 TB=240字節(jié)字節(jié)=1024 GB(太字節(jié)、兆兆字節(jié))(太字節(jié)、兆兆字節(jié))n外存儲(chǔ)器容量經(jīng)常使用外存儲(chǔ)器容量經(jīng)常使用10的冪次來(lái)計(jì)算:的冪次來(lái)計(jì)算:n1MB103 KB 1 000 KBn1GB106 KB 1 000 000 KBn1TB 109 KB = 1 000 000 000 KB92.1 計(jì)算機(jī)的組成與分類計(jì)算機(jī)的組成與分類102.1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展與作用計(jì)算機(jī)的發(fā)展與作用11什么是計(jì)算機(jī)?什么是計(jì)算機(jī)?n計(jì)算機(jī)是一種工具計(jì)算機(jī)是一種工具n不是交通運(yùn)輸工具不是交通運(yùn)輸工具n不是機(jī)械加工工具不是機(jī)械加工工具n不是不是工具工具n計(jì)算機(jī)是一種計(jì)算機(jī)是一種信息處理工具信息處理工
5、具12對(duì)計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單描述對(duì)計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單描述n計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)(電腦電腦)是一種能夠是一種能夠接收接收信息,并按照存儲(chǔ)在信息,并按照存儲(chǔ)在其內(nèi)部的程序(程序表達(dá)了某種規(guī)則)對(duì)輸入信息其內(nèi)部的程序(程序表達(dá)了某種規(guī)則)對(duì)輸入信息進(jìn)行進(jìn)行處理處理,并產(chǎn)生,并產(chǎn)生輸出輸出結(jié)果的高度自動(dòng)化的數(shù)字電結(jié)果的高度自動(dòng)化的數(shù)字電子設(shè)備。子設(shè)備。處處理理輸輸入入輸輸出出輸入信息輸入信息 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 輸出信息輸出信息13計(jì)算機(jī)有哪些特性?計(jì)算機(jī)有哪些特性?n計(jì)算機(jī)的特性:計(jì)算機(jī)的特性:(1)速度快)速度快(2)存儲(chǔ)容量大)存儲(chǔ)容量大(3)通用性通用性好好n不僅能處理數(shù)字和文字,而且能對(duì)圖像、聲音等多種形式的信息進(jìn)不僅
6、能處理數(shù)字和文字,而且能對(duì)圖像、聲音等多種形式的信息進(jìn)行處理行處理n不僅能進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算,而且能進(jìn)行邏輯運(yùn)算不僅能進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算,而且能進(jìn)行邏輯運(yùn)算n不僅能進(jìn)行運(yùn)算,而且具有信息的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、展現(xiàn)等功能不僅能進(jìn)行運(yùn)算,而且具有信息的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、展現(xiàn)等功能(4)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)具有互連、互通和互操作的能力)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)具有互連、互通和互操作的能力14計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)的發(fā)展世界上的第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)n1946年年2月,世界上第一臺(tái)電子計(jì)月,世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)算機(jī) ENIAC 在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)問(wèn)世。問(wèn)世。n它的出現(xiàn),開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)計(jì)算機(jī)時(shí)它的出現(xiàn),開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)計(jì)算機(jī)時(shí)代
7、,引發(fā)了一場(chǎng)由工業(yè)化社會(huì)發(fā)展到代,引發(fā)了一場(chǎng)由工業(yè)化社會(huì)發(fā)展到信息化社會(huì)的新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命浪潮,信息化社會(huì)的新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命浪潮,從此揭開(kāi)了人類歷史發(fā)展的新紀(jì)元。從此揭開(kāi)了人類歷史發(fā)展的新紀(jì)元。15第第1臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)1946年年ENIAC計(jì)算機(jī)公布計(jì)算機(jī)公布 ENIAC(電子數(shù)字積分機(jī)與計(jì)算機(jī)):電子數(shù)字積分機(jī)與計(jì)算機(jī)):研制單位:美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制單位:美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)用用 途:途: 軍事計(jì)算軍事計(jì)算運(yùn)算速度:運(yùn)算速度:5000次次/秒秒體積價(jià)格:體積價(jià)格:170平方米,平方米,30噸,噸,140千瓦,千瓦,40萬(wàn)美元萬(wàn)美元16計(jì)算機(jī)的分代計(jì)算機(jī)的分代( (按使用的元器
8、件按使用的元器件) )u第一代(約第一代(約1946-19571946-1957)電子管計(jì)算機(jī))電子管計(jì)算機(jī) 速度:幾十幾萬(wàn)次速度:幾十幾萬(wàn)次/ /秒秒 內(nèi)存:磁鼓,千字內(nèi)存:磁鼓,千字 外設(shè):磁帶外設(shè):磁帶 機(jī)器語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編程機(jī)器語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編程美國(guó)于20世紀(jì)50年代生產(chǎn)的IBM704型采用電子管的第一代電子計(jì)算機(jī)第一代電子計(jì)算機(jī)中使用的磁鼓存儲(chǔ)器u第二代(約第二代(約1957-19641957-1964) 晶體管計(jì)算機(jī)晶體管計(jì)算機(jī) 速度:幾十萬(wàn)次速度:幾十萬(wàn)次/ /秒,秒, 內(nèi)存:磁芯,十萬(wàn)字內(nèi)存:磁芯,十萬(wàn)字 外設(shè):磁盤(pán)外設(shè):磁盤(pán) 高級(jí)語(yǔ)言編程高級(jí)語(yǔ)言編程電子管晶體管17計(jì)算機(jī)的分
9、代計(jì)算機(jī)的分代( (按使用的元器件按使用的元器件) )第三代(約第三代(約1965-19731965-1973)中小規(guī)模集成電路)中小規(guī)模集成電路(SSI,MSI)(SSI,MSI)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 速度:幾十萬(wàn)次幾百萬(wàn)次速度:幾十萬(wàn)次幾百萬(wàn)次/ /秒秒 內(nèi)存:半導(dǎo)體存儲(chǔ)器內(nèi)存:半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言, OS, DBMS, OS, DBMS第四代(第四代(19741974年起)大規(guī)模年起)大規(guī)模(LSI)(LSI)和和VLSIVLSI計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 速度:幾百萬(wàn)次億次速度:幾百萬(wàn)次億次/ /秒秒 內(nèi)存:半導(dǎo)體存儲(chǔ)器內(nèi)存:半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 軟件工程,分布式處理等軟件工程,分布式處理等182.1.2
10、 計(jì)算機(jī)的組成計(jì)算機(jī)的組成19計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器輸入設(shè)備輸入設(shè)備存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器輸出設(shè)備輸出設(shè)備系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)程序語(yǔ)言處理系統(tǒng)程序語(yǔ)言處理系統(tǒng)文字處理文字處理通信通信娛樂(lè)娛樂(lè)計(jì)算機(jī)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件是計(jì)算計(jì)算機(jī)硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有實(shí)際機(jī)系統(tǒng)中所有實(shí)際物理裝置的總稱物理裝置的總稱計(jì)算機(jī)軟件是指在計(jì)算機(jī)中計(jì)算機(jī)軟件是指在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的各種程序及其處理的運(yùn)行的各種程序及其處理的數(shù)據(jù)和相關(guān)的文檔數(shù)據(jù)和相關(guān)的文檔20計(jì)算機(jī)硬件的邏輯結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件的邏輯結(jié)
11、構(gòu) 1n經(jīng)典計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)(經(jīng)典計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)(馮馮. .諾依曼計(jì)算機(jī)諾依曼計(jì)算機(jī))運(yùn)算器和控制器運(yùn)算器和控制器輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器(注:邏輯結(jié)構(gòu)意指概念上(即功能上)的結(jié)構(gòu))(注:邏輯結(jié)構(gòu)意指概念上(即功能上)的結(jié)構(gòu))21馮馮 諾依曼諾依曼 (John von eumann) (John von eumann) 美籍匈牙利科學(xué)家,美籍匈牙利科學(xué)家, 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父,率現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父,率先奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)先奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。的基本結(jié)構(gòu)。22計(jì)算機(jī)硬件的邏輯結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件的邏輯結(jié)構(gòu) 2n現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)n與經(jīng)典計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)相比的與經(jīng)典計(jì)
12、算機(jī)結(jié)構(gòu)相比的3個(gè)變化:個(gè)變化:n集中控制集中控制分散控制分散控制n存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器n通過(guò)通過(guò)CPU通信通信通過(guò)總線進(jìn)行通信通過(guò)總線進(jìn)行通信中央處理器中央處理器(運(yùn)算器及其控制運(yùn)算器及其控制)外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器輸出設(shè)備輸出設(shè)備總線總線(bus)輸入設(shè)備輸入設(shè)備I/O接口接口I/O接口接口外存儲(chǔ)器接口外存儲(chǔ)器接口控制器控制器控制器控制器控制器控制器CPU控制器控制器memorystorageI/O設(shè)備通過(guò)設(shè)備通過(guò)I/O接接口與各自的控制器口與各自的控制器連接,然后由控制連接,然后由控制器與器與I/O總線相連總線相連23(1) 輸入設(shè)備輸入設(shè)備n輸入輸入(
13、input)的雙重含義:的雙重含義:1.把信息送入計(jì)算機(jī)的過(guò)程把信息送入計(jì)算機(jī)的過(guò)程; 2.向計(jì)算機(jī)輸入的內(nèi)容向計(jì)算機(jī)輸入的內(nèi)容n輸入設(shè)備輸入設(shè)備(input devices)n功能:用來(lái)向計(jì)算機(jī)輸入信息功能:用來(lái)向計(jì)算機(jī)輸入信息n輸入設(shè)備有多種,例如輸入設(shè)備有多種,例如:n鍵鍵 盤(pán)盤(pán) 輸入文字、符號(hào)和命令輸入文字、符號(hào)和命令n鼠標(biāo)器鼠標(biāo)器輸入鼠標(biāo)器移動(dòng)的位置信息及按鈕命令輸入鼠標(biāo)器移動(dòng)的位置信息及按鈕命令n掃描儀掃描儀輸入圖片輸入圖片n麥克風(fēng)麥克風(fēng)輸入聲音輸入聲音n輸入設(shè)備的共性:不論信息的原始形態(tài)如何,輸入到計(jì)算機(jī)中輸入設(shè)備的共性:不論信息的原始形態(tài)如何,輸入到計(jì)算機(jī)中的信息都使用二進(jìn)位來(lái)
14、表示的信息都使用二進(jìn)位來(lái)表示24(2) 中央處理器中央處理器(運(yùn)算控制器運(yùn)算控制器)n什么是處理器什么是處理器(processor)?n能能高速執(zhí)行指令,完成二進(jìn)制數(shù)據(jù)的算術(shù)或邏輯高速執(zhí)行指令,完成二進(jìn)制數(shù)據(jù)的算術(shù)或邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等操作運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等操作的部件,特點(diǎn)是:的部件,特點(diǎn)是:n由數(shù)字電路組成,結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜由數(shù)字電路組成,結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜n所有電路都制作在大規(guī)模集成電路芯片上所有電路都制作在大規(guī)模集成電路芯片上(僅幾僅幾個(gè)平方厘米個(gè)平方厘米),稱為,稱為“微處理器微處理器” (microprocessor)Intel 4004 chipIntel 8080 chip25什么是中央處理
15、器什么是中央處理器(CPU)?n計(jì)算機(jī)中通常有多個(gè)不同的處理器,各有不同的分計(jì)算機(jī)中通常有多個(gè)不同的處理器,各有不同的分工和任務(wù)工和任務(wù)n用于執(zhí)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的處理器用于執(zhí)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的處理器稱為稱為CPU,CPU是計(jì)算機(jī)必不可少的核心組成部件是計(jì)算機(jī)必不可少的核心組成部件n多數(shù)個(gè)人計(jì)算機(jī)只有多數(shù)個(gè)人計(jì)算機(jī)只有1個(gè)個(gè)CPU,但有一些計(jì)算機(jī)包,但有一些計(jì)算機(jī)包含有含有2個(gè)、個(gè)、4個(gè)、個(gè)、8個(gè)甚至成百上千個(gè)個(gè)甚至成百上千個(gè)CPUn問(wèn)題:?jiǎn)栴}:n除了除了CPU之外,計(jì)算機(jī)中還有哪些處理器?之外,計(jì)算機(jī)中還有哪些處理器?26(3) 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器n功能:功能:n儲(chǔ)存以二進(jìn)位形式表示的程序和
16、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存以二進(jìn)位形式表示的程序和數(shù)據(jù)n分類:內(nèi)存儲(chǔ)器分類:內(nèi)存儲(chǔ)器/外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱內(nèi)存或主存簡(jiǎn)稱內(nèi)存或主存)外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱外存或輔存簡(jiǎn)稱外存或輔存)存取速度存取速度很快很快較慢較慢存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量較小較小(因單位成本較高因單位成本較高) 很大很大(因單位成本較低因單位成本較低) 性質(zhì)性質(zhì)斷電后信息消失斷電后信息消失斷電后信息保持?jǐn)嚯姾笮畔⒈3钟猛居猛敬娣乓呀?jīng)啟動(dòng)運(yùn)行的程序存放已經(jīng)啟動(dòng)運(yùn)行的程序和需要立即處理的數(shù)據(jù)和需要立即處理的數(shù)據(jù)長(zhǎng)期存放計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中幾乎所長(zhǎng)期存放計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中幾乎所有的信息有的信息與與CPU關(guān)關(guān)系系CPU所處理的指令及數(shù)所處理的指令及數(shù)據(jù)直接從
17、內(nèi)存中取出據(jù)直接從內(nèi)存中取出程序及相關(guān)數(shù)據(jù)必須先送入程序及相關(guān)數(shù)據(jù)必須先送入內(nèi)存后才能被內(nèi)存后才能被CPU使用使用011010011010101000001000000001000011001001111011111存儲(chǔ)內(nèi)容存儲(chǔ)內(nèi)容地地 址址27(4) 輸出設(shè)備輸出設(shè)備n輸出輸出(output)的雙重含義:的雙重含義:1.把信息送出計(jì)算機(jī)的過(guò)程把信息送出計(jì)算機(jī)的過(guò)程; 2.從計(jì)算機(jī)輸出的內(nèi)容從計(jì)算機(jī)輸出的內(nèi)容n輸出設(shè)備輸出設(shè)備(output devices)n功能:從計(jì)算機(jī)輸出信息功能:從計(jì)算機(jī)輸出信息n輸出設(shè)備有多種,例如輸出設(shè)備有多種,例如:n顯示器顯示器輸出文字、符號(hào)和圖形輸出文字、符號(hào)
18、和圖形n打印機(jī)打印機(jī)打印文字、符號(hào)和圖形打印文字、符號(hào)和圖形n揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器輸出聲音輸出聲音n(多數(shù)多數(shù))輸出設(shè)備的共性:把計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)位信息轉(zhuǎn)換成人可輸出設(shè)備的共性:把計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)位信息轉(zhuǎn)換成人可感知的形式感知的形式(文字、符號(hào)、圖形、聲音等文字、符號(hào)、圖形、聲音等)28(5) 總線總線(bus)n功能:功能:n用于連接用于連接CPU、內(nèi)存、外存和各種、內(nèi)存、外存和各種I/O設(shè)備并在它們?cè)O(shè)備并在它們之間傳輸信息的一組之間傳輸信息的一組共享的共享的傳輸線及其控制電路傳輸線及其控制電路n分類:分類:nCPU總線(或前端總線)總線(或前端總線) :用于連接:用于連接CPU和內(nèi)存的和內(nèi)存的總線總線
19、nI/O總線:連接內(nèi)存和總線:連接內(nèi)存和I/O設(shè)備(包括外存)的總線設(shè)備(包括外存)的總線292.1.3 計(jì)算機(jī)的分類計(jì)算機(jī)的分類30計(jì)算機(jī)的分類(計(jì)算機(jī)的分類(1)n按內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)分類按內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)分類n8位位/16位位/32位位/64位位n單單CPU/多多CPUnn按性能和價(jià)格分類按性能和價(jià)格分類n巨型計(jì)算機(jī)巨型計(jì)算機(jī) (supercomputer)n大型計(jì)算機(jī)大型計(jì)算機(jī)n小型計(jì)算機(jī)小型計(jì)算機(jī) n個(gè)人計(jì)算機(jī)個(gè)人計(jì)算機(jī) (personal computer)n筆記本筆記本PCn臺(tái)式臺(tái)式PCn工作站工作站 (workstation)作為服務(wù)器作為服務(wù)器(server)使用使用獨(dú)立使用或作為獨(dú)立
20、使用或作為客戶機(jī)客戶機(jī)(client)使用使用曙光曙光4000A巨型巨型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)31計(jì)算機(jī)的分類(計(jì)算機(jī)的分類(2)n按計(jì)算機(jī)服務(wù)的對(duì)象和作用劃分:按計(jì)算機(jī)服務(wù)的對(duì)象和作用劃分:類類型型服務(wù)服務(wù)對(duì)象對(duì)象應(yīng)用應(yīng)用性質(zhì)性質(zhì)主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)分類或應(yīng)用分類或應(yīng)用舉例舉例軟件特點(diǎn)軟件特點(diǎn)個(gè)人個(gè)人計(jì)算計(jì)算機(jī)機(jī)服務(wù)服務(wù)器器嵌入嵌入式計(jì)式計(jì)算機(jī)算機(jī)直接為直接為用戶服用戶服務(wù)務(wù)通用通用性能性能/ /價(jià)格比高價(jià)格比高多媒體性能好多媒體性能好有通用性和可擴(kuò)展性有通用性和可擴(kuò)展性 工作站工作站 臺(tái)式機(jī)臺(tái)式機(jī) 筆記本筆記本種類多種類多, ,功功能豐富能豐富, ,用用戶可自行裝戶可自行裝卸卸為其它為其它計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)服
21、務(wù)服務(wù)半通半通用用吞吐率吞吐率(throughput)(throughput)高高可用性可用性(availability)(availability)好好有可擴(kuò)展性有可擴(kuò)展性(scalability)(scalability)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器WebWeb服務(wù)器服務(wù)器打印服務(wù)器打印服務(wù)器( (企業(yè)級(jí)企業(yè)級(jí), ,部門(mén)級(jí)部門(mén)級(jí)) )實(shí)時(shí)處理和并實(shí)時(shí)處理和并發(fā)工作能力強(qiáng),發(fā)工作能力強(qiáng),可靠性和安全可靠性和安全性好性好為其它為其它設(shè)備服設(shè)備服務(wù)務(wù)專用專用價(jià)格便宜價(jià)格便宜功耗低功耗低實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)(real time)(real time)處理處理軟件固化軟件固化, , 擴(kuò)展性差擴(kuò)展性差 手機(jī)手機(jī) 數(shù)碼
22、相機(jī)數(shù)碼相機(jī) MP3MP3播放器播放器 功能專用、單功能專用、單一、結(jié)構(gòu)緊湊,一、結(jié)構(gòu)緊湊,固化在芯片中,固化在芯片中,不易修改和擴(kuò)不易修改和擴(kuò)充充 322.1.4 微處理器微處理器和嵌入式計(jì)算機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)33什么是微處理器?什么是微處理器?n微處理器(微處理器(P )是使用單片大規(guī)模集成電路制成的、具)是使用單片大規(guī)模集成電路制成的、具有運(yùn)算和控制功能的電子部件,例如有運(yùn)算和控制功能的電子部件,例如:nP是各種類型計(jì)算機(jī)的核心組成部分是各種類型計(jì)算機(jī)的核心組成部分n用于執(zhí)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的用于執(zhí)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的P 稱為稱為“CPU”n目前幾乎所有計(jì)算機(jī)的目前幾乎所有計(jì)算機(jī)的CP
23、U使用的都是微處理器使用的都是微處理器n除了用作除了用作CPU的通用微處理器之外,的通用微處理器之外, 還有許多專用的微還有許多專用的微處理器產(chǎn)品:繪圖處理器、通信處理器等處理器產(chǎn)品:繪圖處理器、通信處理器等Intel 4004Intel 8086Intel 奔騰奔騰4Intel 酷睿酷睿234微處理器的發(fā)展非常迅速微處理器的發(fā)展非常迅速 處理器處理器主要參數(shù)主要參數(shù)400480808086802868038680486奔騰奔騰高能奔高能奔騰騰奔騰奔騰奔騰奔騰奔騰奔騰4推出時(shí)間推出時(shí)間(年年)197119741978198219851989199319961995199719971998199
24、9200320002006主頻主頻 (MHz)0.10824.7762016333310060200150200233333450140015003800前端總線頻前端總線頻率率(MHz)0.10824.77620163325或或3350或或666666100或或133400, 533或或800,1066外部數(shù)據(jù)線外部數(shù)據(jù)線數(shù)目數(shù)目48161632326464646464地址線數(shù)目地址線數(shù)目1016202432323236363636存儲(chǔ)空間大存儲(chǔ)空間大小小640B64KB1MB16MB4GB4GB4GB64GB64GB64GB64GB晶體管數(shù)目晶體管數(shù)目(萬(wàn)萬(wàn))0.230.452.913.4
25、27.51203105507509504200制造工藝制造工藝(m)10621.51.51.01.00.80.80.350.60.350.350.250.250.130.130.065芯片引腳數(shù)芯片引腳數(shù)目目1640,4068132168273或或296387242370478或或77535什么是嵌入式計(jì)算機(jī)?什么是嵌入式計(jì)算機(jī)?n把運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入把運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出控制、接口電路輸出控制、接口電路全都集成在一塊芯片上,這樣的超大規(guī)模集成電路稱為全都集成在一塊芯片上,這樣的超大規(guī)模集成電路稱為“單片計(jì)算機(jī)單片計(jì)算機(jī)”或或“嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī)” n用途舉例:內(nèi)
26、嵌在其他設(shè)備中作為信息處理的核心裝置,用途舉例:內(nèi)嵌在其他設(shè)備中作為信息處理的核心裝置,例如例如n數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器、手機(jī)、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、汽車、播放器、手機(jī)、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、汽車、機(jī)頂盒等機(jī)頂盒等n特點(diǎn):特點(diǎn):n功能固定、專用,軟件固化在芯片上,通常不能改變功能固定、專用,軟件固化在芯片上,通常不能改變n大多應(yīng)滿足實(shí)時(shí)信息處理的要求大多應(yīng)滿足實(shí)時(shí)信息處理的要求n以最低成本滿足應(yīng)用要求以最低成本滿足應(yīng)用要求n能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境2.2 CPU的邏輯結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)與工作原理與工作原理2.2.1 CPU的邏輯結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu) 2.2.2 指令與指令系統(tǒng)指令與指令系統(tǒng)2.
27、2.3 CPU的性能指標(biāo)的性能指標(biāo)372.2.1 CPU的邏輯結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)38馮馮諾依曼計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理諾依曼計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理(1) 計(jì)算機(jī)的工作由程序控制,程序是一個(gè)指令序列,指令是能被計(jì)計(jì)算機(jī)的工作由程序控制,程序是一個(gè)指令序列,指令是能被計(jì)算機(jī)理解和執(zhí)行的操作命令;算機(jī)理解和執(zhí)行的操作命令;(2) 程序程序(指令指令)和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制編碼表示,均存放在存儲(chǔ)器中和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制編碼表示,均存放在存儲(chǔ)器中;(3) 存儲(chǔ)器中存放的指令和數(shù)據(jù)按地址進(jìn)行存取存儲(chǔ)器中存放的指令和數(shù)據(jù)按地址進(jìn)行存取 ;(4) 指令是由指令是由CPU一條一條順序執(zhí)行的。一條一條順序執(zhí)行的。中央中央處理器處理器運(yùn)算
28、器和控制器運(yùn)算器和控制器輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器39“存儲(chǔ)程序控制存儲(chǔ)程序控制” 原理原理n將問(wèn)題的解算步驟編制成為將問(wèn)題的解算步驟編制成為程序程序,程序連同它所處理,程序連同它所處理的數(shù)據(jù)都用的數(shù)據(jù)都用二進(jìn)位表示二進(jìn)位表示并預(yù)先并預(yù)先存放在存儲(chǔ)器存放在存儲(chǔ)器中中n程序運(yùn)行時(shí),程序運(yùn)行時(shí),CPU從內(nèi)存中一條一條地取出指令和相從內(nèi)存中一條一條地取出指令和相應(yīng)的數(shù)據(jù),應(yīng)的數(shù)據(jù),按指令操作碼的規(guī)定按指令操作碼的規(guī)定,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理,直到程序執(zhí)行完畢為止理,直到程序執(zhí)行完畢為止 40存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器中央中央處理器處理器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和指令和指令執(zhí)行指令執(zhí)行指令處
29、理數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)指令,數(shù)據(jù)指令,數(shù)據(jù)處理結(jié)果處理結(jié)果CPU的任務(wù)的任務(wù)nCPU主要由運(yùn)算器(主要由運(yùn)算器(ALU)、控制器和寄存器組)、控制器和寄存器組3個(gè)部分組成個(gè)部分組成nCPU的主要任務(wù)是執(zhí)行指令,它按指令的規(guī)定對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操的主要任務(wù)是執(zhí)行指令,它按指令的規(guī)定對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作作41指令是什么?指令是什么?n指令就是命令,它用來(lái)規(guī)定指令就是命令,它用來(lái)規(guī)定CPU執(zhí)行什么操作。指令是構(gòu)執(zhí)行什么操作。指令是構(gòu)成程序的基本單位,程序是由一連串指令組成的成程序的基本單位,程序是由一連串指令組成的n指令采用二進(jìn)位表示,大多數(shù)情況下,指令由兩個(gè)部分組指令采用二進(jìn)位表示,大多數(shù)情況下,指令由兩個(gè)部分組成:成
30、: 操作碼操作碼操操 作作 數(shù)數(shù) 地地 址址指出CPU應(yīng)執(zhí)行何種操作的一個(gè)命令詞,例如加、減、乘、除、取數(shù)、存數(shù)等 指出該指令所操作(處理)的數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)所在位置 舉例舉例: 10 02 06把把02存儲(chǔ)單元和存儲(chǔ)單元和06存儲(chǔ)單元中的內(nèi)存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容相加,和數(shù)保存在容相加,和數(shù)保存在02單元單元42指令及其格式指令及其格式n指令的格式:指令的格式:n操作碼用幾位表示?操作碼用幾位表示?(多少種不同的操作功能多少種不同的操作功能)n操作數(shù)地址是操作數(shù)地址是2個(gè)還是個(gè)還是3個(gè)?個(gè)?nR1R3+R5 nR1R1-R3 ADDR1R3R5SUBR1R343指令在計(jì)算機(jī)中的執(zhí)行過(guò)程指令在計(jì)算機(jī)中的執(zhí)
31、行過(guò)程n取指令取指令:CPU的控制器從的控制器從存儲(chǔ)器讀取一條指令并放存儲(chǔ)器讀取一條指令并放入指令寄存器入指令寄存器n指令譯碼指令譯碼:指令寄存器中:指令寄存器中的指令經(jīng)過(guò)譯碼,決定該的指令經(jīng)過(guò)譯碼,決定該指令應(yīng)進(jìn)行何種操作、操指令應(yīng)進(jìn)行何種操作、操作數(shù)在哪里作數(shù)在哪里n執(zhí)行指令執(zhí)行指令3.1 取操作數(shù)取操作數(shù)3.2 進(jìn)行運(yùn)算進(jìn)行運(yùn)算n修改指令計(jì)數(shù)器修改指令計(jì)數(shù)器,決定下,決定下一條指令的地址一條指令的地址1 取指令取指令4 修改指修改指令計(jì)數(shù)器令計(jì)數(shù)器3 執(zhí)行指令執(zhí)行指令2 指令譯碼指令譯碼指令執(zhí)行周期指令執(zhí)行周期問(wèn)題:?jiǎn)栴}:CPU的時(shí)鐘頻率的時(shí)鐘頻率(主頻主頻)與指令執(zhí)行速度是什么關(guān)系?與
32、指令執(zhí)行速度是什么關(guān)系?44關(guān)于指令系統(tǒng)關(guān)于指令系統(tǒng)nCPU可執(zhí)行的全部指令稱為該可執(zhí)行的全部指令稱為該CPU的指令系統(tǒng),的指令系統(tǒng),即它的機(jī)器語(yǔ)言即它的機(jī)器語(yǔ)言n指令應(yīng)該簡(jiǎn)單,簡(jiǎn)單才能提高速度指令應(yīng)該簡(jiǎn)單,簡(jiǎn)單才能提高速度!45關(guān)于關(guān)于CPU的兼容性的兼容性n不同公司生產(chǎn)不同的不同公司生產(chǎn)不同的CPU產(chǎn)品:產(chǎn)品:nIntel公司:公司:Pentium系列、賽揚(yáng)系列系列、賽揚(yáng)系列 、至強(qiáng)等、至強(qiáng)等nAMD公司:獨(dú)龍、閃龍、炫龍等公司:獨(dú)龍、閃龍、炫龍等nIBM公司:公司:Power5、Power6等(蘋(píng)果的等(蘋(píng)果的Macintosh使用)使用)nSUN公司:公司:Ultra SPARC處理器
33、處理器nHP公司:公司: PA-RISC、Itanium 處理器處理器n同一公司同一系列的同一公司同一系列的CPU具有向下(前)兼容性:具有向下(前)兼容性:nA計(jì)算機(jī)(使用新型號(hào)計(jì)算機(jī)(使用新型號(hào)CPU)的程序不能在)的程序不能在B計(jì)算機(jī)(使用老型號(hào)計(jì)算機(jī)(使用老型號(hào)CPU)上運(yùn)行,上運(yùn)行, B計(jì)算機(jī)的程序卻能在計(jì)算機(jī)的程序卻能在A計(jì)算機(jī)上運(yùn)行計(jì)算機(jī)上運(yùn)行n不同公司的不同不同公司的不同CPU產(chǎn)品其指令系統(tǒng)不同,它們互相不兼容:產(chǎn)品其指令系統(tǒng)不同,它們互相不兼容:nA計(jì)算機(jī)的程序不能在計(jì)算機(jī)的程序不能在B計(jì)算機(jī)上直接運(yùn)行,計(jì)算機(jī)上直接運(yùn)行, B計(jì)算機(jī)的程序也不能在計(jì)算機(jī)的程序也不能在A計(jì)算機(jī)上
34、直接運(yùn)行計(jì)算機(jī)上直接運(yùn)行互相兼容互相兼容462.2.3 CPU的性能指標(biāo)的性能指標(biāo)47如何衡量如何衡量CPU的性能?的性能?n計(jì)算機(jī)的性能主要表現(xiàn)在程序執(zhí)行速度的快慢,計(jì)算機(jī)的性能主要表現(xiàn)在程序執(zhí)行速度的快慢,它由許多因素決定,例如它由許多因素決定,例如CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)、顯、內(nèi)存、硬盤(pán)、顯卡等,但通??ǖ龋ǔPU是主要因素是主要因素nCPU性能高低的主要指標(biāo)是性能高低的主要指標(biāo)是CPU的速度的速度,有,有2種種衡量方法:衡量方法:n計(jì)算每秒鐘可執(zhí)行的指令數(shù)目(單位:計(jì)算每秒鐘可執(zhí)行的指令數(shù)目(單位:MIPS、MFLOPS)1.使用常用軟件(辦公軟件、數(shù)字媒體處理軟件和使用常用軟件(辦公
35、軟件、數(shù)字媒體處理軟件和3D游戲等)的執(zhí)行速度來(lái)衡量游戲等)的執(zhí)行速度來(lái)衡量CPU的性能的性能 48影響影響CPU性能的主要因素性能的主要因素(之一之一)nCPU的字長(zhǎng)(位數(shù))的字長(zhǎng)(位數(shù))n目前目前PC使用的使用的CPU大多是大多是32位處理器,新一代的位處理器,新一代的PC機(jī)將使用機(jī)將使用64位處理器位處理器n主頻(主頻(CPU時(shí)鐘頻率)時(shí)鐘頻率)n主頻提高,主頻提高,CPU的處理速度通常也會(huì)加快的處理速度通常也會(huì)加快nCPU總線(前端總線)的速度總線(前端總線)的速度nCPU總線速度決定了總線速度決定了CPU與內(nèi)存間數(shù)據(jù)傳輸速度的快與內(nèi)存間數(shù)據(jù)傳輸速度的快慢慢n高速緩存(高速緩存(cac
36、he)的容量與結(jié)構(gòu))的容量與結(jié)構(gòu)ncache容量越大、級(jí)數(shù)越多,其效用就越顯著容量越大、級(jí)數(shù)越多,其效用就越顯著 49影響影響CPU性能的主要因素性能的主要因素(之二之二)nCPU的指令系統(tǒng)的指令系統(tǒng)n指令的格式和功能會(huì)影響程序的執(zhí)行速度指令的格式和功能會(huì)影響程序的執(zhí)行速度nCPU的邏輯結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)nCPU包含的定點(diǎn)運(yùn)算器和浮點(diǎn)運(yùn)算器數(shù)目等包含的定點(diǎn)運(yùn)算器和浮點(diǎn)運(yùn)算器數(shù)目等50Pipelining and Parallel ProcessingInstructionsResults aresequenced1. 指令排隊(duì)等指令排隊(duì)等候進(jìn)入候進(jìn)入CPU處處理理并行處理并行處理提高計(jì)算機(jī)速度的有
37、效途經(jīng)提高計(jì)算機(jī)速度的有效途經(jīng)3. 每個(gè)每個(gè)CPU負(fù)負(fù)責(zé)完成分配給責(zé)完成分配給它的指令它的指令2. 哪一個(gè)哪一個(gè)CPU空閑,就把等空閑,就把等候的指令交給候的指令交給它執(zhí)行它執(zhí)行(包含包含3個(gè)內(nèi)核個(gè)內(nèi)核)2.3 PC機(jī)的主機(jī)機(jī)的主機(jī)2.3.1 主板、芯片組與主板、芯片組與BIOS 2.3.2 內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器2.3.3 I/O總線和總線和I/O接口接口52臺(tái)式臺(tái)式PC的物理組成的物理組成臺(tái)式機(jī)臺(tái)式臺(tái)式PC主機(jī)主機(jī)外部設(shè)備外部設(shè)備機(jī)箱、電源機(jī)箱、電源主板主板CPU內(nèi)存條內(nèi)存條顯示卡顯示卡芯片組芯片組BIOS ROMCMOSPCI插槽插槽(I/O總線總線)網(wǎng)卡網(wǎng)卡輸入設(shè)備輸入設(shè)備外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器鍵
38、盤(pán)鍵盤(pán)鼠標(biāo)器鼠標(biāo)器麥克風(fēng)麥克風(fēng)攝像頭攝像頭輸出設(shè)備輸出設(shè)備U盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)顯示器顯示器打印機(jī)打印機(jī)音箱音箱/耳機(jī)耳機(jī)聲卡聲卡插頭和插座插頭和插座(I/O接口接口)硬盤(pán)、軟驅(qū)硬盤(pán)、軟驅(qū)光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器531 音箱音箱 5 CPU 2 調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器 6 鍵盤(pán)鍵盤(pán)3 麥克風(fēng)麥克風(fēng) 7 鼠標(biāo)器鼠標(biāo)器 4 內(nèi)存條內(nèi)存條 8 CD驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器9 軟驅(qū)軟驅(qū)10 硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器11 打印機(jī)打印機(jī)12 I/O接口接口13 CRT顯示器顯示器14 擴(kuò)展卡擴(kuò)展卡542.3.1 主板、芯片組與主板、芯片組與BIOS55臺(tái)式臺(tái)式PC機(jī)機(jī)(立式立式)的主機(jī)箱的主機(jī)箱擴(kuò)展擴(kuò)展空間空間56(1)
39、主板主板n主板的作用:安裝所有的電子器件、電路與連接件主板的作用:安裝所有的電子器件、電路與連接件n主板安裝內(nèi)容:見(jiàn)上圖主板安裝內(nèi)容:見(jiàn)上圖nROM BIOS:存放最基礎(chǔ)的軟件:存放最基礎(chǔ)的軟件基本輸入基本輸入/輸出系統(tǒng)輸出系統(tǒng)(BIOS) nCMOS存儲(chǔ)器:存放系統(tǒng)的基本參數(shù)(日期、時(shí)間、口令等)存儲(chǔ)器:存放系統(tǒng)的基本參數(shù)(日期、時(shí)間、口令等) 存儲(chǔ)器插座存儲(chǔ)器插座 處理器處理器插槽插槽外部設(shè)備插口外部設(shè)備插口(I/O接口接口)軟驅(qū)及硬盤(pán)的軟驅(qū)及硬盤(pán)的IDE連接器連接器電源連接器電源連接器 PCI總線槽總線槽 CPU插座插座顯示卡的顯示卡的AGP插槽插槽南橋南橋芯片芯片 ROM BIOS C
40、MOS 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器北橋北橋芯片芯片57CPUCPU插座插座內(nèi)存條插座內(nèi)存條插座軟驅(qū)、硬盤(pán)軟驅(qū)、硬盤(pán)IDEIDE連接器連接器電源連接器電源連接器PCIPCI總線插槽總線插槽 芯片組芯片組 I/O I/O端口端口例:華碩例:華碩P4T主板照片主板照片58(2) 芯片組的作用芯片組的作用yALU寄存器組寄存器組CPU總線接口總線接口R6CPU(前端前端)總線總線I/O 總線總線主板擴(kuò)展槽主板擴(kuò)展槽PCI接口接口南橋芯片南橋芯片I/O 總線總線寄寄存存器器組組運(yùn)運(yùn)算算器器中央處理器中央處理器指令計(jì)數(shù)器指令計(jì)數(shù)器指令寄存器指令寄存器控制器磁盤(pán)控制器磁盤(pán)控制器以太網(wǎng)卡以太網(wǎng)卡USB控制器和接口控制器和接
41、口鼠標(biāo)器鼠標(biāo)器鍵盤(pán)鍵盤(pán)網(wǎng)線網(wǎng)線disk聲卡聲卡視頻卡視頻卡光驅(qū)光驅(qū)主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器0A北橋芯片北橋芯片y存儲(chǔ)器總線存儲(chǔ)器總線顯卡59芯片組舉例芯片組舉例n芯片組的作用:芯片組的作用:n是是PC機(jī)各組成部分相互連接和通信的樞紐機(jī)各組成部分相互連接和通信的樞紐n北橋芯片:北橋芯片:1. 存儲(chǔ)器控制功能;存儲(chǔ)器控制功能;2. 連接連接CPU、存儲(chǔ)器、顯卡、南橋芯片的樞紐、存儲(chǔ)器、顯卡、南橋芯片的樞紐n南橋芯片:南橋芯片:1. 多種多種I/O設(shè)備的控制功能;設(shè)備的控制功能;2. I/O總線總線(PCI總線總線) 功能;功能;3. 提供了各種提供了各種I/O接口接口Pentium 4CPU前端總線前端總
42、線北橋北橋82865PMCH圖形卡接口圖形卡接口雙通道雙通道南橋南橋82801E ICH5USB 2.0接口接口(x8)以太網(wǎng)接口以太網(wǎng)接口PCI 插槽插槽(6個(gè)個(gè))ROM BIOS硬盤(pán)接口硬盤(pán)接口(x2)音頻音頻CodecSuper I/O鍵盤(pán)鍵盤(pán),鼠標(biāo)鼠標(biāo),軟驅(qū)軟驅(qū),并口并口,串口等串口等電話電話ModemDDR 2電源管理、時(shí)鐘生成電源管理、時(shí)鐘生成DDR 2存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器CPU60關(guān)于芯片組的一些說(shuō)明關(guān)于芯片組的一些說(shuō)明n芯片組與芯片組與CPU芯片同步發(fā)展,有什么樣功能和速度的芯片同步發(fā)展,有什么樣功能和速度的CPU,就有什么樣的芯片組與之配套,就有什么樣的芯片組與之配套 n由于集成電路
43、集成度越來(lái)越高,為降低系統(tǒng)成本,芯片由于集成電路集成度越來(lái)越高,為降低系統(tǒng)成本,芯片組中集成了越來(lái)越多的功能,包括網(wǎng)卡、顯卡、聲卡等組中集成了越來(lái)越多的功能,包括網(wǎng)卡、顯卡、聲卡等功能功能 n芯片組產(chǎn)品:芯片組產(chǎn)品:nIntel芯片芯片(如如865、915、945、955、975系列等)系列等)nVIA(威盛,中國(guó)臺(tái)灣)(威盛,中國(guó)臺(tái)灣)nnVIDIA(美國(guó))(美國(guó))nATI(加拿大)(加拿大)nAMD(美國(guó))(美國(guó))61(3) BIOSn什么是什么是BIOS (Basic Input/Output System) ?n中文名為中文名為“基本輸入基本輸入/輸出系統(tǒng)輸出系統(tǒng)”,它是存放在主板它是
44、存放在主板上只讀存儲(chǔ)器(上只讀存儲(chǔ)器(ROM)芯片中的一組機(jī)器語(yǔ)言程序)芯片中的一組機(jī)器語(yǔ)言程序n功能:功能:n診斷計(jì)算機(jī)故障診斷計(jì)算機(jī)故障n啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作n控制基本的輸入輸出操作控制基本的輸入輸出操作(鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、磁盤(pán)讀寫(xiě)、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、磁盤(pán)讀寫(xiě)、屏幕顯示等屏幕顯示等)nBIOS 芯片芯片n保存保存BIOS的只讀存儲(chǔ)器的只讀存儲(chǔ)器(ROM)芯片芯片62BIOS 芯片中包含的程序芯片中包含的程序n加電自檢程序程序加電自檢程序程序(POST) (Power On Self Test)用于檢測(cè)計(jì)算機(jī)硬件故障用于檢測(cè)計(jì)算機(jī)硬件故障n系統(tǒng)自舉程序系統(tǒng)自舉程序(Boot) 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作,加
45、載并進(jìn)入操作系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作,加載并進(jìn)入操作系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)nCMOS設(shè)置程序設(shè)置程序 設(shè)置系統(tǒng)參數(shù):日期、時(shí)間、口令、配置參數(shù)等設(shè)置系統(tǒng)參數(shù):日期、時(shí)間、口令、配置參數(shù)等n常用外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序常用外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序(Driver) 實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤(pán)、顯示器、軟驅(qū)和硬盤(pán)等常用外部設(shè)備輸實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤(pán)、顯示器、軟驅(qū)和硬盤(pán)等常用外部設(shè)備輸入輸出操作的控制入輸出操作的控制63PC機(jī)的啟動(dòng)工作過(guò)程機(jī)的啟動(dòng)工作過(guò)程n接通電源時(shí)接通電源時(shí)CPU自動(dòng)執(zhí)行自動(dòng)執(zhí)行BIOS中的中的POST程序程序1.1 按按CMOS中的內(nèi)容來(lái)識(shí)別硬件的配置中的內(nèi)容來(lái)識(shí)別硬件的配置, 測(cè)試各部件的工作測(cè)試各部件的工作狀態(tài)狀態(tài) (發(fā)
46、現(xiàn)錯(cuò)誤則報(bào)錯(cuò)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤則報(bào)錯(cuò))1.2 初始化初始化CPU、內(nèi)存、內(nèi)存、ROM、主板、主板、CMOS、顯示卡、鍵、顯示卡、鍵盤(pán)、軟驅(qū)和硬盤(pán)等設(shè)備盤(pán)、軟驅(qū)和硬盤(pán)等設(shè)備nCPU自動(dòng)執(zhí)行自舉程序自動(dòng)執(zhí)行自舉程序 按照按照CMOS中預(yù)先設(shè)定的啟動(dòng)順序,搜尋外存儲(chǔ)器(軟、中預(yù)先設(shè)定的啟動(dòng)順序,搜尋外存儲(chǔ)器(軟、硬盤(pán)或光盤(pán))硬盤(pán)或光盤(pán))n從外存儲(chǔ)器讀出引導(dǎo)程序,然后由引導(dǎo)程序讀出操作從外存儲(chǔ)器讀出引導(dǎo)程序,然后由引導(dǎo)程序讀出操作系統(tǒng)并裝入內(nèi)存系統(tǒng)并裝入內(nèi)存n最后,將控制權(quán)交給操作系統(tǒng),整個(gè)計(jì)算機(jī)由操作系最后,將控制權(quán)交給操作系統(tǒng),整個(gè)計(jì)算機(jī)由操作系統(tǒng)所控制統(tǒng)所控制64關(guān)于關(guān)于CMOS 芯片芯片n這是一個(gè)容量很
47、小的這是一個(gè)容量很小的RAM存儲(chǔ)器,由電池供電,即使計(jì)存儲(chǔ)器,由電池供電,即使計(jì)算機(jī)關(guān)機(jī)后也不會(huì)丟失所存儲(chǔ)的信息算機(jī)關(guān)機(jī)后也不會(huì)丟失所存儲(chǔ)的信息n作用:作用:n存放計(jì)算機(jī)硬件的參數(shù)(稱為存放計(jì)算機(jī)硬件的參數(shù)(稱為“配置信息配置信息”),包括日期),包括日期和時(shí)間、口令、和時(shí)間、口令、軟盤(pán)軟盤(pán)/硬盤(pán)硬盤(pán)/光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的數(shù)目、類型及參數(shù)、光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的數(shù)目、類型及參數(shù)、顯卡類型、顯卡類型、cache使用狀況、啟動(dòng)機(jī)器時(shí)訪問(wèn)外存的順序等,使用狀況、啟動(dòng)機(jī)器時(shí)訪問(wèn)外存的順序等,供供BIOS程序使用程序使用n設(shè)置和修改設(shè)置和修改CMOS參數(shù)的方法:參數(shù)的方法:n在開(kāi)機(jī)啟動(dòng)在開(kāi)機(jī)啟動(dòng)BIOS工作時(shí),按下工作時(shí)
48、,按下Del鍵鍵(或或F2或或F8健健),即可進(jìn),即可進(jìn)入入BIOS中的中的CMOS設(shè)置程序設(shè)置程序652.3.2 內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器66計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)cache存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器(RAM和和ROM)外存儲(chǔ)器(軟盤(pán)、硬盤(pán)、光盤(pán))外存儲(chǔ)器(軟盤(pán)、硬盤(pán)、光盤(pán))后備存儲(chǔ)器(磁帶庫(kù)、光盤(pán)庫(kù))后備存儲(chǔ)器(磁帶庫(kù)、光盤(pán)庫(kù))內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器寄存器寄存器典型容量典型容量 優(yōu)盤(pán)優(yōu)盤(pán) !優(yōu)盤(pán):優(yōu)盤(pán):512MB1GB (100元)元)123如何增大磁盤(pán)片的容量?如何增大磁盤(pán)片的容量?n提高盤(pán)片上的信息記錄密度!提高盤(pán)片上的信息記錄密度!n增加磁道數(shù)目增加磁道
49、數(shù)目提高磁道密度提高磁道密度n增加扇區(qū)數(shù)目增加扇區(qū)數(shù)目提高位密度提高位密度 低密度存儲(chǔ)示意圖低密度存儲(chǔ)示意圖 高密度存儲(chǔ)示意圖高密度存儲(chǔ)示意圖位密度位密度道密度道密度位密度位密度道密度道密度硬盤(pán)硬盤(pán)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器1242.6.2 硬盤(pán)存儲(chǔ)器硬盤(pán)存儲(chǔ)器125硬盤(pán)存儲(chǔ)器硬盤(pán)存儲(chǔ)器概述概述n作用:作用: 長(zhǎng)期保存各類信息長(zhǎng)期保存各類信息n特點(diǎn):特點(diǎn): 可讀可寫(xiě)可讀可寫(xiě) 容量很大容量很大 成本極低(成本極低(110GB/100元)元) 技術(shù)持續(xù)很快,容量將更大,成本會(huì)更低技術(shù)持續(xù)很快,容量將更大,成本會(huì)更低126 硬盤(pán)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)硬盤(pán)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)移動(dòng)臂移動(dòng)臂控制電路控制電路主軸主軸硬盤(pán)片硬盤(pán)片磁頭磁頭接
50、口接口127信息的平均存取時(shí)間信息的平均存取時(shí)間n磁盤(pán)上的信息以扇區(qū)為單位進(jìn)行讀寫(xiě),平均存取時(shí)間為:磁盤(pán)上的信息以扇區(qū)為單位進(jìn)行讀寫(xiě),平均存取時(shí)間為:T = 尋道時(shí)間尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間+數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間n尋道時(shí)間尋道時(shí)間磁頭尋找到指定磁道所需時(shí)間磁頭尋找到指定磁道所需時(shí)間(大約大約5ms)n旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下方所需要的時(shí)間指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下方所需要的時(shí)間(大大約約46ms) (轉(zhuǎn)速:轉(zhuǎn)速: 4200/5400/7200/10000rpm)n數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間(大約大約0.01ms/扇區(qū)扇區(qū))磁頭磁頭磁道磁道旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)軸碟片碟片128硬盤(pán)
51、存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)硬盤(pán)存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)(1)容量:以)容量:以GB為單位,目前硬盤(pán)單碟容量約為為單位,目前硬盤(pán)單碟容量約為80540GB(2)平均存取時(shí)間:在幾)平均存取時(shí)間:在幾ms幾十幾十ms之間,由硬盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度、磁頭之間,由硬盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度、磁頭尋道時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸速率所決定尋道時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸速率所決定(3)緩存容量:原則上越大越好,通常為)緩存容量:原則上越大越好,通常為2MB8MB(4)數(shù)據(jù)傳輸速率)數(shù)據(jù)傳輸速率n外部傳輸速率指主機(jī)從(向)硬盤(pán)緩存讀出(寫(xiě)入)數(shù)據(jù)的速度,外部傳輸速率指主機(jī)從(向)硬盤(pán)緩存讀出(寫(xiě)入)數(shù)據(jù)的速度,與采用的接口類型有關(guān)與采用的接口類型有關(guān)n內(nèi)部傳輸速率指硬盤(pán)在盤(pán)片上讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的速度,轉(zhuǎn)速越高內(nèi)部傳內(nèi)部傳輸速率指硬盤(pán)在盤(pán)片上讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的速度,轉(zhuǎn)速越高內(nèi)部傳輸速率越快輸速率越快 (5)與主機(jī)的接口:)與主機(jī)的接口:n前些年使用:并行前些年使用:并行ATA(IDE)接口)接口n當(dāng)前流行:當(dāng)前流行: 串行串行ATA(SATA)接口)接口129使用硬盤(pán)應(yīng)注意
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