計算機系統(tǒng)組成

計算機系統(tǒng)組成

?基本構(gòu)成

?計算機硬件系統(tǒng)

?體系結(jié)構(gòu)

?微型計算機

?計算機購買與選擇

總體構(gòu)成

?計算機基本構(gòu)成：

-軟件：程序、數(shù)據(jù)和文檔

-硬件：組成計算機的各種器件

工作流程

?Step1:加電。打開計算機電源開關(guān)，給主板和風(fēng)扇

供電，電源指示燈變綠；

?Step2:啟動引導(dǎo)程序。加電后，CPU執(zhí)行ROM內(nèi)

的引導(dǎo)程序（如果電源燈為綠色而無任何信息，表明

引導(dǎo)部分有問題（ROM/RAM））

?Step3:自檢。引導(dǎo)程序檢查計算機（顯卡，內(nèi)存，鍵

盤和磁盤驅(qū)動器等）是否有故障。

?Step4:加載OS（如,Windows）。根據(jù)在

CMOS中設(shè)置的磁盤優(yōu)先順序，從相應(yīng)的盤中加載OS

（如A盤為優(yōu)先盤但沒有插入，則依次檢查下一個）。

若找不到，則報錯

?Step5:根據(jù)配置信息，由OS設(shè)置計算機的運

行環(huán)境。配置信息來自于CMOS和配置文件

(Config)o

?Step6:OS運行，開始接受用戶命令。

計算機系統(tǒng)的總體構(gòu)成

計算機硬件系統(tǒng)

?基本構(gòu)成：

-主機+外設(shè)+總線

-總線的分類：

?地址總線+數(shù)據(jù)總線+控制總線

-內(nèi)存的幾種大小表示（與總線密切相關(guān)）:

?位(Bit)

?字節(jié)(B,或Byte)：1Byte=8Bit

?千字節(jié)(KB,KiloByte)：1KB=1024Byte

?兆字節(jié)(MB,MegaByte)1MB=1024KB

?吉字節(jié)(GB,GigaByte)1GB=1024MB

?太字節(jié)(TB,TeraByte)1TB=1024GB

ROM(ReadOnlyMemory)，RAM(RandomAccessMemory)

構(gòu)成結(jié)構(gòu)

馮.偌依曼機的體系

1）采用二進制形式表示數(shù)據(jù)和指令；

2）程序與數(shù)據(jù)預(yù)先存入主存（內(nèi)存），工作時連

續(xù)自動高速順序執(zhí)行（邏輯上）.

3）由運算器，控制器,存儲器，輸入設(shè)備和輸出設(shè)

備組成

4）核心是“存儲程序”的思想

CPU

?CPU(CentralProcessingUnit)：也稱為中央處理器。

兩大功能部件：控制器+算術(shù)邏輯部件（運算器和寄存器）

內(nèi)存<

；ALU(arithmetic&LogicUnit)

?__________________

k寄存器寄存器

控制器T-----?累加器—

_______?__________

控制器、寄存器和累加器

?控制器是計算機的指揮系統(tǒng)，控制器是通過地

址訪問存儲器，逐條取出選中單元的指令、分

析指令，并根據(jù)指令產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號作用

于其它各個部件，控制其它部件完成指令要求

的操作。

?寄存器：高速存儲器（數(shù)目很少，價格貴）

?累加器（運算器）：進行算術(shù)/邏輯運算

指令

-定義：計算機執(zhí)行某種操作的命令（如，加法）

—特,點：一類（80X86）計算機具有的所有指令集合構(gòu)成該

機的指令系統(tǒng)。不同類型機器的指令系統(tǒng)是不相同的。但它

們都是二進制表示的，也稱機器語言的語句

-構(gòu)成：操作碼（功能）+操作數(shù)：I型作碼?操作數(shù)i

一主要功能類：數(shù)據(jù)傳送，數(shù)據(jù)運算，輸入/出，控制等

-主要工作過程（見圖）：取指令、分析指令、執(zhí)行

指令，直至執(zhí)行結(jié)束。整個過程由計算機協(xié)同操作完成?？?/p>

以簡單順序進行，可以流水線，也可以并行。

-指令的周期：執(zhí)行一條指令所需的時間。

運算器

▲

指令寄存器

07+0250<

地址內(nèi)容

V

指令

譯碼器0100

0101指令

V0102070250

作

操

指令

制

控??????

路

線計數(shù)

器-0250數(shù)據(jù)

??????

控制器

內(nèi)存

CPU的性能評價

?時鐘頻率：單位，兆赫茲(MegaHertz)。計算

機系統(tǒng)內(nèi)有一個脈沖發(fā)生器，定時發(fā)出脈沖

(節(jié)拍)，以控制所有系統(tǒng)操作的時間。目前

超過2.0GMHZ；

?字長：同時處理多少位數(shù)據(jù)。目前主要為32位。

?指令集復(fù)雜度：CISC(ComplexInstructionSet

Computer)和RISC(ReducedInstruction...)

?對指令的操作(流水線-單機使執(zhí)行期重合/并

行性，多處理機同時執(zhí)行多條指令)。

CPU的性能評價（續(xù)）

?高速緩存：在內(nèi)存與CPU之間的緩沖器，用

于平緩CPU速度快與RAM相對較慢的矛盾。

功能類似于磁盤緩存（平緩磁盤與CPU的快慢

矛盾）

-L1緩存也稱片內(nèi)緩存，Pentium時代的處理器把L1

緩存集成在CPU內(nèi)部。L1高速緩存容量一般較小。

-L2緩存即二級高速緩存，通常做在主板上，目前有

些CPU將二級緩存也做到了CPU芯片內(nèi)。L2高速

緩存的容量比一級緩存容量大。

協(xié)處理器

帶協(xié)處理器的CPU可以加快特定類型的數(shù)

值計算（尤其是浮點運算）。某些需要

進行復(fù)雜運算的軟件系統(tǒng)，如AUTOCAD

就需要協(xié)處理器支持。

存儲器(Memory)

存儲器又稱為主存(或內(nèi)存)，是計算機的存儲和記憶裝置,

用以存放數(shù)據(jù)和程序。計算機的內(nèi)存通常采用半導(dǎo)體

器件，因此，不能斷電保留數(shù)據(jù)。

內(nèi)存單元總是由地址來表征的。所謂內(nèi)存的大小(亦稱

為容量)就是指有多少內(nèi)存單元，即：有多少字節(jié)：M,

K(m),G(m),T(m)o

存儲器

—類另I」：RAM,虛擬存儲器，CMOS和ROM

?RAM（隨機存儲器/讀寫存儲器）：遠(yuǎn)比外存速度高，

屬半導(dǎo)體，不能斷電保留數(shù)據(jù)。其指標(biāo)主要是容量大

小:字節(jié)（512M）和速度快慢：納秒，兩種常見內(nèi)存：

-EDODRAM（ExtendDataOut/DynamicRAM）當(dāng)前

主流內(nèi)存

-同步高速內(nèi)存（SRAM）：主要用于高速緩存。

?虛擬存儲器：RAM受限時，以磁盤作為RAM的擴充;

?CMOS：存放系統(tǒng)參數(shù)，如磁盤的磁道，扇區(qū)數(shù)等；

?ROM：存放著一些最基本的指令序列（如BIOS）與

數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)開機時，通過執(zhí)行ROM存儲的指令，

引導(dǎo)OS。

CPU對內(nèi)存的操作

?讀操作：原數(shù)據(jù)仍然保留

?寫操作：原有的數(shù)據(jù)被新的數(shù)據(jù)取代。

外部存儲器

?外存儲器又叫輔助存儲器（或輔存）。

?數(shù)據(jù)交換：

-與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，通過內(nèi)存，再與CPU和

I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)

-常見的外部存儲器由三部分組成：

-驅(qū)動器：對盤或帶的讀/寫和其它操作；

-盤片：用來存儲信息；

-控制器：完成盤或帶與內(nèi)存之間的信息交換。

硬盤

讀寫頭

面surface,道track,扇區(qū)sector,柱面cylinder

硬盤（外觀）

硬盤結(jié)構(gòu)

?一組（若干片）固定在同一軸上，同時高速旋轉(zhuǎn)的盤片

?盤片是鋁合金的薄圓片，每個圓片的兩個表面都涂附了一

層很薄的高性能磁性材料，作為存儲介質(zhì)

?硬盤片表面也分為一個個同心圓磁道，每個磁道又被分成

若干區(qū)段——扇區(qū)

?靠近每個盤片的兩個表面各有一個讀寫磁頭。這些磁頭全

部固定在一起，可同時移到磁盤的某個磁道位置。

?硬盤的所有盤面處于同一半徑的所有同心圓磁道構(gòu)成一個

柱面，這些柱面由外向里順序編號。

硬盤工作原理

?硬盤也采用批量存儲信息方式，以區(qū)段為存儲單位

-區(qū)段的“地址”可以通過磁道（柱面）號、讀寫頭號

（也就是盤面的編號）、以及磁道內(nèi)的區(qū)段編號三者

組合確定

?讀寫數(shù)據(jù)

-移動磁頭到相應(yīng)柱面位置（磁頭定位）

-等待（區(qū)段定位）

-實際讀寫三個階段

?讀寫速度非常高（遠(yuǎn)高于軟盤），通常是：幾

毫秒至十幾毫秒。但仍然與貯存訪問速度相差1萬

倍（納秒級）

?速度單位通常用：轉(zhuǎn)/秒表示

軟盤

?軟盤是與用戶直接接觸的外存

儲器。它是在聚酯塑料上涂布

磁性材料的薄片，磁性材料具

有斷電保存數(shù)據(jù)的特點。每片

軟盤外裝一個永久性的保護套。

?每個同心圓稱為一個磁道。磁道從外向里順次編號，最

外層稱為第。道。為了記錄信息方便把每一個磁道又分

成幾個區(qū)段，稱為扇區(qū)。磁盤讀寫時以扇區(qū)為基本單位,

每個扇區(qū)存放同樣數(shù)量的信息，為512個字節(jié)。盤片按

可以記錄信息的表面，分有單面盤和雙面盤。只有一個

表面能記錄信息的稱單面盤，兩個表面都能記錄信息的

稱雙面盤。

容量=2X80X15X512=1.44MB

光盤

?按工作方式不同，光盤分為三大類：只讀型

（CD-ROM）、一次寫入型（WORM）和可擦

寫型（MO）o

-所有的光存儲器設(shè)備的工作都依賴于激光技術(shù)。

激光是具有高度聚光性、高度可控制性的光束。

當(dāng)把信息存儲在光介質(zhì)時，用激光來把應(yīng)該記為

邏輯“1”的地方燒穿，把應(yīng)該記為邏輯“0”的地

方留上空白。這種由電子控制的激光就可以把數(shù)

據(jù)記載到盤上。

信息交換-總線

總線（BUS）：交換數(shù)據(jù)的通道。包括3類：

-地址總線（AB）：是CPU向內(nèi)存儲器或I/O接口傳送地址信

息的通路，它是單方向的，只能從CPU向外傳送。

-數(shù)據(jù)總線（DB）：傳送數(shù)據(jù)（如在CPU與內(nèi)存之間傳送數(shù)

據(jù)和CPU與I/O接口之間傳送）

-控制總線（CB）：是CPU向內(nèi)存儲器或I/O接口傳送命令信

號以及接收來自外設(shè)向CPU傳送狀態(tài)的信號通路。

總線性能

?總線時鐘：總線工作頻率（MHz）

■總隹

-地址總線寬度（地址總線的位數(shù)）：決定了CPU可

以訪問的存儲器的容量。

32位地址總線能使用的最大內(nèi)存容量為4GB（232B）。

-數(shù)據(jù)總線寬度：決定了CPU與內(nèi)存、輸入/輸出設(shè)備

之間一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘俊entium以上的計算機，數(shù)

據(jù)總線的寬度為64位，即CPU一次可以同時處理8個字節(jié)

的數(shù)據(jù)。

?總線傳M速度：總線時鐘頻率*（總線寬度/8）

微型計算機(PC)

立

臥

式

式

機

機

箱

箱

PC計邕機I

InsidethePov\ersupplywiresandribboncables

systemunit

Harddiskdrive

微機結(jié)構(gòu)

主板

（MotherBoard>MainBoard>SystemBoard）：計

算機內(nèi)部的一個集成電路板。很多器件焊接在板上，

通過線路連接在一起。同時，也提供了不同型號和種

類的可插接槽，供其它器件（如CPU和內(nèi)存等）或功

能板卡（如網(wǎng)卡，聲卡，顯示卡等）插接。

MicrocomputerROMchipscontaintheprogramsthatstartthe

motherboard

computer,runsystemdiagnostics,andcontrol

lowlevelinputandoutputactivities.

RAMtemporarilyholds

datathatisveilingtobe

processed

A

componentson

themotherboard.

Themicroproces-

sorcontainsthedr-

curtrythatperforms

arithmeticandlogi-

caloperations.

Aportprovidesa

plugtoracablethatAnexpansioncardplugsIntoaslotto

leadstoadevice,providethecircuitrytocontrolprinting,

suchasaprinter,videodisplay,diskstorage,or

monitor,diskdrive,ortelecommunications.

modem

Anexpansionslotprovidesawaytoadd

devicestoacomputersystem

輸入/輸出設(shè)備

-光驅(qū)與光盤（倍速）

-軟驅(qū)與軟盤/硬盤（5400/7200）

-鍵盤

-鼠標(biāo)

-顯示器。主要技術(shù)指標(biāo)（尺寸/點距/分辨率/刷新頻

率/輻射指標(biāo)/綠色功能）

-顯示卡（顯示驅(qū)動器：控制各種顯示信息—圖

文）

-打印機。主要技術(shù)指標(biāo)（分辨率：DPI表示。360DPI,

720DPI,1200DPI/速度/噪音）；類型（針打/噴墨/激光）

-Modem

-掃描儀

?輸入/出部件的連接:總線

-在RAM與輸入/出部件之間的總線，稱為擴展總線。

-擴展槽是擴展總線的終結(jié)點，擴展槽用于插接輸入/出設(shè)備的

板卡，以連接外圍設(shè)備。

-插接板卡的功能：插接板卡的插接端插入擴展槽，另外，還

有一個接口與外界的設(shè)備相連。如顯示卡外接顯示器，聲卡

外接音箱。連接線有特殊的要求和型號。這些板卡有時也叫

適配卡，起著外部設(shè)備的信號與計算機內(nèi)部數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換作。

-------Anexpansionslotpro-MicrocomputerSpeakerandmicrophoneToMiljack

expansionports

ParallelVolumeadustment-i

I

Pover—I

DB-25」DB-9serial-SCSIport—Graphics/

serialKeyboardTophonemonitor

PS/2mouseportL-MIDI

JBNCnetvyorkconnector

IO-baseTnetworkconnector

輸入/出的工作方式

?程序控制方式

-由CPU檢測，是否有輸入/出(CPU與外圍

設(shè)備不能并行，外圍設(shè)備處于被動)

?中斷方式

-外圍設(shè)備主動發(fā)送請求，CPU有空便可響應(yīng)

?DMA(DirectMemoryAccess)方式

-外圍設(shè)備與貯存之間直接交換數(shù)據(jù)

典型的輸入設(shè)備

掃

描

儀

麥

克