第2章 計算機組成原理

計

算

機

應(yīng)

用計算機信息技術(shù)概論

基

礎(chǔ)

教

智

江蘇技術(shù)師范學(xué)院

計

算

機

應(yīng)

用

基第2章計算機組成原理

礎(chǔ)

教

研

室

計

算

機

應(yīng)

用

基

礎(chǔ)2.1計算機系統(tǒng)的組成

教

研

室

計1

??計算機系統(tǒng)的組成

也

是計算機軟件是指在計算機中

有

鄭

一

卜運行的各種程序及其處理的

-fe稱_［計算4系統(tǒng)］_/數(shù)據(jù)和相關(guān)皈文居j

計算a硬件］［計算a軟件］

lf系統(tǒng)軟串［應(yīng)用軟件

用

文字處理］

基操作系統(tǒng)

礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)——通信

教程序語言處理藪》」T

研

娛樂

室

一計算機是一個復(fù)雜的系統(tǒng)

復(fù)雜性：硬件由數(shù)以億計的元器件組成,軟件由數(shù)以億計的指令組成

多樣性：硬件與光、機、電、聲等有關(guān),軟件與數(shù)學(xué)、邏輯…等有關(guān)

層次性：分層(hierarchical)結(jié)構(gòu)

計

算2.1.2計算機硬件系統(tǒng)的組成

機

應(yīng)經(jīng)典計算機的邏輯結(jié)構(gòu)（馮?諾依曼而機）

用

基

礎(chǔ)

教存儲器

研

室

（注：邏輯結(jié)構(gòu)意指概念上（即功能上）的結(jié)構(gòu)）

2.1.2計算機硬件系統(tǒng)的組成

現(xiàn)代計算機的邏輯結(jié)構(gòu)

至外存儲器接口

外存儲器

與經(jīng)典計算機結(jié)構(gòu)相比的3個變化:

集中控制一分散控制

存儲器一內(nèi)存儲器+外存儲器

通過CPU通信一通過總線進行通信

計

算1.中央處理器(運算控制器)

機

應(yīng)什么是處理器(processor)?

用

基■能高速執(zhí)行指令，完成二進制數(shù)據(jù)的算術(shù)或邏輯

礎(chǔ)

教運算和數(shù)據(jù)傳送等操作的部件，特點是：

研

室由數(shù)字電路組成，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜

所有電路都制作在大規(guī)模集成電路芯片上(僅幾

個平方厘米)，稱為“微處理器”(microprocessor)

計

算什么是中央處理器(CPU)?

機

應(yīng)

用計算機中通常有多個不同的處理器，各有不同

基

礎(chǔ)的分工和任務(wù)

教

研■用于執(zhí)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的處理器稱為

室CPU,CPU是計算機必不可少的核心組成部件

■多數(shù)個人計算機只有1個CPU,但有一些計算

機包含有2個、4個、8個甚至成百上千個CPU

■問題：

除了CPU之外，計算機中還有哪些處理器?

00000

0000101101001

00010—,存儲內(nèi)容

00011

00100KDIL狽ID；

計

2.存儲器—

算地址，—

■

機

應(yīng)■功能：

用

儲存以二進位形式表示的程序和數(shù)據(jù)11110—

基'Mill

礎(chǔ)分類：內(nèi)存儲器/外存儲器

教內(nèi)存儲器外存儲器

研（簡稱內(nèi)存或主存）（簡稱外存或輔存）

室存取速度很快較慢

存儲容量較?。ㄒ騿挝怀杀据^高）很大（因單位成本較低）

性質(zhì)斷電后信息消失斷電后信息保持

用途存放已經(jīng)啟動運行的程序長期存放計算機系統(tǒng)中幾乎所

和需要立即處理的數(shù)據(jù)有的信息

與CPUCPU所處理的指令及數(shù)程序及相關(guān)數(shù)據(jù)必須先送入

關(guān)系據(jù)直接從內(nèi)存中取出內(nèi)存后才能被CPU使用

計

算3.輸入設(shè)備

機

應(yīng)

用輸入(input)的雙重含義：

基1.把信息送入計算機的過程；2.向計算機輸入的內(nèi)容

礎(chǔ)

教■輸入設(shè)備(inputdevices)

研功能：用來向計算機輸入信息

室

輸入設(shè)備有多種，例如：

-鍵盤——輸入文字、符號和命令

■鼠標(biāo)器——輸入鼠標(biāo)器移動的位置信息及按鈕命令

■掃描儀——輸入圖片

?麥克風(fēng)---輸入聲音

輸入設(shè)備的共性：不論信息的原始形態(tài)如何，輸入到計

算機中的信息都使用二進位來表示

計

算4.輸出設(shè)備

機

應(yīng)

用■輸出(output)的雙重含義：

基1.把信息送出計算機的過程；2.從計算機輸出的內(nèi)容

礎(chǔ)

教輸出設(shè)備(outputdevices)

研

室■功能：從計算機輸出信息

輸出設(shè)備有多種，例如：

.顯示器——輸出文字、符號和圖形

?打印機——打印文字、符號和圖形

■揚聲器---輸出聲音

(多數(shù))輸出設(shè)備的共性：把計算機中的二進位信息轉(zhuǎn)換成

人可感知的形式(文字、符號、圖形、聲音等)

計

算5.總線(bus)

機

應(yīng)

用功能:

基

礎(chǔ)用于連接CPU、內(nèi)存、外存和各種I/O設(shè)備并在它們之

教

研間傳輸信息的一組共享的傳輸線及其控制電路

室

分類:

CPU總線（或前端總線）：用于連接CPU和內(nèi)存的

總線

I/O總線：連接內(nèi)存和I/O設(shè)備（包括外存）的總線

計

算

機

應(yīng)

用

基

礎(chǔ)

教

研

室

2.2微電子技術(shù)與集成電路

計2.2.1微電子技術(shù)的發(fā)展與集成電路

算

機

應(yīng)W7t-------------------中/小規(guī)模----大規(guī)模/超大規(guī)模

用(1904)(1948)集成電路、集成電路(1970,s)

基

礎(chǔ)

教

研

室

■微電子技術(shù)是以集成電路為核心的電子技術(shù),

它是在電子元器件小型化、微型化的過程中

發(fā)展起來的。

計

算2.2.1微電子技術(shù)的發(fā)展與集成電路

機

應(yīng)

用集成電路(IntegratedCircuit,簡稱IC)：

基

礎(chǔ)以半導(dǎo)體單晶片作為基片，采用平面工藝，

教將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所

研小規(guī)模集成電路

室構(gòu)成的電路制作在基片上所構(gòu)成的一個微型

化的電路或系統(tǒng)

■集成電路的優(yōu)點：

體積小、重量輕

功耗小、成本低

速度快、可靠性高

超大規(guī)模集成電路

集成電路的分類

直按用途分：

集成電路規(guī)模兀器件數(shù)目

用通用集成電路

裊專用集成電路(ASIC)

小規(guī)模集成電

<100

按電路的功能分：路(SSI)

套數(shù)字集成電路

中規(guī)模集成電

筌模擬集成電路100~3000

路(MSI)

按晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝

大規(guī)模集成電

3000T0萬

分：路(LSI)

_____雙極型(Bipolar)電路超大規(guī)模集成

10萬~100萬

金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電電路(VLSI)

路

極大規(guī)模集成

〉100萬

電路(ULSI)

按集成度(芯片中包含的元器

件數(shù)目)分:

計IC集成度提高的規(guī)律

算

機

應(yīng)

用Moore定律：單塊集成電路的集成度平均每18

基晶體管數(shù)

例：Inte

搭集成度1