文档介绍：第一讲:计算机软、硬件
参考教材:
《大学计算机基础》上海交通大学出版社
《大学计算机基础实践教程》上海交通大学出版社
《软件技术基础》版本不定
3/19/2018
1
计算机的组成
计算机的概念
计算机是一种能够按照事先存储的程序,自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统。包括硬件和软件两大部分。
硬件是由电子的、磁性的、机械的器件组成的物理实体,包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等5个基本组成部分。
软件则是程序和有关文档的总称,包括系统软件和应用软件两大类。
计算机完成的基本操作
输入:接受由输入设备提供的数据。
处理:对数值、逻辑、字符等各种类型的数据进行操作,按指定的方式进行轮换。
输出:将处理所产生的结果等数据由输出设备。
存储:计算机可以存储程序和数据
3/19/2018
2
硬件系统
软件系统
主机
外设
微处理器(CPU)
内存储器
运算器控制器寄存器
随机存储器(RAM)
只读存储器(ROM)
高速缓存(catch)
外存储器
输入设备
输出设备
软盘硬盘磁带光盘优盘
键盘鼠标手写板扫描仪摄像机
显示器投影机打印机绘图仪
系统软件
应用软件
操作系统
语言处理程序
数据库管理系统
系统监控及通信管理程序
应用软件包
用户程序
总线系统
计算机系统
组成结构
计算机的组成
3/19/2018
3
冯诺依曼
原理
(1) 计算机的硬件由五部分组成;
(运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备)
(2) 计算机的内部数据是以二进制表示的;
(3) 程序存储在存储器后自动执行(存储程序原理)。
计算机的硬件模型
运算器
控制器
存储器
输入装置
输出装置
CPU 中央处理器
主机
+外设(I/O设备)
计算机硬件系统
3/19/2018
4
计算机硬件系统
计算机硬件系统组成及工作原理
3/19/2018
5
计算机指令系统
数据传送指令
数据处理指令
程序控制指令
输入输出指令
其它指令
If Goto……
+ - ×÷ And Or……
CPU
内存
I/O设备
主机
对计算机的硬件进行管理等
操作码
操作数
指令
结构
分类
指令:用来规定计算机的一个基本操作的二进制代码。
程序:就是由一连串指令按一定顺序组成的能完成某种任务的一系列二进制代码。
指令系统:一种计算机所能识别的一组不同指令的集合,称为该种计算机的指令集或指令系统。
3/19/2018
6
CPU构成
算术逻辑单元ALU (Arithmetic Logical Unit)
实现计算机两类运算:算术运算和逻辑运算。
通用寄存器(General Register)
存放ALU运算的原始数据、中间结果、最终结果,或者存放CPU访问存储器的地址。
专用寄存器(Special Register)
指令寄存器(IR): 存放从存储器取出的指令,然后由CPU分析运行,其内容是CPU正在执行的指令内容。
程序计数器(PC):存放的是程序将要执行的下一条指令的地址,有逻辑自动加1的功能。PC=PC+1)
标志寄存器(FR): 存放ALU的运算产生结果的各种状态。
指令译码器(ID)
翻译指令寄存器中的指令并发出控制信号。
中央处理器CPU
3/19/2018
7
中央处理器CPU
CPU工作原理
3/19/2018
8
演示:计算机基本工作原理
指令执行步骤:
①取指令
②分析指令
③执行指令
④指令计数器加1或将转移地址码送入程序计数器,然后重复。
计算机利用存储器存放需执行的程序,中央处理器依次从存储器中取出每一条指令,并经过分析后加以执行,直到全部指令执行完成。(存储程序工作原理)
中央处理器CPU
3/19/2018
9
内部存储器的作用是存放执行的程序和程序中需要使用的数据,是整个数据存储和变换的枢纽。
存储器由一个个大小相同的基本单元组成,每个记忆单元由8位二进制位组成。
为了区分和访问不同的存储器单元,系统为每一个单元分配了惟一的编号,称为存储单元的地址。
各单元内存放的是数据。
CPU对存储器可以读(取)也可以写(存)数据,读写数据要有控制信号控制。
存储器的逻辑结构
存储器的访问要三类信号共同配合才能完成:
地址信号、数据信号、控制信号。
计算机内存储器
……
01101010
10110111
存放内容
地址
0001
0002
0003
0004
……
FFFE
FFFF
3/19/2018
10