文档介绍：第二章
计算机硬件系统
与信息存储
本章主要内容
计算机系统组成
微型计算机的结构
计算机中数的表示
数据表示
计算机系统的基本构成
中央处理器一般也称为CPU,是计算机的核心,具有运算能力和控制功能。
计算机由CPU、内存储器、输入输出接口电路和系统总线构成,通常称为计算机主机。
计算机系统是以计算机为主体,并配上外设和系统软件之后构成的软硬件系统。
我们通常所说的“计算机”,其准确的名称应该是计算机系统。
计算机硬件系统
计算机硬件系统是构成计算机的物理装置,是看得见、摸得着的一些实实在在的有形实体。
目前的计算机硬件系统采用的仍是计算机的经典结构——冯·诺依曼结构,即采用总线结构将运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部件连接起来。
其中,运算器和控制器构成了计算机的核心部件——中央处理器(Center Process Unit,简称CPU)。
数据流
控制流
各部分的功能:
运算器:算术运算或逻辑运算
控制器:取指令、译码、执行指令
存储器:保存信息
内存:ROM(只读存储器)
RAM(随机存储器,断电后信息全部丢失)
外存:磁盘(软盘、硬盘)、光盘、磁带
输入设备:输入数据(键盘、鼠标、扫描仪、光笔等)
输出设备:输出数据(显示器、打印机、绘图仪等)
计算机软件系统
软件系统由计算机程序、数据和有关的技术资料组成。程序是指挥计算机工作的步骤;技术资料包括软件和硬件的技术说明、使用方法和操作手册等文档。软件是计算机的“灵魂”。
“裸机”是只有硬件而没有任何软件支持的计算机称为,裸机几乎是不能工作的。
系统软件:
操作系统
语言处理程序
数据库管理系统
支持软件
应用软件:
程序库
软件包
套装软件
用户开发的系统
软件系统
系统软件
应用软件
操作系统是系统软件中最重要的部分,功能是对计算机系统的全部硬件和软件资源进行统一管理、统一调度、统一分配。
操作系统为用户提供了一个操作方便的环境,是用户与计算机的接口,同时又是用户进行软件开发的基础,其他的系统软件和应用软件必须在操作系统的支持下才能合理调度工作流程,正常的工作。
计算机的基本工作原理
存储程序工作原理(存储程序、程序控制)
计算机系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成,并规定了他们的功能
程序和数据在计算机中用二进制数表示
计算机的工作过程是由存储程序控制的
1949 EDSAC
John von Neumann
冯诺依曼
美籍匈牙利数学家
指令和程序
指令是对计算机进行程序控制的最小单位,一个CPU能够执行的所有指令的集合称为该CPU的指令系统。
程序是人们为解决某项任务而编写的指令的有序集合。指令的不同组合方式,可以构成完成不同任务的程序。
指令格式
操作码
地址码
执行什么操作
数据在存储器中的存放位置
计算机的工作过程
计算机的工作过程就是执行程序的过程。
在运行程序之前,首先通过输入设备将编好的程序和原始数据输送到计算机内存储器中,然后按照指令的顺序,依次执行指令。
执行一条指令的过程是:
读取指令:从内存储器中取出要执行的指令送到 CPU 内部的指令寄存器暂存
分析指令:把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器,译出该指令对应的操作
执行指令:CPU向各个部件发出相应控制信号,完成指令规定的操作
微型机主机的逻辑结构
内存,又称主存,是微型机主机的组成部分,存放当前正在使用或随时要使用的程序和数据,是CPU可以直接访问的存储器。
CPU
控制器
运算器
寄存器
微处理器是计算机硬件系统的核心部件,负责控制和协调整个计算机系统的工作
Cache
计算机后面板I/O接口
主机与外设之间不能直接进行信息交换,必须通过I/O接口才能完成信息传送。
I/O接口所起的作用是:
数据缓冲。解决高速主机与低速外设间的矛盾
信号格式配合。处理外设与CPU之间不同的信息格式,如A/D、D/A转换,串/并、并/串转换
电平和驱动能力配合。使外设和主机的信号电平一致,并提高CPU信号的驱动能力
时序配合。使主机与外设协调工作
设备选择。每台外设都有设备地址
微型计算机概述
主要性能指标:字长、主频、内存容量、运算速度
分类:
按组成结构分单片机、单板机、多板机
按用途分台式、便携式、手持式
发展方向:
高速化
超小型化笔记本电脑
多媒体化多媒体处理器
网络化网络计算机
隐形化电视或影音计算机