【正文】 es) ? 功能：從計(jì)算機(jī)輸出信息 ? 輸出設(shè)備有多種，例如 : ? 顯示器 —— 輸出文字、符號(hào)和圖形 ? 打印機(jī) —— 打印文字、符號(hào)和圖形 ? 揚(yáng)聲器 —— 輸出聲音 ? (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)換成人可感知的形式 (文字、符號(hào)、圖形、聲音等 ) 9 計(jì)算機(jī)的組成與分類 (3) 中央處理器 (運(yùn)算控制器 ) ? 什么是處理器 (processor)？ ? 能 高速執(zhí)行指令，完成二進(jìn)制數(shù)據(jù)的算術(shù)或邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等操作 的部件，特點(diǎn)是： ? 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(gè)平方厘米 )，稱為 “ 微處理器 ” (microprocessor) Intel 4004 chip Intel 8080 chip 10 計(jì)算機(jī)的組成與分類 什么是中央處理器 (CPU)？ ? 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) ? 用于執(zhí)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的處理器 稱為 CPU，CPU是計(jì)算機(jī)必不可少的核心組成部件 ? 多數(shù)個(gè)人計(jì)算機(jī)只有 1個(gè) CPU，但有一些計(jì)算機(jī)包含有 2個(gè)、 4個(gè)、 8個(gè)甚至成百上千個(gè) CPU ? 問(wèn)題： ? 除了 CPU之外，計(jì)算機(jī)中還有哪些處理器？ 11 計(jì)算機(jī)的組成與分類 (4) 存儲(chǔ)器 ? 功能： ? 儲(chǔ)存以二進(jìn)位形式表示的程序和數(shù)據(jù) ? 分類：內(nèi)存儲(chǔ)器 /外存儲(chǔ)器 內(nèi)存儲(chǔ)器 (簡(jiǎn)稱內(nèi)存或主存 ) 外存儲(chǔ)器 (簡(jiǎn)稱 外存 或輔存 ) 存取速度 很快 較慢 存儲(chǔ)容量 較小 (因單位成本較高 ) 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(dòng)運(yùn)行的程序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)中幾乎所有的信息 與 CPU關(guān)系 CPU所處理的指令及數(shù)據(jù)直接從內(nèi)存中取出 程序及相關(guān)數(shù)據(jù)必須先送入內(nèi)存后才能被 CPU使用 等有關(guān) ? 層次性：分層 (hierarchical) 結(jié)構(gòu) 5 計(jì)算機(jī)的組成與分類 計(jì)算機(jī)硬件的邏輯結(jié)構(gòu) 1 ? 經(jīng)典計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)（ 馮 .諾依曼計(jì)算機(jī) ） 運(yùn)算器和控制器 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 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)） 6 計(jì)算機(jī)的組成與分類 計(jì)算機(jī)硬件的邏輯結(jié)構(gòu) 2 ? 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu) ? 與經(jīng)典計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)相比的 3個(gè)變化： ? 集中控制 → 分散控制 ? 存儲(chǔ)器 → 內(nèi)存儲(chǔ)器＋外存儲(chǔ)器 ? 通過(guò) CPU通信 → 通過(guò)總線進(jìn)行通信 中央處理器 (運(yùn)算器及其控制 ) 外存儲(chǔ)器 內(nèi)存儲(chǔ)器 輸出設(shè)備 總線 (bus) 輸入設(shè)備 I/O接口 I/O接口 外存儲(chǔ)器接口 控制器 控制器 控制器 CPU 控制器 memory storage I/O設(shè)備通過(guò) I/O接口 與各自的控制器連接，然后由控制器與 I/O總線相連 7 計(jì)算機(jī)的組成與分類 (1) 輸入設(shè)備 ? 輸入 (input)的雙重含義： 。第 2章 計(jì)算機(jī)組成原理 計(jì)算機(jī)的組成與分類 CPU的結(jié)構(gòu)與原理 PC機(jī)的主機(jī) 常用輸入設(shè)備 常用輸出設(shè)備 外存儲(chǔ)器 2 計(jì)算機(jī)的組成與分類 計(jì)算機(jī)的組成與分類 3 計(jì)算機(jī)的組成與分類 計(jì)算機(jī)的組成 4 計(jì)算機(jī)的組成與分類 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)硬件 計(jì)算機(jī)軟件 運(yùn)算器 控制器 輸入設(shè)備 存儲(chǔ)器 輸出設(shè)備 系統(tǒng)軟件 應(yīng)用軟件 操作系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 程序語(yǔ)言處理系統(tǒng) 文字處理 通信 娛樂(lè) 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)算機(jī)系統(tǒng)中所有實(shí)際物理裝置的總稱 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數(shù)據(jù)和相關(guān)的文檔 ? 計(jì)算機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng) ? 復(fù)雜性：硬件由數(shù)以億計(jì)的元器件組成 ， 軟件由數(shù)以億計(jì)的指令組成 ? 多樣性：硬件與光 、 電 、 聲等有關(guān) ， 軟件與數(shù)學(xué) 、 邏輯 ? 輸入設(shè)備 (input devices) ? 功能：用來(lái)向計(jì)算機(jī)輸入信息 ? 輸入設(shè)備有多種，例如 : ? 鍵 盤(pán) —— 輸入文字、符號(hào)和命令 ? 鼠標(biāo)器 —— 輸入鼠標(biāo)器移動(dòng)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(jì)算機(jī)中的信息都使用二進(jìn)位來(lái)表示 8 計(jì)算機(jī)的組成與分類 (2) 輸出設(shè)備 ? 輸出 (output)的雙重含義： 。 01101001 10101010 00001 00000 00010 00011 00100 11110 11111 ? 按性能和價(jià)格分類 ? 巨型計(jì)算機(jī) (superputer) ? 大型計(jì)算機(jī) ? 小型計(jì)算機(jī) ? 個(gè)人計(jì)算機(jī) (personal puter) ? 筆記本 PC ? 臺(tái)式 PC ? 平板 ? 工作站 (workstation) 作為服務(wù)器(server)使用 獨(dú)立使用或作為 客戶機(jī) (client)使用 曙光 4000A巨型 計(jì)算機(jī) 15 計(jì)算機(jī)的組成與分類 微處理器 和嵌入式計(jì)算機(jī) 16 計(jì)算機(jī)的組成與分類 什么是微處理器？ ? 微處理器（ MPU ）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 : ? MPU是各種類型計(jì)算機(jī)的核心組成部分 ? 用于執(zhí)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的 MPU 稱為“ CPU” ? 目前幾乎所有計(jì)算機(jī)的 CPU使用的都是微處理器 ? 除了用作 CPU的通用微處理器之外， 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 Intel 4004 Intel 8086 Intel 奔騰 4 Intel 酷睿 2 17 計(jì)算機(jī)的組成與分類 什么是嵌入式計(jì)算機(jī)？ ? 把運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入 /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“ 單片計(jì)算機(jī) ” 或 “ 嵌入式計(jì)算機(jī) ” ? 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 ? 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(chē)、機(jī)頂盒等 ? 特點(diǎn)： ? 功能固定、專用，軟件固化在芯片上，通常不能改變 ? 大多應(yīng)滿足實(shí)時(shí)信息處理的要求 ? 以最低成本滿足應(yīng)用要求 ? 能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境 CPU的邏輯結(jié)構(gòu) 與工作原理 CPU的邏輯結(jié)構(gòu) CPU的性能指標(biāo) 19 計(jì)算機(jī)的組成與分類 CPU的邏輯結(jié)構(gòu) 20 計(jì)算機(jī)的組成與分類 馮 中央 處理器 運(yùn)算器和控制器 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 存儲(chǔ)器 21 計(jì)算機(jī)的組成與分類 “ 存儲(chǔ)程序控制 ” 原理 ? 將問(wèn)題的解算步驟編制成為 程序 ，程序連同它所處理的數(shù)據(jù)都用 二進(jìn)位表示 并 預(yù)先 存放在存儲(chǔ)器 中 ? 程序運(yùn)行時(shí)， CPU從內(nèi)存中一條一條地取出指令和相應(yīng)的數(shù)據(jù)， 按指令操作碼的規(guī)定 ，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 ② CPU從內(nèi)存中逐條讀取該程序的指令及相關(guān)的數(shù)據(jù) ④ 將指令的運(yùn)算處理結(jié)果送回內(nèi)存保存 ⑤ 任務(wù)完成后 ， 將處理得到的全部結(jié)果成批傳送到外存以長(zhǎng)久保存 外存儲(chǔ)器 內(nèi)存儲(chǔ)器 CPU ① 任務(wù)啟動(dòng)時(shí) ， 執(zhí)行該任務(wù)的程序和數(shù)據(jù)從外存成批傳送到內(nèi)存 指令 1 指令 2 指令 k 指令 n 程序 數(shù)據(jù) 1 數(shù)據(jù) 2 數(shù)據(jù) m 數(shù)據(jù) ③ CPU 逐條執(zhí)行指令 ,按指令要求完成對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理 22 計(jì)算機(jī)的組成與分類 存儲(chǔ)器 中央 處理器 存儲(chǔ)數(shù)據(jù) 和指令 執(zhí)行指令 處理數(shù)據(jù) 指令，數(shù)據(jù) 處理結(jié)果 CPU的任務(wù) ? CPU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 23 計(jì)算機(jī)的組成與分類 CPU的結(jié)構(gòu)和任務(wù) ? CPU主要由運(yùn)算器、控制器和寄存器組 3個(gè)部分組成 ? CPU的任務(wù)：取指令并完成指令所規(guī)定的操作 寄存器組 運(yùn)算器 中央處理器 指令計(jì)數(shù)器 指令寄存器 控制器 數(shù) 據(jù) 程序 指令 1 指令 2 指令 k 指令 n 數(shù)據(jù) 1 數(shù)據(jù) 2 數(shù)據(jù) m 數(shù)據(jù) 內(nèi)存儲(chǔ)器 指 令 指令地址 操作數(shù)地址 存放待執(zhí)行指令的地址 已經(jīng)啟動(dòng)運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù) 存放待執(zhí)行的指令并進(jìn)行譯碼 完成規(guī)定的運(yùn)算 暫存等待處理的數(shù)據(jù) 操作命令 24 計(jì)算機(jī)的組成與分類 指令與指令系統(tǒng) instruction set software hardware 25 計(jì)算機(jī)的組成與分類 指令是什么？ ? 指令就是命令，它用來(lái)規(guī)定 CPU執(zhí)行什么操作。例如： ? Pentium比 80386增加了的 80多條浮點(diǎn)指令， ? Pentium II比 Pentium增加了 50多條處理多媒體信息的指令（ Multimedia Extension，稱為 MMX）， ? Pentium III比 Pentium II增加了 70條處理 128位長(zhǎng)操作數(shù)的流式單指令多數(shù)據(jù)指令 (Streaming SIMD Extention,SSE) ? Pentium 4又比 Pentium III 增加了 144條指令（稱為 SSE2） ? 奔騰 D 、 奔騰至尊等又增加了 SSE3指令 29