第2章计算机硬件

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1、第第2 2章章 计算机硬件计算机硬件本章内容本章内容2.2 2.2 中央处理器中央处理器2.3 2.3 存储器存储器2.42.4总线与接口总线与接口添加文本添加文本2.6 2.6 常用输出设备常用输出设备添加文本添加文本2.5 2.5 常用输入设备常用输入设备2.12.1计计算算机机组组成成2.7 PC2.7 PC机组成机组成计算机组成计算机组成冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机 一个典型现代计算机系统的硬件组成一个典型现代计算机系统的硬件组成 计算机组成计算机组成-冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机典型的冯典型的冯诺依曼计算机结构框图诺依曼计算机结构框图计算机组成计算机组成-冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机

2、运算器（运算器（Arithmetic UnitArithmetic Unit）完成数据的算术运算和逻辑运算。完成数据的算术运算和逻辑运算。算术运算：加法、减法、乘法、除法以及乘方、开方等算术运算：加法、减法、乘法、除法以及乘方、开方等 ；逻辑运算：与、或、非等逻辑运算：与、或、非等 ，例如两个数的比较等，例如两个数的比较等控制器（控制器（Control UnitControl Unit）控制计算机各部件协调地工作。控制计算机各部件协调地工作。控制器的作用是对指令执行过程的控制。控制器的作用是对指令执行过程的控制。存储器（存储器（MemoryMemory）存储程序和各种数据，存储程序和各种数据，

3、输入设备（输入设备（Input DevicesInput Devices） 向计算机输入数据和程序。向计算机输入数据和程序。键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、数码相机、光笔、手写输入板、键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、数码相机、光笔、手写输入板、游戏杆、语音输入装置等等。游戏杆、语音输入装置等等。输出设备（输出设备（Output DevicesOutput Devices）把计算机中存储、处理或传送来的把计算机中存储、处理或传送来的信息以人们熟悉的形式表示出来。信息以人们熟悉的形式表示出来。计算机组成计算机组成-冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机例例2-12-1：在冯：在冯诺依曼结构中，假设计算机在计算表达式

4、诺依曼结构中，假设计算机在计算表达式3+43+4时，数据时，数据“3 3”和和“4 4”通过键盘输入，计算结果通过键盘输入，计算结果“7 7”在显示器显示。请回答下列在显示器显示。请回答下列问题。问题。（1 1）在）在“存储程序存储程序”的工作方式下，分析数据线上传送的信息有哪些。的工作方式下，分析数据线上传送的信息有哪些。（2 2）五大部件中哪一个部件协调着数据线上的信息有序传送？）五大部件中哪一个部件协调着数据线上的信息有序传送？（3 3）五大部件中哪一个部件具体实现了）五大部件中哪一个部件具体实现了“+ +”操作？操作？计算机组成计算机组成-冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机答：（答：（1 1

5、）在数据线上流动着）在数据线上流动着2 2种信息流：指令流、数据流。种信息流：指令流、数据流。指令流：指令流：数据流：数据流：（2 2）在实现这一功能过程中，控制器协调着数据线上每种信息的有序流动。）在实现这一功能过程中，控制器协调着数据线上每种信息的有序流动。（3 3）运算器实现了）运算器实现了“3+43+4”的加法运算。的加法运算。 编写好的程序：输入设备编写好的程序：输入设备运算器运算器存储器存储器 执行程序时：执行程序时： 存储器存储器 控制器控制器“3 3”和和“4 4”：键盘（输入设备）：键盘（输入设备）运算器；运算器； “7 7”： 运算器运算器显示器显示器计算机组成计算机组成-

6、一个典型现代计算机系统的硬件组成一个典型现代计算机系统的硬件组成计算机组成计算机组成-一个典型现代计算机系统的硬件组成一个典型现代计算机系统的硬件组成中央处理器（中央处理器（Central Processing UnitCentral Processing Unit，CPUCPU），），专门用来执行专门用来执行指令的部件就是处理器。计算机中的处理器很多，运行系统软件指令的部件就是处理器。计算机中的处理器很多，运行系统软件和应用软件任务的处理器称为中央处理器计算机最核心的部件。和应用软件任务的处理器称为中央处理器计算机最核心的部件。 存储器（存储器（MemoryMemory）存储器的种类繁多存储

7、器的种类繁多，例如主存储器、磁盘等，例如主存储器、磁盘等 总线总线（BusBus）提供了计算机部件之间规范化交换数据的方式，包提供了计算机部件之间规范化交换数据的方式，包括一组共享的信息传输线和控制逻辑括一组共享的信息传输线和控制逻辑 。I/O I/O 设备设备 （Input/OutputInput/Output DevicesDevices）I/OI/O接口接口（Input/OutputInterfaceInput/OutputInterface）每个每个I/OI/O设备都通过一个控设备都通过一个控制器或适配卡与制器或适配卡与 I/OI/O总线相连。控制器与适配卡区别：封装方式总线相连。控制

8、器与适配卡区别：封装方式不同，控制器是置于不同，控制器是置于 I/OI/O设备本身或系统的主印刷电路板（通常设备本身或系统的主印刷电路板（通常称为主板）的芯片组中，而适配卡是一块插在主板插槽上的卡称为主板）的芯片组中，而适配卡是一块插在主板插槽上的卡 。 中央处理器中央处理器存储器存储器总线与接口总线与接口添加文本添加文本常用输出设备常用输出设备添加文本添加文本常用输入设备常用输入设备计计算算机机组组成成PCPC机组成机组成中央处理器中央处理器指令与指令系统指令与指令系统 CPU的基本组成的基本组成 程序与指令的执行过程程序与指令的执行过程 CPU的性能指标的性能指标 微处理器的发展和分类微处

9、理器的发展和分类 中央处理器中央处理器-指令与指令系统指令与指令系统机器语言程序示例机器语言程序示例指令指令 二进制形式二进制形式 中央处理器中央处理器-指令与指令系统指令与指令系统指令的基本格式：操作码、地址码指令的基本格式：操作码、地址码操作码：指令所要完成的操作，如加法、减法、传送、移位等。操作码：指令所要完成的操作，如加法、减法、传送、移位等。地址码：操作数地址、结果的地址或者下一条指令的地址。地址码：操作数地址、结果的地址或者下一条指令的地址。 例例2-22-2 计算机的一条加法指令：计算机的一条加法指令： MIPSMIPS一条加法指令：一条加法指令： 0000 0001 1111

10、0000 0111 0000 0000 0000 0000 0001 1111 0000 0111 0000 0000 0000 汇编格式：汇编格式： addadd A A，C C，F F 若若C C和和F F单元分别存放有数据单元分别存放有数据4 4和和3 3。请问这条指令执行后，。请问这条指令执行后，A A所在单元存储的所在单元存储的数据是多少？数据是多少？答：根据题意，该指令是一条加法指令，加法运算的结果保存在答：根据题意，该指令是一条加法指令，加法运算的结果保存在A A单元中，单元中，加法运算的两个加数分别是加法运算的两个加数分别是3 3和和4 4，3+4=73+4=7，所以，该指令执

11、行后，所以，该指令执行后A A 所在单元所在单元存储的数据是存储的数据是7 7。操作码操作码加数地址加数地址结果地址结果地址中央处理器中央处理器-指令与指令系统指令与指令系统指令系统提供了软件和硬件之间的界面指令系统提供了软件和硬件之间的界面一台计算机能执行的一台计算机能执行的所有指令所有指令的集合就构成这台计算机的的集合就构成这台计算机的指令系统指令系统 中央处理器中央处理器-指令与指令系统指令与指令系统 两种不同的指令集两种不同的指令集-CPU的不同设计理念和方法 复杂指令集CISC（ComplexInstructionSetComputer）精简指令集RISC（ReducedInstru