2021年计算机硬件体系结构讲义.ppt

一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统组成。
计算机的硬件系统一般由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成。其中：
中央处理器(简称CPU)=运算器+控制器
主机=中央处理器+主存储器
软件是指各类程序和数据，计算机软件包括计算机本身运行所需要的系统软件和用户完成任务所需要的应用软件。
计算机硬件体系结构
2021/1/26
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计算机的硬件系统
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冯·诺依曼型计算机是将程序和数据事先存放在存储器中，使计算机在工作时能够自动地从存储器中取出指令并执行。
根据冯·诺依曼计算机体系结构，在执行程序和处理数据时必须将程序和数据先要从外存储器装入主存储器中，然后使计算机在工作时自动地从存储器中取出指令并加以执行，这就是存储程序概念的基本原理。
冯·诺依曼型计算机的结构
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计算机系统的构成
典型的计算机硬件体系结构如下 ：
地址总线（AB）
RAM
I/O接口
I/O设备
ROM
数据总线（DB）
控制总线（CB）
CPU
（含运算器和控制器）
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冯·诺依曼计算机体系结构的主要特点是：
(1) 采用二进制形式表示程序和数据。
(2) 计算机硬件是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成 。
(3) 程序和数据以二进制形式存放在存储器中。
(4) 控制器根据存放在存储器中的指令 (程序) 工作。
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微型计算机的诞生与发展
微型计算机属于第四代电子计算机产品，即大规模及超大规模集成电路计算机。
微型机与其它几类计算机并没有本质上的差别。所不同的是微机将组成计算机硬件系统的两大核心部分一运算器和控制器，集成在一片集成电路芯片上，即中央处理器CPU。
CPU按照处理信息的字长分为：4位或8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及64位微处理器等。现在微机的CPU一般是32位或64位的处理器。

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微型计算机主机结构
微型机基本是由显示器、键盘和主机构成。在主机箱内有中央处理器CPU、主板、硬盘驱动器、CD ROM驱动器、软盘驱动器、电源、显示适配器(显示卡)等。
主 机
外部设备
运算器
控制器
内存储器
外存储器
存储器
输出设备
硬 件
CPU
输入设备
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微型计算机主机结构
CPU
CPU：运算器部件、寄存器部件和控制器部件。
CPU的主要性能指标 ：
(1) 主频/外频（主频=外频×倍频，即CPU工作频率）
(2) 数据总线宽度（即字长，指CPU传输数据的位数）
(3) 地址总线宽度（决定了CPU可访问的地址空间）
(4) 工作电压（低电压可减少CPU过热，降低功耗）
(5) 高速缓存Cache（加速CPU与其它设备间数据交换）
(6) 运算速度（CPU每秒能处理的指令数）
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微型计算机主机结构
1. 运算器
运算器是完成算术和逻辑运算的部件，又称算术和逻辑运算单元。计算机所完成的全部运算都是在运算器中进行的。运算器的核心部件是:
(1) 运算逻辑部件
(2) 寄存器部件
2. 控制器
控制器负责从存储器中取出指令，并对指令进行译码，并根据指令译码的结果，按指令先后顺序，负责向其它各部件发出控制信号，保证各部件协调一致地完成各种操作。
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微型计算机主机结构
控制器主要由以下部件组成：
① 程序计数器。存放下一条将要执行的指令在内存中的地址；
② 指令寄存器。在一条指令执行期间保存现在正在执行的指令；
③ 指令译码器。用来识别指令的功能，分析指令的操作要求；
④ 时序部件。产生计算机工作中所需的各种