计算机的基本概念 系统硬件组成

* * 主要内容： 计算机的基本概念 系统硬件组成(主要部件、系统结构) 计算机的性能指标 第一章 概论 第一节 计算机的基本概念 1.1.1 冯 · 诺依曼思想 1. 用二进制代码表示程序和数据； 2. 计算机采用存储程序的工作方式； 3. 计算机硬件由存储器、运算器、控制 器、输入设备和输出设备组成。 1.1.2 信息的数字化表示 1. 在计算机中用数字代码表示各种信息 二进制代码 例1 用数字代码表示数据 5 - 5 表示为 0 101 表示为 1 101 例2 用数字代码表示字符 A B 表示为 1000001 表示为 1000010 例3 用数字代码表示命令、状态 启动 停止 正在工作 工作结束 表示为 00 表示为 01 表示为 10 表示为 11 2. 在物理机制上用数字信号 数字型电信号 例1 用电平信号表示数字代码 高电平 1 低电平 高电平 0 1 例2 用脉冲信号表示数字代码 有脉冲 无脉冲 有脉冲 1 0 1 表示数字代码 实现并行操作 实现串行操作 1.1.3 存储程序工作方式 1.事先编制程序 3.自动、连续地执行程序 2.事先存储程序 传统诺依曼机串行执行指令。 对传统诺依曼机的改造：增加并行处理功能。 第二节 计算机系统的硬件组成 1.2.1 主要功能部件 1. CPU 由运算器、控制器、寄存器组成。 (1) 运算器 1)功能：加工信息。 2)组成： 移位器 ALU 选择器 通用寄存器组 选择器 移位器 ALU 选择器 通用寄存器组 选择器 ALU: 通过加法器实现运算操作(由全加器求和、由进位链传递进位信号)。 移位器 ALU 选择器 通用寄存器组 选择器 通用寄存器组：提供操作数，存放运算结果。 移位器 ALU 选择器 通用寄存器组 选择器 选择器：选择操作数；选择控制条件，实现各种算法。 移位器 ALU 选择器 通用寄存器组 选择器 移位器：直接或者移位送出运算结果。 (2)控制器 1)功能：产生控制命令(微命令)， 控制全机操作。 2)组成： 微命令发生器 指令信息 状态信息 时序信号 微命令序列 微命令产生方式(指令执行控制方式)： 组合逻辑控制方式： 微程序控制方式： 由组合逻辑电 路产生微命令 由微指令产生微命令 存储体 地址寄存器 译码器 读/写线路 数据寄存器 控制线路 ………… ………… 2. 存储器 1)功能: 存储信息。 2)组成(主存储器)： 存储体 地址寄存器 译码器 读/写线路 数据寄存器 控制线路 ………… ………… 存储体: 存放信息的实体。 寻址系统：对地址码译码，选择存储单元。 读/写线路和数据寄存器：完成读/写操作，暂存读/写数据。 存储体 地址寄存器 译码器 读/写线路 数据寄存器 控制线路 ………… ………… 控制线路：产生读/写时序，控制读/写操作。 3. 输入/输出设备 1)功能：转换信息。 输入：原始信息 代码，送入主机 输出：处理结果 人所能接受的形式，并输出 (代码) 1.2.2 硬件系统结构 1. 以总线为基础的系统结构 总线：能为多个部件分时共享的一组信息传送线路。 总 线 部件 部件 部件 总 线 功能 内总线 局部总线 系统总线 外总线 信息 地址总线 数据总线 控制总线 时序 同步总线 异步总线 格式 并行总线 串行总线 方向 单向总线 双向总线 (1)以CPU为中心的双总线结构 CPU M 接口 接口 I/O I/O I/O 总线 M 总线 (2)单总线结构 CPU M 接口 接口 I/O I/O 系 统 总 线 (3)以M为中心的双总线结构 CPU M 接口 接口 I/O I/O 系 统 总 线 M 总线 (4)多级总线结构 CPU RAM ROM 公共接口 总线控制逻辑 M扩展板 I/O接口板 局部总线 系统总线 2. 采用通道或IOP的大型系统结构 (1)带通道的系统 I/O控制器 主机 I/O 通道 (2)带IOP的系统 CPU M 接口 I/O IOP LM 接口 I/O 系统总线 I/O总线 3. 模型机系统结构 系 统 总 线 CPU M 公共接口 接口