第章计算机系统的基本构成.ppt

第一章 计算机系统概论 计算机系统的基本构成 计算机系统的结构 计算机系统的发展历史 数据编码和数据运算 嵌入式系统简介 1、计算机系统的基本构成 1.1 计算机的基本构成 1. 运算器 2. 存储器 3. 控制器 4. 输入/输出设备 5. 系统连接 1.2 计算机软件概述 1. 软件的分类 2. 操作系统的概念 3 计算机语言及其编译 1.3 计算机系统的历史与发展 微型计算机 以微处理器为核心 配以由大规模集成电路的存储器（ROM/RAM）、输入/输出接口（I/O）电路及系统总线（BUS）等所组成的计算机。 将这些组成部分集成在一片超大规模集成电路芯片上则构成单片微型计算机 单片机 嵌入式计算机 微型计算机的构成 冯.诺依曼结构和哈佛结构 冯.诺依曼结构 五大组成部分 . 单存储器 二进制 存储程序 控制器根据存放在存储器中的指令序列工作 普林斯顿结构 哈佛结构 双存储器 . 指令存储器 . 数据存储器 微型计算机系统 以微型计算机为中心 配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件 系统软件 应用软件 微型计算机系统的构成 微型计算机系统的构成 计算机的硬件结构－基本概念 ALU（运算器） 存储器（读、写、访问） 容量（字、字节） 字长 指令 程序 CPU 主机 总线 运算器 运算器是完成运算功能的部件。 运算器中有一个算术逻辑单元（ALU），它执行各种数据运算操作。 算术运算：加、减、乘、除、数据格 式转换。 逻辑运算：按位对数据进行与、或、非、移位等运算。 ALU是一个多功能的运算电路，进行何种运算取决于由控制器发出的控制信号。 ALU由2个输入端，可同时输入两个参加运算的数据。 在运算器中有若干个临时存放数据的寄存器，用于存储最频繁使用的数据。 存储器 高速缓存：Cache 主存储器（内存）：（RAM+ROM） 辅助存储器（外存）：磁盘、U盘、磁带、光盘等。 存储器内的数据 位bit 计算机所能表示的最小最基本的数据单位 取值只能为0或1的一个二进制数值位 记作b 字节byte 由8个位二进制位组成 用作计算存储容量的单位 是所有存储器的基本存储数据单元。 记作B 1KB = 1024B 1MB = 1024KB 1GB = 1024MB 1TB = 1024GB 存储器内的数据 字（word） 一次可以直接处理的二进制数码的位数 通常取决于微处理器内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度 如CPU的数据总线是16位的， 1word=16bit 如CPU的数据总线是32位的， 1word=32bit 字长反映了计算机中并行运算的能力。 双字 四倍字 存储器 字数：存储器的地址范围 所需要的地址总线 位数：存储器的数据范围 所需要的数据总线 通常带地址的存储器基本单元 都是1Byte（8bit）的数据容量 存储器组织 8位 16位 32位 控制器—指令 控制器在计算机指令的控制下进行工作。 计算机指令是一种经过编码的操作命令。 它指定需要进行的操作，支配计算机中信息的传递以及计算机与I/O设备间的传递。 控制器对指令进行译码，并根据指令的操作要求指挥所有其它部件的工作，为此它根据指令生成一系列时序控制信号，控制其它单元工作。 控制器不断地从存储器中读取指令，然后分析指令的含义（译码），并执行该指令的操作，执行完成以后又从存储器中读取下一条指令。 一条计算机指令的功能是有限的，完成复杂的运算功能需要将多条指令组合起来构成一个指令序列。这样的一个完成某种功能的指令序列成为程序。 指令在计算机中用二进制的代码（机器码）表示，以便于硬件的识别。 程序在执行前存储在主存储器中，控制器通常按指令的顺序自动地从存储器中取出指令并依次执行，或者根据指令决定执行的顺序（如跳转指令等）。 运算器和控制器一起构成了计算机的中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。它是计算机的核心部件。 通常还把CPU、存储器和输入/输出接口电路和在一起构成的电路系统称为主机（也即微型计算机） 连接计算机各个部分的方式可以采用总线的方式。 总线是计算机中连接各个功能模块的纽带，是计算机各模块之间进行信息传输的公共线路。 连接在总线上的模块分为发送模块和接收模块，构成信息的接收方和发送方。 总线上的设备可分为主设备和从设备两大类。 总线主设备：能够启动总线服务的设备（如CPU）。 总线从设备：只能等待启动命令的被动型设备。 可按以下特性来对总线进行分类： 物理特性 功能特性 电气特性 总线－物理特性 按连线的类型 电缆式：通常采用扁平电缆连接线路板 主板式：在主机板上采用插槽方式供功能板插入。 背板式：在机箱中设置一个专门的总线插槽板。 按连线的数量 串行总线：用一条数据线进行数据传输。 并行总线：一般有8位、