⑨第3章计算机基础知识 3.1计算机的基本组成及工作原理 3.2计算机硬件子系统 3.3计算机软件子系统 3.4数据表示 3.5数据存储 36多媒体技术基础 计算机导论(2014)
计算机导论(2014) 第3章 计算机基础知识 3.1 计算机的基本组成及工作原理 3.2 计算机硬件子系统 3.3 计算机软件子系统 3.4 数据表示 3.5 数据存储 3.6 多媒体技术基础
31计算机的基本组成及工作原理 →计算机的基本组成/硬件逻辑图 运算器 程序或 数据 输入设备 存储器 输出设备 果 控制器 计算机导论(2014)
计算机导论(2014) 3.1 计算机的基本组成及工作原理 计算机的基本组成/硬件逻辑图 结 果 程 序或 数 据 输入设备 输出设备 运算器 存储器 控制器
31计算机的基本组成及工作原理 计算机的工作原理 ◆运算器 arithmetic unit): ◆控制器( Control Unit):控制计算机各部分协调工作,由 指令寄存器 R(Instruction Register)、指令译码器 ID( nstruction Decoder)和操作控制器 DC(Operation Controller)三个部件组成。功能:它根据用户预先编好的 程序,依次从存储器中取出各条指令,放在指令寄存器R 中,通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作,然后通 过操作控制器OC,按确定的时序,向相应的部件发出微操 作控制信号。操作控制器OC中主要包括节拍脉冲发生器、 控制矩阵、时钟脉冲发生器、复位电路和启停电路等控制 逻辑。 计算机导论(2014)
计算机导论(2014) 3.1 计算机的基本组成及工作原理 计算机的工作原理 ◆运算器(arithmetic unit): 算术逻辑部件(Arithmetic Logical Unit, ALU)完成算术 运算(加、减,乘、除)和逻辑运算(与、或、非、异或), 以及移位(shift)、比较(cmp)、传送(mov)等运算。 累加器、状态寄存器(accumulator)、通用寄存器组等 组成 ◆控制器(Control Unit):控制计算机各部分协调工作,由 指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器 ID(Instruction Decoder)和操作控制器0C(Operation Controller)三个部件组成。功能:它根据用户预先编好的 程序,依次从存储器中取出各条指令,放在指令寄存器IR 中,通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作,然后通 过操作控制器OC,按确定的时序,向相应的部件发出微操 作控制信号。操作控制器OC中主要包括节拍脉冲发生器、 控制矩阵、时钟脉冲发生器、复位电路和启停电路等控制 逻辑
分类: 按存储介质 半导体存储器:用半导体器件组成的存储器。 磁表面存储器:用磁性材料做成的存储器。 按存储方式 随机存储器:任何存储单元的内容都能被随机存取,且存取时间和存储单元的物理位 顺序存储器:只能按某种顺序来存取,存取时间和存储单元的物理位置有关。 按读写功能 只读存储器(ROM:存储的内容是固定不变的,只能读出而不能写入的半导体存储器 随机读写存储器(RAM):既能读出又能写入的各存储器之间的关系 半导体存储器 按信息保存性 非永久记忆的存储器:断电后信息即消失的存储器。 永久记忆性存储器:断电后仍能保存信息的存储器。 按用途 根据存储器在计算机系统中所起的作用,可分为主存储器、辅助存储器、高速缓冲存 储器等。 为了解决对存储器要求容量大,速度快,成本低三者之间的矛盾,通常采用多级存储 即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。存储系统的分级结构 用途特点 髙速缓冲存储器 Cache高速存取指令和数据存取速度快,但存储容量小 主存储器内存存放计算杋运行期间的大量程序和数据存取速度较快,存储容量不大 外存储器外存存放系统程序和大型数据文件及数据库存储容量大,位成本低
计算机导论(2014) 3.1 计算机的基本组成及工作原理 计算机的工作原理 存储器:存放数据和程序。 输入设备:将数据和程序输入计算机。 输出设备:将运算结果输出。 分类: 按存储介质 半导体存储器:用半导体器件组成的存储器。 磁表面存储器:用磁性材料做成的存储器。 按存储方式 随机存储器:任何存储单元的内容都能被随机存取,且存取时间和存储单元的物理位置无关。 顺序存储器:只能按某种顺序来存取,存取时间和存储单元的物理位置有关。 按读写功能 只读存储器(ROM):存储的内容是固定不变的,只能读出而不能写入的半导体存储器。 随机读写存储器(RAM):既能读出又能写入的各存储器之间的关系 半导体存储器。 按信息保存性 非永久记忆的存储器:断电后信息即消失的存储器。 永久记忆性存储器:断电后仍能保存信息的存储器。 按用途 根据存储器在计算机系统中所起的作用,可分为主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存 储器等。 为了解决对存储器要求容量大,速度快,成本低三者之间的矛盾,通常采用多级存储器体系结构, 即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。存储系统的分级结构 用途特点 高速缓冲存储器Cache 高速存取指令和数据存取速度快,但存储容量小 主存储器内存存放计算机运行期间的大量程序和数据存取速度较快,存储容量不大 外存储器外存存放系统程序和大型数据文件及数据库存储容量大,位成本低
3.2计算机硬件子系统 中央处理器(主要包含运算器和控制器) 内存储器 →外存储器 显示器 CD或DVD驱动器 输入设备 软盘动器 →输出设备 电子部件 主板 总线 m一国 鼠标 画 打机 计算机导论(2014)
计算机导论(2014) 3.2 计算机硬件子系统 中央处理器(主要包含运算器和控制器) 内存储器 外存储器 输入设备 输出设备 主板 总线
321中虫理器 CPU的两大体系: 基本 URISC(Reduced Instruction Set Computer) 其包括 ARM/MMIPS/ PowerPC处理器。 aCISC(Complex Instruction Set Computer) 控其包括x86架构各种CPU,包括 寄AMD, NTEL. CYRIX,VIA公司生产的各种 芯片 CPU。 A MDa 4 rinteD) istanbul Core i7 计算机导论(2014)
计算机导论(2014) 3.2.1 中央处理器 基本组成 运算器 控制器 寄存器 芯片化的CPU称为微处理器 CPU的两大体系: RISC(Reduced Instruction Set Computer), 其包括ARM/MIPS/PowerPC处理器。 CISC(Complex Instruction Set Computer), 其包括x86架构各种CPU,包括 AMD,INTEL,CYRIX, VIA公司生产的各种 CPU
3.2.1中央处理器 主要性能指标 →兼容性( Compatibility):运行在旧款CPU上的程序不用修 改,就能直接在新款的CPU上运行,称为向下兼容 →字长 Word size):CPU一次能够处理的数据的二进制位 数,字长越长,运算速度就越快。 主频( Master frequency):主频是指CPU的时钟频率,它 决定了CPU每秒钟可以有多少个指令周期,可以执行多少 条指令。主频越高,CPU的运算速度也就越快。 计算机导论(2014)
计算机导论(2014) 3.2.1 中央处理器 主要性能指标 兼容性(Compatibility):运行在旧款CPU上的程序不用修 改,就能直接在新款的CPU上运行,称为向下兼容。 字长(Word Size):CPU一次能够处理的数据的二进制位 数,字长越长,运算速度就越快。 主频(Master Frequency):主频是指CPU的时钟频率,它 决定了CPU每秒钟可以有多少个指令周期,可以执行多少 条指令。主频越高,CPU的运算速度也就越快
3.2.2内存储器 主要特点 断电后存储的数据丢失。 用于存放要执行的程序和相应的数据。 常用的内存种类 随机存储器(RAM) 只读存储器(ROM) 高速缓存( Cache) 存储容量表示 1ZB=1024EB,1EB=1024PB,1PB=1024TB,1TB=1024GB 1GB=1024MB,1MB=1024KB,1KB=1024B 计算机导论(2014)
计算机导论(2014) 3.2.2 内存储器 主要特点 断电后存储的数据丢失。 用于存放要执行的程序和相应的数据。 常用的内存种类 随机存储器(RAM) 只读存储器(ROM ) 高速缓存(Cache) 存储容量表示 1ZB=1024EB,1EB=1024PB,1PB=1024TB,1TB=1024GB 1GB=1024MB,1MB=1024KB,1KB=1024B
3.2.2内存储器 随机存储器 ◆静态随机存储器( Static ram,SRAM) 在通电情况下,SRAM中存储的数据不会丢失,所以 不需定时刷新,存取速度快。其不足是集成度较低、 体积比较大、成本比较高,主要用于要求速度快、但 容量较小的高速缓存。 计算机导论(2014)
计算机导论(2014) 3.2.2 内存储器 随机存储器 静态随机存储器(Static RAM,SRAM ) 在通电情况下,SRAM中存储的数据不会丢失,所以 不需定时刷新,存取速度快。其不足是集成度较低、 体积比较大、成本比较高,主要用于要求速度快、但 容量较小的高速缓存
3.2.2内存储器 随机存储器 →动态随机存储器( Dynamic RaM,DRAM) DRAM存储单元需要定时刷新,否则存储的数据就会丢失, 存取速度比较慢,但集成度高、体积小、成本低。 →常用的是同步动态随机存储器( Synchronous DRAM, SDRAM 单倍数据速率 SDRAM( SDR-SDRAM) 双倍数据速率 SDRAM( DDR-SDRAM) 四倍数据速率 SDRAM( QDR-SDRAM) 计算机导论(2014)
计算机导论(2014) 3.2.2 内存储器 随机存储器 动态随机存储器( Dynamic RAM,DRAM) DRAM存储单元需要定时刷新,否则存储的数据就会丢失, 存取速度比较慢,但集成度高、体积小、成本低。 常用的是同步动态随机存储器(Synchronous DRAM,SDRAM) – 单倍数据速率SDRAM (SDR-SDRAM) – 双倍数据速率SDRAM (DDR-SDRAM) – 四倍数据速率SDRAM (QDR-SDRAM)