計算機應用基礎課程第04講計算機系統(tǒng)組成New課件

2023/10/7計算機應用基礎劉謙1《計算機應用基礎》第4講2.計算機系統(tǒng)組成和工作原理2023/8/3計算機應用基礎劉謙1《計算機應用基礎》第2023/10/7計算機應用基礎劉謙2

第一章計算機基礎知識1.4計算機系統(tǒng)的組成和工作原理要求認真識讀本節(jié)3遍以上2023/8/3計算機應用基礎劉謙2第一章計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙31.4計算機系統(tǒng)的組成和工作原理教學重點：計算機的硬件組成教學難點：計算機的工作原理相關概念：硬件、軟件、CPU、內存、字節(jié)、字、地址2023/8/3計算機應用基礎劉謙31.4計算機系統(tǒng)的2023/10/7計算機應用基礎劉謙41.4.1計算機的硬件組成馮·諾依曼計算機【vonNeumannmachine】1945年6月，美籍匈牙利科學家馮·諾依曼提出了在數(shù)字計算機內部的存儲器中存放程序的概念，這是所有現(xiàn)代電子計算機的模板，被稱為“馮·諾依曼結構”，按這一結構建造的電腦稱為存儲程序計算機（StoredProgramComputer），又稱為通用計算機。馮·諾依曼理論的要點是：數(shù)字計算機的數(shù)制采用二進制；計算機應該按照程序順序執(zhí)行。2023/8/3計算機應用基礎劉謙41.4.1計算機2023/10/7計算機應用基礎劉謙51.4.1計算機的硬件組成

控制器運算器主存儲器輔助存儲器輸入設備輸出設備CPU馮?諾依曼結構計算機至少由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備5部分組成圖1計算機的硬件系統(tǒng)2023/8/3計算機應用基礎劉謙51.4.1計算機

2023/10/7計算機應用基礎劉謙61.4.1計算機的硬件組成圖2計算機系統(tǒng)的基本組成一個完整的計算機系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成外存儲器輸入設備輸出設備

計算機系統(tǒng)運算器控制器中央處理器內存儲器外部設備主機系統(tǒng)軟件應用軟件軟件硬件2023/8/3計算機應用基礎劉謙61.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙71.4.1計算機的硬件組成硬件：是組成計算機的物理設備的總稱，由各種器件和電子線路組成。是計算機進行工作的物質基礎。軟件：是在硬件設備上運行的各種程序以及有關資料的總稱。裸機：沒有軟件的計算機通常稱為裸機。2023/8/3計算機應用基礎劉謙71.4.1計算機2023/10/7計算機應用基礎劉謙81.4.1計算機的硬件組成

用二進制形式表示數(shù)據和指令程序和數(shù)據一樣存放在存儲器中計算機系統(tǒng)由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成計算機能夠完成的基本操作和主要功能：1、輸入2、處理3、輸出4、存儲馮·諾依曼計算機結構2023/8/3計算機應用基礎劉謙81.4.1計算機2023/10/7計算機應用基礎劉謙91.4.1計算機的硬件組成1.運算器運算器又稱算術邏輯單元，其功能是執(zhí)行算術運算和邏輯運算。2.控制器控制器是整個機器的控制中心，它的主要作用是使計算機能夠按照人們預先確定的操作步驟自動地執(zhí)行程序，并控制計算機的各部件協(xié)調一致地自動工作。在概念上，控制器并不容易理解！粗略地：控制器主要有四個組成部件：程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、操作控制器等。2023/8/3計算機應用基礎劉謙91.4.1計算機2023/10/7計算機應用基礎劉謙101.4.1計算機的硬件組成在微型計算機系統(tǒng)中，通常將運算器和控制器合稱為CPU（CentralProcessingUnit）。計算機所發(fā)生的全部動作都受CPU的控制?？刂破魇菍τ嬎銠C發(fā)布命令的“決策機構”，用來協(xié)調和指揮整個計算機系統(tǒng)的操作，它本身不具有運算功能，而是通過讀取各種指令，并對其進行翻譯、分析，而后對各部件作出相應控制。運算器+控制器=CPU2023/8/3計算機應用基礎劉謙101.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙111.4.1計算機的硬件組成中央處理器(CPU)是計算機的心臟，CPU品質的高低直接決定了計算機系統(tǒng)的檔次。單條指令能夠處理數(shù)據位數(shù)是CPU的一個最重要的品質標志，稱作字長（機器數(shù)概念）。當前主流CPU的處理位數(shù)為64位的二進制數(shù)據。市場流行CPU是Intel和AMD公司所生產的CPU。2023/8/3計算機應用基礎劉謙111.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙121.4.1計算機的硬件組成2012～2013主流CPU（INTEL

系列）酷睿（Core）

2系列代表型號：E7500、E8200、Q8300、QX9770等等酷睿I系列有一代、二代和三代，二代的代表型號有：I32100、I52300、I72600等等。Intel在2012年4月推出的第三代Corei系列處理器，代表型號有：酷睿i53570K、酷睿i53550、酷睿i53450、酷睿i73770K、酷睿i73770S、酷睿i73820QM、酷睿i73920XM2023/8/3計算機應用基礎劉謙121.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙13酷睿I7系列

第四代代表型號酷睿i74770K

參考價格：￥2230[北京]插槽類型：LGA1150CPU主頻：3.5GHz最大睿頻：3.9GHz制作工藝：22納米二級緩存：4×256KB三級緩存：8MB核心數(shù)量：四核心八線程熱設計功耗(TDP)：84W適用類型：臺式機倍頻：39倍外頻：100MHz內存控制器：雙通道DDR31333/1600支持最大內存：32GBCPU系列：酷睿i74770K針腳數(shù)目：1150pin

線程數(shù)：八線程1.4.1計算機的硬件組成2023/8/3計算機應用基礎劉謙13酷睿I7系列第四2023/10/7計算機應用基礎劉謙14酷睿I5系列

第四代代表型號酷睿i54570K

參考價格：￥

1140[北京]插槽類型：LGA1150CPU主頻：3.2GHz制作工藝：22納米二級緩存：256KB三級緩存：6MB核心數(shù)量：四核心

四線程熱設計功耗(TDP)：84W適用類型：臺式機內存控制器：雙通道DDR31333/1600支持最大內存：32GBCPU系列：酷睿i54570K針腳數(shù)目：1150pin

1.4.1計算機的硬件組成2023/8/3計算機應用基礎劉謙14酷睿I5系列第四2023/10/7計算機應用基礎劉謙15酷睿I3系列

第四代代表型號酷睿i34130（盒）

參考價格：￥

745[北京]插槽類型：LGA1150CPU主頻：3.4GHz

制作工藝：22納米二級緩存：256KB三級緩存：3MB核心數(shù)量：雙核心

四線程熱設計功耗(TDP)：54W適用類型：臺式機內存控制器：DDR31600/1333/1066支持最大內存：32GBCPU系列：酷睿i34130針腳數(shù)目：1150pin

1.4.1計算機的硬件組成2023/8/3計算機應用基礎劉謙15酷睿I3系列第四2023/10/7計算機應用基礎劉謙161.4.1計算機的硬件組成2014主流CPU（AMD

系列）AMDFX-8320參數(shù)參考價：￥969插槽類型：socketAM3+CPU主頻：3.5GHz動態(tài)超頻最高頻率：4GHz制作工藝：32納米二級緩存：8MB三級緩存：8MB核心數(shù)量：八核心核心代號：Trinity熱設計功耗(TDP)：125W適用類型：臺式機倍頻：17.5倍外頻：200MHz內存控制器：雙通道DDR318662023/8/3計算機應用基礎劉謙161.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙171.4.1計算機的硬件組成2014主流CPU（AMD

系列）AMDA10-6800K（盒）￥920[北京]插槽類型：SocketFM2CPU主頻：4.1GHz最大睿頻：4.4GHz制作工藝：32納米二級緩存：4MB核心數(shù)量：四核心四線程核心代號：Piledriver熱設計功耗(TDP)：100W適用類型：臺式機倍頻：20.5倍外頻：200MHz內存控制器：雙通道DDR321332023/8/3計算機應用基礎劉謙171.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙181.4.1計算機的硬件組成主流CPU排行榜1、Intel酷睿i54570（盒）￥1280[北京]

2、AMDA10-6800K（盒）

￥920[北京]3、Intel酷睿i34130（盒）￥745[北京]

4、Intel酷睿i74770K（盒）￥2230[北京]5、AMDA8-5600K（盒）6、AMDA10-5800K（盒）7、Intel奔騰G3220（盒）8、Intel奔騰G2020（盒）9、Intel酷睿i33220（盒）10、AMD速龍IIX4750K（盒）2023/8/3計算機應用基礎劉謙181.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙191.4.1計算機的硬件組成3.存儲器存儲器是計算機用來存儲信息的重要功能部件。主要功能是存放程序和數(shù)據。從存儲器中取出信息稱為讀出；將信息存入存儲器稱為寫入。特點（要點）：從存儲器讀出信息后，原內容保持不變；向存儲器寫入信息后，則原內容被新內容所代替。通常情況下將存儲器劃分為主存儲器（內存儲器）和輔助存儲器（外存儲器）兩類。2023/8/3計算機應用基礎劉謙191.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙201.4.1計算機的硬件組成3.存儲器⑴主存儲器(簡稱內存)

在計算機運行時，主存儲器用來存放要執(zhí)行的程序和數(shù)據。現(xiàn)在的主存儲器大多是由半導體構成。⑵輔助存儲器(簡稱外存)

輔助存儲器用來存放暫時不用的程序和數(shù)據。常用作輔助存儲器的有軟盤、硬盤、光盤、優(yōu)盤、磁帶等。它們屬于外部設備。在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中普遍存在另一種存儲器：高速緩沖存儲器（Cache）?？蓴U展...2023/8/3計算機應用基礎劉謙201.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙211.4.1計算機的硬件組成

1)只讀存儲器(ROM)：只能讀出不能寫入，用于存放內容不變的信息。2)隨機存儲器(RAM)：可隨機存取，用于存放現(xiàn)場的程序和數(shù)據，斷電后信息會立即消失。內存存儲器內存外存ROMRAM高速緩沖存儲器Cache一般隨機存儲器（內存條RAM）2023/8/3計算機應用基礎劉謙211.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙221.4.1計算機的硬件組成3.存儲器(內存和外存的區(qū)別）內存用于存放計算機當前正待運行的程序和數(shù)據，速度較快、容量較小，可直接與中央處理器CPU交換信息。外存用于存放暫時不用的程序和數(shù)據，速度相對較慢，容量較大，價格較低，不能直接與中央處理器CPU交換信息，但它可以與內存交換信息。因此，外存儲器中的程序和數(shù)據必須先調入內存方可被CPU訪問。2023/8/3計算機應用基礎劉謙221.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙231.4.1計算機的硬件組成外存儲器（硬盤）

希捷Desktop4TB5900轉8GB混合硬盤

（ST4000DX001）參數(shù)（報價1499元）硬盤容量：4000GB轉速：5900rpm適用類型：臺式機接口類型：SATA3.0SSD緩存：8GB緩存：64MB接口速率：6GB/s硬盤尺寸：3.5英寸單碟容量：1000GB盤片數(shù)量：4片磁頭數(shù)量：8個其他特點：快速、穩(wěn)定、高品質2023/8/3計算機應用基礎劉謙231.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙241.4.1計算機的硬件組成主流外存儲器（硬盤）

硬盤排行希捷Barracuda1TB7200rpm64MB單碟￥370[北京]2希捷Barracuda2TB7200rpm64MBSATA3￥520[北京]3希捷Barracuda3TB7200rpm64MBSATA3￥710[北京]4西部數(shù)據500GB7200轉16MBSATA3藍盤（WD5000AAKX)

5西部數(shù)據1TB7200rpm64MBSATA3藍盤￥380[北京]2023/8/3計算機應用基礎劉謙241.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙251.4.1計算機的硬件組成問題：存儲器的容量單位？

附：主存儲器相關的重要概念①地址為了便于對存儲器中存放的信息進行管理，整個內存被劃分成許多存儲單元，每個存儲單元都有一個編號，此編號稱為地址（Address）②位(bit)存放一位二進制數(shù)（即0或1）的存儲單位稱為位。電子計算機內部的信息表示方式是二進制，而不是十進制、十六進制、八進制或者其他進制。2023/8/3計算機應用基礎劉謙251.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙261.4.1計算機的硬件組成③字長

字(Word)是可作為獨立的信息單位進行處理的若干位的組合，是計算機內部進行數(shù)據處理的基本單元，通常它與計算機內部的寄存器、運算裝置、數(shù)據總線寬度相一致。字所包含的二進位個數(shù)稱為字長。字長一般是字節(jié)的整數(shù)倍。例如，通常所說的64位機指的是字長為64位的計算機處理器。字長是計算機的一個重要的性能指標，字長越長表示計算機一次運算的數(shù)的范圍越大、精度越高，因此速度越快。2023/8/3計算機應用基礎劉謙261.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙271.4.1計算機的硬件組成最早的微處理器(71年)字長為4位，后來陸續(xù)增長為8位、16位、32位及64位；目前最大字長為64位。④字節(jié)(Byte)

把相鄰的8位二進制數(shù)稱為一個字節(jié)

1Byte=8bit字節(jié)的長度是固定的，但不同的計算機的字長可以是不同的。8位微機的字長就是一個字節(jié)，而16位微機的字長等于2字節(jié)，32位微機的字長等于4字節(jié)。2023/8/3計算機應用基礎劉謙271.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙281.4.1計算機的硬件組成問題：存儲器的容量單位？主存儲器容量的基本單位是字節(jié)(Byte)。常用容量的擴展單位有KB、MB、GB、TB，它們之間的關系是：1KB=210B=1024B

1MB=1024KB

1GB=1024MB

1TB=1024GB字節(jié)和字(長)的區(qū)別：英文字符用8位二進制就可以表示，所以通常就將8位稱為一個字節(jié)。字長的長度是不固定的，對于不同的CPU、字長的長度也不一樣，32位的CPU一次就能處理4個字節(jié)。2023/8/3計算機應用基礎劉謙281.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙291.4.1計算機的硬件組成①位/比特（bit）：這是內存中最小的單位，二進制數(shù)序列中的一個0或一個1就是一比比特。②字節(jié)（B、Byte）：是計算機中最常用、最基本的存貯單位。一個字節(jié)等于8個比特，即

1Byte＝8bit。③千字節(jié)（KB、KiloByte）：1KB＝1024Byte④兆字節(jié)（MB、MegaByte）：1MB＝1024KB⑤吉字節(jié)（GB、GigaByte）：1GB＝1024MB⑥太字節(jié)（TB、Terabyte）：1TB＝1024GB2023/8/3計算機應用基礎劉謙291.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙301.4.1計算機的硬件組成4.輸入設備輸入設備要將程序和數(shù)據轉換為計算機能識別和接受的信息存放到內存中去。常用的輸入設備有鍵盤、鼠標、掃描儀、光筆、數(shù)字化儀等。5.輸出設備輸出設備是把運算器處理結果轉換成人們易于理解、閱讀的形式的設備。常用的輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀等。磁盤及磁盤驅動器是計算機中的常用設備，計算機既能從它上面讀取數(shù)據（輸入），也能把數(shù)據保存到它上面（輸出）。2023/8/3計算機應用基礎劉謙301.4.1計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙31計算機的基本原理是存貯程序和程序控制。存貯程序是指預先要把指揮計算機如何進行操作的指令序列（稱為程序）和原始數(shù)據通過輸入設備輸送到計算機內存貯器中存貯。程序控制是指程序和原始數(shù)據預先存貯在存貯器中，工作時由控制器執(zhí)行這些程序(程序中的每一條指令中明確規(guī)定了計算機從哪個地址取數(shù)，進行什么操作，然后送到什么地址去等步驟)，控制計算機自動連續(xù)進行運算。1.4.2計算機的工作原理2023/8/3計算機應用基礎劉謙31計算機的基本原理是2023/10/7計算機應用基礎劉謙321.4.2計算機的工作原理計算機的基本原理是存貯程序和程序控制。這一原理最初是由美籍匈牙利數(shù)學家馮.諾依曼于1945年提出來的，故稱為馮.諾依曼原理?！按鎯Τ绦颉钡脑O計思想是采用二進制計算、存儲程序并在程序控制下自動執(zhí)行的思想。根據馮.諾依曼的設計，計算機應能自動執(zhí)行程序，而執(zhí)行程序又歸結為逐條執(zhí)行指令。計算機的工作原理核心包含2部分：編寫并且存貯程序、自動逐條執(zhí)行程序(指令)。2023/8/3計算機應用基礎劉謙321.4.2計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙33

程序基本指令基本指令基本指令……步驟基本動作基本動作計算機（存儲和執(zhí)行程序）工作項目基本動作……圖3存貯程序和程序控制示意圖1.4.2計算機的工作原理2023/8/3計算機應用基礎劉謙33程序基本指令基2023/10/7計算機應用基礎劉謙34程序是如何控制計算機自動執(zhí)行的？（1）取出基本指令根據程序計數(shù)器中的地址，從內存儲器中取出指令，并送到CPU內部的指令寄存器中。（2）分析指令或稱指令譯碼。把保存在指令寄存器中的指令送到指令譯碼器，譯出該指令對應的微操作信號，控制各個部件的操作。（3）取操作數(shù)如果需要，發(fā)出取數(shù)據命令，到存儲器取出所需的操作數(shù)。1.4.2計算機的工作原理2023/8/3計算機應用基礎劉謙34程序是如何控制計算2023/10/7計算機應用基礎劉謙35（4）執(zhí)行指令由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需要的一系列控制信號，執(zhí)行該指令所要求的操作。（5）保存結果：如果需要保存計算結果，則把結果保存到指定的存儲器單元中。（6）取下一條指令一條指令執(zhí)行完成后，將下一條要執(zhí)行的指令地址送入程序計數(shù)器。這有兩種情況，若按指令的順序執(zhí)行，則將程序計數(shù)器加1；若發(fā)生轉移，則將轉移地址碼送入程序計數(shù)器。1.4.2計算機的工作原理2023/8/3計算機應用基礎劉謙35（4）執(zhí)行指令2023/10/7計算機應用基礎劉謙36計算機的工作原理：根據任務和目標，事先編寫好相應的程序（程序是指令的集合）。程序和數(shù)據一樣都被存貯到存貯器中，計算機在運行時，先從內存中取出第一條指令，通過控制器的譯碼，按指令的要求，從存貯器中取出數(shù)據進行指定的運算和邏輯操作等加工(，然后再按地址把結果送到內存中去)。接下來，再取出第二條指令，……，依此進行下去，直至遇到停止指令。從而在控制器的指揮下完成程序中所規(guī)定操作。1.4.2計算機的工作原理2023/8/3計算機應用基礎劉謙36計算機的工作原理：2023/10/7計算機應用基礎劉謙37補充1：指令能夠被計算機識別并