计算机的组成与分类
完成信息输出的设备 输出设备： 功能：把计算机中用“0” 和“1”表示的信息转换成人可直
接
识别和感知的形式 常见的输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音 箱 等 输入设备＋输出设备 ＝ I / O（Input / Output）设备
计算机的组成与分类
总线与I/O接口
总线：用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间 传输信息并协调它们工作的一种部件 前端总线：连接CPU和内存的总线
什么是BIOS （Basic Input/Output System）
• 中文名为“基本输入/输出系统”，它是存放在主板上只读 存储器（ROM）芯片中的一组机器语言程序
功能：
• 诊断计算机故障 • 启动计算机工作 • 控制基本的输入输出操作(键盘、鼠标、磁盘读写、屏幕显 示等)
BIOS 芯片
计算机的组成与分类
计算机硬件的组成
中央处理器（CPU） 内存储器 计算机硬件 外存储器 输入设备 输出设备 系 统 总 线 外围设备 （外设） 主机
CPU 主存储器
总线
外存储器 输入设备 输出设备
计算机的组成与分类
内存储器 中央处理器 系统总线 存储控制器
控制器 I/O接口
控制器 输出设备
控制器 外存储器接口 外存储器
数据1 数据2 数据m
内 存 储 数器
据
②CPU 从内存中逐条 读取该程序的指令及 相关的数据
④将指令的运算处理 结果送回内存保存
③CPU 逐 条 执行指令,按 指令要求完 成对数据的 运算和处理
CPU
CPU的结构与原理
Cpu的组成
• 寄存器
存取速度快 临时存放参加运算的数据和得到的中间(最后)结果
• 保存BIOS的只读存储器(ROM)芯片
BIOS 芯片中包含的程序
加电自检程序程序（POST）
(Power On Self Test)用于检测计算机硬件故障
系统自举程序（Boot）
启动计算机工作，加载并进入操作系统运行状态
CMOS设置程序
设置系统参数：日期、时间、口令、配置参数等
常用外部设备的驱动程序（Driver）
为主服务器（企业级服务器）
计算机的组成与分类
小型计算机
• 为多个用户执行任务，但它没有大型机的高性能，支持
的用户较少
• 小型机的典型应用是帮助中小企业完成信息处理任务， 如库存管理、销售管理、文档管理等
计算机的组成与分类
个人计算机
台式机：一般在办公室或家庭中使用
便携机：便于外出携带
笔记本（膝上机） 手持式计算机（掌上机）
代 别
第1代 20 世 纪 40 年 CPU：电子管 代 中 期 ～ 50 内存：磁鼓 年代末期 第2代 50 年 代 中 后 CPU：晶体管 期 ～ 60 年 代 内存：磁芯 中期 第3代 60 年 代 中 CPU：SSI，MSI 期 ～ 70 年 代 内存：SSI，MSI 初期 半导体存储器 第4代 20 世 纪 70 年 CPU：LSI、VLSI 代中期以来 内存：LSI、VLSI 的半导体存储器
芯片组举例
Pentium 4
CPU
DDR 2 双通道 DDR 2 音频Codec 电话Modem PCI 插槽(≤6个) 电源管理、时钟生成 USB 2.0接口(x8)
CPU前端总线
北桥
图形卡接口 82865P MCH
存 储 器
硬盘接口(x2) 以太网接口 键盘,鼠标,软驱,并 口,串口等 Super I/O
计算机的组成与分类

计算机的发展
世界上第一台计算机
时间：1946年 地点：美国宾夕法尼亚大学 名称：ENIAC 应用：为了计算弹道而研制
18000电子管，1500个继电器，重30吨，运算速度5000次/秒
计算机的组成分类

第1～4代计算机的对比
年 代 主要元器件 配置的软件 主要应用 使 用 机 器语 言和 汇 科学计算和工程 编语言编写程序 计算 使用 FORTRAN 等高级 开始广泛应用于 程序设计语言 数据处理领域 操 作 系 统， 数据 库 在科学计算 、 数 管 理 系 统等 开始 使 据处理、工业控 用 制等领域得到广 泛应用 软 件 工 程、 分布 式 深入到各行各业， 计 算 、 网络 软件 等 家庭和个人开始 开始广泛使用 使用计算机
实现对键盘、显示器、软驱和硬盘等常用外部设备输入输 出操作的控制
PC机的启动工作过程
1. 接通电源时CPU自动执行BIOS中的POST程序
1.1 按CMOS中的内容来识别硬件的配置, 测试各部件的工作状态 (发现 错误则报错) 1.2 初始化CPU、内存、ROM、主板、CMOS、显示卡、键盘、软驱和 硬盘等设备

用二进位表示，用来规定计算机执行什么操作
是构成程序的基本单位

2. 指令的组成
• 操作码：即命令词，指出计算机应执行何种操作 • 操作数地址：指出该指令所操作的数据或数据存放的位置
操作码
操作数地址
CPU的结构与原理
指令执行的过程
• CPU的控制器从存储器读取一条指令放入到指令寄存器
• 读取的指令经过译码，决定执行何种操作，操作数放在哪
• 巨型计算机（Supercomputer） • 大型计算机（Mainframe）
• 小型计算机（Minicomputer）
• 个人计算机（Personal Computer）
计算机的组成与分类
巨型计算机
• 采用大规模并行处理的体系结构，由数以百计、千计、 万计 的CPU组成； • 速度达到每秒数万亿次以上；
运 算 器
中 央 处 理 器
A: 任务启动时，程序从外存大量调入内存
B: CPU依次从内存取出指令和数据 C: CPU依次执行各条指令，完成数据的运算和处理
D: CPU将指令和数据的运算和处理结果送回内存保存
E: 任务结束时，将处理结果成批传回外存
CPU的结构与原理
指令与指令系统
1. 指令的定义
CPU插座
处理器 插槽
存储器插座 电源连接器

ROM ：存放最基础的软件——基本输入/输出系统(BIOS) CMOS存储器：存放系统的基本参数（日期、时间、口令等）,易失性
芯片组
主板的核心 芯片组与CPU芯片同步发展
芯片组决定了主板上所能安装的内存的最大容量、
速度及可使用内存条的类型 网卡、显卡、声卡等集成在芯片组
作用：
• 存放计算机硬件的参数（称为“配置信息”），包括日期和时间、 口令、软盘/硬盘/光盘驱动器的数目、类型及参数、显卡类型、cache 使用状况、启动机器时访问外存的顺序等，供BIOS程序使用
2. CPU自动执行自举程序
按照CMOS中预先设定的启动顺序，搜寻外存储器（软、硬盘或光 盘）
3. 从外存储器读出引导程序，然后由引导程序读出操 作系统并装入内存 4. 最后，将控制权交给操作系统，整个计算机由操作 系统所控制
关于CMOS 芯片
这是一个容量很小的RAM存储器，由电池供电，即 使计算机关机后也不会丢失所存储的信息
• 运算器（ALU）
对数据进行各种算术运算和逻辑运算
• 控制器（指挥中心）
组成：指令计数器＋指令寄存器
取指令，解释指令的含义（指令译码）产生控制其它部件的操 作控制信号，记录内部状态
CPU的结构与原理
控制信号
指令
外存
内 存 储 器
控制器 指令计数器 指令寄存器 控制信号
数据 运算结果
寄 存 器 组
计算机的组成与分类
单片计算机（嵌入式计算机）
是一种把处理器、存储器、输入／输出控制与接口电路等都集成
在同一块芯片上的大规模集成电路
CPU的结构与原理
(1) 计算机的工作原理：
存储程序控制-------冯.诺依曼
(2)主要内容：
• 指令与数据都用二进制编码形式存储、运行和运算
• 程序和数据预先存放在存储器内
I/O 总线：连接内存和I/O设备(包括外存)的总线
I/O接口：计算机系统中的I/O设备通过I/O接口与各自的 控制器连接，然后由控制器与总线相连
计算机的组成与分类
计算机的分类
1.按内部逻辑结构分为：
• 单处理机、多处理机(并行机)
2.按字长分为：
• 16位机、32位机或64位计算机等
3.按计算机的性能、用途和价格分为：
• 多用在军事、科研、气象预报、 石油勘探等领域
NEC SX-6/64MB巨型计算机外形
计算机的组成与分类
大型计算机
• 运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性
高、安全性好、有丰富的系统软件和应用软件
• 通常含有4、8、16、32个甚至更多个CPU;
• 为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，作
•
• • •
CPU的总线速度
高速缓存的容量与结构 指令系统 逻辑结构 MIPS(百万条定点指令/秒)
cache(高速缓存)
Cache存储器
cache是一种小容量高速 缓冲存储器，它由SRAM
8 4
9
14 10
3
组成
主存储器
10 4
主存中的部分信息拷 贝在cache存储器中
cache直接制作在CPU芯 片内，速度几乎与CPU 一样快
• 中央处理器：承担系统软件和应用软件运行任务的处理器
• 并行处理：使用多个CPU实现超高速计算的技术
计算机的组成与分类
内存储器和外存储器
• 存储器：把程序和数据存储起来的部件 • 内存储器(简称内存或主存) 存取速度快、容量相对小、价格相对高；