計算機硬件系統的構成部件§5.1計算機硬件系統組成§5.2中心處理器（CPU）§5.3存儲系統§5.4指令系統1計算機系統的基本構成中心處理器一般也稱為CPU，是計算機的核心，具有運算實力和限制功能。計算機由CPU、內存儲器、輸入輸出接口電路和系統總線構成，通常稱為計算機主機。計算機系統是以計算機為主體，并配上外設和系統軟件之后構成的軟硬件系統。我們通常所說的“計算機”，其精確的名稱應當是計算機系統。2計算機硬件系統計算機硬件系統是構成計算機的物理裝置，是看得見、摸得著的一些實實在在的有形實體。目前的計算機硬件系統接受的仍是計算機的經典結構——馮·諾依曼結構，即接受總線結構將運算器、限制器、存儲器、輸入設備和輸出設備5大部件連接起來。其中，運算器和限制器構成了計算機的核心部件——中心處理器（CenterProcessUnit，簡稱CPU）。數據流控制流各部分的功能：運算器：算術運算或邏輯運算限制器：取指令、譯碼、執行指令存儲器：保存信息內存：ROM(只讀存儲器)RAM(隨機存儲器，斷電后信息全部丟失)外存：磁盤(軟盤、硬盤)、光盤、磁帶輸入設備：輸入數據(鍵盤、鼠標、掃描儀、光筆等)輸出設備：輸出數據(顯示器、打印機、繪圖儀等)3中心處理器限制器與運算器合在一起，制成一塊芯片，稱為中心處理器（機），簡稱CPU。限制器：指揮計算機各部件依據指令功能的要求進行操作。它從存儲器中取指令、分析、說明、執行計算機指令，產生限制信號，限制計算機各部件協調工作，實現相應的功能。4

總線（BUS）

CPU對外的標準信號連接線，稱為總線。包括地址總線、數據總線和限制總線。運算器（ALU）：實現算數邏輯運算。5CPU結構與系統總線6指令和程序指令是對計算機進行程序限制的最小單位，一個CPU能夠執行的全部指令的集合稱為該CPU的指令系統。程序是人們為解決某項任務而編寫的指令的有序集合。指令的不同組合方式，可以構成完成不同任務的程序。指令格式

操作碼

地址碼

執行什么操作數據在存儲器中的存放位置7計算機的工作過程計算機的工作過程就是執行程序的過程。在運行程序之前，首先通過輸入設備將編好的程序和原始數據輸送到計算機內存儲器中，然后依據指令的依次，依次執行指令。執行一條指令的過程是：讀取指令：從內存儲器中取出要執行的指令送到CPU內部的指令寄存器暫存分析指令：把保存在指令寄存器中的指令送到指令譯碼器，譯出該指令對應的操作執行指令：CPU向各個部件發出相應限制信號，完成指令規定的操作8微型機主機的邏輯結構內存，又稱主存，是微型機主機的組成部分，存放當前正在運用或隨時要運用的程序和數據，是CPU可以干脆訪問的存儲器。CPU控制器運算器寄存器微處理器是計算機硬件系統的核心部件，負責限制和協調整個計算機系統的工作Cache計算機后面板I/O接口

主機與外設之間不能干脆進行信息交換，必需通過I/O接口才能完成信息傳送。I/O接口所起的作用是：數據緩沖。解決高速主機與低速外設間的沖突信號格式協作。處理外設與CPU之間不同的信息格式，如A/D、D/A轉換，串/并、并/串轉換電平和驅動實力協作。使外設和主機的信號電平一樣，并提高CPU信號的驅動實力時序協作。使主機與外設協調工作設備選擇。每臺外設都有設備地址9微型計算機概述主要性能指標：字長、主頻、內存容量、運算速度分類：按組成結構分單片機、單板機、多板機按用途分臺式、便攜式、手持式發展方向：高速化P4主頻達3.40GHz超小型化筆記本電腦多媒體化多媒體處理器網絡化網絡計算機隱形化電視或影音計算機10計算機的總線總線是計算機傳輸指令、數據和地址的通道，是計算機各部件聯系的紐帶。依據傳送信息的類型，總線分為：數據總線(用于傳送數據,位數等于機器字長)、地址總線(用來傳送存儲單元或輸入輸出接口的地址信號，位數確定存儲器的最大容量,如24位總線的尋址數為224=16M個地址)、限制總線(傳送限制器的各種限制信號)。依據總線在計算機中的位置可以分為內部總線和外部總線。微機的結構示意圖ISA總線：工業標準總線，16位，8MHz，數據傳輸率8Mb/s，尋址空間1MB，常用于80286至80486微處理器PCI總線：外部設備互聯總線，Intel公司1991年推出，32或64位，33MHz，數據傳輸率133Mb/s，常用于Pentium微處理器AGP是Intel公司推出的新一代圖形顯示卡專用總線，AGP顯示卡同主板芯片組干脆相連，大幅提高了電腦對3D圖形的顯示實力，32位，66.6MHz，其視頻信號的傳送速率可以從PCI總線的133MB/s提高到266MB/s、533MB/s、1.064GB/s和2.128GB/s。11微型機主機的物理構成

微型計算機的主機板CPU插座內存條插槽串行接口AGP擴展槽PCI擴展槽北橋芯片南橋芯片北橋芯片供應對CPU、內存、AGP顯卡等高速部件的支持以及與PCI總線的橋接；南橋芯片供應對鍵盤接口、鼠標接口、實時時鐘限制器、串行口、并行口、USB接口及磁盤驅動器接口的支持，以及與ISA總線的橋接。BIOS是一組有關微機系統最重要的基本輸入輸出程序，固化在微機主板上的一個ROM芯片中。BIOS功能主要有：上電自檢。微機接通電源后，系統首先由POST程序來對內部各個設備進行檢查。系統初始化(含可編程接口芯片的初始化)，設置BIOS中包含的中斷服務程序的中斷矢量啟動自舉程序。將操作系統中的初始引導程序裝入內存，并由引導程序來完成操作系統的順當啟動。BIOS系統設置程序。12BIOS請問計算機硬件與操作系統之間是通什么連接的呢？？BIOS是什么意思？？13BIOS的簡介

BIOS是計算機硬件與操作系統的接口．BIOS的全稱為BaseInputOutputSytem,叫基本的輸入輸出系統．BIOS既屬于軟件又屬于硬件，它的主體是程序和數據，本質是軟件；而用來存儲它的FlashROM芯片才是硬件．

那我們叫它硬件？軟件？14我們來回答上面的問題，假如把它分開軟件與硬件的屬性都有．這樣就不好叫了，因此在在ＩＴ文獻中把BIOS歸為Firmware－－固件，這樣似乎更合理．15BIOS的幾大版本目前BIOS有三大版本，它們是AwardBIOS﹑AMIBIOS﹑PhoenixBIOS等等．

16BIOS功能1、啟動電腦時：自檢、初始化、加載操作系統2、程序服務處理：為應用程序和操作系統供應主要與輸入輸出設備有關的服務3、硬件中斷處理

17存儲器計算機用來存放程序和數據的記憶部件，是計算機各種信息（數據）存放和溝通的中心。按存儲介質分類：半導體器件、磁性材料、光學材料基本功能：在限制器的限制下依據指令中的地址存入或取出數據。18

存儲器的性能指標

存儲容量:存儲器容量的基本單位，字節Byte—8位。1KB＝1024Bytes1MB＝1024KB1GB＝1024MB1TB＝1024GBK（千）、M（兆）、G（千兆，吉）、T（兆兆，太拉）19存儲周期（速度）:

對內存進行一次讀寫操作，到可進行下一次讀寫操作的全部耗時。存儲器價格:C/S（總價/容量）**三個指標相互制約20通用寄存器堆指令和數據緩沖棧Cache（靜態隨機存儲器SRAM）主存儲器（動態隨機存儲器DRAM）聯機外部存儲器（磁盤存儲器等）脫機外部存儲器（磁帶、光盤、優盤）第1層第2層第3層第4層第5層第6層存儲容量越來越大，每位的價格越來越便宜訪問速度越來越快CPU內部存儲器系統的層次結構21存儲器的主要性能特性存儲器層次通用寄存器緩沖棧Cache主存儲器磁盤存儲器脫機存儲器存儲周期<10ns<10ns10～60ns60～300ns10～30ms2～20min存儲容量<512B512B8KB～2MB32MB～1GB1GB～1TB5GB～10TB價格很高很高較高高較低低材料工藝ECLECLSRAMDRAM磁表面磁、光等**Ms（毫秒），μs（微秒），ns（毫微秒）1s=1000ms，1ms=1000μs22存儲器分類主存（內存）：由中心處理器干脆訪問的存儲器，常由兩種半導體芯片—隨機存取存儲器RAM和只讀存儲器ROM組成。輔存（外存）：用來存放大量的短暫不參與運算或處理的信息，可成批的與內存交換信息。23RAMBUS內存條DDR

內存條24硬盤磁盤片磁頭馬達磁頭驅動協助電路25軟盤寫保護26磁帶27光盤驅動器28優盤29機器指令

是指示計算機如何工作的工作步驟，由一串二進制碼組成，分為操作碼、地址碼、結果存放地址。例：01100000100000010110：表示加法操作000010：源操作數地址在2號寄存器中。000001：目的操作數的地址在1號寄存器中。指令的含義：將2號寄存器中的數據與1號寄存器中的數據相加，其結果存放在１號寄存器中。30指令系統一臺計算機中，全部機器指令的集合，稱為指令系統。**指令系統是軟件設計者的最底層設計語言；是硬件設計者的依據。31

CISC與RISC

從微處理器的指令系統來看，有2種分支走向，一個是CISC，一個是RISC。CISC（即困難指令系統計算機）：最初，人們為了更自由、便利地編寫程序，希望指令的類型更多、功能更完善，而使指令系統變得越來越困難，長短也不一。這就是CISC形成的由來。32于是，人們提出了RISC（精簡指令系統計算機）方案。該方案只保留了為數不多的簡潔指令并統一了指令中所包含的基本操作數目，也就是使指令長短基本一樣，以便于運用流水線，20世紀70年頭中期，人們發覺CISC中只有20％的指令被頻繁運用，其余的80％則難得一用，這部分指令正是使程序執行時間變長的癥結所在。33微處理器執行一條指令往往要分若干步完成，這相當于加工一個零件須要若干工序。CISC的指令長短參差不齊，無法運用流水線，而RISC的指令長短一樣，包括的工序(操作)數也一樣，可以放在流水線上執行。假如有一條4工位的流水線，便可把4條指令同時放在流水線的不同工位上依次地前進。每一時鐘周期(相當于流水線的加工節奏)，便可同時完成4個工位的操作，這就使處理器的速度提高了3倍。34盡管RISC的性價比比CISC好得多，但由于CISC長期積累起來的軟件資源很難一下子移植到RISC上，所以，長期以來形成了工作站領域運用RISC微處理器，如SPARC、MIPSx000，PC機領域運用CISC微處理器這種兩者并存的局面。在此期間，CISC也不斷吸取RISC技術以提高自己的競爭力，如從奔騰起先也接受流水線技術。35

程序

為解決某個問題而設計的一個有序指令的集合。例：

0110000010000001(加法)

0110000010000001(加法)

0100000001000010(減法)

0100000001000010