清华大学出版社：《计算机导论 Introduction to Computer Science》课程配套教材教学资源（PPT课件讲稿，第3版）第3章 计算机基础知识

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 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

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 运算器 程序或 数据 输入设备 存储器 输出设备 果 控制器 4444444444444444444444444444444444444444444444444444 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

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) ◆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OC(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 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ROⅫ：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RAⅫ：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 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

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 十外存储器 显示器 CD或DD驱动器 +输入设备 软盘驱动器 +输出设备 电子部件和 主板 健盘 +总线 鼠标 音箱 打印吼 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中央外理 CPU的两大体系： 基本 RISC(Reduced Instruction Set Computer), 其包括ARM/MPS/PowerPC处理器。 运 CISC(Complex Instruction Set Computer), 控 其包括x86架构各种CPU,包括 寄 AMD,NTEL,CYRX,VIA公司生产的各种 芯片 CPU。 Powerpc 405LP AMDa IBM 4 intel Istanbul Core"i7 8 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) 女 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,,s SDRAM) -单倍数据速率SDRAM（SDR-SDRAM) 一) 双倍数据速率SDRAM(DDR-SDRAM) -四倍数据速率SDRAM(ODR-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）