第二章计算机组成原理
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计算机组成原理 第2章
《计算机组成原理与实验》 冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
原码、反码与补码
• 例2：已知[x]补=11101110，求[-x]补、[x]反、[x]原及真值x。 解：[-x]补=00010010 （[x]补取反加1） [x]反=11101101 （[x]补减1） [x]原=10010010 （[x]原低7位取反） 真值x=-0010010B=-12H=-18D
《计算机组成原理与实验》 冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
补码表示法
• 对定点整数，补码的定义是： X [X]补= 2n > x 0 （mod 2n+1）
2n+1+x=2n+1-|x|
0 > x -2n
《计算机组成原理与实验》 冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
补码表示法
• 利用补码可以将减法运算变成加法运算来实现。但是 根据补码定义，求负数的补码要从2减去|X|。为了用加 法代替减法，结果还得在求补码时作一次减法，这显 然是不方便的。可以利用反码的方式解决负数的求补 问题。 • 另一方面，利用补码实现减法运算，可以和常规的加 法运算使用用一加法器电路，从而简化了计算机的设 计。
移码表示法
• 移码的定义：[X]移=2n +X （-2n = <x< 2n）n为阶码数值位 (除符号位)
• 移码的计算：先求出X的补码，再对其符号位取反或直接利用定 义计算。
《计算机组成原理与实验》 冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
移码的特点
（1）在移码中，最高位为“0”表示负数，最高位为“1”表示正数。 （2）移码为全0时，它所对应的真值最小，为全1时，它所对应的真 值最大。因此，移码的大小比较直观地反映了真值的大小，这有 助于比较两个浮点数阶码的大小。 （ 3 ） 真 值 0 在 移 码 中 的 表 示 形 式 是 唯 一 的 ， 即 [+0] 移 =[-0] 移 = 100…0。 （4）移码把真值映射到一个正数域，所以可将移码视为无符号数， 直接按无符号数规 则比较大小。 （5）同一数值的移码和补码除最高位相反外，其他各位相同。
计算机组成原理第二章
原码一位乘法（串行乘法） 原码一位乘法（串行乘法）
早期的计算机中，通常采用在n位二进制加法器上重复执行 “加法——移位”操作来串行实现两个n位数的乘法运算，这就 是“原码一位乘法”。原理如下：
设 y = 0 . y1 y 2 y 3 y 4 , 则有
x • y = x • 0 . y1 y 2 y 3 y 4 = x • y1 • 2 −1 + y 2 • 2 − 2 + y 3 • 2 − 3 + y 4 • 2 − 4 = 2 −1 • y1 • x + 2 −1 • y 2 • x + 2 − 2 • y 3 • x + 2 − 3 • y 4 • x = 2 −1
数的机器码表示
补码表示
若定点整数的补码形式为xnxn-1……x2x0（xn为符号位），则 x 定点整数：[x]补= 2n＋1＋x=2n＋1－|x| 0 ≥ x>-2n 2n>x ≥ 0 （mod 2n ）
补码表示与真值的关系 【例题】P21 例3、例4 x = − 2 n x n + 原码变成补码 【例题】P21 例5
z 3 = 2 −1 • ( y 2 • x + z 2 )；
z 4 = 2 −1 • ( y1 • x + z 3 ) 。
其中， z 4 = x • y ， 该过程可以推广到一般。
原码串行乘法算法流程
开始 B=|x|,C=|y|,A=0,CTR=n
N Cn=1? Y
说明： 说明：使用三个寄存器A,B,C 分别存放部分积z、被乘数 |x|和乘数|y|，其中部分积 初始值为0，且B,C均有右移 功能。运算时，用C寄存器的 最低位来决定部分积与0或是 与被乘数B相加，然后A与C一 同右移一位，如此重复n次， 最后得到的A—C中的内容就 是乘积，运算次数用计数器 控制。
计算机组成原理第二章-计算机数据表示方法
Confederal Confidential
9
一、计算机内的数据表示
6) 移码（增码）表 示
•移码表示浮点数的阶码，只有整数形式，如IEEE754中阶码用移码表示。
设定点整数X的移码形式为X0X1X2X3…Xn
则移码的定义是：
[X]移= 2n + X
2n X - 2n
•具体实现：数值位与X的补码相同，符号位与补码相反。
[X]补
10000001 11111111
[X]移
00000001 01111111
00000000 10000000
00000001 01111111
10000001 11111111
Confederal Confidential
11
一、计算机内的数据表示
3.计算机中常用的两种数值数据格式 1)定点数 •可表示定点小数和整数 •表现形式：X0.X1X2X3X4……..Xn
Confederal Confidential
15
一、计算机内的数据表示 IEEE754 32位浮点数与对应真值之间的变换流程
Confederal Confidential
16
一、计算机内的数据表示
例5 将十进制数20.59375转换成32位IEEE754格式浮点数的二进 制格式来存储。
解:先将十进制数换成二进制数： 20.59375=10100.10011(0.5+0.25+0.125+0.0625+0.03125) 移动小数点，使其变成1.M的形式 10100.10011=1.010010011×24
16
17
一、计算机内的数据表示
例6 若某浮点数x的二进制存储格式为(41360000)16 ,求与其对应 的32位浮点表示的十进的值。
9
一、计算机内的数据表示
6) 移码（增码）表 示
•移码表示浮点数的阶码，只有整数形式，如IEEE754中阶码用移码表示。
设定点整数X的移码形式为X0X1X2X3…Xn
则移码的定义是：
[X]移= 2n + X
2n X - 2n
•具体实现：数值位与X的补码相同，符号位与补码相反。
[X]补
10000001 11111111
[X]移
00000001 01111111
00000000 10000000
00000001 01111111
10000001 11111111
Confederal Confidential
11
一、计算机内的数据表示
3.计算机中常用的两种数值数据格式 1)定点数 •可表示定点小数和整数 •表现形式：X0.X1X2X3X4……..Xn
Confederal Confidential
15
一、计算机内的数据表示 IEEE754 32位浮点数与对应真值之间的变换流程
Confederal Confidential
16
一、计算机内的数据表示
例5 将十进制数20.59375转换成32位IEEE754格式浮点数的二进 制格式来存储。
解:先将十进制数换成二进制数： 20.59375=10100.10011(0.5+0.25+0.125+0.0625+0.03125) 移动小数点，使其变成1.M的形式 10100.10011=1.010010011×24
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一、计算机内的数据表示
例6 若某浮点数x的二进制存储格式为(41360000)16 ,求与其对应 的32位浮点表示的十进的值。
计算机组成原理课件第2章课件
压力测试
通过长时间运行高负载任务来 测试计算机的稳定性和可靠性 。
温度和散热测试
测试计算机在高温环境下的稳 定性和散热性能。
计算机性能优化
01
02
03
04
硬件优化
通过升级硬件配置，如 更快的处理器、更大的 内存和存储空间等，提 高计算机性能。
软件优化
通过优化软件算法、操 作系统和应用程序等， 提高计算机性能。
计算机安全重要性
随着计算机技术的快速发展，计算机安全问题日益突出，保护计算机安全对于保障国家安全、社会稳定和经济发展具 有重要意义。
计算机安全威胁
计算机安全面临的威胁包括病毒、木马、黑客攻击、网络钓鱼、拒绝服务攻击等，这些威胁可能导致数 据泄露、系统瘫痪、经济损失等严重后果。
计算机安全技术
防火墙技术
感谢您的观看
THANKS
Excel
电子表格软件，用于数据处理、图表制作和 数据分析。
应用软件
PowerPoint
演示文稿软件，用于制作幻 灯片、演示文稿和会议报告 等。
图像处理软件
用于处理和编辑图像，如 Photoshop等。
图像裁剪
对图像进行裁剪，保留需要 的部分。
应用软件
色彩调整
调整图像的色彩、亮度和对比度 等参数。
数据库管理系统
用于管理大量数据，提供数据存储、检索、更新和保护功能。
系统软件
数据模型
定义数据的组织方式和数据之间的关系。
数据操作语言
用于执行数据的插入、删除、更新和检索等 操作。
数据控制语言
用于控制对数据的访问权限和数据的安全性。
应用软件
Word
文本编辑软件，用于撰写文档、排版和打印。
计算机组成原理第2章 数据的表示方法
–对于n位定点整数X：2n>X>-2n 。 –当n=0时，即为小数。
• 优点：简单，直观，易懂。 • 缺点：做加减法时，需要将符号位和数值部 分分开处理。
• 原码表示进行加减运算的情况。
指令操作 操作数符1 操作数符2 实际操作 + 加法 + + + + + 减法 + + + + + + -
2、二进制定点数的补码表示
– 只照顾机器 (运算方便、节省存储空间 )，不照顾 人(是否便于理解) 。
• 机器数按小数点位置是否固定分为:
– 定点数 – 浮点数(实数)
2.2.1 无符号数
• 无符号数是指没有符号的数，在计算机中 每一位都是数据。
– 如数据的位数为16位时，无符号数的范围为 0~65535共65536个数（即216）。
• 如8421码，用12(CH)表示正号，用13(DH)表示负 号。
有权码
十进 制数
0 1 2
无权码
4311 码 十进 制数
0 1 2
8421 码
2421 码
5211 码
余3码
0011 0100 0101
格雷码 （1）
0000 0001 0011
格雷码 （2）
0000 0100 0110
0000 0000 0001 0001 0010 0010
• 下面以有权码8421码为例，进行一位BCD码 的加法运算。 1、2+7=9 2、6+8=14 3、9+8=17 0010 0110 1001 0111 1000 1000 1001 1110 修正 10001 修正 0110 0110 10100 10111
• 优点：简单，直观，易懂。 • 缺点：做加减法时，需要将符号位和数值部 分分开处理。
• 原码表示进行加减运算的情况。
指令操作 操作数符1 操作数符2 实际操作 + 加法 + + + + + 减法 + + + + + + -
2、二进制定点数的补码表示
– 只照顾机器 (运算方便、节省存储空间 )，不照顾 人(是否便于理解) 。
• 机器数按小数点位置是否固定分为:
– 定点数 – 浮点数(实数)
2.2.1 无符号数
• 无符号数是指没有符号的数，在计算机中 每一位都是数据。
– 如数据的位数为16位时，无符号数的范围为 0~65535共65536个数（即216）。
• 如8421码，用12(CH)表示正号，用13(DH)表示负 号。
有权码
十进 制数
0 1 2
无权码
4311 码 十进 制数
0 1 2
8421 码
2421 码
5211 码
余3码
0011 0100 0101
格雷码 （1）
0000 0001 0011
格雷码 （2）
0000 0100 0110
0000 0000 0001 0001 0010 0010
• 下面以有权码8421码为例，进行一位BCD码 的加法运算。 1、2+7=9 2、6+8=14 3、9+8=17 0010 0110 1001 0111 1000 1000 1001 1110 修正 10001 修正 0110 0110 10100 10111
第二章 计算机组成原理
部频率越高，CPU的处理速度就越快。 例如： P4 3.4GHz，800MHz外频(FSB)
时钟频率的发展：
400MHZ---533MHZ---800MHZ，即将达到1066MHZ [单选]用MHz来衡量计算机的性能，它指的是计算机__________。
ACM 图灵奖
1966年由ACM（美国计算机学会）创建，该奖有计 算机界的诺贝尔奖之称。
IEEE 计算机先驱奖
1980年由IEEE-CS(美国电气与电子工程师学会-计 算机学会)创建，是世界范围内计算机科学技术领域另 一个最重要的奖项，和图灵奖是互为补充的。
计算机的诞生与发展
对计算机的诞生发展做出重大贡献的两个人：
(a) NEC SX-6/64MB巨 型计算机外形
(b) 全球气温分布与 变化趋势图
计算机的分类
大型计算机（Mainframe）
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的计算机， CPU 通常有 4 、 8、16、32个甚至更多处理器。
功能： 为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，作为主服务 器（企业级服务器），在信息系统中起着核心作用。
内存储器
控制器CU RAM
外部存储器－－硬盘 、软盘、光盘、磁带
外设
输入设备－－键盘、鼠标器、扫描仪 输出设备－－显示器、打印机、绘图仪 其他设备－－调制解调器
计算机的组成
台 式 机
PC机的物理组成
机箱、显示器、键盘、鼠标器等
机箱内包含:
主板、硬盘、软驱、光驱、
电源、风扇等
主板上安装
CPU、芯片组、内存条、
第二章
计算机组成原理
时钟频率的发展：
400MHZ---533MHZ---800MHZ，即将达到1066MHZ [单选]用MHz来衡量计算机的性能，它指的是计算机__________。
ACM 图灵奖
1966年由ACM（美国计算机学会）创建，该奖有计 算机界的诺贝尔奖之称。
IEEE 计算机先驱奖
1980年由IEEE-CS(美国电气与电子工程师学会-计 算机学会)创建，是世界范围内计算机科学技术领域另 一个最重要的奖项，和图灵奖是互为补充的。
计算机的诞生与发展
对计算机的诞生发展做出重大贡献的两个人：
(a) NEC SX-6/64MB巨 型计算机外形
(b) 全球气温分布与 变化趋势图
计算机的分类
大型计算机（Mainframe）
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的计算机， CPU 通常有 4 、 8、16、32个甚至更多处理器。
功能： 为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，作为主服务 器（企业级服务器），在信息系统中起着核心作用。
内存储器
控制器CU RAM
外部存储器－－硬盘 、软盘、光盘、磁带
外设
输入设备－－键盘、鼠标器、扫描仪 输出设备－－显示器、打印机、绘图仪 其他设备－－调制解调器
计算机的组成
台 式 机
PC机的物理组成
机箱、显示器、键盘、鼠标器等
机箱内包含:
主板、硬盘、软驱、光驱、
电源、风扇等
主板上安装
CPU、芯片组、内存条、
第二章
计算机组成原理
计算机组成原理第四版第二章
[x]补=0.1001, [y]补=0.0101 [x]补 0. 1 0 0 1
+ [y]补 0. 0 1 0 1 [x+y]补 0. 1 1 1 0
所以x+y=+0.1110
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第二章 运算方法和运算器
B 补码减法
➢ 公式：
[x-y]补=[x]补-[y]补=[x]补+[-y]补
➢ 举例
已知 x=+0.1101 ， y=+0.0110，求x-y。 解： [x]补=0.1101 [y]补=0.0110 ，[-y]补=1.1010 [x]补 0. 1 1 0 1 + [-y]补 1. 1 0 1 0 [x-y]补 1 0. 0 1 1 1
最大正数，称为“上溢” 或“正溢出”
两个负数相加，结果 小于机器所能表示的最
小负数，称为“下溢” 或“负溢出”
判断方法
举例说明
Back
第二章 运算方法和运算器
溢出检测方法常用以下两种方法：
1.采用双符号位（变形补码）判断方法：
变形补码： “00”表示正数、“11”表负数，两符号位同时参加运算， 运算结果符号出现01或10表明溢出。
发生溢出；而在浮点运算时，运算结果超出尾数的表示范围 却并不一定溢出，只有当阶码也超出所能表示的范围时，才 发生溢出。
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3.十进制数串的表示方法
➢ 目前,大多数通用性较强的计算机都能直接 处理十进制形式表示的数据。十进制数串 在计算机内主要有两种表示形式：
➢ 1.字符串形式 ➢ 2.压缩的十进制数串形式
➢ 计算机采用定点数表示时，对于既有整数又有小数的原始数据，需要设 定一个比例因子，数据按其缩小成定点小数或扩大成定点整数再参加运 算，运算结果，根据比例因子，还原成实际数值。若比例因子选择不当， 往往会使运算结果产生溢出或降低数据的有效精度。
+ [y]补 0. 0 1 0 1 [x+y]补 0. 1 1 1 0
所以x+y=+0.1110
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第二章 运算方法和运算器
B 补码减法
➢ 公式：
[x-y]补=[x]补-[y]补=[x]补+[-y]补
➢ 举例
已知 x=+0.1101 ， y=+0.0110，求x-y。 解： [x]补=0.1101 [y]补=0.0110 ，[-y]补=1.1010 [x]补 0. 1 1 0 1 + [-y]补 1. 1 0 1 0 [x-y]补 1 0. 0 1 1 1
最大正数，称为“上溢” 或“正溢出”
两个负数相加，结果 小于机器所能表示的最
小负数，称为“下溢” 或“负溢出”
判断方法
举例说明
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第二章 运算方法和运算器
溢出检测方法常用以下两种方法：
1.采用双符号位（变形补码）判断方法：
变形补码： “00”表示正数、“11”表负数，两符号位同时参加运算， 运算结果符号出现01或10表明溢出。
发生溢出；而在浮点运算时，运算结果超出尾数的表示范围 却并不一定溢出，只有当阶码也超出所能表示的范围时，才 发生溢出。
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3.十进制数串的表示方法
➢ 目前,大多数通用性较强的计算机都能直接 处理十进制形式表示的数据。十进制数串 在计算机内主要有两种表示形式：
➢ 1.字符串形式 ➢ 2.压缩的十进制数串形式
➢ 计算机采用定点数表示时，对于既有整数又有小数的原始数据，需要设 定一个比例因子，数据按其缩小成定点小数或扩大成定点整数再参加运 算，运算结果，根据比例因子，还原成实际数值。若比例因子选择不当， 往往会使运算结果产生溢出或降低数据的有效精度。
第二章 计算机组成原理考点
第 2 章计算机组成原理★考核知识要点、重点、难点精解★考点 1 * ：计算机硬件的组成及其功能计算机硬件主要包括中央处理器（CPU ）、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等，它们通过系统总线互相连接1. 输入设备（1）输入设备的概念用来向计算机输入信息的设备通称为“输入设备”。
（2）输入设备的分类输入设备有多种，例如，数字和文字输入设各（键盘、写字板等），位置和命令输入设备（鼠标器、触摸屏等），图形输入设备（扫描仪，数码相机等），声音输入设各（麦克风、MIDI 演奏器等），视频输入设备（摄像机），温度、压力输入设备．（温度、压力传感器）等。
注意：输入到计算机中的信息都使用二进位（“0”和“ 1 " ）来表示。
2 中央处理器（CPU）负责对输入信息进行各种处理（例如计算、排序、分类、检索等）的部件称为“处理器”。
注意：一台计算机中往往有多个处理器，它们各有其不同的任务，有的用于绘图，有的用于通信．其中承担系统软件和应用软件运行任务的处理器称为“中央处理器（CPU），它是任何一台计算机必不可少的核心组成部件。
3 ．内存储器( l ) 内存储器的概念计算机的一个重要特性是它具有强大的“记忆”功能，能够把程序和数据（包括原始数据、中间运算结果与最终结果等）储存起来，具有这种功能的部件就是“存储器”。
( 2 ) 内存的工作原理内存是存取速度快而容量相对较小（因成本较高）的一类存储器。
内存储器直接与CPU 相连接，是计算机中的工作存储器，它用来存放正在运行的程序和需要立即处理的数据。
CPU 工作时，它所执行的指令及处理的数据都是从内存中取出的，产生的结果也存放在内存中。
4 ．外存储器外存则是存取速度较慢而容量相对很大的一类存储器。
外存储器也称为辅助存储器，其存储容量很大，它能长期存放计算机系统中几乎所有的信息。
计算机执行程序时，外存中的程序及相关的数据必须先传送到内存，然后才能被CPU 使用。
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第二章计算机组成原理
芯片组（ Chipset ）P43
芯片组：pc机各部分相连的枢纽。 芯片组作用
集中了主板上几乎所有的控制功能，把以 前复杂的控制电路和元件最大限度地集成在 几个芯片内，是构成主板电路的核心。一定 意义上讲，它决定了主板的级别和档次。
第二章计算机组成原理
2.4.2 内存储器p46
CPU、Cache及主存储器的关系
第二章计算机组成原理
内存储器
SDRAM 内存条模块 DDR第二S章D计RA算M机组内成原存理条模块
I/O操作三种方式：
• 1、程序查询方式 • 2、中断处理方式
• 3、DMA(Direct Memory Access直接存储器存取)传 送方式
第二章计算机组成原理
第二章计算机组成原理
主板上的扩展槽与I/O总线直接连接
PCI总线扩展槽
第二章计算机组成原理
I/O端口分类 概念：P48
串行端口第二章计算机组成原理
并行端口
I/O端口分类P50
• 从是否能连接多个设备来分 –总线式（可连接多个设备，被多个设备共享， 例如，USB接口） –独占式（只能连接1个设备）
I/O总线P49
• I/O总线上的信号类别 数据信号、 地址信号、 控制信号
• I/O总线上线路类别 数据线 、 地址线、 控制线
• 总线控制器 位于主板的芯片组中，协调与管理I/O总线操作
• I/O总线的带宽（总线的数据传输速率） 单位时间内总线上可传送的数据量(字节数)
计算公式： 总线带宽（MB/s）= （数据线宽度/8）×总线有效工作频率（MHz） × 每个总线周期的传输次数
–Flash ROM（快擦除ROM，或闪速存储器
）
–Flash ROM:非易失，可在线写，用于
BOIS程序
第Hale Waihona Puke 章计算机组成原理主存储器一般使用DRAM芯片组成 • 存储容量
含义：指存储器所包含的存储单元的总数 单位：MB(1MB＝220字节)或GB(1GB＝230字节) 每个存储单元(一个字节)都有一个地址，CPU按 地址对存储器进行访问 • 存取时间 含义：在存储器地址被选定后，存储器读出数 据并送到CPU（或者是把CPU数据写入存储器）所 需要的时间 单位：ns（1ns = 10-9秒）
第二章计算机组成原理
CMOS芯片(互补金属氧化物半导体存储器)
Complementary Metal Oxide Semiconductor
存放用户对计算机硬件所设置的一些参数 (称为“配置信息”)，包括当前的日期和时间等。 CMOS是一种半导体存储器芯片，使用电池供电， 成为易失性存储器，但只要电池供电正常，即使 计算机关机后它也不会丢失所存储的信息以及时 钟停走。
2.4 PC 机的组成
2.4.1 概述
•PC机的物理组成 –机箱、显示器、键盘、 鼠标器等
•机箱内包含 –主板、硬盘、软驱、光 驱、 电源、风扇等
•主板 –CPU、芯片组、内存条、 总线插槽、I/O控制器、 I/O、扩充卡等部件
第二章计算机组成原理
扩充卡及其与主板的关系
•扩充卡(适配器或控制器)
种类：
–图形卡
–声音卡
–视频卡等
显示接口卡
•扩充卡与主板及外部设备连接
PC机常用外围设备、cpu和内存通过扩充卡和主板连接。
许多扩充卡的功能可以部分或全部集成在主板上(例如， 软盘、硬盘、串行口、并行口、声音、图形显示、网 络连接等控制电路都可以集成在主板上)
第二章计算机组成原理
软驱、硬盘 IDE连接器
芯片组
PCI总线插槽
华硕P第二4章T计主算机组板成原实理 物照片
电源连接器
CPU插座 内存条插座
I/O端口
BIOS: Basic Input/Output System 基本输入/输出系统
它是放在主板上只读存储器（FLASH ROM）芯片 中的一组机器语言程序，具有启动计算机工作、诊断计 算机故障及控制低级输入输出操作的功能。
–DRAM（动态随机存取存储器，主存储器） –SRAM（静态随机存取存储器，cache）
第二章计算机组成原理
半导体存储器芯片的类别
•ROM（Read Only Memory只读存储器）
–Mask ROM（掩膜ROM）
–PROM（Programmable ROM）和EPROM（
Erasable Programmable ROM）
ROM:Read Only Memory 只读存储器
CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor
互补金属氧化物半导体
它用来存放用户对计算机硬件所设置的一些参数
（称为“配置信息”，包括当前的日期和时间、已安装
的软驱和硬盘的个数及类型等。它是一种易失性的存储
器，必须使用电池供电，才能使计算机关机后也不会丢
计算机存储器体系结构
2ns 10ns 10ms
Cache存储器
主存储器(RAM和ROM)
内存储器 1MB (使用半导体 存储器芯片) 64-512MB
外存储器(软盘、硬盘、光盘) 外存储器 20-80GB
100s
后备存储器(磁带、光盘)
50-100GB
第二章计算机组成原理
半导体存储器芯片的类别
•RAM(Random Access Memory随机存取存储器)： 多采用MOS(金属氧化物半导体)型半导体集成电 路芯片制成。易失性。
失所存储的信息。
第二章计算机组成原理
BIOS—BIOS ROM芯片（只读存储器芯片）P44
• BIOS（Basic Input/Output System） 基本输入/输出系统，是操作系统的最底层部分的机器 语言程序。 BIOS存放在只读存储器芯片(ROM)中,一般称为BIOS芯片。
• BIOS主要包含4部分的程序, 一般情况下是不能被修改 的 –POST(Power On Self Test，加电自检)程序（检测 计算机故障） –系统自举（装入）程序（启动计算机） –CMOS设置程序 –基本外围设备的驱动程序（实现常用外部设备输入 输出操作的控制程序）
第二章计算机组成原理
高速缓冲存储器Cache
Cache是使用SRAM芯片组成的一种高速缓冲存储器，简称 快存。
Cache (SRAM)
Cache
一级缓存（L1 Cache） (容量：几KB—几十KB)
二级缓存（L2 Cache）（ 容量：128KB—1MB）
CPU
Cache 控制器
主存储器 DRAM
芯片组（ Chipset ）P43
芯片组：pc机各部分相连的枢纽。 芯片组作用
集中了主板上几乎所有的控制功能，把以 前复杂的控制电路和元件最大限度地集成在 几个芯片内，是构成主板电路的核心。一定 意义上讲，它决定了主板的级别和档次。
第二章计算机组成原理
2.4.2 内存储器p46
CPU、Cache及主存储器的关系
第二章计算机组成原理
内存储器
SDRAM 内存条模块 DDR第二S章D计RA算M机组内成原存理条模块
I/O操作三种方式：
• 1、程序查询方式 • 2、中断处理方式
• 3、DMA(Direct Memory Access直接存储器存取)传 送方式
第二章计算机组成原理
第二章计算机组成原理
主板上的扩展槽与I/O总线直接连接
PCI总线扩展槽
第二章计算机组成原理
I/O端口分类 概念：P48
串行端口第二章计算机组成原理
并行端口
I/O端口分类P50
• 从是否能连接多个设备来分 –总线式（可连接多个设备，被多个设备共享， 例如，USB接口） –独占式（只能连接1个设备）
I/O总线P49
• I/O总线上的信号类别 数据信号、 地址信号、 控制信号
• I/O总线上线路类别 数据线 、 地址线、 控制线
• 总线控制器 位于主板的芯片组中，协调与管理I/O总线操作
• I/O总线的带宽（总线的数据传输速率） 单位时间内总线上可传送的数据量(字节数)
计算公式： 总线带宽（MB/s）= （数据线宽度/8）×总线有效工作频率（MHz） × 每个总线周期的传输次数
–Flash ROM（快擦除ROM，或闪速存储器
）
–Flash ROM:非易失，可在线写，用于
BOIS程序
第Hale Waihona Puke 章计算机组成原理主存储器一般使用DRAM芯片组成 • 存储容量
含义：指存储器所包含的存储单元的总数 单位：MB(1MB＝220字节)或GB(1GB＝230字节) 每个存储单元(一个字节)都有一个地址，CPU按 地址对存储器进行访问 • 存取时间 含义：在存储器地址被选定后，存储器读出数 据并送到CPU（或者是把CPU数据写入存储器）所 需要的时间 单位：ns（1ns = 10-9秒）
第二章计算机组成原理
CMOS芯片(互补金属氧化物半导体存储器)
Complementary Metal Oxide Semiconductor
存放用户对计算机硬件所设置的一些参数 (称为“配置信息”)，包括当前的日期和时间等。 CMOS是一种半导体存储器芯片，使用电池供电， 成为易失性存储器，但只要电池供电正常，即使 计算机关机后它也不会丢失所存储的信息以及时 钟停走。
2.4 PC 机的组成
2.4.1 概述
•PC机的物理组成 –机箱、显示器、键盘、 鼠标器等
•机箱内包含 –主板、硬盘、软驱、光 驱、 电源、风扇等
•主板 –CPU、芯片组、内存条、 总线插槽、I/O控制器、 I/O、扩充卡等部件
第二章计算机组成原理
扩充卡及其与主板的关系
•扩充卡(适配器或控制器)
种类：
–图形卡
–声音卡
–视频卡等
显示接口卡
•扩充卡与主板及外部设备连接
PC机常用外围设备、cpu和内存通过扩充卡和主板连接。
许多扩充卡的功能可以部分或全部集成在主板上(例如， 软盘、硬盘、串行口、并行口、声音、图形显示、网 络连接等控制电路都可以集成在主板上)
第二章计算机组成原理
软驱、硬盘 IDE连接器
芯片组
PCI总线插槽
华硕P第二4章T计主算机组板成原实理 物照片
电源连接器
CPU插座 内存条插座
I/O端口
BIOS: Basic Input/Output System 基本输入/输出系统
它是放在主板上只读存储器（FLASH ROM）芯片 中的一组机器语言程序，具有启动计算机工作、诊断计 算机故障及控制低级输入输出操作的功能。
–DRAM（动态随机存取存储器，主存储器） –SRAM（静态随机存取存储器，cache）
第二章计算机组成原理
半导体存储器芯片的类别
•ROM（Read Only Memory只读存储器）
–Mask ROM（掩膜ROM）
–PROM（Programmable ROM）和EPROM（
Erasable Programmable ROM）
ROM:Read Only Memory 只读存储器
CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor
互补金属氧化物半导体
它用来存放用户对计算机硬件所设置的一些参数
（称为“配置信息”，包括当前的日期和时间、已安装
的软驱和硬盘的个数及类型等。它是一种易失性的存储
器，必须使用电池供电，才能使计算机关机后也不会丢
计算机存储器体系结构
2ns 10ns 10ms
Cache存储器
主存储器(RAM和ROM)
内存储器 1MB (使用半导体 存储器芯片) 64-512MB
外存储器(软盘、硬盘、光盘) 外存储器 20-80GB
100s
后备存储器(磁带、光盘)
50-100GB
第二章计算机组成原理
半导体存储器芯片的类别
•RAM(Random Access Memory随机存取存储器)： 多采用MOS(金属氧化物半导体)型半导体集成电 路芯片制成。易失性。
失所存储的信息。
第二章计算机组成原理
BIOS—BIOS ROM芯片（只读存储器芯片）P44
• BIOS（Basic Input/Output System） 基本输入/输出系统，是操作系统的最底层部分的机器 语言程序。 BIOS存放在只读存储器芯片(ROM)中,一般称为BIOS芯片。
• BIOS主要包含4部分的程序, 一般情况下是不能被修改 的 –POST(Power On Self Test，加电自检)程序（检测 计算机故障） –系统自举（装入）程序（启动计算机） –CMOS设置程序 –基本外围设备的驱动程序（实现常用外部设备输入 输出操作的控制程序）
第二章计算机组成原理
高速缓冲存储器Cache
Cache是使用SRAM芯片组成的一种高速缓冲存储器，简称 快存。
Cache (SRAM)
Cache
一级缓存（L1 Cache） (容量：几KB—几十KB)
二级缓存（L2 Cache）（ 容量：128KB—1MB）
CPU
Cache 控制器
主存储器 DRAM