計算機硬體結構及原理是什麼呢?就跟隨本站小編一起去了解下吧，想了解更多相關資訊請持續關注我們應屆畢業生考試網!
【教學內容及地位、作用】
【教學目標】
1. 認識計算機匯流排、運算器、儲存器、控制器等重要的計算機硬體。 2. 瞭解常見匯流排(PCI、AGP等)的特點、運算器的種類和結構特徵。
? 能領會匯流排的操作過程;
? 能理解單匯流排結構、雙匯流排結構和三匯流排結構定點運算器的結構特徵。
3. 知道計算機的主要硬體結構及其原理。
? 知道資料匯流排、地址匯流排和控制匯流排及匯流排效能指標;
? 知道ALU、RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Cache、PC、IR、AR、DR。
4. 掌握儲存器擴充套件、儲存系統的層次結構、控制器的組成及工作原理。
? 能進行簡單儲存器的擴充套件設計;
? 能理解Cache、虛擬儲存器的作用，會進行地址映像;
? 能理解控制器的結構及工作原理，熟記8086CPU的內部暫存器及功能。
【教學重點、難點】
1.匯流排的作用及工作原理。 及定點運算器。
3.儲存器擴充套件及儲存技術的實現。
4.8086CPU。
5.1 總 線
5.1.1 匯流排原理及三態門
匯流排：是計算機系統各部件(也稱模組)之間傳送資訊的公共通道，由若干條通訊線和起驅動、隔離作用的三態門組成。
匯流排傳輸的原則：同一時刻只允許傳輸1個訊號，否則會出現訊號衝突(即訊號疊加)，導致資訊傳輸錯誤。匯流排為所連線的多個部件服務的方法是分時傳輸。
部件與匯流排的連線：通過三態門來控制。圖5-1-1是匯流排與三態門的連線圖。
圖5-1-1 匯流排與三態門的連線
匯流排連線包括兩個層次：
① 物理連線：機械和電氣方面的連線，是指採用什麼樣的電纜和聯結器，匯流排的驅動能力和傳輸距離，傳輸線的遮蔽、接地和抗干擾技術等。
② 邏輯連線：主要解決基本資訊的`緩衝與鎖存、匯流排握手和匯流排裁決等問題，也即匯流排時序和匯流排使用權分配的問題。
匯流排請求：匯流排在使用時須先由具有匯流排申請權的主模組向匯流排控制器件發出請求。主模組是指具有控制功能的模組，如CPU或DMAC(DMA控制器);受控的模組為從屬模組，如儲存器或I/O介面。只有主模組才能發出使用匯流排請求。
微型計算機採用匯流排結構的優點：採用匯流排結構之後，使系統中各功能部件間的相互關係轉變為各部件面向匯流排的單一關係。一個部件(功能板/卡)只要符合匯流排標準，就可以連線到採用這種匯流排標準的系統中，也即匯流排標準化使微機系統成為一個開放的體系結構。
① 簡化了系統結構。
② 便於採用模組結構設計方法，簡化了軟、硬體的設計。 ③ 便於系統的擴充和升級。
④ 便於故障診斷和維修，同時也降低了成本。
一、匯流排的操作過程
掛在總線上的各模組是通過匯流排進行資訊交換，即資料傳輸的，完成一次資料傳輸要經歷以下四個階段。
1.匯流排請求和仲裁階段
當系統總線上接有多個匯流排主模組時，需要使用匯流排的主模組向匯流排提出申請，由匯流排
仲裁機構確定後，把下一個傳輸週期的匯流排使用權交給申請的主模組。
2.定址階段
獲得匯流排控制權的主模組，通過地址匯流排發出本次打算訪問的從模組的地址及有關操作命令，通過譯碼使被訪問的從屬模組被選中，從而開始啟動。
3.資料傳送階段
主模組和從屬模組進行資料交換。 4.結束階段
主、從模組的有關資訊均從總線上撤除，讓出匯流排，以便其它模組繼續使用。
二、匯流排的通訊方式
總線上的主、從模組間進行資料傳送稱為通訊。為了保證通訊的可靠性，主、從模組間至少應滿足下述關係：傳送模組在開始傳送資料時，接收模組應做好接收的準備。在接收模組沒有接收到準確資料前，傳送模組不應撤除傳送訊號。
總線上的主、從模組通常採用的三種通訊方式： 1.同步傳輸
同步傳輸也稱為同步通訊方式，是指總線上的各模組嚴格地在時鐘控制下工作的方式，如圖5-1-2所示。
圖5-1-2 同步傳輸
特點：要求主模組按嚴格的時間標準發出地址訊號、產生指令，從屬模組按嚴格的時間標準讀出資料或寫入資料。
2.半同步傳輸
半同步傳輸方式是對同步方式的一種改進，如圖5-1-3所示。它保留了同步傳輸的基本特點。總線上的各模組基本上還是在時鐘控制下統一動作，對於快速的從模組，採用同步方式;但是對於某些不能在規定時間內完成操作的慢速從模組，可以請求延長操作時間。
圖5-1-3
半同步傳輸
3.非同步傳輸
非同步傳輸方式也稱為應答方式，如圖5-1-4所示。
圖5-1-4 非同步傳輸
進行通訊的主、從模組不受統一的時鐘控制，而是採用“請求”和“應答”訊號來協調傳輸過程。
三、匯流排的主要技術引數
1.匯流排頻寬
匯流排頻寬是衡量匯流排傳輸速度的重要指標，是指單位時間內總線上可傳送的資料量，一般用每秒鐘傳送的位元組數來表示，單位為MBps。
2.匯流排位寬
匯流排位寬是指匯流排能同時傳送的資料位數，即匯流排寬度，如16位、32位、64位等。在工作頻率一定的條件下，匯流排的頻寬與匯流排的位寬成正比。
3.匯流排的工作頻率
匯流排的工作頻率也稱為匯流排的時鐘頻率，單位為MHz。工作頻率越高，匯流排工作速度越快，匯流排頻寬也越寬。
匯流排位寬、工作頻率和匯流排頻寬間的關係為：
匯流排頻寬(MBps)=(匯流排位寬/8)×匯流排工作頻率(MHz)
例如：32位匯流排，工作頻率33MHz，則：匯流排頻寬=(32/8)×33=132(MBps)
5.1.2匯流排分類及匯流排標準
一、匯流排的分類
根據匯流排所處的位置和應用場合，匯流排可分為片內匯流排、片間匯流排、內匯流排和外匯流排四級，如圖5-1-5所示。
圖
5-1-5 四級匯流排示意圖
1.片內匯流排
片內匯流排是位於微處理器或半導體整合晶片(如LSI/VLSI)內部，用於連線各部件，如微處理器內部ALU和各種暫存器等，進行資訊傳送的匯流排。由於受芯片面積及對外引腳數的限制，片內匯流排大多采用單匯流排結構，這有利於晶片整合度和成品率的提高。
2.片間匯流排
片間匯流排又稱元件級匯流排、晶片級匯流排、片匯流排或區域性匯流排，是在微型計算機主機板、單板機以及其它一些外掛板、卡(如各種I/O介面板/卡)等子系統中，連線板/卡上的CPU，RAM，ROM，I/O介面等各種晶片的匯流排。
3.內匯流排
內匯流排是用來連線微型計算機系統中各功能部件的匯流排，又稱系統匯流排或板級匯流排。系統匯流排是微型計算機系統中最重要的匯流排，人們平常所說的微型計算機匯流排就是指系統匯流排，如微型計算機匯流排、AT匯流排(ISA匯流排)、PCI匯流排等。
系統匯流排又可分為資料匯流排(DB)、地址匯流排(AB)和控制匯流排(CB)，如圖5-1-6中所示。
① 資料匯流排(DB)：傳送資料資訊，雙向的三態匯流排。資料匯流排的位數是微型計算機的一個重要指標，通常與微處理器的字長相一致。例如Intel 8086微處理器字長16位，其資料匯流排寬度也是16位。
在計算機中指令程式碼、狀態資訊、控制資訊都稱為資料，都可以通過資料匯流排傳送。 ② 地址匯流排(AB)：專門傳送地址，單向的三態匯流排。地址匯流排的位數決定了CPU可直接定址的記憶體空間大小，一般來說，若地址匯流排為n位，則可定址空間為2n位元組。如8位微型計算機的地址匯流排為16位，則其最大可定址空間為216=64KB。16位微型機的地址
