单元二 计算机组成部件的功能（任务三 存储系统、任务四 总线系统）（课件）-《计算机组装与维修》（江苏凤凰教育出版社）【上好课】

计算机组成部件的功能（任务三 存储系统、任务四 总线系统） 计算机组装与维修 -第3课时- 江苏凤凰教育出版社 学习目标 知识目标 掌握存储器分类、技术指标、随机读写存储器特征、总线概念和常见结构。 技能目标 理解存储和总线系统在计算机中的作用，查看存储器容量。 素质目标 培养乐观奉献、开放合作职业素养，激发爱国情怀。 目录 教学引入 知识讲授 师生互动 课堂练习 课堂小结 基础知识认知 让我们一起开启单片机的学习之旅。 教学引入 计算机如何设计出容量大、速度快、价格低的存储器呢？ 思考：总线在计算机系统中是如何实现各部件之间的数据传送的？ 知识讲授 存储器 (Memory) 存储程序和数据的计算机部件，是计算机的“记忆”设备，负责长期或临时保存信息。 总线 (Bus) 连接计算机各部件的数据传送公共通路，是计算机系统的“高速公路”，实现高效的数据交换。 知识讲授 计算机组成部件的功能 存储系统 总线系统 存储系统 第一部分 知识讲授 存储系统 知识讲授 存储器的基本概念 存储元: 即存储二进制的电子元件，每个存储元可存1bit 存储单元: 每个存储单元存放一串二进制代码 存储字: 存储单元中二进制代码的组合 存储字长: 存储单元中二进制代码的位数 机器字长: 计算机能一次处理的二进制代码长度 指令字长: 指令的二进制长度 知识讲授 存储器的分类 存储器（Memory）是计算机系统的核心部件之一，用于存放程序和数据。根据其在系统中的位置和功能，通常将其划分为内部存储和外部存储两大类。 知识讲授 存储器的分类 按构成存储器的器件和存储介质分类可分为磁介质存储器、电子介质存储器、纸介质存储器、光介质存储器等 知识讲授 存储器的分类 按存取方式分类可分为随机存储器(Random Access Memory， RAM)、只读存储器 (Read Only Memory， ROM)、串行访问存储器 (Sequential Access Memory，SAM) 知识讲授 存储器的性能指标 存储容量 可存储的二进制信息总量，单位有B, KB, MB, GB等。 存取时间 从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。 存取周期 连续两次独立的存储器操作所需的最小间隔时间。 价格 每位价格，衡量存储器的经济性能与性价比。 带宽 单位时间内可存取的数据量，反映数据传输速率。 知识讲授 存储层次结构 寄存器 (Registers) 速度最快，容量最小，位于CPU内部。 高速缓存 (Cache) 速度快，容量较小，CPU与主存之间的桥梁。 主存储器 (RAM) 速度容量适中，计算机主要工作存储器。 辅助存储器 (HDD/SSD) 速度最慢，容量最大，用于长期存储数据。 知识讲授 半导体随机读写存储器 (RAM) SRAM 静态随机存取存储器 特点：速度快、成本高、集成度低 应用：高速缓冲存储器 (Cache) DRAM 动态随机存取存储器 特点：集成度高、成本低、需刷新 应用：计算机主存储器 (内存) 背诵记忆 01. 存储器分类 按作用分类（重点）： 主存（内存）：速度快、易失性 外存（硬盘）：容量大、非易失性 Cache（高速缓存）：速度最快 02. 核心性能指标 衡量存储系统的四大维度： 容量：存储数据的总量（Byte/GB） 速度：存取时间/周期（ns级） 带宽：数据传输速率（MB/s） 03. 存储层次结构 结构顺序与核心原理： 顺序：寄存器 -> Cache -> 主存 -> 外存 规律：速度变慢、容量变大、价格变低 原理：基于程序局部性原理构建 04. 随机读写存储器 (RAM) SRAM 与 DRAM 的区别： SRAM：触发器原理，速度快，无需刷新，用于Cache DRAM：电容原理，速度较慢，需刷新，用于主存 课堂练习 简答题 1、外存储器（如硬盘、U盘）与内存储器（如内存条）相比，具有哪些主要特点？ 【答案】 速度较慢，但存储容量大、成本低廉 非易失性：断电后数据不会丢失 【解析】 外存牺牲了速度换取了大容量和数据的长期保存能力，主要用于存储大量的程序和数据文件，是计算机的"仓库"。 总线系统 第二部分 知识讲授 总线的概念 知识讲授 总线的概念 总线（Bus）是计算机系统中，连接多个功能部件或设备的一组公共信息传输线路，是各部件通信的主干道。 知识讲授 单总线结构 基本结构 系统中所有部件（CPU、主存、I/O设备）共享同一条通信总线，通过统一的总线进行数据交换。 核心优势 结构简单，硬件连接与控制逻辑清晰；易于扩充，新设备可方便接入总线。 主要局限 同一时刻仅能单向传输，导致系统效率低下；总线带宽易成为限制性能的主要瓶颈。 顾名思义，就是只有一根总线。 知识讲授 双总线结构 核心结构改进 在CPU与主存间增设高速“存储总线”，I/O设备仍连接于“I/O总线”，解决单总线瓶颈。 系统效率提升 存储与I/O传输互不干扰，提升并行处理能力，实现CPU与主存的高速数据交换。 潜在挑战 硬件控制逻辑复杂度增加，且CPU需同时管理两条总线，负担略有加重。 知识讲授 多总线结构 知识讲授 总线的分类 按传输的信息类型分类 数据总线 (DB) 传输数据和指令，双向传输，负责“搬运行李”。 地址总线 (AB) 传输地址信息，单向传输，负责“告诉位置”。 控制总线 (CB) 传输控制和时序信号，协调操作，负责“指挥交通”。 知识讲授 总线的分类 按传输的信息类型分类 按连接的部件分类 片内总线 CPU内部各寄存器和运算器之间的连线，连接最紧密。 系统总线 连接计算机各大部件（CPU、内存、I/O）的核心总线。 通信总线 用于计算机系统之间或计算机与外部设备之间的通信。 背诵记忆 01 总线基本概念 连接计算机各部件的公共信息传输线路。核心作用是简化连接、提高扩展性、实现资源共享。 02 单总线结构 所有部件共用一条总线。优点：结构简单、易扩充。缺点：效率低、存在明显瓶颈。 03 双总线结构 CPU与主存间增设高速存储总线。优点：大幅提升CPU与主存传输效率。缺点：硬件复杂度增加。 04 多总线结构 按设备速度分类连接到不同总线。优点：性能最优，各类设备可并行工作。缺点：结构最为复杂。 05 总线分类 数据总线(DB，双向)、地址总线(AB，单向)、控制总线(CB，协调操作)。 课堂练习 单选题 1、下列属于按总线传输信号分类的是（ ）。 A. 并行传输总线 B. 串行传输总线 C. 系统总线 D. 数据总线 【答案】D 【解析】 根据传输信号的不同，总线又可分为地址总线、控制总线、数据总线三类；根据信息传输方式的不同，总线可分为并行传输总线和串行传输总线两类；根据连接部件的不同，总线可分为片内总线、系统总线和通信总线三类。所以选 D。 实践指导 实验一：查看计算机存储信息 实验目的：掌握查看内存和外存容量的方法。 通过“此电脑”查看各磁盘分区的容量。 在“任务管理器”的“性能”标签页查看内存使用情况。 （选做）使用命令行工具（如wmic）查看详细硬件信息。 实验二：了解计算机总线信息 实验目的：识别主板上的总线接口类型及标准。 观察主板，识别PCIe插槽、SATA接口、M.2接口等。 查阅说明书或使用CPU-Z等软件，了解接口标准和速度。 计算机硬件探索 师生互动 师生互动 1 在设计一个完整的计算机系统时，如何综合考虑存储系统和总线系统的配置，以达到最佳的整体性能和性价比？请从多个维度进行深入分析。 知识拓展 未来发展趋势 存储系统的未来 新型存储介质 如3D XPoint、MRAM等，追求更高速度、更大容量和更低功耗。 存储与计算融合 (存算一体) 将计算单元靠近存储单元，减少数据搬运，大幅提高处理效率。 云存储与边缘存储结合 根据数据重要性和访问频率，灵活选择存储位置，优化资源配置。 课堂小结 知识点总结 课后任务 布置作业： 制作一张存储器分类和技术指标的对比表格，列出分类方式、类别名称和技术指标含义。 查阅资料，了解存储技术和总线技术的最新发展趋势，撰写一篇简要的研究报告。 谢谢观看 THANKS Lavf59.14.100 Lavf59.14.100 $