计算机组成原理第1章PPT课件

3.数据传输率与数据通路宽度 （1）数据通路宽度: 数据总线一次能并行 传输的数据位数。 （2）数据传输率（带宽）：数据总线每秒 传输的数据量。
总线位数×总线时钟频率
总线带宽 =
8
（B/S）
主存带宽 =？
4.存储容量
1）主存容量
K、M、G、T
1024
指存储单元个数 × 位数。
决定地址位数
存储体
控制线路
数据寄存器 读/写线路
译码器
…………
地址寄存器
…………
存储体: 存放信息的实体。 寻址系统：对地址码译码，选择存储单元。 读/写线路和数据寄存器：完成读/写操作，暂 存读/写数据。 控制线路：产生读/写时序，控制读/写操作。 3）讨论 存储单元读/写原理、存储器逻辑设计
（3） 输入/输出设备 1）功能：转换信息。
换、逻辑控制等功能。
2.典型的硬件系统结构 （1）以总线为基础的系统结构 特点：结构简单、控制方便、扩展容易。
总线
部件 部件 部件
单总线结构 系统总线
CPU
M
接口
I/O
接口 I/O
（2）采用通道或IOP的系统结构 带通道的系统（图1-6）
主机
通道
I/O控制器
I/O
• 规模较小的系统可将通道部件设置在 CPU内部。
1.3.2 计算机的主要性能指标
1.基本字长 指操作数的基本位数。 和运算器、寄存器、总线有关，它影响
计算精度、指令功能。 8 — 16 — 32 — 64位
2. 运算速度 （1）定点/浮点四则运算时间
（2）每秒平均执行的指令条数（MIPS） （3）CPU时钟频率（Hz）
5M 100M 1G 2.0G 3.2G （4）典型程序执行时间 （5）每条指令平均执行周期.事先编制程序 2.事先存储程序 3.自动、连续地执行程序
传统冯诺依曼机串行执行指令。 对传统冯诺依曼机的改造：增加并行处理 功能。
1.2 计算机系统的组织
1.2.1 硬件系统 硬件：构成计算机的物理设备。 1.常见计算机硬件系统组成 （图1-5）
控制器
输入设备
存储器
工作结束 表示为 11
2. 在物理机制上用数字信号表示数字代码。
数字型电信号 例1： 用电平信号表示数字代码
高电平
1
低电平
0
高电平
1
例2：用脉冲信号表示数字代码
10 1
有脉冲 无脉冲 有脉冲
3. 数字化方法表示信息的优点 （1）容易实现 （2）可靠性高 （3）范围大、精度高 （4）通用性强 （5）能用数字逻辑技术
输出设备
数据流
运算器 (ALU)
控制流
（1）CPU：中央处理器的简称，CPU 是能执行系统程序和用户程序的处理器， 主要由运算器、控制器组成，通常集成在 一块芯片上。
运算器： 1）功能：完成算术运算和逻辑运算， 即加工信息的部件。
2）组成：
移位器
ALU
选择器
选择器
通用寄存器组
控制器 1）功能：产生控制命令(微命令)，控制 全机操作。 2）组成： 微命令序列
• 较大大的系统可将通道设置在CPU之外。
• 更大的系统可将通道发展成功能更为 强大的输入/输出处理机，称为IOP。
（3）多机系统简介
主要在系统结构中介绍。
图1-7为紧耦合系统，以总线或开关矩 阵连接多个节点（CPU）。
图1-8为松耦合系统，以通信网络连接 多个节点（CPU）。
1.2.2 软件系统
输入设备：原始信息转换成代码送入主机； 输出设备：处理结果转换成人所能接受的形
式并输出。
2）种类： 显示器、打印机、扫描仪、键盘、绘图仪、
鼠标等。
（4）总线 1）定义：一组能为多个部件分时共享的
信息传输线及逻辑控制部件。 2）功能：传输信息。
（5）接口 1）定义：连接系统总线和I/O设备的逻辑
控制部件。 2）功能：数据传送与缓冲、数据格式变
图1-10 从语言功能角度划分的层次结 构模型。
专用语言—高级语言—汇编语言—机器语言
虚拟机 实际机器
层次结构模型便于不同的人从不同的层 次观察、分析计算机的组成、性能和工作机 理。
1.2.4 软、硬件的功能划分与逻辑上的等价性
1.在逻辑功能上等价 硬件的功能可以用软件完成，软件的功能 可以用硬件完成。 举例：乘法运算、浮点运算、数组运算、中断 排队、按键识别。 硬件软化----软件硬化----软件固化 固件：软件固化在只读存储器中。
2.在物理实现上不等价
在实现速度、价格、灵活性等方面不同。
硬件实现速度快、价格高、灵活性差， 软件反之。
3.软、硬件的功能分配及界面 随时间变化，随机器档次变化。 指令系统是软件和硬件的分界面。
1.3 计算机的特点及性能指标
1.3.1 数字计算机的特点
1. 自动连续地执行程序 2. 运算速度快 3. 运算精度高 4. 存储能力强 5. 通用性好
1.1.2 信息的数字化表示 1.在计算机中用数字代码表示各种信息 二进制代码 例1：用数字代码表示数据
6
表示为 0 110
-6
表示为 1 110
例2 ：用数字代码表示字符
A表示为 1000001
B表示为 1000010
例3：用数字代码表示命令、状态
启动
表示为 00
停止
表示为 01
正在工作 表示为 10
第1章 概 论
主要内容：
计算机的基本概念 系统硬件组成（主要部件、系统结构） 软件和硬件的关系 计算机的特点和性能指标
1.1 计算机的基本概念
1.1.1 计算机与冯 ·诺依曼体制 1. 用二进制代码表示程序和数据； 2. 计算机采用存储程序的工作方式； 3. 计算机硬件由存储器、运算器、控
制器、输入设备和输出设备组成。
微命令发生器
时序信号 状态信息 指令信息
微命令产生方式（指令执行控制方式 ）：
组合逻辑控制方式： 由组合逻辑电 路 产生微命令
微程序控制方式： 由微指令产生微命令
3）讨论 两种控制器组成原理与控制机制。 模型机的数据通路结构和指令执行过程。
（2）存储器 1）功能: 存储信息。 2）组成（主存储器）：
软件：计算机使用的所有程序和数据文 件的集合。
系统软件：操作系统、语言处理程序、 数据库系统等。
应用软件：计算、控制、管理、设计等 各种软件。
1.2.3 系统组成的层次结构
图1-9 从软件、硬件组成角度划分的层 次结构模型。
系统分析级—用户程序级—应用程序— 语言处理程序—操作系统级—传统机器级— 微程序级—逻辑部件级