计算机组成原理
计算机组成原理-(完整版)
计算机组成原理-完整版前言计算机组成原理是计算机科学中最基础的课程之一，它主要研究计算机系统的各个组成部分的原理和关系。
它是计算机科学中最基础的课程之一，也是理解其他计算机科学领域的必备基础。
本文将介绍计算机组成原理中涉及的各个方面，从处理器到内存，再到输入输出系统，以及操作系统和应用层，详细解释它们的工作原理和相互关系。
此外，我们还将介绍一些实际的例子，以帮助读者更好地理解这些概念。
计算机硬件组成处理器处理器是计算机的大脑，它是计算机中最为关键的部分之一。
处理器的任务是执行指令，它通过解码指令，再根据指令来执行相应的操作。
处理器包括控制单元和算术逻辑单元两部分。
控制单元是处理器的主控制中心，它决定了处理器要执行的操作，以及操作的顺序。
由于处理器的速度非常快，因此它能够在一个时钟周期内执行多个操作。
算术逻辑单元（ALU）则用于执行运算操作，例如加减乘除、位移等。
ALU从寄存器中读取数据，并根据指令进行相应的计算和操作。
存储器存储器用于存储计算机中的数据和指令。
存储器被分为两种类型：内存和外存。
内存是指计算机中直接可访问的存储，例如DRAM。
它是用于临时存储程序和数据的地方。
内存的访问速度非常快，但只能存储有限的数据量。
外存则是指计算机中不直接可访问的存储，例如硬盘。
它用于长期存储数据和程序。
虽然外存的访问速度相对较慢，但它能够存储大量的数据和程序。
输入输出设备输入输出设备是与计算机交互的途径，例如键盘、鼠标和显示器等。
输入设备用于将数据输入到计算机中，输出设备则用于从计算机中输出数据。
计算机系统架构冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是计算机系统的经典架构，它由储存器、算术逻辑单元、控制单元和输入输出设备组成。
程序存储在内存中，并通过控制单元来控制执行。
该体系结构具有良好的扩展性和通用性，适用于大多数计算机系统。
哈佛体系结构哈佛体系结构是一种采用不同存储器分别用于程序和数据存储的计算机系统。
计算机组成原理(本全)课件
目录
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出(I/O)系统 • 计算机的体系结构 • 计算机的软件系统
01 计算机系统概述
计算机的发展历程
第一代计算机
电子管计算机，20世纪40年代 中期至50年代末期，主要用于
军事和科学研究领域。
CPU每个时钟周期执行的指令数，是 衡量CPU性能的重要指标。
03 存储器系统
存储器的分类和作用
分类
根据存储器的功能和位置，可以分为内存和外存两大类。内存是计算机内部存储器，用 于存放运算数据和程序代码；外存则是计算机外部存储器，用于长期保存大量数据和程
序。
作用
存储器是计算机的重要组成部分，它负责存储程序运行过程中所需的数据、指令等信息 ，使得CPU能够快速、准确地读取和写入数据，从而完成程序的执行。
软件系统
包括系统软件和应用软件两大类。
操作系统
是计算机的软件系统中最基本、最重要的部分，负责 管理和调度计算机的软硬件资源。
计算机的工作原理
二进制数制
计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。
指令和程序
计算机按照程序中预定的指令序列进行自动执 行。
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部，根据指令从存储器中取出数据和指令进行运 算和传输。
内存的工作原理和组织结构
工作原理
内存由多个存储单元组成，每个单元可以存储一个二进制数 。当CPU需要读取或写入数据时，会通过地址总线发送地址 信号，内存控制器根据地址信号找到对应的存储单元，完成 数据的读取或写入操作。
组织结构
内存的组织结构通常采用线性编址方式，即将内存单元按照 一定顺序排列，每个单元都有一个唯一的地址。内存的容量 大小由地址总线的位数决定，地址总线位数越多，可访问的 内存单元数量就越多。
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输入输出系统
输入设备
将人类可读的信息转换为计算机 可识别的二进制代码，如键盘、 鼠标等。
I/O控制方式
程序查询方式、中断方式、DMA 方式和通道方式等，用于管理输 入输出操作。
输出设备
将计算机处理后的结果转换为人 类可读的形式，如显示器、打印 机等。
I/O接口
连接输入输出设备与主机，实现 数据缓冲、电平转换和信号匹配 等功能。
括通用寄存器、专用寄存 器等。
指令的执行过程
取指
从内存中读取指令，并将其放入指令寄存器 中。
执行
根据微操作命令序列，控制运算器、寄存器 等部件执行相应的操作。
译码
将指令寄存器中的指令翻译成微操作命令序 列。
写回
将执行结果写回到寄存器或内存中。
CPU的性能指标
主频
CPU的时钟频率，通常以MHz或 GHz表示，主频越高，CPU处理
运算器
执行算术运算和逻辑运算， 处理数据。
寄存器
暂存指令、数据和地址， 提高CPU的运算速度。
存储器
01
主存储器
存放程序和数据的主要区域，直接和CPU交换信息。
02
辅助存储器
长期保存信息，容量大、价格低、速度慢，需通过主存与CPU交换信息。
03
高速缓冲存储器（Cache）
位于CPU和主存之间，存取速度接近CPU，用于缓解主存速度瓶颈问题。
云计算和大数据的融合是未来发展的趋 势，通过云计算平台提供的大数据服务， 可以实现海量数据的存储、处理和分析。 计算机组成原理在云计算和大数据融合 中发挥着重要作用，为构建高效、稳定 的云计算和大数据平台提供了理论支持。
计算机组成原理的发展趋势和挑战
发展趋势
计算机组成原理(白中英)
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
系统结构
RAID4
I/O系统
❖ 专用奇偶校验独立存取盘阵列
❖ 数据以块（块大小可变）交叉的方式存于各盘， 奇偶校验信息存在一台专用盘上
数据块
校验码 产生器
A0
A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
C0
C1
C2
C3
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
❖ 只写一次光盘
只写一次光盘（Write Once Only）：可以由用户写入 信息，不过只能写一次，写入后不能修改，可以多次读 出，相当于PROM。在盘片上留有空白区，可以把要修 改和重写的的数据追记在空白区内。
❖ 可檫写式光盘
可檫写式光盘（Rewriteable）：利用磁光效应存取信 息，采纳特殊的磁性薄膜作记录介质，用激光束来记录、 再现和删除信息，又称为磁光盘，类似于磁盘，可以重 复读写。
RAID6
I/O系统
❖ 双维奇偶校验独立存取盘阵列
❖ 数据以块（块大小可变）交叉方式存于各盘， 检、纠错信息均匀分布在全部磁盘上
系统结构
A0 A1 A2
3校验码 D校验码
B0 B1
2校验码 C校验码
B2
C0
1校验码 B校验码
C1 C2
0校验码 A校验码
D1 D2 D3
校验码 产生器
7.7 光盘存储设备
– 正脉冲电流表示“1”，负脉冲电流表示“0”； – 不论记录“0”或“1”，在记录下一信息前，记录电流
恢复到零电流 – 简洁易行，记录密度低，改写磁层上的记录比较困难，
计算机组成原理(本全PPT)
用作固件存储，如BIOS、固件等。
外存储器
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
分类
机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。
外存储器
应用
作为计算机的主要存储设备。
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
外存储器
分类
CD、DVD和蓝光光盘等。
应用
用于数据备份和存储。
高速缓存(Cache)
址和控制信号。
总线按照传输信号类型可以分为 数据总线、地址总线和控制总线。
总线按照连接部件可以分为内部 总线和外部总线，内部总线连接 计算机内部各部件，外部总线连
接计算机与外部设备。
主板的结构与功能
主板的结构包括
处理器插座、内存插槽、扩展插槽、硬盘接口、电源接 口等。
主板的功能包括
提供各部件之间的连接，实现数据传输和控制信号传递 ；保障系统的稳定性和可靠性；提供系统扩展能力。
I/O数据传输方式
优点
CPU可以执行其他任务，适用于高速I/O 设备。
VS
缺点
需要设置中断控制器，实现起来较为复杂 。
I/O数据传输方式
优点
CPU不直接参与数据传输，适用于大数据块 传输。
缺点
需要设置DMA控制器，成本较高。
I/O设备控制方式
要点一
优点
简单、易于实现。
要点二
缺点
CPU效率低下，适用于慢速I/O设备。
计算机组成原理(本全ppt)
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出系统(I/O) • 总线与主板 • 计算机系统性能评价与优化
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
计算机组成原理目录
计算机组成原理目录
一、基本概念和术语
1.计算机组成原理概述
2.计算机硬件和软件的关系
3.信息的表示和处理
4.计算机的运行原理
二、数字逻辑电路基础
1.布尔代数和逻辑门
2.组合逻辑电路
3.时序逻辑电路
4.存储器和寄存器
三、计算机的指令系统和运算
1.指令的表示和执行
2.数据的表示和运算
3.控制逻辑和控制单元
四、存储器和存储器层次结构
1.存储器的分类和特性
2.主存储器和辅助存储器
3.存储器的层次结构和存取方法
4.存储器的高速缓存和虚拟存储器
五、输入和输出设备
1.输入和输出设备的分类和特性
2.输入设备的接口和数据采集
3.输出设备的接口和数据显示
4.输入输出设备的控制和通信
六、总线和通信
1.计算机系统中的总线
2.总线的分类和特性
3.总线的传输方式和速度
4.总线的控制和仲裁
七、处理器的结构和设计原理
1.处理器的功能和组成
2.数据通路和控制单元的设计
3.内部寄存器和处理器的运行状态
4.处理器的性能评价和优化技术
八、计算机体系结构和指令集
1.计算机的级别和体系结构
2.CISC和RISC的比较
3.指令集的设计和实现
4.多核处理器和并行计算
九、系统总线和I/O设备接口
1.系统总线的结构和功能
2.总线的控制和仲裁机制
3.I/O设备的接口和通信
4.DMA和中断处理机制
十、计算机性能评价和提高技术
1.计算机性能的度量和评价
2.程序的优化和并行化技术
3.存储器层次结构的优化
4.编译器的优化技术。
计算机组成原理(本全PPT)白中英
32
为提高数据的表示精度，当尾数的值不为 0 时，其绝 对值应≥0.5，即尾数域的最高有效位应为1,否则以修 改阶码同时左右移小数点的办法，使其变成这一表 示形式，这称为浮点数的规格化表示。
101.1101=0.1011101×20011=0.010111010×20100
规格化表示为尾数是0.1011101，阶码是0011 而尾数是0.01011101，阶码是0100不是规格化表示。
16
(347) 8 =3×82+4×81+7×80=(103)10 (347.5) 8 =3×82+4×81+7×80+5×8-1 =(231.625)10 (34E.5) 16 =3×162+4×161+14×160+5×16-1 =(846.3125)10
17
2、不同数制间的转换 1＞十进制八，十六进制二进制 法则 整数部分：除8（16）取余数 小数部分：乘8（16）取整 重复循环
0≤︱X︱≤2n －1 或： — (2n －1)≤ X≤2n －1 （16位整数范围：— (215 －1)≤ X≤ (215 －1)
25
2、浮点表示法 1＞数的浮点表示 其范围和精度部分分别用定点数表示 123.45=1234.5×10－1=12345×10 －2 =123450×10 － 3 4796.54＝0 . 479654×104 0.00479654＝ 0 . 479654×10－2 －0.00479654＝ －0 . 479654×10－2
27
任意十进制N，可以化为 N＝M×10E 其中M为小数，E为整数 一个数S的任意进制表示 （S）R＝m×Re m ：尾数，是一个纯小数。 e ：比例因子的指数，称为浮点的指数，是一个 整数。 R ：比例因子的基数，对于二进计数值的机器 是一个常数，一般规定Ｒ 为2，8或16。
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将结果存回内存或寄存器 。
CPU的性能指标
速度
执行指令的速度，通常以MIPS（百万条 指令每秒）表示。
功耗
CPU在工作时的能耗。
集成度
CPU中晶体管的数量和密度。
可靠性
CPU在正常工作条件下无故障运行的概率 。
03
存储器
内存的分类与结构
分类
根据存储介质，内存可以分为RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）。RAM又可以分为DRAM（动态 随机存取存储器）和SRAM（静态随机存取存储器）。
谢谢您的聆听
THANKS
《计算机组成原理》ppt课件
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器 • 存储器 • 输入输出系统 • 总线系统 • 计算机系统可靠性及安全性
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
机械计算机时代
1946年第一台电子计算机ENIAC诞生，占地170平方米，重30吨，运算速度5000次/秒。
晶体管计算机时代
20世纪50年代中期至60年代，计算机体积缩小，运算速度提高，可靠性增强。
集成电路计算机时代
20世纪60年代末至70年代初，微处理器出现，个人电脑开始进入市场。
大规模集成电路计算机时代
20世纪70年代中期至今，计算机体积更小，性能更高，应用领域更广泛。
计算机系统的组成
硬件系统
包括中央处理器、存储器、输入输出设备 等物理部件。
结构
内存主要由存储单元阵列、地址译码器和数据输入/输出缓冲器组成。每个存储单元阵列负责存储数据，地址译 码器负责将地址码转换为相应的存储单元的地址，数据输入/输出缓冲器则负责数据的读写操作。
内存的工作原理
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定点数的加减法实现
通过硬件电路实现定点数的加减法，包括加 法器、减法器等。
浮点数的加减运算
浮点数的表示方法
包括IEEE 754标准中浮点数的表示方法、规格化表示 和精度。
浮点数的加减法规则
包括阶码和尾数的运算规则、对阶操作、尾数加减运 算和结果规格化等。
浮点数的加减法实现
通过硬件电路实现浮点数的加减法，包括浮点加法器 、浮点减法器等。
指令的执行过程与周期
指令执行过程
取指、译码、执行、访存、写回等阶段 。
VS
指令周期
完成一条指令所需的时间，包括取指周期 、间址周期、执行周期等。
07
中央处理器（CPU）
CPU的功能与组成
控制器
负责指令的取指、译码和执行，控制 数据和指令在CPU内部的流动。
运算器
执行算术和逻辑运算，包括加、减、 乘、除、与、或、非等操作。
多核处理器与并行计算
多核处理器
将多个处理器核心集成在一个芯片上，每个核心可以独立执行指令，提高处理器的并行 处理能力。
并行计算
利用多核处理器或多个处理器同时处理多个任务或数据，加速计算过程，提高计算效率 。
08
输入输出系统
I/O接口与I/O设备
I/O接口的功能
实现主机与外设之间的信息交换，包括数据 缓冲、信号转换、设备选择等。
乘法与除法运算
浮点数的乘除法运算
包括浮点数的乘法、除法和平方根运算等。
定点数的乘除法运算
包括原码一位乘法、补码一位乘法、原码除 法和补码除法等。
乘除法运算的实现
通过硬件组成与设计
运算器的基本组成
包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器组、数据总线等。
运算器的设计原则
计算机组成原理和微机原理
计算机组成原理和微机原理计算机组成原理和微机原理是计算机科学与技术领域中非常重要的两门课程，它们涉及到计算机的硬件和软件方面的知识。
本文将详细介绍计算机组成原理和微机原理的概念、内容和重要性。
一、计算机组成原理的概念和内容计算机组成原理是计算机科学与技术领域中的基础课程之一，它主要研究计算机的硬件结构和工作原理。
计算机组成原理涉及到的内容很广泛，主要包括计算机的基本组成、计算机的运行过程、计算机的存储结构、计算机的输入输出系统等方面。
1.计算机的基本组成计算机的基本组成包括中央处理器（CPU）、存储器（memory）和输入输出设备（I/O devices）。
中央处理器是计算机的核心部件，负责执行计算机的指令和处理数据。
存储器用于存放程序和数据，可以分为主存储器（RAM）和辅助存储器（硬盘、光盘等）。
输入输出设备用于与计算机进行交互，如键盘、鼠标、显示器等。
2.计算机的运行过程计算机的运行过程包括指令的周期性执行和数据的处理。
在计算机中，每个指令都是由一系列的操作码（Opcode）和操作数（Operand）组成，其中操作码表示操作的类型，操作数表示操作的具体内容。
指令的周期性执行是通过时钟信号来实现的，时钟信号可以控制计算机的时序和同步。
3.计算机的存储结构计算机的存储结构主要包括主存储器和辅助存储器。
主存储器用于存放正在执行的程序和数据，是计算机运行的关键部件。
主存储器可以按照访问方式分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）等。
辅助存储器用于存放大量的程序和数据，可以分为硬盘、光盘、磁带等。
4.计算机的输入输出系统计算机的输入输出系统是计算机与外部世界进行交互的重要组成部分。
输入设备用于将外部的信息传递给计算机，如键盘、鼠标等；输出设备用于将计算机的结果显示给用户，如显示器、打印机等。
输入输出设备和计算机之间有一个接口（interface），可以通过接口进行数据的传输和控制。
二、微机原理的概念和内容微机原理是计算机科学与技术领域中的重要课程，它主要研究微型计算机的组成和工作原理。
计算机组成原理
计算机组成原理一、选择1、数的大小2、存储单元存储单元一般应具有存储数据和读写数据的功能，一般以8位二进制作为一个存储单元，也就是一个字节。
每个单元有一个地址，是一个整数编码可以表示为二进制整数。
程序中的变量与主存储器的存储单元相对应。
变量的名字对应存储单元的地址，变量的内容对应单元所存储的数据。
3、冯.诺依曼体系结构以二进制的形式将程序存放到存储器中，控制器依据存储器的程序来控制全机协调地完成计算任务。
存储程序并按地址顺序执行，这就是冯诺依曼型计算机的体系结构，该结构由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成。
4、寻址范围存储器的容量=存储字长*存储单位5、CPU模型中各器件的功能控制器：（1）从指令cache中取出一条指令，并指出下一条指令在指令cache中的位置。
（2）对指令进行译码或测试，并产生相应的操作和控制信号，以便启动规定的动作。
（3）指挥并控制CPU、数据cache和输入/输出设备之间数据流动的方向。
运算器：（1）执行所有的算术运算。
（2）执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试。
存储器：（1）数据缓冲寄存器（DR）①作为ALU运算结果和通用存储器之间信息传送中时间上的缓冲。
②补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。
（2）指令寄存器（IR）用来保存当前正在执行的一条指令。
（3）程序计数器（PC）保证程序能够连续地执行下去。
（4）数据地址寄存器（AR）用来保存当前CPU所访问的数据cache存储器中（简称数存）单元的地址。
（5）通用寄存器(R0__R3)通用寄存器共4个，当算术逻辑单元（ALU）执行算数或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。
（6）状态字寄存器（PSW）保存由算数指令和逻辑指令运算或测试结果建立的各种条件代码。
6、指令的分类数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、程序控制指令、输入输出指令、字符串处理指令、特权指令、其他指令7、指令周期的含义指令周期是指取出一条指令并执行这条指令的时间。
计算机组成原理
计算机组成原理计算机组成原理是指计算机由硬件和软件组成的过程和原理。
它涉及了计算机内部各部件的功能和相互关系，以及它们如何协同工作，实现计算、存储和通信等功能的基本原理。
计算机组成原理主要包括指令执行周期、存储器层次结构、总线结构、I/O系统、中央处理单元（CPU）、寄存器以及各种逻辑门电路等基本概念和原理。
计算机组成原理是计算机科学与技术的核心课程之一，它为我们深入了解计算机的工作原理以及如何有效地设计和优化计算机系统提供了重要基础。
指令执行周期是计算机工作的基本单位，它由取指令、指令译码、指令执行、访问存储器、写回数据等若干步骤组成。
存储器层次结构是指计算机系统中不同速度和容量的存储器层级，包括高速缓存、主存储器和辅助存储器等。
各级存储器通过读写控制线和数据线相连，实现数据的传输和存储。
总线结构是计算机内部各部件之间传输数据和控制信号的途径。
它包括数据总线、地址总线和控制总线等，用于在CPU、存储器和I/O设备之间传输数据和控制信息。
I/O系统是计算机与外部设备之间的接口，负责数据的输入输出和设备的管理。
它通过I/O控制器和外设接口等实现计算机与外部设备的通信。
CPU是计算机的核心部件，负责执行程序中的指令。
它由控制单元和算术逻辑单元组成，控制单元负责指令的控制和管理，算术逻辑单元负责进行数据的运算和逻辑判断。
寄存器是CPU内部用于存储数据和指令的临时存储器，包括通用寄存器、指令寄存器、程序计数器等。
逻辑门电路是计算机中最基本的构建单元，包括与门、或门、非门等。
通过逻辑门的组合和连接，可以实现各种逻辑运算和控制功能。
计算机组成原理涉及的其他概念还包括指令集体系结构、流水线技术、中断处理等。
总之，计算机组成原理是计算机科学与技术中的重要基础课程，它为我们理解计算机工作原理、设计高效的计算机系统提供了基础。
通过学习计算机组成原理，我们可以更好地理解计算机的内部结构和原理，为后续的计算机体系结构、操作系统、编译原理等课程奠定坚实的基础。
计算机组成原理
概论CPU ：中央处理器，是计算机的核心部件，由运算器和控制器构成。
运算器：计算机中完成运算功能的部件，由ALU 和寄存器构成。
总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合。
主机：由CPU 、存储器与IO 接口合在一起构成的处理系统称为主机。
接口：是主机与外设之间传递数据与控制信息的电路，是主机与外设的桥梁。
汇编语言：采用文字方式（助记符）表示的程序设计语言。
字长：一个数据字包含的位数，一般为8 位、16 位、32 位和64 位等。
运算器的功能：完成算术逻辑运算，由ALU 和若干寄存器组成。
其中ALU 负责执行各种数据运算操作，寄存器用于暂时存放参与运算的数据以及保存运算状态。
控制器的功能：从内存中取出指令，对其进行译码，产生相应的时序控制信号，控制其它器件工作。
数据编码和数据运算数据：定点数据、浮点数据、图形数据、文字数据。
原码：用一个符号位表示数据的正负，0 代表正号，1 代表负号，其余的代码表示数据的绝对值。
补码：用最高位表示符号，其余各位代码给出数值按2 取模的结果。
阶码：浮点数编码中，表示小数点的位置的代码。
海明距离：在信息编码中，两个合法代码对应位上编码不同的数据位。
冯诺依曼舍入法：浮点数据的一种舍入方法，在截去多余位时，将剩下数据的最低位置1 。
规格化数：浮点数编码中，为使浮点数具有唯一的表示方式所作的规定，规定尾数部分用纯小数形式给出，而且尾数的绝对值应大于1/R ，即小数点后的第一位不为零。
机器零：浮点数编码中，阶码和尾数为全0 时代表的0 值。
为什么用二进制：容易用数据电路表示，数据运算和存储方式简单，是高效的数据表示方式。
如何区分ASCII 代码和汉字编码：ASCII 代码是7 位的代码，在存储时可以在它前面增加一位形成8 位的代码，增加的位用0 表示是ASCII 码， 1表示是汉字编码。
存储系统SRAM ：静态半导体存储器，可随机读写，其存储的数据表示为晶体三极管构成的双稳态电路的电平，存储数据稳定，不需刷新。
计算机组成原理
计算机组成原理计算机组成原理是计算机科学与技术领域中的重要内容之一，它是对计算机系统内部结构及其相互关系的深入研究。
计算机组成原理作为计算机科学与技术的基础课程，具有非常重要的意义。
下面将从计算机组成原理的概念、结构、指令系统、中央处理器、存储器、输入输出子系统等多个方面进行阐述。
一、计算机组成原理的概念计算机组成原理是指计算机实现各种功能的基本原理，其中包括计算机硬件系统、软件系统以及两者之间的相互关系。
计算机组成原理的研究内容主要包括计算机的硬件结构、指令系统、中央处理器、存储器、输入输出子系统等。
二、计算机硬件结构计算机硬件结构是计算机组成原理的基础，计算机硬件系统的组成包括中央处理器、存储器、输入输出子系统、通信子系统等几个部分。
其中，中央处理器是计算机硬件系统的核心部分，它由运算器、控制器和寄存器三部分组成，运算器和控制器这两个部分分别对数据进行计算和控制存储器等硬件的工作，而寄存器则用于临时存放指令和数据等。
存储器是用于存储数据的关键部件，它包括主存储器和辅助存储器两部分。
主存储器通常指的是内存，使用频率较高且容量较小，而辅助存储器则包括硬盘、光盘等，使用频率较低但容量较大，主要用于存储大量的数据和程序。
输入输出子系统用于连接计算机与外部设备，如键盘、鼠标、打印机、显示器等，让计算机能够与外部设备进行数据交换。
通信子系统则用于将计算机连接到互联网或其他计算机中，以进行网络通信和数据传输。
三、指令系统指令系统是计算机组成原理的重要组成部分，它由一条或多条指令组成，用于控制中央处理器执行各种操作。
指令系统可以分为机器指令和汇编指令两种形式。
机器指令是计算机硬件能够直接识别执行的指令，通常使用二进制编码表示。
而汇编指令则是机器指令的易于理解的文本形式，通常使用助记符等易于理解的符号表示。
指令系统的设计需要考虑到多种因素，如效率、简洁性、可扩展性、易于实现等。
具体来说，指令系统应该是能够快速执行的，同时也应该易于理解和学习，一方面需要减少指令的数量和长度，另一方面需要增加指令的功能和灵活性。
知识点 计算机组成原理
知识点计算机组成原理知识点-计算机组成原理计算机组成原理重要知识点第一章绪论一、冯．诺依曼思想体系――计算机（硬件）由运算器、控制器、存储器、输入输出设备五部分组成，存储程序，按地址出访、顺序继续执行二、总线的概念。
按传送信息的不同如何划分；按逻辑结构如何划分三、冯．诺依曼结构（普林斯顿结构）与哈弗结构的存储器设计思想四、计算机系统的概念，软件与硬件的关系、计算机系统的层次结构（实际机器与交互式机器）五、计算机的主要性能指标的含义（机器字长，数据通路宽度，主存容量，运算速度）六、cpu和主机两个术语的含义，完备的计算机系统的概念，硬件、软件的功能分割七、总线概念和总线分时共享资源的特点、三态门与总线电路第二章数据的机器层次表示一、真值和机器数的概念数的真值变为机器码时存有四种则表示方法：原码表示法，反码表示法，补码表示法，移码则表示码。
其中移码主要用作则表示浮点数的阶码e，以利比较两个指数的大小和对阶操作方式二、一个定点数由符号位和数值域两部分组成。
按小数点位置不同，定点数有纯小数和纯整数两种表示方法。
几种定点机器数的数值则表示范围。
三、浮点数浮点数的标准表示法：符号位s、阶码e、尾数m三个域组成。
其中阶码e通常用移码表示（其值等于指数的真值e加上一个固定偏移值）。
规格化浮点数（原码，补码则表示的规格化浮点数的区别）五、处理字符信息（符号数据即非数值信息），七、常用的bcd码：8421码、2421码、余3码、格雷码（有权码，无权码，特点）八、检错纠错码：奇偶校验（掌握奇偶校验原理及校验位的形成及检测方法）,海明码的纠错原理（理解）第三章指令系统一、指令格式:指令的基本格式,指令的地址码结构（3、2、1、0地址指令的区别），非规整型指令的操作码（扩展览会操作码）二、编址方式（位，字节，字…）三、操作数串行方式――立即串行、轻易串行、间接串行、寄存器串行、寄存器间接串行、相对串行、基址寻址、变址寻址、页面寻址四、指令串行方式――顺序对串行方式、弹跳串行方式五、指令类型及功能六、不同的计算机的i/o指令差别很大，通常有两种方式：独立编址方式,统一编址方式第四章数值的机器运算一、为运算器构造的简单性，运算方法中算术运算通常采用补码加减法，原码乘除法或补码乘除法。
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计算机语言
程序是计算机语言的具体体现，是用某种计算机程序设计语言按问题的要求编写而成的。程序就 是指令的有序集合。 1、机器语言：由0和1按一定规则排列组成的一个指令集；它是计算机唯一能识别和执行的语言。 优点是执行效率高、速度快。主要缺点是直观性差，可读性不强 2、汇编语言：用助记符来表示机器指令中的操作码和操作数的指令系统 。可读性增强，执行速 度快，但仍是一种面向机器的语言，编制程序的效率不高，难度较大，维护较困难，属低级语言 。 3、高级语言：一种更接近于人类自然语言和数学语言的语言，用高级语言编写程序可以大大减 少编程人员的劳动，因此它也具有较好的可移植性 。
功能：将高级语言编写的程序翻译成计算机能识别和执行的二进制机器指令，然后供计算机 执行。又称为翻译程序。 语言处理程序分为两种：
编译程序：将用户编写的高级语言程序（源程序）的全部语句全部翻译成机器语言程序， 然后再执行机器语言程序。 解释程序：将源程序的一条语句翻译成机器语言程序，并立即执行，接着再翻译源程序 的下一条语句并执行，如此重复直至完成源程序的全部翻译任务。它的特点是翻译一次 执行一次。
计算机分类
模拟计算机
电子计算机
通用计算机
数字计算机 按信息的表示方式分
专用计算机 按应用范围分
巨型机 大型机 中型机 小型机 微型机 工作站 服务器
按规模和处理能力分
三、按系统结构分类
即Michael Flynn分类法： 计算机在执行程序过程中，有2种信息在流动。一种是计算机指令，它从存储器流入控制器， 并变成整个计算机系统的控制信号。另一种是数据，从输入设备流入存储器，再流入执行部 件如运算器，运算结果流入存储器或输出设备。 Flynn称前一种信息为“指令流”，后一种信息为“数据流”。因此根据指令流与数据流的不 同组合，计算机系统结构分为以下4类。
三、计算机软件系统
1．系统软件 2、应用软件：又称为应用程序，它是用户在各自不同的应用领域根据具体的任务需要所开发 编制的各种程序。
如工程设计程序、数据处理程序、自动控制程序、企业管理程序、科学计算程序等等。
1．系统软件
系统软件是指管理、调度、监视和维护计算机系统软硬件资源的程序集合，使系统资源得到 合理调度，确保高效率运行。 常用的系统软件有： （1）操作系统 （2）语言处理程序 （3）数据库管理系统 （4）服务性程序 （5）网络管理软件
一、按使用范围分类
1、通用计算机 通用计算机是指为解决各种问题，具有较强的通用性而设计的计算机。该机适用于一般 的科学计算、学术研究、工程设计和数据处理等广泛用途，这类机器本身有较大的适用 面。
2、专用计算机 专用计算机是指为适应某种特殊应用而设计的计算机，具有运行效率高、速度快、精度 高等特点。一般用在过程控制中，如智能仪表、飞机的自动控制、导弹的导航系统等。
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期末考试
1.1 计算机分类 1.2 计算机的系统组成 1.3 计算机系统层次结构 1.4 计算机主要技术指标 1.5 计算机的发展 本章小结 作业
第一章 概 论
1.1 计算机分类
一、按使用范围分类 二、按照规模和处理能力分类 三、按系统结构分类 无论按哪一种方法分类，各类计算机之间的主要区别是运算速度、存储容量及机器体积等。
（1）操作系统
操作系统（Operating System）的功能： 管理计算机系统的各种软、硬件资源，使其被高效使用； 为计算机系统和用户之间提供接口，为用户提供方便。
操作系统是直接运行在裸机上的最基本的系统软件，是系统软件的核心，任何其他软件必须 在操作系统的支持下才能运行。
（2）语言处理程序
3、小型计算机 具有规模较小、结构简单、成本较低、操作简单、易于维护、与外部设备连接容易等特点。 目前的小型机，如IBM AS/400，其性能已大大提高，主要用于事务处理。
二、按照规模和处理能力分类
4、微型计算机：简称微机 以运算器和控制器为核心，加上由大规模集成电路制作的存储器、输入/输出接口和系统总线， 构成了体积小、结构紧凑、价格低但又具有一定功能的计算机。 单板机：所有器件制作在一块印刷线路板上。 单片机：将运算器、控制器、存储器和输入/输出接口集成在一块芯片中。 微型计算机系统：以微机为核心，再配以相应的外部设备、电源、辅助电路和控制微 机工作的软件。
存储器
运算器
控制器
系统总线
适配器
输入设备 ... 输出设备
二、计算机硬件系统（五大部件）
1、存储器 功能：存放指令和数据。 操作： 存储器读操作：从存储器取出数据，又称为读出。 存储器写操作：向存储器存放数据，又称为写入； 概念： 存储单元：存储二进制信息的部件，每个单元可以存放一个字或字节的信息，存储器就 是存储单元的集合。 单元地址：存储单元的编号，是区分存储器中不同存储单元的唯一标志。
计算机系统的层次结构：从底层向上层分别为：微程序级（硬件）、机器指令级（与硬件紧密相关）、 操作系统级、语言处理程序及其他系统软件、应用软件。 计算机系统的硬件性能指标：包括机器字长、存储器容量、运算速度和配置外设等。
P14: 2，3，4，7
作业
结语 谢谢大家！
三、按系统结构分类
一、计算机系统组成 二、计算机硬件系统 三、计算机软件系统
1.2 计算机的系统组成
一、计算机系统组成
一个完整的计算机系统，包括两大部分，即硬件系统和软件系统。 硬件系统是指构成计算机的物理设备，即由机械、光、电、磁等器件构成的具有计算、 控制、存储、输入和输出功能的实体部件。如CPU、存储器、软盘驱动器、硬盘驱动器、 光盘驱动器、主机板、各种卡及整机中的主机、显示器、打印机、绘图仪、调制解调器 等等，整机硬件也称“硬设备”。 软件系统则是指管理计算机软件和硬件资源、控制计算机运行的程序、命令、指令、数 据等，软件系统就是程序系统，也称为“软设备”。
二、按照规模和处理能力分类
5、工作站 工作站是指为了某种特殊用途而将高性能的计算机系统、输入/输出设备与专用软件结合在 一起的系统。
6、服务器 服务器是在网络环境下为多用户提供服务的共享设备，一般分为文件服务器、打印服务器、 计算服务器和通信服务器等。
目前，微型计算机与工作站、小型计算机乃至中、大型机之间的界限已经愈来愈模糊。
1.4 计算机主要技术指标
1、机器字长
CPU一次能处理的数据位数
2、存储容量
存储容量=存储单元个数×存储字长
单位：字节
1字节（B）=8位
度量：1K=210
1M=220 1G=230
3、运算速度（MIPS、CPI、FLOPS）
4、可配置的外设
1.5 计算机的发展
体积缩小，性能提高 外设的发展：种类多样化，功能增强 计算机网络 多媒体技术 多处理器系统 人工智能 家庭自动化
冯·诺依曼（Von Neumann ）体系结构 1946年由美籍匈牙利数学家冯 ·诺伊曼提出 计算机的体系结构发生了许多变化，但Von Neumann提出的二进制、程序存储和程序 控制，依然是普遍遵循的原则。
冯·诺依曼体系结构特点
1、采用二进制表示数据和指令； 2、采用存储程序即把编好的程序和原始数据预先存入计算机主存中，使计算机工作时能 连续、自动、高速地从存储器中取出一条条指令并执行，从而自动完成预定的任务； 3、计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成。
本章小结
计算机分类： 按信息流的分类方法：SISD、SIMD、MISD和MIMD结构， 按使用范围分类：通用计算机和专用计算机 按规模和处理能力来分类：巨型机、大/中型机、小型机、微型机、工作站和服务器。
计算机系统组成：由硬件系统和软件系统组成。 Von Neumann计算机体系结构的计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备 五大部件组成。 软件系统包括系统软件和应用软件。系统软件以操作系统为核心。
二、计算机硬件系统（五大部件）
4、输入设备 功能：将外界的信息转换为计算机能识别的二进制代码。输入设备是给计算机输入信息的设 备。
5、输出设备 功能：将计算机处理结果转换成人们或其他设备所能接收的形式。
中央处理器CPU（Central Processing Unit）：包括运算器与控制器，通常集成在一块芯片上。 主机：包括CPU和主存储器。 外部设备：输入设备、输出设备的统称。
源程序
计算机运行程序的过程 编译、汇编、连接
机器语言程序 解释
运行 结果
1.3 计算机系统层次结构
应用程序 语言处理程序 及其它系统软件
操作系统级 机器指令系统 微程序设计级（硬件）
使用计算机解题的过程
1、提出问题和任务； 2、建立模型，用适合于程序设计的方式描述算法过程； 3、用某种语言编制程序； 4、编译为机器语言程序； 5、在硬件上执行程序，实现任务。
二、计算机硬件系统（五大部件）
2、运算器 功能：在控制器控制下，进行算术运算和逻辑运算。 运算器的技术性能高低直接影响着计算机的运算速度和整机性能。
3、控制器 功能：对当前指令进行译码分析其所需要完成的操作，产生并发送各部件所需要的控制 信号，从而使整个计算机自动、协调地工作。 控制器是计算机的控制指挥部件，也是整个计算机的控制中心。
二、按照规模和处理能力分类
1、巨型计算机 运算速度快、存储容量大，价格相当昂贵，主要用于复杂、尖端的科学研究领域，特别是 军事科学计算。
2、大/中型计算机 通用性能好、外部设备负载能力强、处理速度快。它有完善的指令系统，丰富的外部设备 和功能齐全的软件系统，并允许多个用户同时使用。主要用于科学计算、数据处理或做网 络服务器。
一、计算机系统组成
计算机是依靠硬件和软件的协同工作来执行一个具体任务。 硬件是计算机系统的物质基础，而软件又是硬件功能的扩充和完善。 任何软件都是建立在硬件基础上的，任何软件也离不开硬件的支持。 如果没有软件的支持，硬件的功能就不能得到充分的发挥。