自考《计算机组成原理》概念第一章到第七章
计算机组成原理第1章
1.2 计算机系统的组成
• 这就是“存储程序”和“程序控制”(简称存储程序控制)的概念。 • ③指令的执行是顺序的,即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行
,程序分支由转移指令实现。 • ④计算机由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五大基本
部件组成,并规定了五部分的基本功能。 • 冯·诺依曼原理的基本思想奠定了现代计算机的基本架构,并开创了
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1.2 计算机系统的组成
• 运算器的性能是影响整个计算机性能的重要因素,精度和速度是运算 器重要的性能指标。
• (3)控制器 • 控制器是整个计算机的控制核心。它的主要功能是读取指令、翻译指
令代码并向计算机各部分发出控制信号,以便执行指令。当一条指令 执行完以后,控制器会自动地去取下一条将要执行的指令,依次重复 上述过程直到整个程序执行完毕。 • (4)输入设备 • 人们编写的程序和原始数据是经输入设备传输到计算机中的。
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1.1 计算机的发展
• 归根结底,40多年的实践证明摩尔定律有利于工业的发展及人类的 需求。直至今日,半导体工业还是按照DRAM每18个月、微处理 器每24个月集成度翻倍的规律发展着。
• 如果按照旧有方式制造电路,即将晶体管、电阻器和电容器安装在电 路板上构成电子设备,那么个人计算机、移动电话、计算机辅助设计 等都是不可能问世的。
• 主存储器主要由存储体、存储器地址寄存器(MemoryAddr essRegister,MAR)、存储器数据寄存器(Memo ryDataRegister,MDR)以及读写控制线路构成。
• (2)运算器 • 运算器是对信息进行运算处理的部件。它的主要功能是对二进制编码
进行算术(加减乘除)和逻辑(与或非)运算。运算器的核心是算术 逻辑运算单元(ArithmeticLogicUnit,ALU )。
《计算机组成原理》教程第1章概述
第三代计算机
集成电路计算机,进一步提高 了运算速度和可靠性,并开始 应用于各个领域。
第四代计算机
超大规模集成电路计算机,体积进 一步减小、运算速度飞速提升,功
能更加强大且应用领域广泛。
计算机系统组成
硬件系统
包括中央处理器(CPU)、存储器、 输入输出设备等,是计算机系统的 物质基础。
软件系统
包括操作系统、应用软件等,是 计算机系统的灵魂,负责管理和 控制硬件系统的工作。
运算方法与运算器
01
基本运算方法
包括加法、减法、乘法、除法等基本算术运算,以及逻辑运算和移位运
算等。
02
运算器的组成
运算器是实现算术运算和逻辑运算的部件,它由算术逻辑单元(ALU)、
累加器、寄存器等部件组成。
03
运算器的功能
根据指令的要求,从存储器或寄存器中取出操作数进行运算,并将结果
存回存储器或寄存器中。同时,运算器还可以执行一些与运算相关的操
01
输入设备
02
输出设备
输入设备用于将外部信息输入到计算 机中,常见的输入设备有键盘、鼠标 、扫描仪等。
输出设备用于将计算机处理后的信息 输出到外部,常见的输出设备有显示 器、打印机等。
03
输入输出设备接口
为了连接输入输出设备和计算机主机 ,需要使用相应的输入输出接口。接 口的类型和规格因设备而异,常见的 接口类型有USB、HDMI、VGA等。
执行
根据操作码调用相应部件执行操作。
03
02
译码
对指令进行解析,确定操作码和操 作数地址。
写回
将执行结果写回到存储器或寄存器 中。
04ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CPU性能指标及发展趋势
计算机组成原理专业复习知识(doc 11页)
计算机组成原理专业复习知识(doc 11页)第一章 1、计算机的性能指标:吞吐量、响应时间、利用率、处理机字长、总线宽度、存储器容量、存储器带宽、主频/时钟周期、CPU执行时间、CPI、MIPS、MFLOPS。
2、字长:通常把组成一个字的二进制位数叫做字长。
3、数据字:如果某字代表要处理的数据,则称为数据字。
4、指令字:如果某字为一条指令,则称为指令字。
5、系统总线:系统总线是构成计算机系统的骨架,是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路。
6、计算机系统的层次结构:计算机通常由五个以上不同的级组成,每一个级都能进行程序设计:第一级是个微程序设计级或者逻辑电路级。
这是一个实在的硬件级,由硬件直接执行。
第二级是一般机器级,也称为机器语言级,它由微程序解释机器指令系统。
这一级也是硬件级。
第三级是操作系统级,它由操作系统程序实现。
这些操作系统由机器指令和广义指令组成,广义指令是操作系统和解释的软件指令,所以这一级也称为混合级。
第四级是汇编语言级,它给程序人员提供一种符号形式语言,以减少程序编写的复杂性。
这一级由汇编程序支持和执行,如果应用程序采用汇编语言编写时,则机器必须要有这一级的功能;如果应用程序不采用汇编语言编写,则这一级可以不要。
第五级是高级语言,它是面向用户的,为方便用户编写应用而设置的。
这一级由各种高级语言编译程序支持和执行。
7、通用计算机分为:超级计算机、大型机、服务器、工作站、微型机、单片机六类,其结构复杂性、性能、价格依次递减。
8、计算机的硬件:是由有形的电子器件等构成的,它包括运算器、流向运算器。
第二章 1、计算机中常用的数据表示格式有两种:一种是定点格式,一种是浮点格式。
定点格式通常将数据表示成纯小数或者纯整数。
2、浮点数的表示方法:(N)R=M×R e中的e值是可变的。
3、数字机器码的表示:原码、补码、反码、移码。
4、校验码分为奇校验和偶校验。
奇校验位C非定义偶校验码C的定义为:5、补码加法的公式:[X]补+[Y]补=[X+Y]补6、为了判断“溢出”是否发生,可采用两种检测方法。
计算机组成原理分章,计算机组成原理各章节重点总结.doc
计算机组成原理分章,计算机组成原理各章节重点总结.doc计算机组成原理各章节重点总结.doc承载教育理想 传播⽂都精神 - PAGE 42 - ⽂都教育在线:- PAGE 34 -计算机组成原理⼀、 计算机系统概述(⼀) 计算机发展历程第⼀台电⼦计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)诞⽣于1946年的美国宾⼣法尼亚⼤学。
ENIAC⽤了18000电⼦管、1500继电器、重30吨、占地170m3、耗电140kw、每秒计算5000次加法。
冯?诺依曼(VanNeumann)⾸次提出存储程序的概念,将数据和程序⼀起放在存储器中,使得编程更加⽅便。
50多年来,虽然对冯?诺依曼机进⾏了很多改⾰,但结构变化不⼤,仍然称为冯?诺依曼机。
⼀般把计算机的发展分为四个阶段:第⼀代(1946-50‘s后期):电⼦管计算机时代;第⼆代(50‘s中期-60’s后期):晶体管计算机时代;第三代(60‘s中期-70’s前期):集成电路计算机时代;第四代(70‘s初-):⼤规模集成电路计算机时代。
(⼆) 计算机系统层次结构1. 计算机硬件的基本组成计算机硬件主要指计算机的实体部分,通常有运算器、控制器、存储器、输⼊和输出五部分。
CPU是指将运算器和控制器集成到⼀个电路芯⽚中。
2. 计算机软件的分类计算机软件按照⾯向对象的不同可分两类:系统软件:⽤于管理整个计算机系统,合理分配系统资源,确保计算机正常⾼效地运⾏,这类软件⾯向系统。
应⽤软件:是⾯向⽤户根据⽤户的特殊要求编制的应⽤程序,这类软件通常实现⽤户的某类要求。
3. 计算机的⼯作过程(1)计算机的⼯作过程就是执⾏指令的过程 指令由操作码和操作数组成:操作码地址码操作码指明本指令完成的操作 地址码指明本指令的操作对象(2)指令的存储 指令按照存储器的地址顺序连续的存放在存储器中。
(3)指令的读取 为了纪录程序的执⾏过程,需要⼀个记录读取指令地址的寄存器,称为指令地址寄存器,或者程序计数器。
《计算机组成原理》教程第1章概述
计算机的五大组成部分
中央处理器
负责执行计算机指令和控制计算机的操作。
存储器
用于存储程序和数据。
输入输出设备
与计算机进行信息交互的接口。
计算机总线
连接各个部件传输数据和信号。
第一章节的主要内容
1 计算机基础知识
了解计算机的基本概 念和术语。
2 计算机内部结构
3 指令执行过程
深入探讨计算机的各 个组成部分及其功能。
3 职业发展机会
掌握计算机底层原理, 可以编写更高效和可 靠的代码。
拥有计算机组成原理 知识的人才在计算机 行业有更广阔的发展 机会。
本章节总结和要点
本章节介绍了计算机组成原理的基本概念、计算机的发展历史以及计算机的 五大组成部分。学习计算机组成原理对于深入理解计算机工作原理和提升编 程能力至关重要。
学习计算机指令的执 行过程和控制流程。
为什么要学习计算机组成原理
学习计算机组成原理可以帮助你深入理解计算机的工作原理,提高编程和系统设计的能力,并打 下计算机科学的基础。
学习计算机组成原理的好处
1 深入了解计算机
系统
了解计算机内部的设 计和功能,可以更好 地使用计算机和解决章概述
计算机组成原理是研究计算机内部结构和功能的科学,本教程将带您深入了 解计算机组成原理的基本概念和重要性。
什么是计算机组成原理
计算机组成原理研究计算机的内部组成和运行原理,包括处理器、内存、存 储器、输入输出设备等关键组成部分,是计算机科学的基础。
计算机发展历史
计算机发展经历了多个阶段,从大型机到个人计算机,掌握计算机组成原理 能帮助你了解计算机的发展脉络和技术演进。
计算机组成原理第一章
存储体
6
IR 27 3 8
MDR
I/O 设 备
CU 控制 单元
ALU
PC
1
4
MAR
X
运算器
控制器
9
主存储器
(4)主机完成一条指令的过程
以存数指令为例 CPU
…
ACC MQ
1.2
5
存储体
6
IR 27 3 9
MDR
I/O 设 备
CU 控制 单元
ALU
PC
1
4
MAR
X
运算器
控制器
8
主存储器
(5) ax2 + bx + c 程序的运行过程
计算机组成原理
第2版
唐朔飞
第1章 第2章
第3章 第4章
计算机系统概论 计算机的发展及应用
系统总线 存储器
第5章
第6章 第7章 第8章
输入输出系统
计算机的运算方法 指令系统 CPU 的结构和功能
第9章
第10章
控制单元的功能
控制单元的设计
第1章
计算机系统概论
1.1 计算机系统简介 1.2 计算机的基本组成
1.3 计算机硬件的主要技术指标
1.4 本书结构
1.1 计算机系统简介
一、 计算机的软硬件概念
1 计算机系统的组成
计算机系统
计算机软件
系统软件
计算机硬件
应用软件
操作系统 语言处理程序 诊断程序 各种标准程序库 。。。
MIS ERP OFFICE OUTLOOK 。。。
硬件系统
CPU 控制器 内部 外设 运算器
计算机 体系结构
程序员所见到的计算机系统的属性 概念性的结构与功能特性
计算机组成原理第1章概述V1.2
输入输出控制
CPU通过与外部设备交互, 实现输入输出操作的控制和管
理。
CPU的内部结构
运算器
负责进行算术运算和逻辑运算,是CPU的核 心组成部分。
寄存器
用于存储数据和指令,是CPU内部的高速存 储单元。
控制器
负责控制指令的执行顺序,协调CPU各部分 的工作。
总线
用于连接CPU内部各部分,实现数据传输和 通信。
指令长度
指令的长度可以是固定长度的 ,也可以是可变长度的,这取 决于具体的指令系统设计。
格式类型
根据指令系统的不同,指令格 式可以分为单操作数格式、双 操作数格式和三操作数格式等
。
操作码的扩展技术
操作码位数可变
根据不同的指令系统设计,操作码的位数可以是固定的,也可以是可变的。如 果操作码位数可变,通常是通过增加一个或多个额外的位来表示操作码的长度。
操作系统
管理系统资源、控制程序 执行、提供用户界面等功 能的软件。
计算机系统的层次结构
硬件层
物理组件,如中央处理 器、内存、硬盘等。
操作系统层
管理硬件资源,提供系 统调用接口。
应用层
用户直接使用的应用程 序,如办公软件、浏览
器等。
用户层
用户与计算机交互的界 面,如命令行、图形界
面等。
计算机的工作过程
操作码字段合并
在某些指令系统中,操作码字段可能会与其他字段合并,以提高指令的编码效 率。例如,某些指令可以通过将操作码的一部分嵌入到地址码中来减少所需的 指令空间。
地址码的扩展技术
变长地址码
地址码的长度可以根据需要变化,以适应不同的地址空间大小。例如,某些指令 可能只包含一个地址码,而其他指令可能包含两个或更多的地址码。
计算机组成原理知识点总结
《计算机组成原理》(白中英)复习第一章计算机系统概论电子数字计算机的分类(P1)通用计算机(超级计算机、大型机、服务器、工作站、微型机和单片机)和专用计算机。
计算机的性能指标(P5)数字计算机的五大部件及各自主要功能(P6)五大部件:存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备。
存储器主要功能:保存原始数据和解题步骤。
运算器主要功能:进行算术、逻辑运算。
控制器主要功能:从内存中取出解题步骤(程序)分析,执行操作。
输入设备主要功能:把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式。
输出设备主要功能:把计算机处理的结果变换为人或其他机器所能接收和识别的信息形式。
计算机软件(P11)系统程序——用来管理整个计算机系统应用程序——按任务需要编制成的各种程序第二章运算方法和运算器课件+作业第三章内部存储器存储器的分类(P65)按存储介质分类:易失性:半导体存储器非易失性:磁表面存储器、磁芯存储器、光盘存储器按存取方式分类:存取时间与物理地址无关(随机访问):随机存储器RAM——在程序的执行过程中可读可写只读存储器ROM——在程序的执行过程中只读存取时间与物理地址有关(串行访问):顺序存取存储器磁带直接存取存储器磁盘按在计算机中的作用分类:主存储器:随机存储器RAM——静态RAM、动态RAM只读存储器ROM——MROM、PROM、EPROM、EEPROMFlash Memory高速缓冲存储器(Cache)辅助存储器——磁盘、磁带、光盘存储器的分级(P66)存储器三个主要特性的关系:速度、容量、价格/位多级存储器体系结构:高速缓冲存储器(cache)、主存储器、外存储器。
主存储器的技术指标(P67)存储容量:存储单元个数M×每单元位数N存取时间:从启动读(写)操作到操作完成的时间存取周期:两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间,时间单位为ns。
存储器带宽:单位时间里存储器所存取的信息量,位/秒、字节/每秒,是衡量数据传输速率的重要技术指标。
计算机组成原理1-10章总结
第1章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?解:P3计算机系统:由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件:指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件:计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不可,因此同样重要。
2. 如何理解计算机的层次结构?答:计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。
(1)硬件系统是最内层的,它是整个计算机系统的基础和核心。
(2)系统软件在硬件之外,为用户提供一个基本操作界面。
(3)应用软件在最外层,为用户提供解决具体问题的应用系统界面。
通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。
各层次之间关系密切,上层是下层的扩展,下层是上层的基础,各层次的划分不是绝对的。
3. 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。
答:机器语言是计算机硬件能够直接识别的语言,汇编语言是机器语言的符号表示,高级语言是面向算法的语言。
高级语言编写的程序(源程序)处于最高层,必须翻译成汇编语言,再由汇编程序汇编成机器语言(目标程序)之后才能被执行。
4. 如何理解计算机组成和计算机体系结构?答:计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性,如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O 机理等。
计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性,包含对程序员透明的硬件细节,如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能,及相互连接方法等。
5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么?解:冯•诺依曼计算机的特点是:P8●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;●指令和数据以同同等地位存放于存储器内,并可以按地址访问;●指令和数据均用二进制表示;●指令由操作码、地址码两大部分组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置;●指令在存储器中顺序存放,通常自动顺序取出执行;●机器以运算器为中心(原始冯•诺依曼机)。
计算机组成原理第一章
计算机组成原理第一章计算机组成原理第一章主要涉及计算机发展的历史背景及计算机的基本概念。
在计算机产生之前,人们使用机械计算器进行数学计算,并且需要手动操作进行算术运算。
而计算机的诞生改变了这种情况,计算机可以自动执行计算任务,大大提高了计算速度和精确度。
计算机系统由硬件和软件两部分组成。
硬件包括中央处理器(CPU)、内存、输入输出设备等。
而软件则是安装在计算机硬件上的程序和数据。
计算机通过执行软件中的指令来完成各种任务。
计算机的基本运算包括加法、减法、乘法和除法。
在计算机中,数值以二进制形式表示,并且利用电子开关来表示0和1。
这种二进制形式的计算和存储使得计算机系统更加高效和可靠。
在计算机系统中,信息的传输是通过电路连接实现的。
信息可以通过数据总线、控制总线和地址总线进行传输。
数据总线负责传输数据,控制总线负责控制和协调计算机内部各个部件的工作,地址总线用于指定存储器或者设备的地址。
计算机也需要进行数据的存储和检索。
内存是计算机存储数据和程序的地方,它被划分为多个存储单元,每个存储单元可以存储一个数据或者指令。
计算机还需要外部存储器来存储大量的数据,例如硬盘和光盘等。
计算机的指令集架构是计算机体系结构的重要组成部分。
指令集架构定义了计算机系统中处理器的指令和寄存器,以及指令的执行方式。
目前常用的指令集架构包括x86、ARM和MIPS 等。
计算机的工作方式可以分为单指令周期工作方式和多指令周期工作方式。
单指令周期工作方式意味着计算机每个指令在一个时钟周期内完成执行。
而多指令周期工作方式则允许计算机在一个时钟周期内执行多个指令。
总之,计算机组成原理第一章主要介绍了计算机的基本概念和发展历史,以及计算机系统的组成和工作方式。
了解这些基本知识对于理解计算机的工作原理和设计原则非常重要。
计算机组成原理第一章讲义
19
2. 计算机的工作过程:
细化的计算机组成框图(整体):
ACC ALU
X
CPU
MQ 运算器
……
控制 单元 CU
控 制 器
IR
PC
存 储 体 M
MDR
MAR 主存储器
I/O
接口
I/o 设 备
图中示出了一台计算机寄存器级的最简结构(连接省去)。
细化的计算机组成框图(运算器):
ACC
MQ
ALU
X
运算器
计算机组成原理
唐朔飞 编著
代课教师:吝春妮 所属单位:教科院
高等教育出版社
1
教学内容
第1章 计算机系统概论 第2章 计算机的发展及应用 第3章 系统总线 第4章 存储器 第5章 输入输出系统 第6章 计算机的运算方法 第7章 指令系统 第8章 CPU的结构和功能 第9章 控制单元的功能 第10章 控制单元的设计
一、计算机的软硬件概念
硬件——组成计算机的各种实际装置的总称。 特点:看得见摸得着。
软件——计算机运行所需的各种程序及相关 资料。分类是? 特点:看不见摸不着。
两者的关系:相辅相成,缺一不可。 (硬件是基础,软件是灵魂)
5
二、计算机系统的层次结构
计算机系统——由硬件和软件两大部分组成。 组织方法:分层——层次结构。 分层方法:从硬件开始,按与其结合的紧
26
细化的计算机组成框图(存储器):
②. 主存: 存储体:由许多存储单元组成 存储单元:由若干存储元组成 存储元:存放一位二进制代码的物理
计算机组成原理教材
计算机组成原理教材计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要课程,它是学生们在学习计算机相关知识时必须要掌握的基础理论。
本教材旨在系统地介绍计算机组成原理的基本概念、原理和技术,帮助学生建立起对计算机内部结构和工作原理的深刻理解,为他们将来的学习和工作打下坚实的基础。
第一章,计算机系统概述。
本章主要介绍了计算机系统的基本组成和工作原理,包括计算机硬件和软件的概念、计算机的基本结构和功能、计算机的发展历程等内容。
通过本章的学习,学生可以对计算机系统有一个整体的了解,为后续学习打下基础。
第二章,数据表示和运算。
数据表示和运算是计算机组成原理中的重要内容,本章主要介绍了计算机中数据的表示方式、数据的运算规则以及常见的数据运算方法。
通过本章的学习,学生可以了解计算机中数据是如何表示和运算的,为后续学习计算机的逻辑运算和算术运算打下基础。
第三章,存储器。
存储器是计算机系统中的重要组成部分,本章主要介绍了存储器的种类、存储器的层次结构、存储器的组成和工作原理等内容。
通过本章的学习,学生可以了解存储器在计算机系统中的作用和原理,为后续学习计算机的存储器管理和存储器系统设计打下基础。
第四章,指令系统。
指令系统是计算机系统中的核心部分,本章主要介绍了指令系统的基本概念、指令的格式和编码、指令的执行过程以及指令系统的设计原则等内容。
通过本章的学习,学生可以了解指令系统在计算机系统中的作用和原理,为后续学习计算机的指令系统设计和指令级并行处理打下基础。
第五章,中央处理器。
中央处理器是计算机系统中的核心部分,本章主要介绍了中央处理器的结构和功能、中央处理器的工作原理、中央处理器的性能指标以及中央处理器的设计原则等内容。
通过本章的学习,学生可以了解中央处理器在计算机系统中的作用和原理,为后续学习计算机的流水线处理和超标量处理打下基础。
第六章,输入输出系统。
输入输出系统是计算机系统中的重要组成部分,本章主要介绍了输入输出系统的基本概念、输入输出设备的分类和特点、输入输出接口的功能和工作原理以及输入输出系统的设计原则等内容。
计算机组成原理(第二版)唐朔飞----各章节知识点
第一章知识总结(一)2017-04-19马辉安阳师院mh一个完整的计算机系统包括了硬件和软件两个子系统。
硬件部分按冯诺依曼观点分为运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件。
它们之间用系统总线进行连接。
系统总线按传输内容分地址总线、数据总线和控制总线三类。
软件部分包括系统软件和应用软件两类,它们通常使用机器语言、汇编语言和高级语言三种计算机语言进行编写。
由于机器硬件电路只能识别用0、1编写成的机器语言程序,所以用汇编或高级语言编写的源程序在运行前需使用汇编程序、编译程序或解释程序进行翻译。
软件的狭义观点是:软件是人们编制的具有各类特殊功能的程序,广义观点是:软件是程序以及开发、使用和维护程序需要的所有文档。
为了简化对复杂的计算机系统的理解,对计算机系统进行了层次结构划分,通常分为微程序机器、传统机器语言机器、操作系统虚拟机、汇报语言虚拟机、高级语言虚拟机等。
从不同角度、层次理解机器的功能与使用方法,简化了需要掌握的知识内容。
虚拟机:依赖于一定的系统软件,所体现出的具有某种结构、功能和使用方法的计算机。
计算机组成原理关注传统机器语言机器M1和微程序机器M0,它们是实际机器,所看到的机器功能与结构由硬件电路直接实现。
冯诺依曼关于计算机结构的观点:1、计算机由五大功能部件组成。
2、指令和数据均用二进制数表示,以同等地位存放于存储器中。
3、存储器按地址进行访问。
4、指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
5、指令在存储器内按顺序存放,通常被顺序执行,在特定条件下,可根据运算结果或设定的条件改变执行顺序。
6、机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。
现代大部分机器仍采用“存储程序”思想构建,仍属于冯诺依曼结构的计算机。
典型的冯诺依曼计算机以运算器为中心,现代计算机转化为以存储器为中心。
现代计算机可认为由三大部分组成:CPU(包含了运算器和控制器、及高速缓存)、I/O设备及主存储器。
16版自考02318计算机组成原理重点总结提纲有(已排版)
中央处理器central processing unit CPU:是整个计算机的核心部件,主要用于指令的执行。
主要包括数据通路和控制器数据通路datapath:是指指令执行过程中数据所流经的部件,包括各类运算部件。
数据运算部件也称为执行部件或功能部件。
控制器controller:用来对指令进行译码,生成相应控制信号,以控制数据通路进行特定操作。
算数逻辑部件arithmetic logic unit ALU:它用来进行基本的算术和逻辑运算,最基本的部件是加法器。
辅助存储器:简称辅存,系统运行时直接和主存交换信息的存储器,主要有磁盘存储器和固态硬盘。
总线bus:是信息传输的通路,用于在部件之间传输信息,cpu、主存和I/O模块通过总线互联。
系统软件system software:包括为有效、安全地使用和管理计算机以及为开发和运行应用软件而提供的各种软件,介于计算机硬件与应用程序之间,包括操作系统、语言处理系统、数据库管理系统和各类实用程序。
操作系统operating system OS:主要用来管理整个计算机系统的资源,包括对它进行调度、管理、监视和服务,除此之外还提供计算机用户和硬件之间的人机交互界面,并提供对应用软件的支持。
语言处理系统:主要用于提供一个高级语言编程的环境,包括源程序编辑、翻译、调试、链接、装入运行等功能。
应用软件application software:指专门为数据处理、科学计算、事务管理、多媒体处理、工程设计以及过程控制等应用所编写的各类程序。
机器语言:就是用二进制进行编码的机器指令。
汇编语言:机器语言的符号表示语言,通过简短的英文符号和二进制代码建立对应关系,以方便程序员编写和阅读机器语言。
汇编程序:也称汇编器,用来将汇编语言源程序翻译成机器语言目标程序。
解释程序:也称解释器,用来将源程序中的语句按其执行顺序逐条用子程序进行解释,并最终转换成机器指令执行。
编译程序:也称编译器,用来将高级语言程序翻译成汇编语言或机器语言目标程序。
1计算机组成原理(第一到八总章)课件PPT
计算机的层次结构
计算机通常被认为由6个不同的级组成:
第六级
为满足某种用途而专门设计,其语言是各种面向问题的应
应用语言级 用语言。用户看到的是能解决某些专门问题的智能机器。
虚
第五级
高级语言级是为方便用户编写应用程序而设置的,由各种
拟
高级语言级 高级语言编译程序支持,面向程序员。
机
第四级
提供一种符号语言即汇编语言,以减少程序编写复杂性,
n 在研制ENIAC的同时,以美籍匈牙利数学家冯 · 诺依曼为首的研 制小组提出了“存储程序、程序控制”的设计思想,体现该设计 思想的计算机EDVAC在1951年问世。
n 冯·诺依曼的存储程序控制概念概括起来为: n 计算机硬件应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出 设备五大基本部件组成。 n 计算机内部采用二进制来表示指令和数据(表示与实现)。 n 将编好的程序和原始数据事先存入存储器中,然后启动计算 机工作。这一点最为重要,即存储程序、程序控制的思想。
教材与参考书、考核方式
教材与参考书
n 蒋本珊,计算机组成原理,清华大学出版社,2004.3 n 王闵,计算机组成原理,电子工业出版社,2001.1
考核方式
n 考试方式:闭卷考试 n 成绩计算:总成绩 = 作业20% + 期终考试80%
5
第一章 计算机系统概论
主要内容
n 计算机的设计思想(存储程序与程序控制) n 计算机的硬件组成(五大部件) n 计算机的软件配置(系统软件和应用软件) n 计算机的基本工作过程
n 输出设备的种类也非常多,例 如显示器、打印机等是常见的 输出设备。同样新的输出设备 在不断问世,例如能用颜色表 示水温的水龙头。
20
计算机组成原理教材
计算机组成原理教材计算机组成原理是计算机科学中不可或缺的重要课程。
它主要涵盖了计算机内硬件系统的各个部分的结构与功能,进而介绍了计算机组成的基本理论和重要技术。
这门课程在计算机科学和技术领域中具有极其广泛的应用和实践意义,可以为学生提供强大的知识基础,促进他们进一步专研计算机技术,从而推动计算机领域的研发与应用。
计算机组成原理教材共分为七章。
其中,第一章是引论,主要介绍计算机硬件在计算机系统中的位置、作用和结构特点,同时还详细讲述了计算机系统基本概念、性能指标等基础知识。
第二章至第四章依次介绍了计算机运算器、控制器和存储器的结构和性能;第五章介绍了计算机总线的组成、特点和应用;第六章则介绍了输入输出设备的工作原理和接口标准;最后一章则深入探讨了计算机中的异常和中断等系统级别的概念和机制。
通过对教材的学习,我们可以了解计算机内部各个硬件组件的结构、功能、性能和联系,进而掌握计算机系统的总体运行原理和基本的硬件实现原理。
这对于我们进一步深入理解计算机核心技术和进行计算机系统调试和维护等实践工作都至关重要。
同时,计算机组成原理教材还包含了大量的案例分析和实验设计,如基于多周期CPU的MIPS指令执行、总线控制器的同步设计、动态存储器的设计和FPGA实现等等。
这些案例和实验涵盖了很多实用的技术和工程实现方法,可以带给学生丰富的认知体验,同时也可以提升学生的动手实践能力和团队协作能力。
值得一提的是,随着计算机科学技术的不断发展和计算机体系架构的更新换代,计算机组成原理教材也在不断完善和更新。
新的计算机组成原理教材不仅更加注重实践性,还加强了计算机系统的安全性、可靠性等方面的培养,注重把发展趋势与计算机组成原理的内容相结合,更加符合现代计算机科学技术的实际需求。
在计算机组成原理教材的学习过程中,我们不仅可以掌握计算机系统的基本理论和核心技术,还可以培养出对计算机科学的浓厚兴趣和对实践工作的积极投身态度。
因此,这门课程的学习对于计算机科学和技术领域的各类人才培养都有着重要的促进作用,其重要性不容忽视。
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13、 地址:给主存器中不同的存储位置指定的一个二进制编号。
14、 存储器:计算机中存储程序和数据的部件,分为内存和外存。
15、 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,包括数据总线、地址总线和控制总线。
14、 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.
15、 检错码:能够发现某些错误或具有自动纠错能力的数据编码。
16、 纠错码:能够发现某些错误并且具有自动纠错能力的数据编码。
17、 海明码:一种常见的纠错码,能检测出两位错误,并能纠正一位错误。
7、 EPROM:可擦写可编程的ROM,可以被用户编程多次。靠紫外线激发浮置栅上的电荷以达到擦除的目的。
Hale Waihona Puke 8、 EEPROM:电可擦写可编程的ROM,能够用电子的方法擦除其中的内容。
9、 SDRAM:同步型动态随机访问存储器,在系统时钟控制下进行数据的读写。
10、 快闪存储器:一种非挥发性存储器,与EEPROM类似,能够用电子的方法擦除其中的内容。
31、 段表:段式虚拟存储器管理用的地址映象表,其中包括每个段的基地址、段长、装入位和访问方式等。
32、 固件:固化在硬件中的固定不变的常用软件。
一、 地址译码的方式
有:单译码方式和双译码方式(行选通线又称字选通线,列选通线又称为位选通线)
在单译码方式中的存储器中只用一个译码电路,将所有的地址信号转换成行选通信号,一一行内的各存储单元构成一个数据字的存储位置,适合于小容量的存储器芯片。
7、 基数:在浮点数据编码中,对阶码所代表的指数值的数据,在计算机中是一个常数,不用代码表示。
8、 机器零:在浮点数据编码中,阶码和尾数都全为0时代表的0值。
9、 上溢:指数的绝对值太大,以至大于数据编码所能表示的数据范围。
10、 下溢:指数的绝对值太小,以至小于数据编码所能表示的数据范围。
25、 操作系统:主要的系统软件,控制其它程序的运行,管理系统资源并且为用户提供操作界面。
26、 汇编程序:将汇编语言程序翻译成机器语言程序的计算机软件。
27、 汇编语言:采用文字方式(助记符)表示的程序设计语言,其中大部分指令和机器语言中的指令一一对应,但不能被计算机的硬件直接识别。
11、 相联存储器:一种按内容访问的存储器,每个存储单元有匹配电路,可用于是cache中查找数据。
12、 多体交叉存储器:由多个相互独立、容量相同的存储体构成的存储器,每个存储体独立工作,读写操作重叠进行。
13、 访存局部性:CPU的一种存特性,对存储空间的90%的访问局限于存储空间的10%的区域中,而另外10%的访问则分布在90%的区域中。
3、 SRAM:静态随机访问存储器,采用双稳态电路存储信息。
4、 DRAM:动态随机访问存储器,利用电容电荷存储信息。
5、 EDO DRAM:增强数据输出动态随机访问存储,采用快速页面访问模式并增加了一个数据锁存器以提高数据传输速率。
6、 PROM:可编程的ROM,可以被用户编程一次。
一、 计算机的五个基本功能部件
输入设备、控制单元、存储单元、存储器、运算单元和输出设备。这些部件相互配合,相互协调地完成运算任务。输入设备用于接收外界信息,输出设备将计算的结果从计算机中输出,控制器完成操作步骤的控制和协调,存储器用于存储程序和数据,运算器则是完成计算工作的部件。
二、 计算机中采用什么计数器?为什么?
20、 不按写分配:cache不命中时的一种更新策略,写操作时该地址的数据块不从主存调入cache.
一般写回法采用按写分配法,写直达法则采用不按写分配法。
21、 虚拟存储器:在内存与外存间建立的层次体系,使得程序能够像访问主存储器一样访问外部存储器,主要用于解决计算机中主存储器的容量问题。
11、 规格化数:在浮点数据编码中,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。
12、 Booth算法:一种带符号数乘法,它采用相加和相减的操作计算补码数据的乘积。
13、 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位数。
自考《计算机组成原理》概念第一章
1、 主机:主机中包含了除输入输出设备以外的所有电路部件,是一个能够独立工作的系统。
2、 CPU:中央处理器,是计算机的核心部件,同运算器和控制器构成。
3、 运算器:计算机中完成运算功能的部件,由ALU和寄存器构成。
28、 编译程序:将高级语言程序转换成机器语言程序的计算机软件。
29、 解释程序:解释执行高级语言程序的计算机软件,解释并立即执行源程序的语句。
30、 系统软件:计算机系统的一部分,进行命令解释、操作管理、系统维护、网络通信、软件开发和输入输出管理的软件,与具体的应用领域无关。
17、 全写法(写直达法):cache命中时的一种更新策略,写操作时将数据既写入cache又写入主存,但块更时不需要将调出的块写回主存。
18、 写回法:cache命中时的一种更新策略,写cache时不写主存,而当cache数据被替换出去时才写回主存。
19、 按写分配:cache不命中时的一种更新策略,写操作时把对应的数据块从主存调入cache.
14、 直接映象:cache的一种地址映象方式,一个主存块只能映象到cache中的唯一一个指定块。
15、 全相联映象:cache的一种地址映象方式,一个主存块可映象到任何cache块。
16、 组相联映象:cache的一种地址映象方式,将存储空间分成若干组,各组之间用直接映象,组内各块之间用全相联映象。
在双译码方式中,采用两个地址译码器,输入的地址信号分成两部分送到两个译码器中,分别产生行选通信号和列选通信号,行选取通和列选通都有效的存储单元被选中。这种存储器芯片将一个数据字的同一位组织在一个阵列中,在多位的存储器芯片中就有多个这样的阵列,适合于容量较大的存储器芯片。
二、 提高存储器工作速度的技术主要有芯片技术和结构技术
28、 段页式管理:一种虚拟存储器的管理方式,将存储空间逻辑模块分成段,每段又分成若干页。
29、 块表:主存-cache地址映像机制,由查块表判定主存地址的存储单元是否在cache中以及在cache中的位置。
30、 页表:页式虚拟存储器管理用的地址映象表,其中包括每个页的主存页号、装入位和访问方式等。
四、 软件与硬件之间有什么关系?
软件和硬件在逻辑上是等效的,其区别在于速度、成本、可靠性、存储容量、变更周期等因素。一般而言,用硬件实现的功能具有较高的执行速度,但同时成本也相对较高,而且硬件不易改变,灵活性差。硬件是基础,通常实现一些最基本的系统功能,软件则实现一些比较复杂的功能,作为硬件的扩充。
8、 透明:在计算机中,从某个角度看不到的特性称该特性是透明的。
9、 位:计算机中的一个二进制数据代码,计算机中数据的最小表示单位。
10、 字:数据运算和存储的单位,其位数取决于具体的计算机。
11、 字节:衡量数据量以及存储容量的基本单位。1字节等于8位二进制信息。
计算机中采用二进制,因为二进制可以很容易的用数据电路表示,数据的运算和存储方式简单,是高效的数据表示方式。
三、 为什么说系统软件是整个计算机系统的一部分?
计算机的系统软件是计算机系统不可缺少的一部分,因为计算机硬件的工作需要由系统软件控制。计算机如果没有系统软件就无法工作,因为应用软件的输入、存储、装入和运行都需要系统软件的支持,用户向计算机发出的操作命令也需要由系统软件来执行。
22、 层次化存储体系:把各种不同存储容量、不同访问速度、不同成本的存储器件按层次构成多层的存储器,并通过软硬件的管理将其组成统一的整体,使所存储的程序和数据按层次分布在各种存储器件中。
23、 访问时间:从启动访问存储器操作到操作完成的时间。
24、 访问周期时间:从一次访问存储的操作到操作完成后可启动下一次操作的时间。
16、 硬件:由物理元器件构成的系统,计算机硬件是一个能够执行指令的设备。
17、 软件:由程序构成的系统,分为系统软件和应用软件。
18、 兼容:计算机部件的通用性。
19、 软件兼容:一个计算机系统上的软件能在另一个计算机系统上运行,并得到相同的结果,则称这两个计算机系统是软件兼容的。
20、 程序:完成某种功能的指令序列。
21、 寄存器:是运算器中若干个临时存放数据的部件,由触发器构成,用于存储最频繁使用的数据。
22、 容量:是衡量容纳信息能力的指标。
23、 主存:一般采用半导体存储器件实现,速度较高、成本高且当电源断开时存储器的内容会丢失。
24、 辅存:一般通过输入输出部件连接到主存储器的外围设备,成本低,存储时间长。
芯片技术:(1)快速页式动态存储器(FPM DRAM)存储器的下一次访问可以利用上一次访问的行地址,这样就可以减少两次输入地址带来的访问延迟。(2)增强数据输出存储器(EDO DRAM)与FPM DRAM相似,增加了一个数据锁存器,并采用不同的控制逻辑连接到芯片的数据驱动电路中以提高数据传输速率。(3)同步型动态存储器芯片(SDRAM),芯片在系统时钟控制下进行数据的读出与写入。(4)相联存储器是一种按内容访问的存储器,每个存储单元有匹配电路,可用于cache中查找数据,整个存储器阵列同时进行数据的匹配操作。
31、 应用软件:完成应用功能的软件,专门为解决某个应用领域中的具体任务而编写。
32、 指令流:在计算机的存储器与CPU之间形成的不断传递的指令序列。从存储器流向控制器。
33、 数据流:在计算机的存储器与CPU之间形成的不断传递的数据序列。存在于运算器与存储器以及输入输出设备之间。