白中英《计算机组成原理》四版立体化教材一PPT课件
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计算机组成原理第1章课件(白中英编-科学出版社)
计算机组成原理
任课教师：赵静
目录
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第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
计算机系统概论 运算方法和运算器 存储系统 指令系统 中央处理器 总线系统 外围设备 输入输出系统
中央处理单元CPU （第五章） 控输 出 接 口 （第二章）
系统结构
基本概念
4. 操作系统
用来管理计算机资源(如处理器、内存、外部设备和各 种编译、应用程序 )和自动调度用户的作业程序 ,而使 多个用户能有效地共用一套计算机系统。
根据使用环境要求,操作系统大致分为批处理操作系统、分 时操作系统、网络操作系统、实时操作系统等多种。
5. 数据库管理系统
数据库： 实现有组织地、动态地存储大量相关数据 , 方便
基本概念
3. 控制器
控制计算机的各个部件有条不紊地进行工作
(1) 程序
每一个基本操作就叫做一条指令,而解算某一问题的一 串指令序列,叫做该问题的计算程序,简称为程序。
(2) 指令的形式
操作码
指出指令所进行的 操作，如加、减、 乘、除、取数、存 数等
地址码
表示参加运算的数据 从存储器的哪个单元 取；运算的结果应存 到哪个单元
系统结构
1.3 计算机的软件
1.3.1软件的组成和分类
操作系统 语言处理程序
基本概念
系统程序
数据库管理系统 诊断、排错程序 反病毒程序 卸载程序 备份程序 文件压缩程序
服务性程序
软件分类
办公软件包
应用程序
浏览器 实时控制软件 图形图像处理软件 其它应用软件
系统结构
任课教师：赵静
目录
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第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
计算机系统概论 运算方法和运算器 存储系统 指令系统 中央处理器 总线系统 外围设备 输入输出系统
中央处理单元CPU （第五章） 控输 出 接 口 （第二章）
系统结构
基本概念
4. 操作系统
用来管理计算机资源(如处理器、内存、外部设备和各 种编译、应用程序 )和自动调度用户的作业程序 ,而使 多个用户能有效地共用一套计算机系统。
根据使用环境要求,操作系统大致分为批处理操作系统、分 时操作系统、网络操作系统、实时操作系统等多种。
5. 数据库管理系统
数据库： 实现有组织地、动态地存储大量相关数据 , 方便
基本概念
3. 控制器
控制计算机的各个部件有条不紊地进行工作
(1) 程序
每一个基本操作就叫做一条指令,而解算某一问题的一 串指令序列,叫做该问题的计算程序,简称为程序。
(2) 指令的形式
操作码
指出指令所进行的 操作，如加、减、 乘、除、取数、存 数等
地址码
表示参加运算的数据 从存储器的哪个单元 取；运算的结果应存 到哪个单元
系统结构
1.3 计算机的软件
1.3.1软件的组成和分类
操作系统 语言处理程序
基本概念
系统程序
数据库管理系统 诊断、排错程序 反病毒程序 卸载程序 备份程序 文件压缩程序
服务性程序
软件分类
办公软件包
应用程序
浏览器 实时控制软件 图形图像处理软件 其它应用软件
系统结构
计算机组成原理白中英主编课件ch
设计阶段
根据需求分析结果, 设计软件 的体系结构、模块和数据库等。
测试阶段
通过单元测试、集成测试和系 统测试等手段, 确保软件质量。
需求分析
分析用户需求, 确定软件的功 能和性能要求。
编码阶段
将设计转化为计算机程序代码。
维护阶段
对软件进行修改、完善和升级, 以保持软件运行稳定和适应新 需求。
04 指令系统与汇编语言
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部, 通 过执行程序来实现各种计算任务。
02 计算机硬件组成
中央处理器
定义
中央处理器（CPU）是计算机的核心部件, 负责执行程序中 的指令, 控制计算机的各个部件协调工作。
功能
CPU的主要功能包括运算、控制和输入输出等, 它决定了计 算机的性能和功能。
组成
CPU由运算器、控制器、寄存器等组成, 其中运算器和控制 器是CPU的核心部分。
工作原理
输入输出设备的基本工作原理是利用各种传感器和驱动器来实现数据 的输入和输出。
总线与主板
定义
总线是计算机中各个部件之间传输数据的 通道, 主板则是计算机中各个部件的载体。
组成
总线包括数据总线、地址总线和控制总线 等, 主板则包括处理器插座、内存插槽、扩
展插槽等。
功能
总线的主要功能是连接各个部件并传输数 据, 主板则是固定和连接各个部件的载体。
可维护性 指计算机在出现故障时能够迅速修复 的能力, 通常用平均修复时间来衡量。
计算机性能测试方法
基准测试
通过运行一组标准化的测试程序来评 估计算机的性能, 如SPECint、 SPECfp等。
负载测试
通过模拟实际负载情况来测试计算机 的性能, 如并发用户数、事务处理速 率等。
根据需求分析结果, 设计软件 的体系结构、模块和数据库等。
测试阶段
通过单元测试、集成测试和系 统测试等手段, 确保软件质量。
需求分析
分析用户需求, 确定软件的功 能和性能要求。
编码阶段
将设计转化为计算机程序代码。
维护阶段
对软件进行修改、完善和升级, 以保持软件运行稳定和适应新 需求。
04 指令系统与汇编语言
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部, 通 过执行程序来实现各种计算任务。
02 计算机硬件组成
中央处理器
定义
中央处理器（CPU）是计算机的核心部件, 负责执行程序中 的指令, 控制计算机的各个部件协调工作。
功能
CPU的主要功能包括运算、控制和输入输出等, 它决定了计 算机的性能和功能。
组成
CPU由运算器、控制器、寄存器等组成, 其中运算器和控制 器是CPU的核心部分。
工作原理
输入输出设备的基本工作原理是利用各种传感器和驱动器来实现数据 的输入和输出。
总线与主板
定义
总线是计算机中各个部件之间传输数据的 通道, 主板则是计算机中各个部件的载体。
组成
总线包括数据总线、地址总线和控制总线 等, 主板则包括处理器插座、内存插槽、扩
展插槽等。
功能
总线的主要功能是连接各个部件并传输数 据, 主板则是固定和连接各个部件的载体。
可维护性 指计算机在出现故障时能够迅速修复 的能力, 通常用平均修复时间来衡量。
计算机性能测试方法
基准测试
通过运行一组标准化的测试程序来评 估计算机的性能, 如SPECint、 SPECfp等。
负载测试
通过模拟实际负载情况来测试计算机 的性能, 如并发用户数、事务处理速 率等。
计算机组成原理(第四版)PPT课件
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2.5 术语：存储元、存储单元、存储体、存储 单元地址，有何联系和区别？
存储元：存储一位二进制信息的基本单元电路。
存储单元：由若干存储元组成。一台机器的所有存储 单元长度相同，一般由8的整数倍个存储元构成。
存储体：是存储单元的集合，它由许多存储单元组成， 用来存储大量的数据和程序。
存储器单元地址：计算机在存取数据时，以存储单元 为单位进行存取。为区别不同单元，给每个存储单 元赋予地址，每个存储单元都有一条唯一的字线与 存储单元地址编码对应。
总称为
。
解：记录面号(磁头号)、磁道号(柱面号)、扇区号、 记录块、道密度、位密度、存储密度。
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2.19 某磁盘组有4个盘片，5个记录面。每个记录面的内磁 道直径为22cm，外磁道直径为33cm，最大位密度为1600 位/cm，道密度为80道／cm，转速为3600r/min。求： (1)磁盘组的总存储容量是多少位(非格式化容量)? (2)最大数据传输率是每秒多少字节? (3)请提供一个表示磁盘信息地址的方案。
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2.17 欲将10011101写入磁表面存储器中：
(1) 分别画出归零制、不归零制和调频制的写入电流 波形。
(2)改进不归零制(NRZl)的记录原则是见“1”就翻。 即当记录“1”时写电流要改变方向；记录“0”时不 改变方向。画出它的电流波。
(3)改进调频制(MFM)与调频制方式区别在于：FM在 信息元交界处写电流总要改变一次方向；而MFM仅 当连续记录两个“0”时，信息交界处翻转一次；其
解：该机的地址码为18b，字长8b，故该机的主存容 量为218X8b＝28 X 210 X 8 b＝ 256KB，
(1)若每个模板块为32K X 8b，
计算机组成原理白中英主编课件ch(1)
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7.2磁盘存储设备
磁盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的接口，电路板 实物见下图(a)所示。由于磁盘存储器是高速外存设备， 故与主机之间采用成批交换数据方式。作为主机与驱 动器之间的控制器，它需要有两个方面的接口：一个 是与主机的接口，控制外存与主机总线之间交换数据； 另一个是与设备的接口，根据主机命令控制设备的操
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数据在磁盘上的记录格式
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7.2磁盘存储设备
五、磁盘存储器的技术指标
磁盘存储器的主要技术指标
存储密度：存储密度分道密度、位密度和面密度。
道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，单位为 道/英寸。
位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数，单 位为位/英寸。
主机与磁盘驱动器交换数据的控制逻辑见下图(b)。磁 盘上的信息经读磁头读出以后送读出放大器，然后进 最后送入数据缓冲器，经DMA(直接存储器传送)控制
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7.2磁盘存储设备
四、磁盘上信息的分布 盘片的上下两面都能记录信息，通常把磁
盘片表面称为记录面。记录面上一系列同心圆 称为磁道。每个盘片表面通常有几百到几千个 磁道，每个磁道又分为若干个扇区，如下一页 图所示。从图中看出，外面扇区比里面扇区面 积要大。磁盘上的这种磁道和扇区的排列称为 格式。
行数据，再并行送至计算机。
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7.2磁盘存储设备
硬磁盘按盘片结构，分成可换盘片式与固定盘片式两种；磁头 也分为可移动磁头和固定磁头两种。
➢ 可移动磁头固定盘片的磁盘机的特点是一片或一组盘片固定在主 轴上，盘片不可更换。盘片每面只有一个磁头，存取数据时磁头 沿盘面径向移动。可移动磁头可换盘片的磁盘机：盘片可以更换， 磁头可沿盘面径向移动。优点是盘片可以脱机保存，同种型号的 盘片具有互换性。
计算机组成原理(本全PPT)白中英
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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。
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(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
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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)
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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
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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。
《计算机组成原理》课件
指令结束
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
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
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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
白中英《计算机组成原理》第四版(立体化教材)课件第一章课件
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2018/7/28
1.4计算机的软件
一、软件的组成与分类 计算机软件相对计算机硬件来说是看不见，是计算 机系统中不可少的无形部件。主要有两大类： 系统软件：用来简化程序设计，简化使用方法，提 高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能及 用途。它包括以下四类：
①各种服务性程序，如诊断程序、排错程序、练习程序等 ②语言程序，如汇编程序、编译程序、解释程序等 ③操作系统 ④数据库管理系统
2018/7/28
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23
第一章小结
计算机系统的 基本概念
构成：硬件和软件 层次结构
计算机系统的基本工作原理 计算机的基本组成部分
五大部件
冯· 诺依曼型计算机特点 计算机发展特点
2018/7/28
返回
24
2018/7/28 5
1.2计算机发展简史
一、计算机的五代变化 第一代为1946—1957年，电子管计算机：数据处 理 第二代为1958—1964年，晶体管计算机：工业控 制 第三代为1965—1971年，中小规模集成电路计算 机：小型计算机 第四代为1972—1990年，大规模和超大规模集成 电路计算机：微型计算机 第五代为1991年开始，巨大规模集成电路计算机： 单片机
第一章 计算机系统概论
1.1计算机的分类 1.2计算机发展简史 1.3计算机的硬件 1.4计算机的软件 1.5计算机系统的层次结构
2018/7/28
1
1.1计算机的分类
一、电子计算机从总体上来说分为两大类。 电子模拟计算机。“模拟”就是相似的意思。 模拟计算机的特点是数值由连续量来表示， 运算过程也是连续的。 电子数字计算机，它是在算盘的基础上发展 起来的，是用数目字来表示数量的大小。数 字计算机的主要特点是按位运算，并且不连 续地跳动计算。
2018/7/28
1.4计算机的软件
一、软件的组成与分类 计算机软件相对计算机硬件来说是看不见，是计算 机系统中不可少的无形部件。主要有两大类： 系统软件：用来简化程序设计，简化使用方法，提 高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能及 用途。它包括以下四类：
①各种服务性程序，如诊断程序、排错程序、练习程序等 ②语言程序，如汇编程序、编译程序、解释程序等 ③操作系统 ④数据库管理系统
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第一章小结
计算机系统的 基本概念
构成：硬件和软件 层次结构
计算机系统的基本工作原理 计算机的基本组成部分
五大部件
冯· 诺依曼型计算机特点 计算机发展特点
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2018/7/28 5
1.2计算机发展简史
一、计算机的五代变化 第一代为1946—1957年，电子管计算机：数据处 理 第二代为1958—1964年，晶体管计算机：工业控 制 第三代为1965—1971年，中小规模集成电路计算 机：小型计算机 第四代为1972—1990年，大规模和超大规模集成 电路计算机：微型计算机 第五代为1991年开始，巨大规模集成电路计算机： 单片机
第一章 计算机系统概论
1.1计算机的分类 1.2计算机发展简史 1.3计算机的硬件 1.4计算机的软件 1.5计算机系统的层次结构
2018/7/28
1
1.1计算机的分类
一、电子计算机从总体上来说分为两大类。 电子模拟计算机。“模拟”就是相似的意思。 模拟计算机的特点是数值由连续量来表示， 运算过程也是连续的。 电子数字计算机，它是在算盘的基础上发展 起来的，是用数目字来表示数量的大小。数 字计算机的主要特点是按位运算，并且不连 续地跳动计算。
计算机组成原理(本全)ppt课件(2024)
I/O设备的分类
按数据传输方式可分为字符设备和块设备；按设备 共享属性可分为独占设备和共享设备。
I/O接口与I/O设备的连 接方式
包括并行接口和串行接口，其中并行接口传 输速度快，但传输距离短，而串行接口传输 速度慢，但传输距离长。
I/O控制方式与中断技术
I/O控制方式
包括程序查询方式、中断方式和DMA方式。程序查询方 式需要CPU不断查询I/O设备的状态，效率低下；中断方 式可以在I/O设备准备好数据后主动通知CPU，提高了 CPU的利用率；DMA方式则允许I/O设备与内存直接交 换数据，进一步提高了数据传输效率。
计算机的发展
计算机经历了从电子管、晶体管、集成电路到超大规模集成 电路等多个发展阶段，性能和体积不断得到优化和改进。目 前，计算机已广泛应用于各个领域，成为现代社会不可或缺 的工具。
计算机系统的组成
要点一
硬件系统
计算机硬件是计算机系统的物质基础，包括中央处理器、 内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等部分。其中 ，中央处理器是计算机的核心部件，负责解释和执行指令 ；内存储器用于暂时存储数据和程序；外存储器用于长期 保存数据和程序；输入设备用于将数据和信息输入到计算 机中；输出设备则将计算机处理结果以人们能够识别的形 式输出。
人们日常生活中最为熟悉的数制，每一位上的数码都是 0~9之间的数字。
十六进制表示法
在二进制基础上发展起来的一种数制，每一位上的数码由 0-9和A-F（对应十进制中的10-15）组成，常用于表示内 存地址和机器码等信息。
数的定点表示与浮点表示
定点表示法
小数点固定在某一位置的数制表示方 法，包括定点整数和定点小数，适用 于表示范围较小的数值。
总线技术
计算机组成原理PPTPPT课件
A1
(A1) OP (A2) A2
设指令字长为 32 位
操作码固定为 8 位
4 次访存（ A1和A2均
为存储器地址时）
寻址范围 212 = 4 K
A1和A2进行操作后结果既可以存于A1 中也可
备注： A1 ， A2既可以是存储器地址也可以是寄存器地 址
13
14
第14页/共130页
(5) 四地址指令
格式： OP A1 A2 A3 A4
OP ：操作码 A1 ：第一操作数地址 A2： 第二操作数地址 A3 ：结果的地址 A4 ：下一条指令地址
(A1) OP (A2) A3
设指令字长为 32 位 操作码固定为 8 位
4 次访存 寻址范围 26 = 64
备注：A1，A2，A3，A4既可以是存储器地址也可以是 寄存器地址
设指令字长度4位，地址码长度1位， 只有双地址和单地址指令，双地址指 令有3条，单地址指令有多少？ （16-322）/2=2
24
第24页/共130页
• 由于采用扩展操作码方式设计指令，所以对一部分 不需要操作数的指令可以将指令操作码扩展到操作 数字段。在不增加指令长度的情况下，能充分利用 指令的各个字段扩展操作码的长度，使它可以表示 更多的指令。
第13页/共130页
（4）三地址指令
格式： OP A1 A2 A3
OP：操作码 A1 ：第一操作数地址 A2： 第二操作数地址 A3 ：结果的地址
(A1) OP (A2) A3
设指令字长为 32 位
操作码固定为 8 位
4 次访存（ A1和A2均
为存储器地址时）
寻址范围 28 = 256
备注：A1，A2，A3既可以是存储器地址也可以是寄存 器地址
计算机组成原理(白中英)第1章PPT课件
表示参加运算的数据 从存储器的哪个单元取 运算的结果应存到哪个单元
指令
加法 减法 乘法 除法 取数 存数 打印 停机
操作码
001 010 011 100 101 110 111 000
计算机组成原理 电子计算机的设计⊙思第想一章计算机系统概论
❖ 存储程序，程序控制 ❖ “存储程序”，是把指令以代码的形式事先输入到
集成度 – 表明微处理器的生产工艺水平 – 常用芯片上集成的晶体管数量来表达
计算机组成原理
⊙第一章计算机系统概论
通用微处理器
4位微处理器
– 1971年，Intel 4004，第一个微处理器
8位微处理器
– M6800、Z80和Intel 8080/8085 – Apple公司苹果机
16位微处理器
☼ 二、课程的基本要求（课程教学应使学生达到的基本要求）
☆ 计算机系统概述、计算机中的数据表示、运算方法和运算器、指令系统、随机 逻辑和微程序控制原理、存储系统、输入输出系统、计算机外设简介，要求学 生掌握计算机的组成和工作原理。
☆ 通过学习，使学生了解计算机的组成原理及工作原理，以建立整机概念。本课 程设有实验，以加深对课程内容的理解，培养学生的动手能力。
计算机组成原理
⊙第一章计算机系统概论
教学大纲
☼ 一、课程性质与任务（课程在专业教学计划中的地位与课程教学目标）
☆ “计算机组成原理”属于专业基础课，必修课。面向应用、突出实践、偏向硬 件和理论。
☆ 《计算机组成原理》是计算机教学中的一门核心课程，是学习计算机课程所要 必修的主干课。通过教学，使学生对计算机的各主要部分（运算器、控制器、 存储器、输入输出设备）的构成及工作原理有一个深刻的、系统的认识和理解， 同时对计算机的发展趋势也有一个较为深入的了解。
指令
加法 减法 乘法 除法 取数 存数 打印 停机
操作码
001 010 011 100 101 110 111 000
计算机组成原理 电子计算机的设计⊙思第想一章计算机系统概论
❖ 存储程序，程序控制 ❖ “存储程序”，是把指令以代码的形式事先输入到
集成度 – 表明微处理器的生产工艺水平 – 常用芯片上集成的晶体管数量来表达
计算机组成原理
⊙第一章计算机系统概论
通用微处理器
4位微处理器
– 1971年，Intel 4004，第一个微处理器
8位微处理器
– M6800、Z80和Intel 8080/8085 – Apple公司苹果机
16位微处理器
☼ 二、课程的基本要求（课程教学应使学生达到的基本要求）
☆ 计算机系统概述、计算机中的数据表示、运算方法和运算器、指令系统、随机 逻辑和微程序控制原理、存储系统、输入输出系统、计算机外设简介，要求学 生掌握计算机的组成和工作原理。
☆ 通过学习，使学生了解计算机的组成原理及工作原理，以建立整机概念。本课 程设有实验，以加深对课程内容的理解，培养学生的动手能力。
计算机组成原理
⊙第一章计算机系统概论
教学大纲
☼ 一、课程性质与任务（课程在专业教学计划中的地位与课程教学目标）
☆ “计算机组成原理”属于专业基础课，必修课。面向应用、突出实践、偏向硬 件和理论。
☆ 《计算机组成原理》是计算机教学中的一门核心课程，是学习计算机课程所要 必修的主干课。通过教学，使学生对计算机的各主要部分（运算器、控制器、 存储器、输入输出设备）的构成及工作原理有一个深刻的、系统的认识和理解， 同时对计算机的发展趋势也有一个较为深入的了解。
相关主题
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这是第一个8位微处理器，它比4004复杂一倍。 1974年出现了Intel 8080。这是第一个通用微处理器，而4004和
8008是为特殊用途而设计的。8080是为通用微机而设计的中央处 理器。 20世纪70年代末才出现强大的通用16位微处理器，8086便是其中 之一。 这一发展趋势中的另一阶段是在1981年，贝尔实验室和HP公司开 发出了32位单片微处理器。 Intel于1985年推出了32位微处理器Intel 80386。 到现在的64
2019/6/20
5
1.2计算机发展简史
一、计算机的五代变化 第一代为1946—1957年，电子管计算机：数据处理 第二代为1958—1964年，晶体管计算机：工业控制 第三代为1965—1971年，中小规模集成电路计算机：
小型计算机 第四代为1972—1990年，大规模和超大规模集成电
输出设备：把计算机处理的结果变换为人或其他机器 设备所能接收和识别的信息形式
适配器：它使得被连接的外围设备通过系统总线与主 机进行联系，以便使主机和外围设备并行协调地工作
总线：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。 总之，现代电子计算机是由运算器、存储器、控 制器、适配器、总线和输入/输出设备组成的。这也 是人们常说的计算机硬件。
输入设备、输出设备 以运算器为中心
2019/6/20
12
SUCCESS
THANK YOU
2019/6/20
可编辑
1.3计算机的硬件
冯·诺依曼型计算机
输入
存储器 运算器
控制器
数据信号 控制信号
输出 地址信号
2019/6/20
14
1.3计算机的硬件
四、运算器
算术运算和逻辑运算
在计算机中参与运算的数 是二进制的
2019/6/20
2
1.1计算机的分类
数字计算机
数据表示方式 数字0/1
计算方式
数字计数
控制方式
程序控制
精度
高
数据存储量 大ຫໍສະໝຸດ 逻辑判断能力 强2019/6/20
模拟计算机 电压 电压组合和测量值 盘上连线 低 小 无
3
1.1计算机的分类
二、数字计算机分类 数字计算机根据计算机的效率、速度、
价格、运行的经济性和适应性来划分，可以划 分为两类：
路计算机：微型计算机 第五代为1991年开始，巨大规模集成电路计算机：
单片机
2019/6/20
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1.2计算机发展简史
二、半导体存储器的发展
20世纪50～60年代，所有计算机存储器都是由 微小的铁磁体环
1970年，仙童半导体公司生产出了第一个较大 容量半导体存储器
从1970年起，半导体存储器经历了11代：单个 芯片1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、 4MB、16MB、64MB、256MB、GB。
控制器完全可以区分开哪些是指令字，哪些是数据字。一 般来讲，取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流 向控制器；而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据 流，它由内存流向运算器。
2019/6/20
18
1.3计算机的硬件
八、适配器与I/O设备
输入设备：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
第一章 计算机系统概论
1.1计算机的分类 1.2计算机发展简史 1.3计算机的硬件 1.4计算机的软件 1.5计算机系统的层次结构
2019/6/20
1
1.1计算机的分类
一、电子计算机从总体上来说分为两大类。 电子模拟计算机。“模拟”就是相似的意思。
模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，
电子数字计算机，它是在算盘的基础上发展 起来的，是用数目字来表示数量的大小。数 字计算机的主要特点是按位运算，并且不连 续地跳动计算。
2019/6/20
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1.3计算机的硬件
六、控制器
指令和程序:指令的形式（操作和地址码、存储程序 的概念、指令中程序和数据的存放、指令系统）
指令和数据存储
演示计算机执行模拟过程
2019/6/20
17
1.3计算机的硬件
七、控制器的基本任务
控制器的基本任务：按照一定的顺序一条接着一条取 指令、指令译码、执行指令。取指周期和执行周期
10
1.3计算机的硬件
二、数字计算机基本组成 控制器：人的大脑的操作控制功能 运算器：人的大脑的计算功能 存储器：人的大脑记忆功能 输入设备：交互接口，笔 输出设备：交互接口，纸
2019/6/20
11
1.3计算机的硬件
三、冯·诺依曼型计算机
存储程序 按地址自动执行 五大部件：包括控制器、运算器、存储器、
其中1K=210,1M=220,1G=230
2019/6/20
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1.2计算机发展简史
三、微处理器的发展 1971年Intel公司开发出Intel 4004。这是第一个将CPU的所有元
件都放入同一块芯片内的产品，于是，微处理器诞生了。 微处理器演变中的另一个主要进步是1972年出现的Intel 8008，
专用计算机：专用机是最有效、最经济和最快速的 计算机，但是它的适应性很差。
通用计算机：通用计算机适应性很大，但是牺牲了 效率、速度和经济性。
2019/6/20
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1.1计算机的分类
三、通用计算机分类 通用计算机根据体积、简易性、功率损耗、
性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器 价格等可以分为： 超级计算机 大型机 服务器 工作站 微型机 单片机
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1.3计算机的硬件
一、硬件组成要素 通过一个例子我们来了解数字计算机的主
要组成和工作原理。 假设给一个算盘、一张带有横格的纸和一支笔，
要求我们计算y=ax+b-c这样一个题目。 解题步骤和数据记录在横格纸上，请看过程。
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手工模仿计算机工作（1）
2019/6/20
运算器的长度一般是8、16、 32或64位
运算电路单元
寄存器B
累加器A
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1.3计算机的硬件
五、存储器 存储数据和程序（指令） 容量（存储单元、存储单元地址、容量单位） 分类内存（ROM、RAM）、外存 存储器单位：
210 byte＝1K 210 K＝1M 210 M＝1G 210 G＝1T
8008是为特殊用途而设计的。8080是为通用微机而设计的中央处 理器。 20世纪70年代末才出现强大的通用16位微处理器，8086便是其中 之一。 这一发展趋势中的另一阶段是在1981年，贝尔实验室和HP公司开 发出了32位单片微处理器。 Intel于1985年推出了32位微处理器Intel 80386。 到现在的64
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1.2计算机发展简史
一、计算机的五代变化 第一代为1946—1957年，电子管计算机：数据处理 第二代为1958—1964年，晶体管计算机：工业控制 第三代为1965—1971年，中小规模集成电路计算机：
小型计算机 第四代为1972—1990年，大规模和超大规模集成电
输出设备：把计算机处理的结果变换为人或其他机器 设备所能接收和识别的信息形式
适配器：它使得被连接的外围设备通过系统总线与主 机进行联系，以便使主机和外围设备并行协调地工作
总线：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。 总之，现代电子计算机是由运算器、存储器、控 制器、适配器、总线和输入/输出设备组成的。这也 是人们常说的计算机硬件。
输入设备、输出设备 以运算器为中心
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冯·诺依曼型计算机
输入
存储器 运算器
控制器
数据信号 控制信号
输出 地址信号
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1.3计算机的硬件
四、运算器
算术运算和逻辑运算
在计算机中参与运算的数 是二进制的
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1.1计算机的分类
数字计算机
数据表示方式 数字0/1
计算方式
数字计数
控制方式
程序控制
精度
高
数据存储量 大ຫໍສະໝຸດ 逻辑判断能力 强2019/6/20
模拟计算机 电压 电压组合和测量值 盘上连线 低 小 无
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1.1计算机的分类
二、数字计算机分类 数字计算机根据计算机的效率、速度、
价格、运行的经济性和适应性来划分，可以划 分为两类：
路计算机：微型计算机 第五代为1991年开始，巨大规模集成电路计算机：
单片机
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1.2计算机发展简史
二、半导体存储器的发展
20世纪50～60年代，所有计算机存储器都是由 微小的铁磁体环
1970年，仙童半导体公司生产出了第一个较大 容量半导体存储器
从1970年起，半导体存储器经历了11代：单个 芯片1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、 4MB、16MB、64MB、256MB、GB。
控制器完全可以区分开哪些是指令字，哪些是数据字。一 般来讲，取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流 向控制器；而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据 流，它由内存流向运算器。
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1.3计算机的硬件
八、适配器与I/O设备
输入设备：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
第一章 计算机系统概论
1.1计算机的分类 1.2计算机发展简史 1.3计算机的硬件 1.4计算机的软件 1.5计算机系统的层次结构
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1.1计算机的分类
一、电子计算机从总体上来说分为两大类。 电子模拟计算机。“模拟”就是相似的意思。
模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，
电子数字计算机，它是在算盘的基础上发展 起来的，是用数目字来表示数量的大小。数 字计算机的主要特点是按位运算，并且不连 续地跳动计算。
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1.3计算机的硬件
六、控制器
指令和程序:指令的形式（操作和地址码、存储程序 的概念、指令中程序和数据的存放、指令系统）
指令和数据存储
演示计算机执行模拟过程
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1.3计算机的硬件
七、控制器的基本任务
控制器的基本任务：按照一定的顺序一条接着一条取 指令、指令译码、执行指令。取指周期和执行周期
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1.3计算机的硬件
二、数字计算机基本组成 控制器：人的大脑的操作控制功能 运算器：人的大脑的计算功能 存储器：人的大脑记忆功能 输入设备：交互接口，笔 输出设备：交互接口，纸
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1.3计算机的硬件
三、冯·诺依曼型计算机
存储程序 按地址自动执行 五大部件：包括控制器、运算器、存储器、
其中1K=210,1M=220,1G=230
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1.2计算机发展简史
三、微处理器的发展 1971年Intel公司开发出Intel 4004。这是第一个将CPU的所有元
件都放入同一块芯片内的产品，于是，微处理器诞生了。 微处理器演变中的另一个主要进步是1972年出现的Intel 8008，
专用计算机：专用机是最有效、最经济和最快速的 计算机，但是它的适应性很差。
通用计算机：通用计算机适应性很大，但是牺牲了 效率、速度和经济性。
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1.1计算机的分类
三、通用计算机分类 通用计算机根据体积、简易性、功率损耗、
性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器 价格等可以分为： 超级计算机 大型机 服务器 工作站 微型机 单片机
2019/6/20
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1.3计算机的硬件
一、硬件组成要素 通过一个例子我们来了解数字计算机的主
要组成和工作原理。 假设给一个算盘、一张带有横格的纸和一支笔，
要求我们计算y=ax+b-c这样一个题目。 解题步骤和数据记录在横格纸上，请看过程。
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手工模仿计算机工作（1）
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运算器的长度一般是8、16、 32或64位
运算电路单元
寄存器B
累加器A
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1.3计算机的硬件
五、存储器 存储数据和程序（指令） 容量（存储单元、存储单元地址、容量单位） 分类内存（ROM、RAM）、外存 存储器单位：
210 byte＝1K 210 K＝1M 210 M＝1G 210 G＝1T