计算机组成原理(唐朔飞) PPT
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计算机组成原理唐朔飞PPT 第2章 计算机的发展及应用
2.1 计算机的发展史
扩展（续） 另外，真空管的损耗率相当高，几乎每15分钟就可能烧 掉一支真空管，操作人员须花15分钟以上的时间才能找出坏 掉的管子，使用上极不方便。曾有人调侃道：「只要那部机 器可以连续运转五天，而没有一只真空管烧掉，发明人就要 额手称庆了。 由国防科大研制的天河二号超级计算机系统，以峰值计 算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度 浮点运算的优异性能位居榜首，成为全球最快超级计算机。 10年11月，天河一号曾以每秒4.7千万亿次的峰值速度，首次 将五星红旗插上超级计算领域的世界之巅。此次是继天河一 号之后，中国超级计算机再次夺冠。
2.1 计算机的发展史
扩展（续） 一般来说CDC 6600被认为是第一个成功的超级计算机，每 秒浮点运算次数达1M，超过之前最快的IBM 7030约三倍。它从 1964年到1969年一直保持世界最快的计算机，直到让渡其继任 者CDC 7600。 1946年2月14日，世界上第一台电脑ENIAC在美国宾夕法 尼亚大学诞生。以真空管取代继电器的“电子化”电脑--ENIAC （Electronic Numerical Integrator and Calculator）， 电子数字积 分器与计算器）， 目的是用来计算炮弹弹道。 机器使用了18800个真空管，长50英尺，宽30英尺， 占地 1500平方英尺，重达30吨（大约是一间半的教室大，六只大象 重）。它的计算速度快，每秒可从事5000次的加法运算，运作 了九年之久。由於吃电很凶， 据传ENIAC每次一开机，整个费 城西区的电灯都为之黯然失色。(耗电量140千瓦)
2.1 计算机的发展史
扩展（续） 2013年11月18日，国际TOP500组织公布了最新全球超级 计算机500强排行榜榜单，国防科大研制的“天河二号”以比 第二名—美国的“泰坦”快近一倍的速度再度登上榜首。美 国专家预测，在一年时间内，“天河二号”还会是全球最快 的超级计算机。 在2014年11月17日公布的全球超级计算机500强榜单中， 中国“天河二号”以比第二名美国“泰坦”快近一倍的速度 连续第四次获得冠军。 为夺回领先地位，美国先后宣布将建造3台超级计算机， 其计算速度远超“天河二号”。这些超级计算机计划于2017 年至2018年陆续建造完成，在那之前，没有超级计算机可以 挑战“天河二号” 。
计算机组成原理(唐朔飞)输出系统1 PPT
第五章 输入输出系统
§5.1 概述 I/O系统的发展 一、I/O系统的发展 I/O系统的组成 二、I/O系统的组成 I/O设备与主机的联系方式 三、I/O设备与主机的联系方式 四、I/O设备与主机信息传送的控制方式 I/O设备与主机信息传送的控制方式 I/O设备 §5.2 I/O设备 I/O接口 §5.3 I/O接口 §5.4 程序查询方式 §5.5 程序中断方式 DMA方式 §5.6 DMA方式 重点：I/O设备编址 接口、端口、指令、通道、 设备编址、 重点：I/O设备编址、接口、端口、指令、通道、 DMA 、 中断及相关概念； 中断及相关概念；I/O 设备与主机交换信息方式 难点：中断过程、DMA与主存交换数据的方法 难点：中断过程、DMA与主存交换数据的方法
第五章输入输出系统Ⅰ 第五章输入输出系统Ⅰ
7
独立编址的优缺点 优点： 优点： （1）使用专门的I/O指令，程序清晰易读； 使用专门的I/O指令，程序清晰易读； I/O指令 （2）I/O设备的地址空间独立，不占用存储器 I/O设备的地址空间独立， 设备的地址空间独立 的存储空间，且地址译码电路相对简单。 的存储空间，且地址译码电路相对简单。 缺点： 缺点： （1）访问外设的指令没有访问存储器的指令多 （2）CPU需设置专门的控制信号，区分对存储 CPU需设置专门的控制信号， 需设置专门的控制信号 器的访问和对外设地址的访问。 器的访问和对外设地址的访问。
计算机组成原理
第五章输入输出系统Ⅰ 第五章输入输出系统Ⅰ
6
独立编址——I/O映射编址 独立编址——I/O映射编址 ——I/O
将存储器和I/O设备建立两个完全独立的地址空间。CPU使 将存储器和I/O设备建立两个完全独立的地址空间。CPU使 I/O设备建立两个完全独立的地址空间 用专门的控制信号来区分是对存储器访问还是对I/O I/O设备进行 用专门的控制信号来区分是对存储器访问还是对I/O设备进行 访问。这些控制信号的产生是由指令来控制。 访问。这些控制信号的产生是由指令来控制。
§5.1 概述 I/O系统的发展 一、I/O系统的发展 I/O系统的组成 二、I/O系统的组成 I/O设备与主机的联系方式 三、I/O设备与主机的联系方式 四、I/O设备与主机信息传送的控制方式 I/O设备与主机信息传送的控制方式 I/O设备 §5.2 I/O设备 I/O接口 §5.3 I/O接口 §5.4 程序查询方式 §5.5 程序中断方式 DMA方式 §5.6 DMA方式 重点：I/O设备编址 接口、端口、指令、通道、 设备编址、 重点：I/O设备编址、接口、端口、指令、通道、 DMA 、 中断及相关概念； 中断及相关概念；I/O 设备与主机交换信息方式 难点：中断过程、DMA与主存交换数据的方法 难点：中断过程、DMA与主存交换数据的方法
第五章输入输出系统Ⅰ 第五章输入输出系统Ⅰ
7
独立编址的优缺点 优点： 优点： （1）使用专门的I/O指令，程序清晰易读； 使用专门的I/O指令，程序清晰易读； I/O指令 （2）I/O设备的地址空间独立，不占用存储器 I/O设备的地址空间独立， 设备的地址空间独立 的存储空间，且地址译码电路相对简单。 的存储空间，且地址译码电路相对简单。 缺点： 缺点： （1）访问外设的指令没有访问存储器的指令多 （2）CPU需设置专门的控制信号，区分对存储 CPU需设置专门的控制信号， 需设置专门的控制信号 器的访问和对外设地址的访问。 器的访问和对外设地址的访问。
计算机组成原理
第五章输入输出系统Ⅰ 第五章输入输出系统Ⅰ
6
独立编址——I/O映射编址 独立编址——I/O映射编址 ——I/O
将存储器和I/O设备建立两个完全独立的地址空间。CPU使 将存储器和I/O设备建立两个完全独立的地址空间。CPU使 I/O设备建立两个完全独立的地址空间 用专门的控制信号来区分是对存储器访问还是对I/O I/O设备进行 用专门的控制信号来区分是对存储器访问还是对I/O设备进行 访问。这些控制信号的产生是由指令来控制。 访问。这些控制信号的产生是由指令来控制。
《计算机组成原理》唐朔飞 重点、难点课件
如 16 MB （227位）的存储器
寻址范围
按 字节 寻址 按 字（16位）寻址 按 字 （32位）寻址
224= 16 M 223 = 8 M 222 = 4 M
字节 寻址 字（16位）寻址
24 位 23 位
22 位
字 （32位）寻址
容量 224 × 23 = 227位 223 × 24 = 227位 222 × 25 = 227位
字块2m－1
某一主存块 j 按模 Q 映射到 缓存 的第 i 组中的 任一块
例 假设主存容量为 512 KB，Cache 容量为 4KB，每个字块为
16 个字，每个字 32 位。 （1）Cache 地址有多少位？可容纳多少块？
根据 Cache 容量为 4KB 得 Cache 地址 12 位 4KB/4B = 1K字 1K/16 = 64 块 （2）主存地址有多少位？可容纳多少块？ 根据 512KB 得主存地址 19 位 512KB/4B = 128K字 128K/16 = 8192 块。 （3）在直接映射方式下，主存的第几块映射到 Cache 中的第 5 块（设起始字块为第 1 块）？ 主存的第 5，64 + 5，2×64 + 5， … ， 8192 – 64 + 5 块 能映射到 Cache 的第 5 块
第１章 计算机系统概论
计算机
第１篇 概论
第１章 计算机系统概论
计算机
存储器 I/O
系统总线
第２篇 计算机系统的硬件结构
CPU
第１章 计算机系统概论
计算机
存储器 I/O
第３篇 CPU
系统总线
CPU
中央处理器
ALU CU
CPU 内部互连
计算机组成原理(唐朔飞) PPT
§1.1 计算机发展历史 §1.2 计算机常用术语 §1.3 计算机系统组成 §1.4 计算机性能指标 §1.5 计算机工作过程
计算机组成原理
§1.4 计算机性能指标
第1篇 概述
1、 机器字长
指计算机能直接处理的二进制数据的位数 机器字长用bit为单位，有8位、16位、32 位、64位，为字节的倍数 字长决定着计算机运算的精度、速度、造价
计算机组成原理 §1.3 计算机系统组成
第1篇 概述
小结
1、计算机系统的层次结构 2、理解冯·诺依曼计算机的特点 3、掌握现代计算机系统的组成 4、理解CPU内部控制器、运算器、 存储器的各部件的关系和功能 5、了解计算机软件的分类 6、理解各种计算机语言的特点
计算机组成原理
第1篇 概述
第1篇 概 述
分类： 对计算机本身进行操作和管理，提供给用户操
作环境和软件运行环境。
软件系统
操作系统*
汇编程序
系统软件 语言处理程序* 解释程序
数据库系统 编译程序
应用软件 通用软件*
核心软件，
专业软件*
•管理计算机全部软件和硬件资源，
•组织计算机各部分协调工作，
•提供用户操作界面的运行平台。
计算机组成原理 软件之操作系统
目前常用：DOS、Windows、Unix、Linux、Vista
计算机组成原理
第1篇 概述
分类：
软件系统
操作系统*
汇编程序
系统软件 语言处理程序* 解释程序
数据库系统 编译程序
应用软件 通用软件* 专业软件*
计算机语言分为机器语言、汇编语言、高
级语言，语言处理程序负责将这些语言编写 的程序翻译为计算机能读懂的语言，并将计 算机的运算结果翻译为相应的人们能理解的 语言程序。
计算机组成原理
§1.4 计算机性能指标
第1篇 概述
1、 机器字长
指计算机能直接处理的二进制数据的位数 机器字长用bit为单位，有8位、16位、32 位、64位，为字节的倍数 字长决定着计算机运算的精度、速度、造价
计算机组成原理 §1.3 计算机系统组成
第1篇 概述
小结
1、计算机系统的层次结构 2、理解冯·诺依曼计算机的特点 3、掌握现代计算机系统的组成 4、理解CPU内部控制器、运算器、 存储器的各部件的关系和功能 5、了解计算机软件的分类 6、理解各种计算机语言的特点
计算机组成原理
第1篇 概述
第1篇 概 述
分类： 对计算机本身进行操作和管理，提供给用户操
作环境和软件运行环境。
软件系统
操作系统*
汇编程序
系统软件 语言处理程序* 解释程序
数据库系统 编译程序
应用软件 通用软件*
核心软件，
专业软件*
•管理计算机全部软件和硬件资源，
•组织计算机各部分协调工作，
•提供用户操作界面的运行平台。
计算机组成原理 软件之操作系统
目前常用：DOS、Windows、Unix、Linux、Vista
计算机组成原理
第1篇 概述
分类：
软件系统
操作系统*
汇编程序
系统软件 语言处理程序* 解释程序
数据库系统 编译程序
应用软件 通用软件* 专业软件*
计算机语言分为机器语言、汇编语言、高
级语言，语言处理程序负责将这些语言编写 的程序翻译为计算机能读懂的语言，并将计 算机的运算结果翻译为相应的人们能理解的 语言程序。
计算机组成原理唐朔飞PPT 第3章 系统总线教材
ISA EISA …
图文传真
多媒体
高速局域网
高性能图形
8 MHz的16位数据通路
调制解调器
…
3.4 总线结构
3. PCI 总线结构
系统总线
CPU 存储器
PCI 桥
标准总线 33 MHz的32位数据通路 控制器
8 MHz的16位数据通路
PCI 总线
SCSIⅡ 控制器 高性能图形
ISA EISA
图文传真 调制解调器
3.3 总线特性及性能指标
总线标准 ISA(工业标准结构) EISA (扩充、开放) VESA(VL-BUS) (视频电子标准协会) 数据线 16 32 32 总线时钟 8 MHz（独立） 8 MHz（独立） 33 MHz（CPU） 带宽 16 MBps 33 MBps 133 MBps
PCI （外围部件互连）
1. 面向 CPU 的双总线结构框图
中央处理 器 CPU
I/O总线
M 总 线
主存储器 M.M
I/O接口
I/O接口
…
I/O接口
外部 设备1
外部 设备2
…
外部 设备n
3.1 总线的基本概念
2. 单总线结构框图
单总线（系统总线）
I/O接口
I/O接口
…
I/O接口
CPU
M.M
外部 设备1 外部 设备2 … 外部 设备n
BUS
3.3 总线特性及性能指标
二、总线特性
1. 机械特性 2. 电气特性
尺寸 形状
传输方向 和有效的 电平 范围 每根传输线的 功能 信号的 时序 关系
3. 功能特性
4. 时间特性
地址 数据 控制
计算机组成原理(唐朔飞)CPU结构和功能 PPT
指令1、指令3、 指令 1 与指令 指令存储器和数据存储器分开 6 冲突 指令 、指令 、指令 解决办法 4• 冲突 …… 指令 2 与指令 5 冲突
• 指令预取技术 （适用于访存周期短的情况） 适用于访存周期短的情况）
《计算机组成原理》 计算机组成原理》
2、 控制相关 程序的相近指令之间出现某种关联 、
解决办法 ？
4. 指令的六级流水
t 1
指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 指令 5 指令 6 指令 7 指令 8 指令 9 FI
《计算机组成原理》 计算机组成原理》
取指、指令译码、算操作数地址、取操作数、执行指令、 取指、指令译码、算操作数地址、取操作数、执行指令、写操作数
2
DI FI
3
CO DI FI
IF ID EX WR
流水线速度是原来速度的 3 倍
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
12 13
t
3. 超长指令字
《计算机组成原理》 计算机组成原理》
并行性， 由编译程序 挖掘 出指令间 潜在 的 并行性，将 多条 一条具有 能 并行操作 的指令组合成 一条具有 多个操作码字段 的 超长指令字（可达几百位） 超长指令字（可达几百位） 多个处理部件(EX部件 部件) 采用 多个处理部件 部件
组合逻辑设计 微程序设计 硬连线逻辑
参见 第四篇
存储逻辑
参见 8.4 参见 第六章
2. 中断系统
五、ALU
《计算机组成原理》 计算机组成原理》
8.2 指 令 周 期
一、 指令周期的基本概念
1 . 指令周期 取出并执行一条指令所需的全部时间 指令周期:
计算机组成原理(唐朔飞) 系统总线(1)PPT
（BUS）连接各个部件的信息公用传输线，是各 BUS）连接各个部件的信息公用传输线 公用传输线， 个部件分时共享 分时共享的传输介质 个部件分时共享的传输介质 某时刻只允许一个部件向总线发送信息； 某时刻只允许一个部件向总线发送信息；但多个 部件可以同时从总线上接收相同的信息。 部件可以同时从总线上接收相同的信息。 分散连接的困境： 分散连接的困境： • 5部件间连线复杂 • CPU效率低下 CPU效率低下 • 增减设备困难
第二篇 硬件结构
第3 章
教 学 内 容
§3.1 总线的基本概念 §3.2 总线特性及性能指标 §3.3 总线结构 §3.4 总线控制 重点：基本概念、类型、瓶颈克服、 重点：基本概念、类型、瓶颈克服、控制方法 难点：通信控制方式和特点 难点：
§3.2 总线特性及性能指标 第二篇 硬件结构
总线特性: 一、总线特性:
§3.1 总线的基本概念 第二篇 硬件结构
通信总线
CAN RS232
IEEE- 488
USB SCSI
§3.1 总线的基本概念 第二篇 硬件结构
三、总线周期: 总线周期:
即总线传输周期，指一次总线操作所需要的时 即总线传输周期， 通常包括 个阶段： 包括4 间。通常包括4个阶段： 申请阶段T1 申请阶段T1 寻址阶段T2 寻址阶段T2 传送阶段T3 传送阶段T3 结束阶段T4 结束阶段T4
第二篇 硬件结构
第二篇 硬件结构
课 程 教 学 单 元
第１章 第２章 第３章 第４章 第５章 第６章 第７章 第８章 第９章 10章 第10章
计算机系统概论 计算机的发展及应用 系统总线 存储器 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 控制单元的功能 控制单元的设计
第二篇 硬件结构
第3 章
教 学 内 容
§3.1 总线的基本概念 §3.2 总线特性及性能指标 §3.3 总线结构 §3.4 总线控制 重点：基本概念、类型、瓶颈克服、 重点：基本概念、类型、瓶颈克服、控制方法 难点：通信控制方式和特点 难点：
§3.2 总线特性及性能指标 第二篇 硬件结构
总线特性: 一、总线特性:
§3.1 总线的基本概念 第二篇 硬件结构
通信总线
CAN RS232
IEEE- 488
USB SCSI
§3.1 总线的基本概念 第二篇 硬件结构
三、总线周期: 总线周期:
即总线传输周期，指一次总线操作所需要的时 即总线传输周期， 通常包括 个阶段： 包括4 间。通常包括4个阶段： 申请阶段T1 申请阶段T1 寻址阶段T2 寻址阶段T2 传送阶段T3 传送阶段T3 结束阶段T4 结束阶段T4
第二篇 硬件结构
第二篇 硬件结构
课 程 教 学 单 元
第１章 第２章 第３章 第４章 第５章 第６章 第７章 第８章 第９章 10章 第10章
计算机系统概论 计算机的发展及应用 系统总线 存储器 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 控制单元的功能 控制单元的设计
唐朔飞_计算机组成原理-于建志_第3章PPT课件
⒉ ISA总线的最高工作频率为8MHz，数据宽度为16 位，计算可得
数据传输速率为16MB/s。地址线24条，可寻址 16MB的内存空间
EISA 局部总线
ISA总线最初是8位的标准总线，随着计算机技术 的发展，经过多年的演变，也从8位的标准总线变成 了被广泛应用的16位的标准总线。以后又发展成了经 扩展的32位的标准总线EISA EISA总线：
⒍ 具有与处理器和存储器完全并行操作的能力。 PCI桥有多级缓冲，可把一批数据快速写入缓冲器 中，固可实现与其他子系统的并发工作。
⒎ 5V和3.3V两种电源供电 8.可扩充性好，可采用多层结构 9.软件兼容性好 10.采用多路复用技术，减少了总线引脚个数
AGP总线
AGP加速图形端口于1996年8月提出的一种 新型视频接口标准，它是专门为3D加速而设置 的加速图形端口，允许3D图形数据越过PCI总 线，把主存和显存直接连接起来，从而解决了 PCI总线设计中对于超高速系统的瓶颈问题
AGP应该是一种接口标准，因为它是一种 点对点的连接端口，除图形控制器专用外，没 有别的设备能够使用AGP，但是，我们习惯上 也称其为AGP总线
一、AGP总线的结构
采用AGP总线的系统结构图
二、AGP总线的特点
设计AGP的目的是为了实现高性能的3D图像，提高 显示的速度，因此采用了一些先进技术
⒈ 双时钟技术
四总线结构局部总线系统总线高速总线扩展总线多媒体调制解调器局域网串行接口扩展总线fax扩展总线接口扩展总线接口主存局部总线cpu系统总线cache桥cache桥高速总线scsi图形传统微型机总线结构3434存储器scsi控制器主存控制器isaeisamhz的16位数据通路标准总线控制器33mhz的32位数据通路系统总线多媒体高速局域网高性能图形cpuvlbus343433mhz的32位数据通路系统总线isaeisa多媒体高速局域网高性能图形图文传真mhz的16位数据通路标准总线控制器cpu主存控制器存储器局部总线控制器scsi控制器vlbuspci3434cpu多媒体pci高速局域网高性能图形图文传真pci总线系统总线33mhz的32位数据通路mhz的16位数据通路isaeisa标准总线控制器scsi控制器存储器modempcipci总线2存储器第一级桥第二级桥第三级桥pci总线4pci总线5pci总线3pci总线1pci总线0存储器总线标准总线cpu3434果紧急医疗系统采用包括持续胸部按压的综合救治干预对于院外心脏骤停患者可以考虑在综合救治干预中使用被动通气技术
数据传输速率为16MB/s。地址线24条，可寻址 16MB的内存空间
EISA 局部总线
ISA总线最初是8位的标准总线，随着计算机技术 的发展，经过多年的演变，也从8位的标准总线变成 了被广泛应用的16位的标准总线。以后又发展成了经 扩展的32位的标准总线EISA EISA总线：
⒍ 具有与处理器和存储器完全并行操作的能力。 PCI桥有多级缓冲，可把一批数据快速写入缓冲器 中，固可实现与其他子系统的并发工作。
⒎ 5V和3.3V两种电源供电 8.可扩充性好，可采用多层结构 9.软件兼容性好 10.采用多路复用技术，减少了总线引脚个数
AGP总线
AGP加速图形端口于1996年8月提出的一种 新型视频接口标准，它是专门为3D加速而设置 的加速图形端口，允许3D图形数据越过PCI总 线，把主存和显存直接连接起来，从而解决了 PCI总线设计中对于超高速系统的瓶颈问题
AGP应该是一种接口标准，因为它是一种 点对点的连接端口，除图形控制器专用外，没 有别的设备能够使用AGP，但是，我们习惯上 也称其为AGP总线
一、AGP总线的结构
采用AGP总线的系统结构图
二、AGP总线的特点
设计AGP的目的是为了实现高性能的3D图像，提高 显示的速度，因此采用了一些先进技术
⒈ 双时钟技术
四总线结构局部总线系统总线高速总线扩展总线多媒体调制解调器局域网串行接口扩展总线fax扩展总线接口扩展总线接口主存局部总线cpu系统总线cache桥cache桥高速总线scsi图形传统微型机总线结构3434存储器scsi控制器主存控制器isaeisamhz的16位数据通路标准总线控制器33mhz的32位数据通路系统总线多媒体高速局域网高性能图形cpuvlbus343433mhz的32位数据通路系统总线isaeisa多媒体高速局域网高性能图形图文传真mhz的16位数据通路标准总线控制器cpu主存控制器存储器局部总线控制器scsi控制器vlbuspci3434cpu多媒体pci高速局域网高性能图形图文传真pci总线系统总线33mhz的32位数据通路mhz的16位数据通路isaeisa标准总线控制器scsi控制器存储器modempcipci总线2存储器第一级桥第二级桥第三级桥pci总线4pci总线5pci总线3pci总线1pci总线0存储器总线标准总线cpu3434果紧急医疗系统采用包括持续胸部按压的综合救治干预对于院外心脏骤停患者可以考虑在综合救治干预中使用被动通气技术
计算机组成原理(唐朔飞) 控制单元的功能 PPT
MARi
• 数据线
数据线
MDRO
CPU 内 部 总 线
• MDR
MDRO
有效地址
Ad（IR）
控制信号
…
ALU
Z
(3) ADD @ X 执行周期
• MDR
MDRO
控制信号
时钟
… CU
MAR
MARi
地址线
IR
PC
•1
R MDR
Y
Yi 地址线 数据线
• 数据线
• MDR
MDRO
MAR
MARi
ALU
MDR AC
9.2 控制单元的功能
一、控制单元的外特性
指令寄存器
标志
时钟
CPU 内部的控制信号 … 控制单元 CU 到系统总线的控制信号 来自系统总线的控制信号
系 统 总 线
1. 输入信号
(1) 时钟 CU 受时钟控制，每个操作需要一定的 时间。 一个时钟脉冲发一个操作命令或一组需同时执行的操 作命令。 (2) 指令寄存器 OP ( IR ) CU
T0
T1
中央控制节拍
中央控制节拍
大部分指令安排统一较短机器周期内中央控制；少数复杂操作由局部控 制。局部控制插入中央控制，其节拍宽度与中央控制的节拍宽度一致。
2. 异步控制方式
•无基准时标信号
•无固定的周期节拍和严格的时钟同步 •采用 应答方式
3. 联合控制方式
同步与异步相结合
4. 人工控制方式——调机和软件开发用
IRi
MDRO
CPU 内 部 总 线
• OP（IR） • （PC）+ 1
CU PC
控制信号
…
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（将存储在内存中的处理结果或其它信息，以能为 人所接受的或能为其它计算机接受的形式输出。）
输入/输出设备：移动存储介质、通讯设备等
计算机组成原理
细化的计算机硬件框图 CPU
第1篇 概述
I/O
计算机组成原理
第1篇 概述
软件：是程序、数据和相关文档的集合，是微机的灵魂， 它存储在存储器中，不磨损、不消耗、需升级、可移植。
需要“解释器”翻 译为目标指令，再 由“编译器”翻译 为机器语言
特点
难学、难记、难读、难改， 占内存少，速度快
可读性、可记忆性 好，效率高、实时 性强
易学、易懂，程序 容量大，速度慢
例子
1011 0000 0001 0000 MOV AL，16 0000 0100 0000 0101 ADD AL，4 0100010000001100000 MOV ADDR6，
计算机组成原理
第1篇 概述
2、运算速度
•主频
n
•吉普森法 TM fiti i 1
•MIPS每秒百万条指令
•CPI执行一条指令的时钟周期数
•FLOPS每秒浮点运算次数
计算机组成原理
第1篇 概述
计算机组成原理
第1篇 概述
第1篇 概 述
§1.1 计算机发展历史 §1.2 计算机常用术语 §1.3 计算机系统组成 §1.4 计算机性能指标 §1.5 计算机工作过程
处理器 计算机
第1篇 概述
运算器、控制器、 寄存器构成的大规
模集成电路— CPU
计算机系统
CPU为核心，配以I/O接口、 内存、外部设备、电源、机
箱等硬件整体
微机硬件+软件系统
计算机组成原理
第1篇 概述
1.3.1区别概念
有无乘法指令
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 （指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理）
计算机组成原理
第1篇 概述
1、解释名词：
主机、处理器、运算器、寄存器、存储器、外围设备、数据、 透明、位、字、字节、机器字长、指令字长、地址、存储器的访问、 总线、硬件、软件、兼容、操作系统、汇编程序、编译程序、解释 程序、系统软件、接口、应用软件、指令、指令系统、数据、机器 语言、高级语言、编码、译码、寻址
分类： 对计算机本身进行操作和管理，提供给用户操
作环境和软件运行环境。
软件系统
操作系统*
汇编程序
系统软件 语言处理程序* 解释程序
数据库系统 编译程序
应用软件 通用软件*
核心软件，
专业软件*
•管理计算机全部软件和硬件资源，
•组织计算机各部分协调工作，
•提供用户操作界面的运行平台。
计算机组成原理 软件之操作系统
§1.1 计算机发展历史 §1.2 计算机常用术语 §1.3 计算机系统组成 §1.4 计算机性能指标 §1.5 计算机工作过程
计算机组成原理
§1.4 计算机性能指标
第1篇 概述
1、 机器字长
指计算机能直接处理的二进制数据的位数 机器字长用bit为单位，有8位、16位、32 位、64位，为字节的倍数 字长决定着计算机运算的精度、速度、造价
计算机组成原理
第1篇 概述
微机的存储和记忆装置，用以存放数据和程序
内部存储器
分
硬盘
类 外部存储器
光盘 软盘
优盘
计算机组成原理
第1篇 概述
输入设备：键盘、鼠标，摄像头、扫描仪、触摸屏、MIC等
（指将原始信息，如数据、程序、控制命令等转换为计 算机所能识别的信息，并存入计算机内存的设备。）
输出设备：显示器、打印机、绘图仪等
计算机组成原理 §1.3 计算机系统组成
第1篇 概述
小结
1、计算机系统的层次结构 2、理解冯·诺依曼计算机的特点 3、掌握现代计算机系统的组成 4、理解CPU内部控制器、运算器、 存储器的各部件的关系和功能 5、了解计算机软件的分类 6、理解各种计算机语言的特点
计算机组成原理
第1篇 概述
第1篇 概 述
计算机语计言算包机括组：成机原器理语言、汇编语言、高级语第言1篇 概述
语言
机器语言
汇编语言
高级语言
发展
第一代
第二代
第三代
编程对象
面向机器
面向机器
面向“过程”
语句元素
由“0”、“1”构成
用助记符编程
用语言按照语法规 则编写，如BASIC
运行条件
机器直接理解运行
需要“汇编器”翻 译为机器语言才能 执行
计算机组成原理
第1篇 概述
为了了解微机的工作过程，讨论一个简单的程序，
例如：计算机如何计算:
ax2 bx c
(1)用指令编写程序,需要翻译成机器语言指令。 (2)将数据和程序通过输入设备送入存储器中存放。 (3)运行程序，开始计算，存回结果。
详细过程参见光盘电子资料
1.2三、计算机的工作步骤Page18
据指令寄存器中的指令码控制每条指令的执行过程。
部件：程序计数器PC、指令寄存器IR、时序电路
计算机组成原理
第1篇 概述
3、寄存器组
功能：暂时存储CPU执行程序时的常用数据、 地址，减少CPU与外部的数据交换，加快CPU运 行速度。 部件：MQ X MDR MAR
计算机组成原理
第1篇 概述
总线AB、DB、CB为一组导线，完成地址、数据、 控制信息传输
计算机组成 ——实现计算机体系结构所体现的属性，
（具体指令的实现）
如何实现乘法指令
计算机组成原理
第1篇 概述
1.3.2 计算机系统的层次结构
assembler Compilers
用编译程序翻译 成汇编语言程序
用汇编程序翻译 成机器语言程序
Operating system用机器语言来 解释操作系统
Bare hardware 用微指令解释 机器指令
计算机组现成代原计理算机系统硬件介绍
第1篇 概述
计算机现组代成计原算理机硬件系统介绍---主板 第1篇 概述
ROM BIOS
ISA
PCI插槽
插
AGP
槽
插 槽
并口连接器 串口连接器
鼠标键盘
USB 接口
CPU插槽
北桥 芯片组
主板 电源 插座
南桥 芯片组
内存插槽
IDE接口
软驱接口
计现算代机计组算成机原硬理件系统介绍---外设\内存第1篇 概述
计现算代机计组算成机原硬理件系统介绍---显卡\声卡第1篇 概述
计算机组成原理
第1篇 概述
1、运算器
名称：算术逻辑单元Arichmrtic Logic Unit 功能：算术运算、逻辑运算、位移、循环 部件：ACC、ALU
计算机组成原理
第1篇 概述
2、控制器 功能：按照程序逻辑要求，控制程序中指令的执行顺序；根
C++语言 ADDR6=16+4
0000
AL
例子*把16送到AL；把4与AL相加，和存储在AL中；把AL中的数据送到地址6中。
计计算算机机语组言成处原理理程序对应的编程硬件关系第图1篇 概述
计算机系统
计算机结构
计算机处理器
FORTRAN 科学计算和工程计算 PASCAL 结构化程序设计 C＋＋ 面向对象 Java 适应网络环境
Microprogramming由 执硬 行件 微直 指接 令
计算机1组.3.成3 原冯理·诺依曼计算机的特点 第1篇 概述
1. 计算机由五大部件组成 2. 指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访 3. 指令和数据用二进制表示 4. 指令由操作码和地址码组成 5. 存储程序 6. 以运算器为中心
目前常用：DOS、Windows、Unix、Linux、Vista
计算机组成原理
第1篇 概述
分类：
软件系统
操作系统*
汇编程序
系统软件 语言处理程序* 解释程序
数据库系统 编译程序
应用软件 通用软件* 专业软件*
计算机语言分为机器语言、汇编语言、高
级语言，语言处理程序负责将这些语言编写 的程序翻译为计算机能读懂的语言，并将计 算机的运算结果翻译为相应的人们能理解的 语言程序。
高级语言
汇编语言
机器语言
计算机组成原理 分类：
软件系统
系统软件
第1篇 概述
操作系统*
汇编程序
语言处理程序* 解释程序
数据库系统 编译程序
应用软件 通用软件* 专业软件*
软件种类非常丰富日新月异服务软
件、杀毒软件、游戏软件、管理软件、 网络软件、作图软件、音乐软件……
结论：硬件是各种有形电子元件、设备组成的实体； 软件便于发挥硬件功能，提高机器效率的无形程序集 合。前者是后者的物质基础，后者是前者的灵魂，相 辅相成，互相促进，是不可分割的统一体。
计算机组成原理
第1篇 概述
§1.3.4 现代计算机系统组成
硬件系统
微 机 系 统
软件系统
主机
运算器
CPU
控制器
寄存器
内部存储器（主存）
外部存储器（辅存）
外设
I/O设备 I/O接口 电源
操作系统 系统软件 语言处理程序
数据库系统
应用软件 通用软件 专业软件
计算机组现成代原计理算机系统硬件介绍
第1篇 概述
2、解释英文缩写的含义： CPU PC IR DR CU ALU ACC MQ X MAR MDR I/O MIPS CPI FLOPS
3、计算机一般分成哪5个组成部分？各有何作用？
4、存储器中存储的数据和程序是怎样区分的？
输入/输出设备：移动存储介质、通讯设备等
计算机组成原理
细化的计算机硬件框图 CPU
第1篇 概述
I/O
计算机组成原理
第1篇 概述
软件：是程序、数据和相关文档的集合，是微机的灵魂， 它存储在存储器中，不磨损、不消耗、需升级、可移植。
需要“解释器”翻 译为目标指令，再 由“编译器”翻译 为机器语言
特点
难学、难记、难读、难改， 占内存少，速度快
可读性、可记忆性 好，效率高、实时 性强
易学、易懂，程序 容量大，速度慢
例子
1011 0000 0001 0000 MOV AL，16 0000 0100 0000 0101 ADD AL，4 0100010000001100000 MOV ADDR6，
计算机组成原理
第1篇 概述
2、运算速度
•主频
n
•吉普森法 TM fiti i 1
•MIPS每秒百万条指令
•CPI执行一条指令的时钟周期数
•FLOPS每秒浮点运算次数
计算机组成原理
第1篇 概述
计算机组成原理
第1篇 概述
第1篇 概 述
§1.1 计算机发展历史 §1.2 计算机常用术语 §1.3 计算机系统组成 §1.4 计算机性能指标 §1.5 计算机工作过程
处理器 计算机
第1篇 概述
运算器、控制器、 寄存器构成的大规
模集成电路— CPU
计算机系统
CPU为核心，配以I/O接口、 内存、外部设备、电源、机
箱等硬件整体
微机硬件+软件系统
计算机组成原理
第1篇 概述
1.3.1区别概念
有无乘法指令
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 （指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理）
计算机组成原理
第1篇 概述
1、解释名词：
主机、处理器、运算器、寄存器、存储器、外围设备、数据、 透明、位、字、字节、机器字长、指令字长、地址、存储器的访问、 总线、硬件、软件、兼容、操作系统、汇编程序、编译程序、解释 程序、系统软件、接口、应用软件、指令、指令系统、数据、机器 语言、高级语言、编码、译码、寻址
分类： 对计算机本身进行操作和管理，提供给用户操
作环境和软件运行环境。
软件系统
操作系统*
汇编程序
系统软件 语言处理程序* 解释程序
数据库系统 编译程序
应用软件 通用软件*
核心软件，
专业软件*
•管理计算机全部软件和硬件资源，
•组织计算机各部分协调工作，
•提供用户操作界面的运行平台。
计算机组成原理 软件之操作系统
§1.1 计算机发展历史 §1.2 计算机常用术语 §1.3 计算机系统组成 §1.4 计算机性能指标 §1.5 计算机工作过程
计算机组成原理
§1.4 计算机性能指标
第1篇 概述
1、 机器字长
指计算机能直接处理的二进制数据的位数 机器字长用bit为单位，有8位、16位、32 位、64位，为字节的倍数 字长决定着计算机运算的精度、速度、造价
计算机组成原理
第1篇 概述
微机的存储和记忆装置，用以存放数据和程序
内部存储器
分
硬盘
类 外部存储器
光盘 软盘
优盘
计算机组成原理
第1篇 概述
输入设备：键盘、鼠标，摄像头、扫描仪、触摸屏、MIC等
（指将原始信息，如数据、程序、控制命令等转换为计 算机所能识别的信息，并存入计算机内存的设备。）
输出设备：显示器、打印机、绘图仪等
计算机组成原理 §1.3 计算机系统组成
第1篇 概述
小结
1、计算机系统的层次结构 2、理解冯·诺依曼计算机的特点 3、掌握现代计算机系统的组成 4、理解CPU内部控制器、运算器、 存储器的各部件的关系和功能 5、了解计算机软件的分类 6、理解各种计算机语言的特点
计算机组成原理
第1篇 概述
第1篇 概 述
计算机语计言算包机括组：成机原器理语言、汇编语言、高级语第言1篇 概述
语言
机器语言
汇编语言
高级语言
发展
第一代
第二代
第三代
编程对象
面向机器
面向机器
面向“过程”
语句元素
由“0”、“1”构成
用助记符编程
用语言按照语法规 则编写，如BASIC
运行条件
机器直接理解运行
需要“汇编器”翻 译为机器语言才能 执行
计算机组成原理
第1篇 概述
为了了解微机的工作过程，讨论一个简单的程序，
例如：计算机如何计算:
ax2 bx c
(1)用指令编写程序,需要翻译成机器语言指令。 (2)将数据和程序通过输入设备送入存储器中存放。 (3)运行程序，开始计算，存回结果。
详细过程参见光盘电子资料
1.2三、计算机的工作步骤Page18
据指令寄存器中的指令码控制每条指令的执行过程。
部件：程序计数器PC、指令寄存器IR、时序电路
计算机组成原理
第1篇 概述
3、寄存器组
功能：暂时存储CPU执行程序时的常用数据、 地址，减少CPU与外部的数据交换，加快CPU运 行速度。 部件：MQ X MDR MAR
计算机组成原理
第1篇 概述
总线AB、DB、CB为一组导线，完成地址、数据、 控制信息传输
计算机组成 ——实现计算机体系结构所体现的属性，
（具体指令的实现）
如何实现乘法指令
计算机组成原理
第1篇 概述
1.3.2 计算机系统的层次结构
assembler Compilers
用编译程序翻译 成汇编语言程序
用汇编程序翻译 成机器语言程序
Operating system用机器语言来 解释操作系统
Bare hardware 用微指令解释 机器指令
计算机组现成代原计理算机系统硬件介绍
第1篇 概述
计算机现组代成计原算理机硬件系统介绍---主板 第1篇 概述
ROM BIOS
ISA
PCI插槽
插
AGP
槽
插 槽
并口连接器 串口连接器
鼠标键盘
USB 接口
CPU插槽
北桥 芯片组
主板 电源 插座
南桥 芯片组
内存插槽
IDE接口
软驱接口
计现算代机计组算成机原硬理件系统介绍---外设\内存第1篇 概述
计现算代机计组算成机原硬理件系统介绍---显卡\声卡第1篇 概述
计算机组成原理
第1篇 概述
1、运算器
名称：算术逻辑单元Arichmrtic Logic Unit 功能：算术运算、逻辑运算、位移、循环 部件：ACC、ALU
计算机组成原理
第1篇 概述
2、控制器 功能：按照程序逻辑要求，控制程序中指令的执行顺序；根
C++语言 ADDR6=16+4
0000
AL
例子*把16送到AL；把4与AL相加，和存储在AL中；把AL中的数据送到地址6中。
计计算算机机语组言成处原理理程序对应的编程硬件关系第图1篇 概述
计算机系统
计算机结构
计算机处理器
FORTRAN 科学计算和工程计算 PASCAL 结构化程序设计 C＋＋ 面向对象 Java 适应网络环境
Microprogramming由 执硬 行件 微直 指接 令
计算机1组.3.成3 原冯理·诺依曼计算机的特点 第1篇 概述
1. 计算机由五大部件组成 2. 指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访 3. 指令和数据用二进制表示 4. 指令由操作码和地址码组成 5. 存储程序 6. 以运算器为中心
目前常用：DOS、Windows、Unix、Linux、Vista
计算机组成原理
第1篇 概述
分类：
软件系统
操作系统*
汇编程序
系统软件 语言处理程序* 解释程序
数据库系统 编译程序
应用软件 通用软件* 专业软件*
计算机语言分为机器语言、汇编语言、高
级语言，语言处理程序负责将这些语言编写 的程序翻译为计算机能读懂的语言，并将计 算机的运算结果翻译为相应的人们能理解的 语言程序。
高级语言
汇编语言
机器语言
计算机组成原理 分类：
软件系统
系统软件
第1篇 概述
操作系统*
汇编程序
语言处理程序* 解释程序
数据库系统 编译程序
应用软件 通用软件* 专业软件*
软件种类非常丰富日新月异服务软
件、杀毒软件、游戏软件、管理软件、 网络软件、作图软件、音乐软件……
结论：硬件是各种有形电子元件、设备组成的实体； 软件便于发挥硬件功能，提高机器效率的无形程序集 合。前者是后者的物质基础，后者是前者的灵魂，相 辅相成，互相促进，是不可分割的统一体。
计算机组成原理
第1篇 概述
§1.3.4 现代计算机系统组成
硬件系统
微 机 系 统
软件系统
主机
运算器
CPU
控制器
寄存器
内部存储器（主存）
外部存储器（辅存）
外设
I/O设备 I/O接口 电源
操作系统 系统软件 语言处理程序
数据库系统
应用软件 通用软件 专业软件
计算机组现成代原计理算机系统硬件介绍
第1篇 概述
2、解释英文缩写的含义： CPU PC IR DR CU ALU ACC MQ X MAR MDR I/O MIPS CPI FLOPS
3、计算机一般分成哪5个组成部分？各有何作用？
4、存储器中存储的数据和程序是怎样区分的？