计算机组成原理 第一章
计算机组成原理第一章(白中英版ppt课件

3. 1965年开始,第三代中小规模集成电路计算机
4. 1971年开始,第四代大规模集成电路计算机
5. 1986年开始,第五代巨大规模集成电路计算机
计算机的发展史
基本概念
类型 时期 主要器件 重 要 特 征
第1代 第2代 第3代
19461958
19581964
数字信号处理器(DSP)
•专注于数字信号的高速处理 •美国德州仪器TI公司TMS320各代产品 •主要应用于通信、消费类电子产品和计算机
主要应用形式:嵌入式系统
•IP级结构,芯片级结构,模块级结构
计算机组成原理
处理器总线
数据总线(DB:Data Bus)
•处理器与存储器或外设交换信息的通道 •个数(条数)是一次能够传送数据的二进制位数
计算机组成原理
存储器
存储器(Memoryห้องสมุดไป่ตู้是存放程序和数据的部件
高性能微机的存储系统
• 微处理器内部的寄存器(Register) • 高速缓冲存储器(Cache) • 主板上的主存储器 • 以外设形式出现的辅助存储器
基本概念
计算机之所以迅速发展,其生命力在于它的广泛应 用并协助人类取得了辉煌的成就。计算机的应用 范围几乎涉及人类社会的所有领域。本书归纳成 六个主要方面来叙述:
❖ 科学计算 ❖ 自动控制和测量
❖ 信息处理
❖ 教育和卫生
❖ 家用电器
❖ 人工智能
1.2.1 计算机的硬件系统组成
中央处理单元CPU
(第五章) 控 制 器
❖ “程序控制”,是当计算机启动后,程序就 会控制计算机按规定的顺序逐条执行指令, 自动完成预定的信息处理任务
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
《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。
计算机组成原理课件第1章

教学内容
研究讨论单台计算机的完整硬件系 统的基本组成原理与内部运行机制。
单台:非多机系统。 基本:不一定是最高性能、最合理的组成,
而是最基础的必要的组成部分。 完整:计算机整机、全部的硬件功能部件。
课程内容
1 计算机系统概论 2 计算机中信息的表示方法 3 运算方法和运算部件 4 存储系统 5 指令系统 6 中央处理器 7 总线系统 8 计算机的外围设备 9 输入输出系统
Name:ENIAC
“爱尼亚克”
(Electronic Numerical Integrator and Computer)
电子数值积分和计算机
研制者:宾夕法尼亚大学教授 John Mauchly (莫奇利)和 J. Presper Eckert(埃克脱)
研究开发ENIAC计算机的目的:军事服务, 主要是为了计算弹道表。
计算机发展——智能化
“总有一天,人类会造出一些举止跟人一样的
‘没有灵魂的机械’来”。
人类第一个“工业机器人”:
——笛卡尔(1637)
一头在纺织机上挑纱的“驴”(1742年)
第一代机器人 机械手(1962年出现)
第二代机器人
具有“感觉”的机器人
第三代机器人
Deepblue
装有启发式计算机的“智能机器人”
式处理来组织系统。
LSI VLSI
七十年代计算机开始
向微型化方向发展。
Intel 4004
PentiumⅡ
智能计算机
❖ 智能电子计算机,它是一种有 知识,会学习,能推理的计算 机。
❖ 智能计算机突破了传统的冯.诺 依曼式机器的概念,舍弃了二 进制结构,把许多处理机并联 起来,并行处理信息,速度大 大提高。它的智能化人机接口 使人们不必编写程序,只需发 出命令或提出要求,电脑就会 完成推理和判断,并且给出解 释。
计算机组成原理第1章ppt课件

浮点数的表示与运算
浮点数的概念
浮点数是指小数点位置可以浮 动的数,用于表示更大范围、
更高精度的数值。
浮点数的表示方法
通常采用IEEE 754标准表示, 包括符号位、指数位和尾数位 。
浮点数的加减运算
需要进行对阶、尾数加减、规 格化等步骤,同时处理溢出和 舍入等问题。
浮点数的乘除运算
需要设计高效的算法和电路实 现,包括浮点乘法、浮点除法
地址译码器
将地址寄存器中的地址转换为对 应存储单元的选择信号。
存储体
由大量存储单元组成,每个存储 单元可存放一个字节或多个字节 的数据。
读写控制电路
根据CPU的命令控制存储器的读 写操作。
主存储器的性能指标与优化
存储容量
主存储器可以容纳的二进制信息量,通常以字节(Byte)为单位进 行衡量。
存取时间
逻辑门电路
基本逻辑门电路
介绍与门、或门、非门等 基本逻辑门电路的工作原 理和实现方法。
复合逻辑门电路
讲解与非门、或非门、异 或门等复合逻辑门电路的 工作原理和实现方法。
逻辑门电路的应用
介绍逻辑门电路在数字电 路中的应用,如组合逻辑 电路的设计和实现等。
03
计算机中的数据表示
数值数据的表示
定点数表示法
计算机的发展
计算机经历了从机械式计算机、电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算 机到超大规模集成电路计算机的五个发展阶段。
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,是计算机的物理基
础。
软件系统
包括系统软件和应用软件,是计算 机的逻辑基础。
数据
是计算机处理的对象,包括数值数 据、非数值数据和多媒体数据等。
计算机组成原理

2、总线规范
每个总线标准都有详细的规范说明,一般包括以下几个部分 1)机械性能规范:模板尺寸、插头、连接器的规格及位置 等。 2)功能规范:信号线的序号、名称及功能等。 3)电气特性的规范:信号线的电平种类、动态转换时间、 负载能力等。
五、总线的性能指标
评价总线性能的优劣 1、总线宽度:主要是指数据总线的数目。如4/8/16/32/64 直接影响总线的传输率(吞吐量) 2、标准传输率(总线带宽) 单位时间内总线上传输数据的位数。以MB/S表示。 例如:某总线工作频率为8.33MHZ,总线宽度为16位,则 标准传输率为 8.33M×2B/s=16.66MB/s 3、总线定时协议(握手机制) 数据传输采用何种时钟控制。分为同步、异步、半同步、 分离式几种 4、总线控制方式:如仲裁机制、自动配置等。 5、总线复用 两种不同时出现的信号共用一组物理线路,即分时使用同 一组总线,称为总线的多路分时复用。其目的在于减少芯 片的引脚数。 6、信号线数:总线所包含的全部信号线的总数。 7、其它指标:如负载能力、电源电压、能否扩展等。
第三章 系统总线
3.1 总线概述 3.2 常用的总线标准 3.3 总线结构
3.4 总线控制
3.1 总线概述
一、为什么要用总线
机内部件间互连方式:
早期:分散连接 以运算器为核心,内部连线复杂,尤其是当I/O 与存储器交换信息时,都需要经过运算器,严重影 响CPU的工作效率。
采用存储器为核心的分散连接结构,虽采用中断、 DMA等技术,仍无法解决I/0设备与主机之间连接的 灵活性。 目前:总线连接
MAR MDR 容量 10 8 1 K × 8位 16 32 64 K × 32位
1K = 210
2 b = 1 KB 1B = 23b 221b = 256 KB 80 GB
计算机组成原理:第一章-计算机系统体系结构

一计算机系统体系结构1.1 什么是计算机体系结构本章的第一个概念是计算机系统(computer system)。
计算机系统包括读取并执行程序的中央处理单元(CPU,保存程序和数据的存储器以及将芯片转换为实用系统的其他子系统。
这些子系统会使CPU与显示器、打印机、Internet等外部设备之间的通信变得更加容易。
•cpu(处理器): 计算机实际执行程序的部分•微处理器: 在单个硅片上实现的CPU•微机: 围绕微处理器构建的计算机计算机的性能既取决于CPU;也取决于其他子系统。
如果不能高效进行数据传输,仅仅提高CPU的性能是毫无意义的。
Figure 1:•信息(程序和数据): 保存在存储器中;计算机会使用不同类型的存储器,达到不同的目的。
–如果不能叫信息保存在正确的存储器,那么CPU的速度再快也将毫无意义–Cache: 保存常用的数据是高速专用的存储器。
–主存: 存放大量的工作数据,断电消失–辅存: 指磁盘等,用于存储海量的数据。
永久存储•组成计算机的各个子系统通过总线连接在一起,数据通过总线从计算机中的一个位置传递到另一个位置。
什么是计算机Figure 2:•输入: 指用户交给计算机的信息•输出: 指计算机返回给用户的信息可编程计算机接收两种类型的输入: 它将要处理的数据,以及准确描述要如何处理输入数据的程序。
程序不过是计算机所执行的完成给定任务的操作序列。
Figure 3:•CPU读程序并完成程序指定的操作。
内部使用寄存器来保存数据•存储器系统保存两类信息:程序,程序处理或产生的数据计算机从存储器中读出指令并执行这些指令(即完成或执行指令定义的动作)。
执行指令时,可能要从存储器中读出数据,对数据进行操作,将数据写回存储器。
寄存器是CPU内部用来存放数据的存储单元。
时钟提供了脉冲流,所有内部操作都在时钟脉冲的触发下进行。
时钟频率是决定计算机速度的一个因素程序执行过程Figure 4:CPU先读取一条指令;在CPU分析或解码指令;从存储器中读出这条指令所需的所有数据。
计算机组成原理课件第01章

操作系统 编译、调试源操程作序系统级
4、机器机器语语言言级(指:令执系行统目) 标代码机器语言级
微程序控制器
5、微硬程核序级:硬对件逻用辑户部透件明
微程序级
图1-4 硬软件组成的层次结构模型
2. 从语言功能角度划分层次结构
程序 专用语言虚拟机
高级语言虚拟机
汇编语言虚拟机 实际机器(机器语言物理机) 图1-5 从语言角度划分的层次结构模型
8) 多机系统 (多个CPU构成多机系统)
二、软件系统 软件:各类程序和文件,是一些触摸不到 的二进制信息。
1. 系统软件:负责系统的调度管理,提供程 序的运行环境和开发环境,为 方便用户使用,提高计算机系 统的效率或扩展硬件功能而编 制的程序。
1) 操作系统:核心,作业调度、处理机调度、存储管 理、文件系统、外围设备管理,任何其 它软件必须在OS的支持下才能运行。
不能直接访问。 高速缓冲:CPU与主存之间,当前正使
用的程序、数据复制于其中,提 高CPU访存速度。 外部设备:I/O设备 总线:主机通过一组总线连接各种I/O设备
外围接口:I/O接口,位于总线与各种I/O设备之间, 起缓冲与连接作用的部件。
1. 以总线为基础的系统结构—小、微型机
采用总线结构实现数据传递-数据通路结构
2. 数据通路宽度: 数据总反线映一了次寄所存能器并、行运传算送的位数。CPU
内部的一般等部于件基、本数字据长总,线而的外位部的取决于系 统总线,可与数内。部硬的件相实等现,基也本可字小于内部的。
内外相长等运:算Int,el8软03件86支,持均实为32位,32位机 外部宽度现小多于字内长部运:算Int。el8088,内16位,
总线BUS: 一组能为多个部件分时共享的公共 信息传送线路。(数据线、地址线、 控制线)
计算机组成原理课后答案

计算机组成原理课后答案《计算机组成原理》课后习题参考答案第一章计算机系统概论1.比较数字计算机和模拟计算机的特点。
答:模拟计算机的特点是数值用连续量表示,运算过程也是连续的。
数字计算机的主要特点是逐位运算和间断跳跃计算。
模拟计算机用电压表示数据,采用电压组合和测量值的计算方法,车载接线的控制方法,而数字计算机用数字0和1表示数据,采用数字计数的计算方法和程序控制的控制方法。
与模拟计算机相比,数字计算机具有精度高、数据存储量大、逻辑判断能力强等优点。
2.数字计算机是如何分类的?分类的依据是什么?答:数字计算机可分为专用计算机和通用计算机,是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。
3.数字计算机有哪些主要应用?答:数字计算机的主要应用是:科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器和人工智能。
4.冯.诺依曼型计算机的主要设计思想是什么?它由哪些主要组成部分?答:诺依曼计算机的主要设计思想是存储程序并按地址顺序执行。
它由运算单元、控制器、存储器、接口和I/O设备组成。
5.什么是存储容量?什么是单元地址?什么是数据字,什么是地址字?答:存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
每个存储单元都有编号,称为单元地址。
如果某字代表要处理的数据,称为数据字。
如果某字为一条指令,称为指令字。
6.什么是指令?什么是程序?答:每个基本操作都称为指令,解决问题的一系列指令称为程序。
7.指令和数据存储在内存中。
计算机如何将它们与指令或数据区分开来?答:计算机可以从时间和空间两方面来区分指令和数据,在时间上,取指周期从内存中取出的是指令,而执行周期从内存取出或往内存中写入的是数据,在空间上,从内存中取出指令送控制器,而执行周期从内存从取的数据送运算器、往内存写入的数据也是来自于运算器。
8.什么是记忆?什么是外部存储?什么是CPU?什么是适配器?简要描述其功能。
答:存储器是指计算机中的半导体存储器,包括ROM和ram。
计算机组成原理讲义第1章计算机的逻辑部件

1.3.2 寄存器和移位寄存器
⒈寄存器:如图1.32 常用正边沿触发D触发器和锁存器,在CP正沿作用 下,外部数据才能进入寄存器。 ⒉移位寄存器:如图1.33 有移位功能的寄存器称为移位寄存器,每来一个 CP,寄存器中的数向左或向右移一位。
1.3.3 计数器
* 计数器由移位寄存器构成。 ⒈按时钟作用方式划分: 同步计数器和异步计数器。 ⒉按计数进位划分: 二进制和十进制,如图1.39。
1.3.1 触发器(续)
⒊主-从触发方式触发器:
⑴主-从R-S触发器:如图1.30
由两个R-S型电位触发器级联而成,主触发器接收 输入数据,从触发器接收主触发器的输出,主、 从触发器的同步控制信号是互补的。
⑵主-从J-K触发器:如图1.31
若将主-从R-S触发器的Q和非Q分别与R和S相连, 再增设J和K输入端,就构成主-从J-K触发器。
1.2.1 加法器(续)
⒊n位加法器: n个全加器相连形成n位加法器; 见图1.15 串行加法器。 ⒋超前进位加法器: 采用“超前进位产生电路”同时形成各位进位; 见图1.16 4位超前进位加法器。
1.2.2 算术逻辑单元(ALU)
⒈定义: 进行多种算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路。 ⒉基本逻辑结构: 超前进位加法器。 ⒊举例: 美国SN74181型4位ALU中规模集成电路。
计算机组成原理讲义
第1章 计算机的逻辑部件
诀窍
详细内容请参阅王诚主编
“计算机组成原理”
本章主要教学内容
⒈三态电路:介绍三态电路的原理、参数及使用特 点。掌握总线上三态驱动器驱动三态接收器时输 入、输出电流的计算方法。 ⒉算术逻辑单元:掌握其分析和设计方法。 ⒊触发器:掌握其触发方式特点及其参数。 ⒋阵列逻辑部件:了解其原理及其使用特点。
第1章 概论 计算机组成原理

5
第一台电子数字计算机ENIAC 第一台电子数字计算机 ENIAC的特点: 的特点: 的特点 – 采用十进制 – 20 个10位的累加器 位的累加器 – 用开关手动编程 – 18,000个电子管 个电子管 – 重30 吨 – 占地170平方米 占地 平方米 – 耗电 耗电140 KW – 5,000次/秒加法运算 次 秒加法运算
第1章 概论 章
12
5.控制器 控制器 控制器是根据从存储器读来的指令, 控制器是根据从存储器读来的指令, 产生一系列控制信号, 产生一系列控制信号,控制其他部件完 成指令的功能。 成指令的功能。 在控制器的控制下,各部件协调工作, 在控制器的控制下,各部件协调工作, 完成指令的功能,这就是整机概念。 整机概念 完成指令的功能,这就是整机概念。
第1章 概论 章
27
固件 固件是指那些存储在能永久保存信息 的器件( 的器件(如ROM)中的程序,是具有软件 )中的程序, 功能的硬件。 功能的硬件。固件的性能指标介于硬件与 软件之间,吸收了软、硬件各自的优点, 软件之间,吸收了软、硬件各自的优点, 其执行速度快于软件,灵活性优于硬件, 其执行速度快于软件,灵活性优于硬件, 是软、硬件结合的产物。 是软、硬件结合的产物。
7
第1章 概论 章
存储程序概念( 1.1.2 存储程序概念(续)
世界上第一台计算机ENIAC不是存储程序 不是存储程序 世界上第一台计算机 计算机。 计算机。 EDVAC 冯·诺依曼设计的存储程序计算机 诺依曼设计的存储程序计算机 1951年诞生。 年诞生。 年诞生 EDSAC 事实上的第一台存储程序计算机 1949年诞生 1949年诞生。 年诞生。 目前绝大多数计算机仍建立在存储程序概 念的基础上, 诺依曼型计算机。 念的基础上,称冯·诺依曼型计算机。 诺依曼型计算机 也出现了一些突破冯·诺依曼结构的计算机 诺依曼结构的计算机, 也出现了一些突破冯 诺依曼结构的计算机, 统称非冯结构计算机, 统称非冯结构计算机,如:数据驱动的数据流 计算机、需求驱动的归约计算机和模式匹配驱 计算机、 动的智能计算机等。 动的智能计算机等。
计算机组成原理课件第一章概述1.3

– 应用软件:各类用户为满足各自的需要所开发的各类应用程序
人生在勤,不索何获
1.3.1计算机系统的基本组成
• 不论系统软件程序还是应用软件程序,都是采用程序设计 语言编写的。程序设计语言是编写各种计算机软件的手段 或规范,又称为编程环境。用程序设计语言编写的程序称 为源程序,在计算机上运行的程序称为可执行程序。
人生在勤,不索何获
计算机系统层次结构模型图
图1-4计算机系统层次结构模型图
人生在勤,不索何获
1.3.2计算机系统的层次结构
• 第0层是硬件内核。
– 该层包括计算机各部件的逻辑线路硬件,又称为裸机。硬件内控制信号引导数 据的流动,实现用户设计的功能。这一层次是计算机硬件设计人员所熟悉的。
• 第1层是机器语言
– 一般采用大规模集成电路技术,将运算器和控制器集成在一片半导体芯 片上,叫做中央处理器(Central Processing Unit,CPU),在微型计算 机中称为微处理器
– 存储器产品包括内存储器(如内存条)和外存储器(如硬盘、光盘等)。 – 中央处理器加上主存储器称为主机。 – 常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。 – 常用的输出设备有显示器、打印机等。将输入输出设备、外存储器称为
• 冯•诺依曼设计思想的特征是存储程序并自动运行。
– 在运行程序之前,程序指令和数据一起存放在存储器中,然后逐 条取出指令执行。按照这个思想,要想解决一个问题,只要编制 有效的程序,该问题就可以在计算机中求解。
1.3.1计算机系统的基本组成
• 冯•诺依曼结构奠定了现代计算机的结构。但是,在现代 计算机产品中,这5部分并不是独立存在的。
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输入设备
计算步骤和 开始数据
存储器
结数 果据
运算器
以运算器为中心
输出设备 计算结果
指令
控制器
现代计算机(对冯诺依曼机进行了许多改进): 以存储器为中心的计算机组成框图(存储器要改进什 么?):
输入设备
计算步骤和 开始数据
控制器
地
指
址
令
存储器
数
结
据
果
运算器
计算结果
输出设备
以存储器为中心
几个概念:
CPU、I/O设备、ALU、CU、MM、主机。
第1篇 概论 第2篇 计算机系统的硬件结构
第3篇 中央处理器 第4篇 控制单元
2
第一篇 概论
第一章 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
3
本章重点
本章重点突出计算机组成的概貌和框架,如下图所示。
4
第一章 计算机系统概论
1.1计算机系统简介
、声音等信息资料。
b、 快速处理能力 数据处理是人类社会的重要活动,很多场
合处理速度起着况下,数值精度预置为15位有效数字。
d、自动完成各种操作 计算机能自动执行存放在内存中的程序。
e、复杂的逻辑判断能力 计算机的智能特点主要表现在它的逻辑判断
能力上。
12
二、冯·诺依曼计算机的特点:
1、由五大部件组成; 2、指令和数据以二进制存放,可按地址寻访; 3、指令由操作码和地址码组成; 4、指令在存储器内一般按顺序存放; 5、机器以运算器为中心,各设备间数据传送均经 过运算器。
13
三、计算机的硬件组成:
典型的冯·诺依曼机组成框图: (各硬件作用?缺点?)
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
计算机也可看成由主机和I/O设备两 大部分组成。用这种观点描述的计算机 组成框图如下:
16
现代计算机硬件组成层次示意图:
主机
CPU
运算器
ALU
I/O
MM
控制器
设
CU
备
四、计算机的工作过程:
两大步骤:准备,上机
1. 上机前的准备工作:三步 ①建立数学模型; ②确定计算方法; ③编程。
18
实例
例:计算ax2+bx+c的机器语言程序清单如下图所示:
密程度,一层一层向外分层。层次图如下:
6
计算机系统的多级层次结构:
高级语言机器(软、虚) M4(翻译成汇编语言)
汇编语言机器(软、虚) M3(翻译成机器语言)
操作系统机器(软、虚) M2(机器语言解释os)
传统机器(硬、实)
M1(用微程序解释机器 指令)
微程序机器(硬、实) M0(硬件执行微指令)
存 储 体 M
MDR MAR
主存储器
27
1.3 计算机硬件的主要技术指标
一、机器字长:
CPU能同时处理的数据位数,即数据字长。 相关概念:
存储字长:一个存储单元可存放的二进制位数 。
指令字长:一条指令所具有的二进制代码位数 。
字节(Byte):计算机中另一种数据的表示 单位。一个标准字节被规定为8位二进制代码。
ACC:累加器 MQ: 乘商寄存器 X: 操作数寄存器
三个寄存器作用见表1.1
表1.1 各寄存器存放的操作数含义
• 寄存器操作常用描述方法
•
——寄存器传送语言:
•
X:X寄存器名
•
[X]:X寄存器中的内容
•
M:存储器某一单元名
•
[M]:存储器某单元内容
23
加法: [M] X [ACC] + [X] ACC
19
2. 计算机的工作过程:
细化的计算机组成框图(整体)
:
CPU
I/O
ACC
MQ
ALU
X
运算器
……
控制 单元 CU
控 制 器
IR
PC
存 储 体 M
MDR
MAR
接口
I/o 设 备
主存储器
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
①. 运算器:三个寄存器和 ALU
细化的计算机组成框图(I/O设备):
④. I/O: I/O设备:完成输入/输出操作; I/O I/O接口:完成I/O设备与主机 接口
之间的连接。
设 备
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
元件。 MDR:存储器数据寄存器 MAR:存储器地址寄存器
28
三种字长的关系:
早期:三者相同; 当前:通常规定: 存储字长 = 机器字长 = 字节的2n倍;
——指计算机系统结构所给属性的逻辑实 现(指令的实现、如何传送指令、运算等)。
注意区别两个概念!
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四、系列机的概念
系列机——同一厂家生产、具有相同的系统 结构,但有不同组成和实现的一系列不同型号的 机器。
特点:软件具有向上兼容,向后兼容性。
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1.2 计算机的基本组成
一、计算机的特点(优点):
a、记忆能力强 计算机可以长久的存储大量的文字、图形
减法:[M] X [ACC] - [X] ACC
乘法:[M] MQ,[ACC] X,0 ACC [X] × [MQ] ACC∥MQ
除法:[M] X [ACC] ÷ [X] MQ,R ACC
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细化的计算机组成框图(控制器):
……
控制 单元
CU 控 制
IR 器
PC
③. 控制器的结构: CU:控制单元 IR:指令寄存器 PC:程序计数器
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)
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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
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虚拟机——计算机系统对于不同 层次上的使用者来说,可看成是一台 具有这一层次功能的计算机,而不考 虑实际机器(硬件)的功能。为与实 机相区别,称“虚拟机”。
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三、区别 “结构 ”、“组成 ”
计算机系统结构(Computer Architecture) ——指那些能被程序员(汇编、机器语言编
程)所见到的计算机系统的属性(指令集、数 据类型等)。 计算机组成(Computer Organization)