白中英《计算机组成原理》(第5版)教材精讲(计算机系统概论 计算机的硬件)
陕西师范大学_计算机组成原理_课件ppt_白中英第5版_chp5
指令存储器
数据存储器
5.2.3 LAD指令执行过程详解
◊ 取指令过程与MOV指令相同 ◊ 下面讲解执行指令过程
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∙44/210 ∙ , 陕西师范大学 计算机科学学院 ③ ④ ⑤ ⑥ ① 从 指令寄存器中的操作码（ CPU 程序计数器 程序计数器内容加 102 识别出是 号地址读出的 PC LAD 中的值为 指令，至此，取指周期即告结束。 1LAD ，变成 102 指令通过指令总线 OP 103 （八进制）； ）被译码； ，为取下一条指令做好准备； IBUS 装入指令寄存器 IR； ② PC 的内容被放到指令地址总线 ABUS(I) 上,对指存进行译码 并启动读命令；
5.2.2 MOV指令执行过程详解-执行指令 ◊ 执行指令过程详解
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5.6 MOV指令执行过程详解-取指令
10
目标 源
① ③ ⑤ OC 送出控制信号，打开 OC）送出控制信号到通用寄存器，选择 DR ALU 中的数据 输出三态门，将 10 打入到目标寄存器 ALU输出送到数据总线 R1 R0 （ ， 10 R0 ）作源寄存器，选择 的内容由 DBUS 00 上。注意， 变为10。 R0 ② 操作控制器（ ④ OC送出控制信号，将 送出控制信号到 送出控制信号，将 ALU DBUS ，指定 上的数据打入到数据缓冲寄存器 ALU 做传送操作； DR （10 ）； ∙41/210∙ 陕西师范大学 计算机科学学院 任何时候 至此， 作目标寄存器； MOV DBUS 指令执行结束。 上只能有一个数据。
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Eg.
计算机组成原理白中英主编课件ch
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。
白中英 第五版 计算机组成原理第5章.
用二进制码表示的指令和数据都放在内存里， 那么CPU是怎样识别出它们是数据还是指令呢?
从时间上来说:
▴ ▴
取指发生在指令周期的第一个CPU周期; 取数发生在后面几个CPU周期，即 “执行指令”阶段。
从空间上来说:
▴ 送指令寄存器IR —指令 ▴
送运算器 — 数据。
计算机组成原理
30
5.3
时序产生器和控制方式
送操作 数地址
取出操 作数
取指令阶段
计算机组成原理
执行指令阶段
16
LAD指令的指令周期——执行
play 计算机组成原理
17
5.2.4
ADD指令的指令周期
ADD R1, R2是一条RR指令
计算机组成原理
18
ADD指令的指令周期——执行
play
计算机组成原理
19
5.2.5
STO指令的指令周期
STO R2, (R3)是一条RS指令
5.4.1 微命令和微操作
▲ 微命令：控制部件通过控制线向执行部件发出的各种
控制命令。
▲ 微操作：执行部件接受微命令后所进行的操作。 ▲ 微操作可分为相容性和相斥性两种。 在同时或同一个CPU周期 内可以并行执行的微操作 不能在同时或同一个CPU 周期内并行执行的微操作
7
计算机组成原理
5.1.4 操作控制器与时序产生器
数据通路： 是许多寄存器之间传送信息的通路。 操作控制器的功能 : 根据指令操作码和时序信号，产 生各种操作控制信号，以便正确地建立数据通路， 从而完成取指令和执行指令的控制。 根据设计方法不同，操作控制器可分为：
1.硬布线控制器 2.微程序控制器
；（R1）→R0 ；（6）→ R1
白中英《计算机组成原理》(第5版)笔记和课后习题详解复习答案
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第1章计算机系统概论
1.1复习笔记
1.2课后习题详解
第2章运算方法和运算器
2.1复习笔记
2.2课后习题详解
第3章多层次的存储器
3.1复习笔记
3.2课后习题详解
第4章指令系统
4.1复习笔记
4.2课后习题详解
第5章中央处理器
5.1复习笔记
5.2课后习题详解
第6章总线系统
6.1复习笔记
6.2课后习题详解
第7章外存与I/O设备
7.1复习笔记
7.2课后习题详解
第8章输入输出系统
8.1复习笔记
8.2课后习题详解
第9章并行组织与结构
9.1复习笔记
9.2课后习题详解
第10章课程教学实验设计
第11章课程综合设计。
计算机组成原理本全白中英
22
１、定点数的表示
定点表示：约定机器中所有数据的小数点位置是 固定不变的。 由于约定在固定的位置，小数点就不再使用记号 “.”来表示。通常将数据表示成纯小数或纯整数。 n+1位定点数表示： X0 X1 X2X3… Xi … Xn-2 Xn-1Xn 其中X0为符号位， X１… Xn为数值部分, Xi为０或１。
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。
28
浮点表示法：把一个数的有效数字和数的范围 在计算机的一个存储单元中分别予以表示， 这种把数的范围和精度分别表示的方法，数 的小数点位置随比例因子的不同而在一定范 围内自由浮动。 对于：101.1101（=0.1011101×20011） 只需存放0.1011101和0011即010111010011
7
第三节
计算机的硬件
一、数字计算机硬件的组成
硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。 计算机硬件由五大部分组成：即运算器、控制器、 存储器、输入设备、输出设备。 运算器 进行数据处理或信息加工（Ｐ８） 包括各种算术运算、逻辑运算和判断处理 存储器 存放程序和数据（Ｐ９） 程序 是计算机进行各种操作和控制的依据 数据 是计算机进行操作的对象 计算机中存放的程序和数据都是二进制形式的
计算机系统具有层次性，它是由多级层次结 构组成的。其层次之间的关系十分紧密，上 层是下层功能的扩展，下层是上层的基础； 层次的划分不是绝对的，各层之间有时是相 互渗透的。
13
白中英 第五版 计算机组成原理第1章PPT课件
操作码 地址码
指出指令所进行的 操作，如加、减、 乘、除、取数、存 数等
计算机组成原理
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
3. 控制器
操作的编码
操作 加法 减法 乘法 除法 取数 存数 停机
编码 001 010 011 100 101 110 000
器 计算机的运算器长度：
• 8位、16位、32位或64位
计算机组成原理
2. 存储器
功能：保存或“记忆”数据和运算过程
存储的是0或1表示的二进制代码
存储单元： 在存储器中保存一个n位二进制数的
n个触发器，组成一个存储单元
存储器地址：存储器是由许多存储单元组成，每
个存储单元的编号，称为地址
存储容量：存储器所有存储单元的总数。通常用
1985 386DX 27.5万
1999
P--III
1989 486DX 120万
1999.10 P-III-COP
管数 310万 550万 450万 750万 750万 950万 2800万
27.11.202பைடு நூலகம் 2:35
计算机组成原理
1.2.4 计算机的性能指标
吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能 够处理的信息量，单位是字节/秒（B/S）。
•计算机的基本结构；
•采用二进制；
•数据和程序都放在内存中。
主
• 冯.诺伊曼结构
机
冯·诺依曼计算机硬件框图
存放数据 将信息和转程换序成机 器能识别的形式
存储器
算将术结运果算转换成 逻人辑们运熟算悉的形式
输入设备
运算器
输出设备
计算机组成原理
计算机组成原理_白中英_教案
x=1－2－n x=2－n x=－2－n x=－（1－2－n ）
最大 最接近0的正数 最接近0的负数 最小
定点纯整数
• x0 x1 x2 x3 … xn-1 xn
符号 量值 小数点固定于最后一位之后， 不需专门存放位置
• 表示数的范围是
？：最小数、最大数、最接近0的正数、最接近0的负数呢
n 0≤|ｘ|≤2 －1
阶符 阶码 数符 尾数
IEEE754标准
– IEEE754标准(规定了浮点数的表 示格式,运算规则)
• 规则规定了单精度(32)和双精度(64) 的基本格式. • 规则中,尾数用原码,指数用移码(便于 对阶和比较)
IEEE754标准
• 按照移码的定义应为E=e+128,为什么书上?? • 原因:规格化的32位浮点数尾数第一位应为1 • 如数+0.111*220(规格化数)
（证明）
-n [-y] [-y] = 乛 [y] +2 为了求得同时 补，需要证明 补 补 （意义是[-y]补等于[y]补取反，末位加1）
2.2.1补码加减法
– 如： y=0.0111 [y]补=0.0111 [-y]补=1.1001
从右边到左边，除了第一个1和右边的0保 持不变以外，其它按位取反,很重要哟！
• • • • 操作系统 各种服务程序 语言程序 数据库管理系统
– 应用软件
返回
发展演变（以系统软件为例）
• • • • 手编程序 汇编程序 算法语言 操作系统
– – – – BPOS TSOS RTOS NWOS
返回
§1.4计算机系统的层次结构
高级语言机器 虚拟机M4
• 多 级 组 成 的 计 算 机 系 统
白中英《计算机组成原理》第5版考研教材及真题视频讲解
白中英《计算机组成原理》第5版考研教材及真题视频讲解白中英《计算机组成原理》（第5版）网授精讲班【教材精讲＋考研真题串讲】目录白中英《计算机组成原理》（第5版）网授精讲班【共41课时】电子书（题库）•白中英《计算机组成原理》（第5版）【教材精讲＋考研真题解析】讲义与视频课程【30小时高清视频】•白中英《计算机组成原理》（第5版）笔记和课后习题详解•白中英《计算机组成原理》（第5版）配套题库【考研真题精选＋章节题库】•试看部分内容教材精讲[视频讲解]第1章计算机系统概论[视频讲解]学习与考查目标1．理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念。
2．理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。
3．能够综合运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。
考纲要求1．计算机发展历程2．计算机系统层次结构（1）计算机硬件的基本组成；（2）计算机软件的分类；（3）计算机的工作过程。
3．计算机的性能指标吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、C PU执行时间；MIPS、MFLOPS1.1 计算机系统的分类一、计算机系统的分类如图1-1所示。
图1-1 计算机系统分类图二、计算机系统的基本组成如图1-2所示。
图1-2 计算机系统组成图三、概述计算机的分类：机械计算机电子模拟计算机：数值由连续的量来表示。
电子数字计算机：计算机中的数值由不连续的数字来表示。
专用机：经济，有效，快速，适应性差通用机：适应性强巨型机大型机中型机小型机微型机单片机低简易性高高体积，功耗，性能，价格低如图1-3所示。
图1-3数字计算机与模拟计算机的主要区别如表1-1所示。
表1-1 数字计算机与模拟计算机的主要区别考研真题精选一、选择题1下列关于冯·诺依曼结构计算机基本思想的叙述中，错误的是（）。
白中英《计算机组成原理》(第5版)教材精讲(运算方法和运算器 定点乘法运算)
2.3 定点乘法运算一、原码并行乘法乘法实现方法在现有的加法和减法器的基础上增加适当的移位线路及控制逻辑可以实现，用LSI和VLSI工艺实现专用的乘法器编制子程序（单片机等低端机器）。
1．定点原码乘法原理[x]原=x f.x n-1…x1x0 [y]原=y f.y n-1…y1y0[x，y]原=（x f ⊕y f）+（0.x n-1…x1x0）.（0.y n-1…y1y0）尾数乘法如下：设ｘ＝0.1101,ｙ＝0.10110.1101（ｘ）× 0.1011（ｙ）110111010000＋11010.10001111（ｚ）n 位乘n 位积可能为2n 位。
乘积的最后是所有部分积之和，有n 个数相加，而FA 只有两个输入端，所以需要改造：方法一：硬件实现方法（串行的“加法和移位”）,硬件结构简单,速度太慢（时间延迟太长）；方法二：不带符号位的阵列乘法器。
【例1】设ｘ＝0.1101,ｙ＝0.1011，求x*y图2-3-1 不带符号位的阵列乘法器3．带符号位的阵列乘法器求补电路原理：算前求补－乘法器－算后求补，见下图：图2-3-2 对2求补器电路图求补电路小结：E=0时，输入和输出相等E=1时，则从数最右端往左边扫描，直到第一个1的时候，该位和右边各位保持不变0⊕A=A，左边各数值位按位取反1⊕A=乛A原：1.11110补：1.00010时间延迟分析：转换n+1位带符号的时间延迟为t=n*2T+5T ，其中n*2T 为或门延迟时间，5T 为最高位与门和异或门的时延。
带符号的阵列乘法器（间接法）图2-3-3 （n+1）位乘（n+1）位带补级的阵列乘法器。
白中英《计算机组成原理》(第5版)教材精讲(总线系统 InfiniBand标准)
6.6 InfiniBand标准一、InfiniBand的体系结构虽然PCI总线是一种可靠的互联方式，提供了高达1GB／s的传输率，但它是一种受限的体系结构。
PCI总线安装在计算机母板上，距离的测量以厘米为单位。
与PCI不同，2001年国外著名公司联合推出的InfiniBand标准，是瞄准高端服务器市场的最新I／O规范。
它将I／O模块从服务器机架上移走，若使用铜线，允许I／O设备安置在离服务器17m远的地方；若使用多模光纤，I／O设备距离可达300m；若使用单模光纤，距离可达10km。
InfiniBand标准为处理器和智能I／O设备问的数据流，描述了一种新的体系结构和规范。
用InfiniBand来替代当前服务器中的PCI总线，可使服务器设计中提供更大的容量、更好的扩充性和更高的灵活性。
InfiniBand允许服务器、远程存储器、其他网络设备接入到一个由开关和链路组成的中央开关网带。
这种基于开关的体系结构可连接多达64000个服务器、存储系统和网络设备。
图6-9 InfiniBand的体系结构上图为InfiniBand的体系结构，主要功能构件如下：主机通道适配器替代PCI的多个槽。
典型的服务器只需1个到通道适配器的单个接口，用它将服务器连接到InfiniBand开关。
通道适配器另一侧接到服务器的存储器控制器，以连接系统总线，控制CPU和存储器之间的信息量，以及通道适配器和存储器之间的信息量。
通道适配器使用DMA方式来读写存储器。
目标通道适配器通过它将远程存储系统、路由器、其他外围设备连接到InfiniBand开关。
InfiniBand开关此开关对各类设备提供点对点的物理连接，并将来自一个链路的信息量切换到另一个链路上。
服务器和各个设备通过各自的适配器，经由开关相互通信。
开关智能地管理链接，无须中断服务器的操作。
链路链路为传输线，它介于开关和通道适配器之间，或介于两个开关之间。
子网一个子网由一个开关或多个开关，以及连接其他设备到这些开关的链路组成。
白中英《计算机组成原理》(第5版)笔记和课后习题详解
白中英《计算机组成原理》（第5版）笔记和课后习题详解
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第1章计算机系统概论
1.1复习笔记
一、计算机的分类
1电子模拟计算机
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。
2电子数字计算机
（1）概述
电子数字计算机是用数字来表示数量的大小，其特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。
（2）分类
①专用计算机
专用计算机是针对某一任务设计的计算机。
②通用计算机
通用计算机分类及区别如图1-1所示。
图1-1多核机、单片机、PC机、服务器、大型机、超级计算机之间的区别
3电子模拟计算机与电子数字计算机的区别
电子模拟计算机与电子数字计算机的主要区别如表1-1所示。
表1-1电子数字计算机与电子模拟计算机的主要区别
二、计算机的发展简史
1计算机的五代变化
①电子管计算机
②晶体管计算机
③中小规模集成电路计算机
④大规模和超大规模集成电路计算机
⑤巨大规模集成电路计算机
2计算机的性能指标
描述计算机性能的指标如表1-2所示
表1-2计算机性能指标
三、计算机的硬件
1硬件组成要素
数字计算机的主要组成部分可以表示为如图1-2所示。
图1-2数字计算机的主要组成结构
2运算器
运算器示意图如图1-3所示。
运算器的主要功能是进行加、减、乘、除等算术运算，也可以进行逻辑运算，因此通常称为ALU（算术逻辑运算部件），其运算方式为二进制。
图1-3运算器结构示意图。
陕西师范大学_计算机组成原理_课件ppt_白中英第5版_chp3
∙31/171∙ 陕西师范大学 计算机科学学院
图(a)表示写1到存储 位元。此时输出缓 冲器关闭、刷新缓 冲器关闭，输入缓 冲器打开（R/W为 低），输入数据 DIN=1送到存储元位 读放 线上，而行选线为 高，打开MOS管， 于是位线上的高电 平给电容器充电， 表示存储了1。
播放I
MOS管
∙27/171∙ 陕西师范大学 计算机科学学院
3.2 SRAM存储器
∙28/171∙ 陕西师范大学 计算机科学学院
3.2 SRAM存储器
∙29/171∙ 陕西师范大学 计算机科学学院
3.3 DRAM存储器
一、DRAM存储位元的记忆原理
› ›
SRAM存储器的存储位元是锁存器，它具 有两个稳定的状态。 DRAM存储器的存储位元是由一个MOS 晶体管和电容器组成的记忆电路，如图 3.6所示。
图(c)表示从存储位 元读出1。输入缓冲 器和刷新缓冲器关闭， 输出缓冲器/读放打 开（R/W为高）。行 选线为高，打开 MOS管，电容上所 存储的1送到位线上， 通过输出缓冲器读出 放大器发送到DOUT, 即DOUT=1。
∙34/171∙ 陕西师范大学 计算机科学学院
图(d)表示(c)读出1后 存储位元重写1。由于 (c)中读出1是破坏性 读出，必须恢复存储 位元中原存的1。此时 输入缓冲器关闭，刷 新缓冲器打开，输出 缓冲器读放打开， DOUT=1经刷新缓冲器 送到位线上，再经 MOS管写到电容上。
∙14/171∙ 陕西师范大学 计算机科学学院
3.2 SRAM存储器
主存（内部存储器）是半导体存储器。根
据信息存储的机理不同可以分为两类： 相对而言 › 静态读写存储器(SRAM)： 存取速度快，一般用作Cache › 动态读写存储器(DRAM)： 存储容量大，一般用作主存
白中英计算机组成原理第1章计算机系统概论共57页文档
1974年之后，半导体存储器 价格不断降低，体积不断减少，读写速度更快。
有关存储器的介绍详见第3章
25.04.2020
23
1.2.3 微处理器的发展
20世纪70年代的处理器 4004（4位） 8008 （8位） 8080（8位通用） 8086（16位） 8088
目录
1.0 预备知识 1.1 计算机的分类 1.2 计算机的发展简史 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
25.04算机的发展历程； 清楚计算机的系统层次结构、计算机硬件的基本组成(五大部件
的构成)、计算机软件的分类，以及计算机的基本工作过程； 了解计算机性能评价指标和相关参数；
采用电子管。
代表机型：ENIAC（电子数字积分计算机 ）
1941年美国宾夕法尼亚大学开始研制；
它于1946年2月15日在美国宣告诞生
主要是为了解决美陆军提出的弹道计算问题 ；
ENIAC长30.48米，宽1米，占地面积约170平方米，30 个操作台，约相当于10间普通房间的大小，重达30吨， 耗电量150千瓦，造价48万美元。
吞吐量、响应时间、CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间； MIPS、MFLOPS等。
要求
初步掌握计算机系统的基本概念及基本结构，为进一步深入学习 打下基础。
25.04.2020
2
一个程序的CPU时间可以用下面两种方式来描述：
CPU时间=一个程序的CPU时钟周期数×时钟周期长度 或者：
就会改进10％。
不幸的是，孤立地改变一个参数是很困难的，因为改变各因素的技术是相互
关联的：
(1) 时钟周期的长度是由硬件技术和计算机组成决定；
计算机组成原理(白中英)第1章PPT课件
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。
计算机组成原理-白中英-第5版
1.2.4 计算机的性能指标（3/3）
CPU的运算速度
CPU执行时间：CPU执行一般程序所占用的CPU时间； CPI：执行一条指令所需的平均时钟周期数； MIPS：每秒百万指令数，即单位时间内执行的指令数；
针对标量机（执行一条指令，只得到一个运算结果）
MFLOPS：每秒百万次浮点操作数，衡量机器浮点操作的性能。
问题2：如何对以上设备分类？
输入输出设备 显示器，键盘，鼠标，音箱
中央处理设备 CPU（集处理和控制于一身）
存储设备
硬盘、内存
接口转换卡
显卡、声卡
部件连接线
总线
问题3：有了以上设备，计算机是否能发挥其功效？
一个完整的计算机系统应包括硬件系统和软件系统两部分。
2021年7月12日星期一
4
2021年7月12日星期一
(A)+(M)-->A (A)-(M)-->A (A)*(M)-->A (A)/(M)-->A (M)-->A (A)-->M (A)-->显示器 PC-->PC
如课本P9 图1.5 表1.5
40
1.3.4 控制器（续）
控制器工作的周期
取指周期：取指令的一段时间
ห้องสมุดไป่ตู้
执行周期：执行指令的一段时间
20世纪80年代的处理器 80286 386TM DX 386TM SX 486TM DX
20世纪90年代的处理器 486TM SX Pentium Pentium Pro Pentium II Pentium Ⅲ
最近10年的处理器 Pentium 4 Itanium Itanium 2 I系列
运算器主要由ALU和各类通用寄存器构成。
白中英 第五版 计算机组成原理第2章.
取值范围：0～232-1
计算机组成原理
8
2.1 数据与文字的表示方法
2.1.1 数据格式
•2.1.2 数的机器码表示 •2.1.3 字符与字符串的表示方法 •2.1.4 汉字的表示方法 •2.1.5 校验码
数
•符号位需要占用一个位，常用机器数的最高位 •0表示正数、1表示负数 •具有原码、反码、补码、移码
计算机组成原理
7
无符号数的表示
没有符号位，使用全部字长来表示数值大小 字长N＝8时，编码：00000000～11111111
取值范围：0～255（28-1） 字长N＝16时，编码：0000～FFFFH
方法：按权展开
二进制数转换为十进制数
0011.1010B
二进制数用后缀字母B
＝1×21＋1×20＋1×2-1＋0×2-2＋1×2-3
＝3.625
十六进制数转换为十进制数
1.2H ＝1×160＋2×16－1
十六进制数用后缀字母H
＝1.125
计算机组成原理
4
十进制整数转换为二或十六进制数
整数部分转换：用除法
0.8125＝0.DH
小数转换会发生总是无法乘到为0的情况
•可选取一定位数（精度） •将产生无法避免的转换误差
计算机组成原理
6
真值和机器数
真值：现实中真实的数值 机器数：计算机中用0和1数码组合表达的数值 无符号数：只表达0和正整数的定点整数 有符号数：表达负整数、0和正整数的定点整
③ 得到32位浮点数的二进制存储格式为：
0 100 0001 1010 0100 1100 0000 0000 0000
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1.3 计算机的硬件
一、硬件组成要素
1．举例说明
要了解数字计算机的主要组成和工作原理，可从打算盘说起。
假设给一个算盘、一张带有横格的纸和一支笔，要求计算这样一个题目。
为了和下面讲到的内容做比较，不妨按以下方法把使用算盘进行解题的过程步骤事先用笔详细地记录在带横格的纸上。
（1）首先，将横格纸编上序号，每一行占一个序号，如l，2，3，…，n，如表1-2所示。
（2）其次，把计算式中给定的四个数a，b，c和z分别写到横格纸的第
9，10，11，12行上，每一行只写一个数。
（3）接着详细列出给定题目的解题步骤，而解题步骤也需要记在横格纸上，每一步也只写一行。
第一步写到横格纸的第l行，第二步写到第2行，……依次类推。
（4）如表1-2所示，根据表中所列的解题步骤，从第l行开始，一步一步进行计算，最后可得出所要求的结果。
表1-2 解题步骤和数据记录在横格纸上
2．冯·诺依曼体系结构
计算机组成原理讨论的基础就是冯·诺依曼的计算机，其基本设计思想就是存储程序和程序控制，具有以下特点：
（1）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计算机系统，并规定了这五部分的基本功能。
（2）采用存储程序的方式，程序和数据放在同一个存储器中，指令和数据一样可以送到运算器运算，即由指令组成的程序是可以修改的。
（3）数据以二进制数码表示。
（4）指令由操作码和地址码组成。
（5）指令在存储器中按顺序存放，由指令计数器PC
指明要执行的指令所在单元地址，一般按顺序递增，但可按运算结果或外界条件改变。
（6）机器以运算器为中心，I/O 设备与存储器间数据传送都通过运算器。
计算机硬件系统的基本构成如图1-9所示。
图1-9 冯·诺依曼型计算机
二、 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 ；
运算器的长度一般是8、16、32或64位。
运算器的结构示意图如图1-10所示。
图1-10 运算器的结构示意图
三、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：
1KB ＝210B 1MB ＝220B
1GB ＝
230B 1TB ＝240B
图1-11
四、控制器
1．指令
（1）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）。
（2）指令和数据存储
如图1-12所示。
图1-12 指令和数据在存储器中用二进制码存储
2．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
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，如图1-13所示。
图1-13 控制器的基本任务
五、适配器与I/O设备
1．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
2．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
3．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
4．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。
六、硬件构成形式
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。