计算机组成与汇编语言第一章笔记整理(完整版)

计算机组成与汇编语言笔记整理
第一章：计算机系统组成基础
2月世界上第一台电子数字计算机（Electrical Numerial Integrator and Computer，电子数字积分器和计算机）在美国宾夕法尼亚大学制
成，
VLSI：very large-scale integration. 超大规模集成电路。

RISC：精简指令系统计算机
CPU：Central Processing Unit, 中央处理器
PC：Pesonal Computers，个人计算机，主要面向个人应用。

要求高性价比，多媒体和网络应用性能。

嵌入式计算机：即嵌入式系统（embedded systems），是一种以应用为中心、以微处理器为基础，软硬件可裁剪的精简计算机系统。

嵌入式系统对系统的功能、成本、可靠性、实时性、体积、功耗等有严格要求。

冯·诺依曼计算机：按照冯·诺依曼原理构造的计算机称之为冯·诺依曼计算机，其原理特征为：存储程序原理；程序和数据用二进制形式表示；单处理机结构，由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。

以计算机程序为主的计算机软件是计算机系统中必不可少的重要部分。

软件通常
ALU：Arithmetic Operating Unit, 算术逻辑运算单元, 运算器的核心。

裸机：只有硬件的计算机
程序：就是计算机指令序列，计算机指令就是指示计算机进行相应操作的命令MIPS：MFLOPS：Million Floating Point Operation Per Second，每秒百
字长：机器字长是指计算机能直接处理的二进制数据的位数，即CPU一次能处理二进制数据的位数。

通常CPU的寄存器位数、运算器同时处理的数据位数都与字长相关，它标志着计算机处理数据的能力。

机器字长越长，机器的运算精度就越高，速度也越快。

存取周期：存储器完成一次读（取）或写（存）信息操作所花的时间称存储器的存取（或访问）时间，而连续完成读（写）所需的最短时间间隔，称存储器的存取周期。

µP:CMP：
计算机历经了4个发展阶段：电子管时代、晶体管时代、中小规模集成电路时代、大规模和超大规模集成电路时代
微处理器集成了计算机的主要部件——控制器和运算器
微型计算机的发展：
1.早期微处理器的发展
2.PC的分代发展
计算机的分类：
1.桌面计算机（桌面计算机分为个人计算机（PC）和工作站两种。

这类计算机
市场最大，市场需求趋势是提高性价比，多媒体和网络应用性能是用户所关注的。

）
2.服务器（服务器是企业进行大规模信息处理的中枢。

其关键特性是可靠性、
可扩展性和高效的吞吐量。

）
3.超级计算机（超级计算机是一种专注于科学计算的高性能服务器，通常价格
昂贵。

其结构上采用多处理器或集群系统，更注重浮点运算的性能。

）
4.嵌入式计算机（嵌入式计算机是一种以应用为中心、以微处理器为基础，软
硬件可裁剪的精简计算机系统。

嵌入式计算机对系统的功能、成本、可靠性、实时性、体积、功耗等有严格要求。

）
4
相辅相成，缺一不可。

）
主机。

计算机通过输入设备接受外界输入的程序和数据，存放于存储器内；通过运算器执行对来自存储器的数据进行加工处理，完成算术运算和逻辑运算，运算结果存储于存储器内；通过输出设备将计算机处理的结果以人们所能接受的信息形式或其他系统所要求的信息形式输出；通过控制器从存储器读取指令，发出命令控制计算机的每一个动作，使整个机器连续地、有条不紊地运行。

运算器：是计算机进行二进制编码的算术或逻辑运算的主要部件。

运算器由累加器（A）、通用寄存器（B）和算术逻辑运算单元（ALU）及运算状态寄存器组成。

核心是ALU。

B用于暂存参加运算的一个操作数，此操作数可能来自总线或CPU内的寄存器。

A是特殊的寄存器，它既能接收来自总线的二进制数信息作为参加运算的一个操作数，向ALU输送，又能存储由ALU运算的中间结果和最后结果。

运算状态寄存器反映和保存算术逻辑运算的结果的状态，如结果是否为0，是否有进位或借位，是否产生溢出等。

ALU由加法器、移位器及逻辑控制门等逻辑电路组成，以完成A和B中的数据的各种算术与逻辑运算。

寄存器、累加器的长度=ALU的字长
计算器结构示意图
CPU运行程序时，必须把程序放在
存储器：主要功能是存放程序和数据（即信息）。

在存储器中作为整体能够被CPU读写的存储位个数称为存储单元。

一个存储单元的长度称为存储器的字长。

计算机不仅要进行数值运算，更多地是要进行非数值计算。

因为一个字符的ASCII码一般用一个字节表示。

我们编写文字信息或编写程序就常常以字符为单
向存储器中存数（即写存储器）或者从存储器中取数（即读存储器），都叫做访问存储器。

对存储器访问时，都要将给定的地址进行译码，找到相应的存储单元。

每个存储单元的地址只有一个，且固定不变，而存储在存储单元中的信息是可以更换的。

CPU如果要访问存储器，它通过地址总线发出要访问的存储单元的地址信息，存储器通过
总线发出要访问的存储单元的地址信息，存储器通过地址译码找到相应的存储单元，并通过数据总线和CPU或者输入输出设备传送数据。

存储器组成图
存储器的存储容量:存储器所有存储单元的总数。

1GB=1024MB=1024x1024KB=1024x1024x1024B/字节=1024x1024x1024x8b 存储容量越大，表示计算机记忆存储的信息越多。

内存储器（内存）：通常由半导体存储器构成。

（半导体存储器有限）
外存储器（外存）：在主机的外部设备中又配备了存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器。

控制器：全机的指挥中心，它控制各部分动作，使整个机器连续地，有条不紊地
运行。

取指周期：取指令的一段时间
执行周期：执行指令的一段时间
控制器反复交替地处在取指周期与执行周期之中，直至程序执行完毕。

输入输出设备：（外围设备）
总线及接口：计算机硬件之间的连接线路分为网状结构与总线结构。

总和。

件，它负责实现操作者对计算机进行的最基本的操作，管理计算机的软件与硬件
资源。

系统软件具有通用性，
涉及到计算机应用的各个领域。

计算机语言的发展经历了从机器语言、汇编语言、高级语言到软件应用语言的历程。

（1）最初的计算机编程语言是所谓机器语言（也称为第一代语言），即直接使用机器代码编程。

用机器语言编程必然很繁琐，非常消耗精力和时间，难记忆，易弄错，并且难以检查程序和调试程序，工作效率低。

（2）为了提高编程效率，人们引入了助记符，就出现了所谓汇编语言（也称为第二代语言）。

汇编语言仍是低级语言，仍是面向机器的语言。

编程过程繁琐，可读性、可维护性低。

（3）为了进一步提高编程效率，改进程序的可读性、可维护性，又出现了许多高级语言（也称为第三代语言），高级语言比低级语言更加抽象、简洁，其主要优点有：①高级语言是面向问题的语言。

②用高级语言编写的程序与常用的英语语言、数学语言非常接近，因而高级语言程序的编写方式更接近人们的思维习惯，这样的程序易读、易懂、易于维护。

③用高级语言编写程序并不涉及机器硬件的细节。

因而它编写的程序具有一定的通用性。

（4）软件应用语言，可以称之为第四代语言。

某些软件的使用，都有自己的特定的类似于高级语言的命令、语句或可视化操作。

软件应用语言的特点：①与特定的软件相关，其描述具有明显的应用对象和目标。

②比高级语言更接近实际问题的解决和应用，更远离计算机硬件，更易于用户编程解决本行业的实际问题，对用户的计算机专业知识要求不高。

③具有某一领域应用的行业化专业化描述。

从人们使用机器角度，可以将系统看成是按功能划分的从第0级至第6级等7
层机器级组成的层次结构
“虚拟机器”的特征是由软件实现机器功能，体现了由机器语言、汇编语言、高级语言到应用程序语言的层次性。

越往上层，越接近最终用户而远离实际机器。

“实际机器”的使用者，其主要任务是设计和维护机器。

为什么说计算机软件和硬件在逻辑上是等效的？
[答案] 原理上，软件的功能可用硬件或固件完成，硬件的功能也可用软件模拟完成，只是性能、价格、实现的难易程度不同。

例如，一条逻辑运算指令，可直接用组合电路实现；反过来，一次复杂的逻辑运算，即使没有具体对应的逻辑电路，仍可用一条或若干条机器指令来完成。

也就是说，计算机系统发展到今天，软硬件的界限变得愈来愈模糊。

具有相同功能的计算机系统，很难说，哪些功能只能用软件实现，哪些功能只能用硬件实现。

在满足应用的前提下，其软硬件功能分配的比例，应从系统的应用、效率、速度、成本、资源状况等多个方面综合考虑，从而对软件、硬件取舍进行综合平衡。

计算机的主要性能指标有机器字长、存储容量、运算速度、存取周期等。

机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数，即CPU一次能处理二进制数据的位数。

内存储器容量的大小反映了计算机即时存储信息的能力。

外存储器容量大小反映了计算机后备信息存储的能力。

一般采用单位时间内执行指令的平均条数和浮点运算次数作为运算速度指标。

用MIPS或MFLOPS表示。

存储器完成一次读（取）或写（存）信息操作所花的时间称存储器的存取（或访问）时间。

连续完成读（写）所需的最短时间间隔，称存储器的存取周期。

除上面诸项指标外，还要有连接、访问国际互联网的能力和多媒体操作能力，机器的兼容性，系统的可靠性等技术性能指标。

在计算机内部，所有的信息都采用二进制表示，
32位机的PC计算机图形界面操作系统，还集成了网络功能和即插即用功能。

更深入发展。

PC计算机至今已经历了
四代发展。

按照冯．诺依曼原理，现代计算机应具备以下5个功能：
⑴输入输出功能：能把原始数据和解题步骤及中间结果接收下来（输入），把计算结果与计算过程中出现的情况告诉（输出）给用户。

⑵记忆功能：应能“记住”原始数据、解题步骤及中间结果。

⑶计算功能：应能进行一些最基本的运算。

这些基本运算能组成人们所需要的复杂运算。

⑷判断功能：计算机在进行一步操作后，应能从预先无法确定的几种方案中选择一种操作方案。

⑸自我控制功能：计算机应能保证程序执行的正确性和各部件间的协调性。

何谓绿色计算机？对它有哪些要求？
答：绿色计算机是指不会对人类及其生存环境造成不良影响的计算机。

对它的主要要求是：
⑴节能：要求计算机的耗电量要低。

⑵低污染：在生产、包装过程中尽量使用无毒、可再生材料，打印机噪声
要降到最小，电磁辐射要符合环保标准。

⑶易回收：生产、运输和使用等各环节所用的材料应容易销毁或回收。

⑷符合人体工程学的要求。

计算机软件的发展趋势：更接近用户而远离机器，实现编程效率更高，程序可读性更高，可维护性更高的目标；结合多处理器或多技术的发展，强化并行计算，实现更高效的并行程序应用。

第1章作业
P23 全部选作
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