计算机组成原理第一章讲义
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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。
19
2. 计算机的工作过程：
细化的计算机组成框图（整体）：
ACC ALU
X
CPU
MQ 运算器
……
控制 单元 CU
控 制 器
IR
PC
存 储 体 M
MDR
MAR 主存储器
I/O
接口
I/o 设 备
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
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
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）
5
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
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
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：
——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！
9
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。
10
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、
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
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)
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：
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
合处理速度起着决定作用。
11
c、足够高的计算精度 通常情况下，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. 运算器：三个寄存器和 ALU
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
运算 寄存器 操作数
ACC
加法
被加数 和
MQ
X
加数
减法
被减数 差
减数
乘法 除法
乘积高位 被除数
余数
乘数
商
乘积低位
被乘数
除数
• 寄存器操作常用描述方法
•
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？）
输入设备
计算步骤和 开始数据
存储器
7
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”。
8
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）
——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
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
24
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
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
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。
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2. 计算机的工作过程：
细化的计算机组成框图（整体）：
ACC ALU
X
CPU
MQ 运算器
……
控制 单元 CU
控 制 器
IR
PC
存 储 体 M
MDR
MAR 主存储器
I/O
接口
I/o 设 备
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
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
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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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
存 储 体 M
MDR MAR
主存储器
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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：
——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、
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
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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。
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第一章 计算机系统概论
1.1计算机系统简介
密程度，一层一层向外分层。层次图如下：
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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)
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：
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
合处理速度起着决定作用。
11
c、足够高的计算精度 通常情况下，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。
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二、冯·诺依曼计算机的特点：
①. 运算器：三个寄存器和 ALU
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
运算 寄存器 操作数
ACC
加法
被加数 和
MQ
X
加数
减法
被减数 差
减数
乘法 除法
乘积高位 被除数
余数
乘数
商
乘积低位
被乘数
除数
• 寄存器操作常用描述方法
•
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？）
输入设备
计算步骤和 开始数据
存储器
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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”。
8
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）
——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
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加法： [M] X [ACC] ＋ [X] ACC
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
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
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。