《组成原理 第一章 概论讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《组成原理 第一章 概论讲解（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机组成原理,主讲： 姚凯科,本课程的地位和作用,本课程是计算机专业开设的一门专业基础课。后续课程有汇编语言程序设计 、系统结构等。对于计算机应用来说，学习该课程主要有以下作用： 了解计算机的组成、结构及各个部分的工作原理对于程序设计、特别是底层的程序设计是必须的。 了解计算机的总线、接口、存储器、中断、I/O传送方式等是掌握计算机应用的基本条件。,本书章节简介,第一章 计算机系统概论 第二章 计算机的逻辑部件 第三章 运算方法和运算部件 第四章 主存储器 第五章 指令系统 第六章 中央处理部件( CPU ) 第七章 存储系统 第八章 辅助存储器 第九章 输入输出设备 第十章 输入输出系统,
2、参考书籍,计算机组成原理 白中英 编著 科学出版社 计算机组成原理 王诚 主编 清华大学出版社 (计算机组成原理实验指导和习题),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1.4 计算机的发展史 1.5 计算机的应用,1.1 计算机系统简介,由具有各类特殊功能的程序组成,1. 计算机系统,计算机系统,计算机的实体 如主机、外设等,一、 计算机软、硬件的概念,按任务需要编制成的各种程序,用来管理整个计算机系统,语言处理程序,操作系统,服务性程序,数据库管理系统,网络软件,软 件,1.1,1.1,2. 计算机的解题过程,二. 计算机的
3、层次结构,计算机的层次结构是随着计算机的发展产生的。现代计算机是软件和硬件共同结合、协同工作的机器。 早期的计算机，只识别机器语言，此时的计算机只要有底层的机器就可以运行。 汇编出现后，可以把一台具有汇编程序的计算机看作是在实际机器上加入软件（汇编程序）的虚拟机器，因为它依靠了汇编程序才存在。 有了这种机器，用户可以用汇编语言编写的程序在机器上运行。,1.1,实际机器 M （机器语言机器）,输入机器语言程序,机器语言级计算机,1.1,实际机器M （机器语言机器）,虚拟机器M1 （汇编语言机器）,汇编语言级计算机,输入汇编语言程序,由汇编程序 汇编成机器语言,1.1,实际机器M （机器语言机器）
4、,虚拟机器M1 （汇编语言机器）,虚拟机器M2 （高级语言机器）,高级语言级计算机,输入高级语言程序,1.1,计算机系统的层次结构,高级语言,虚拟机器 M3,汇编语言,虚拟机器 M2,机器语言,实际机器 M1,微指令系统,微程序机器 M0,1.1,编译,汇编,微程序,1.2 计算机的基本组成,1. 计算机由五大部件组成,3. 指令和数据用二进制码表示,4. 指令由操作码和地址码组成,6. 以运算器为中心,5. 存储程序,一、冯诺依曼计算机的特点,1.2,算术运算 逻辑运算,存放数据 和程序,将信息转换成机 器能识别的形式,将结果转换成 人们熟悉的形式,指挥程序 运行,1.2,冯诺依曼计算机硬件
5、框图,1.2,冯诺依曼计算机硬件框图,二、计算机硬件框图,1.2,1. 以存储器为中心的计算机硬件框图,ALU,主存 辅存,CPU,主机,I/O,硬件,CU,2.现代计算机硬件结构,1.2,1.上机前的准备,建立数学模型,编制解题程序,确定计算方法,程序 运算的 全部步骤,指令 每 一个步骤,1.2,三、计算机的工作步骤,2. 输入程序、数据。 3. 上机调试（运行程序并观察结果）、修 改、完善。,取x 至运算器中,乘以x 在运算器中,乘以a 在运算器中,存ax2 在存储器中,取b 至运算器中,乘以x 在运算器中,加ax2 在运算器中,加c 在运算器中,= (ax + b)x + c,计算 a
6、x2 + bx + c,1.2,编程举例,也可按右式算,000001 0000001000,打印 ,停机,取数 ,存数 ,加 ,乘 ,指令格式举例,1.2,1.2,计算 ax2 + bx + c 程序清单,四. 计算机各个部分的基本组成,（1）运算器的基本组成,ALU（算术逻辑运算部件）,ACC（累加器）,寄存器组,存储体,大楼,存储单元 存放一串二进制代码,存储字 存储单元中二进制代码的组合,存储字长 存储单元中二进制代码的位数,每个存储单元赋予一个地址号,按地址寻访, 存储单元, 存储位,（0/1）, 房间, 床位,（无人/ 有人）,(2)存储器的基本组成,1.2,MAR,MDR,1.2,
7、存储器地址寄存器 反映存储单元的个数,存储器数据寄存器 反映存储字长,(2)存储器的基本组成,取指令,分析指令,执行指令,PC,IR,CU,取指,执行,IR 存放当前欲执行的指令,存指,完成 一条 指令,1.2,(3)控制器的基本组成,分析指令、执行指令,地址,数据,以取数指令为例,(4)主机完成一条指令的过程,1.2,以存数指令为例,1.2,(4)主机完成一条指令的过程,表1.3 运算器中各寄存器存放的操作数,寄存器,操作数,运算,减法,乘法,除法,(5) ax2 + bx + c 程序的运行过程,将程序通过输入设备送至计算机,程序首地址,打印结果,分析指令,取指令,停机,启动程序运行,执行
8、指令,1.2,MAR,M,MDR,IR,PC,CU,OP(IR),Ad(IR),MAR,M,MDR,ACC,PC,以上几步操作完成什么指令？,1.3 计算机硬件的主要技术指标,1.机器字长,2.运算速度,CPU 一次能处理数据的位数 与 CPU 中的 寄存器位数 有关,主频 - 主机时钟频率,CPU时间=,TM=,TM为机器运行时间,221 = 256KB,3.存储容量,主存容量,辅存容量,存储单元个数 存储字长,字节数,字节数 80GB,如：MAR MDR 容量,10 8,16 32,存放二进制信息的总数量,1.3,1K 8位,64K 32位,1.4 计算机的发展史,一、计算机的产生和发展,
9、1946年 美国 ENIAC,1955年退役,用手工搬动开关和拔插电缆来编程,特点:,世界上第一台电子计算机 ENIAC(1946),1.4,硬件技术对计算机更新换代的影响,1.4,第一台von Neumann 系统结构的计算机,1.4,IBM System360,1.4,1.4,最快的五台超级计算机（截止到 2003.06）,1.IBM: Seaborg,6 080个 CPU 最大平均速度 7.304 TF (1012) 1TF=1万亿次浮点运算/秒,2.IBM: ASCI White,8 192个 CPU 最大平均速度 7.304 TF (1012),1.4,最快的五台超级计算机（截止到
10、2003.06）,1.4,3.Linux NetworX : MCR Linux Cluster,最快的五台超级计算机（截止到 2003.06）,2 304个 CPU 最大平均速度 7.634 TF (1012),1.4,最快的五台超级计算机（截止到 2003.06）,4. HP : ASCI Q,4 096个 CPU 最大平均速度 13.88 TF (1012),1.4,最快的五台超级计算机（截止到 2003.06）,5.NEC: Earth Simulator,5 120个 CPU 最大平均速度 35.86 TF (1012),二、微型计算机的出现和发展,微处理器芯片,存储器芯片,1971
11、年,1970年,1.4,Moore 定律,Intel 公司的缔造者之一 Gordon Moore 提出,1.4,Intel 公司的典型微处理器产品,8080 8位 1974年 8086 16位 1979年 2.9 万 80286 16位 1982年 13.4 万 80386 32位 1985年 27.5 万 80486 32位 1989年 120.0 万 Pentium 64位（准） 1993年 310.0 万 Pentium pro 64位（准） 1995年 550.0 万 Pentium 64位（准） 1997年 550.0 万以上 Pentium 64位（准） 1999年 800.0 万
12、以上 Pentium 64位 2000年 4 200.0 万,1.4,预计 2007 年 芯片上可集成 3 亿 5 千万 晶体管,2010 年 芯片上可集成 8 亿 晶体管,三、软件技术的兴起和发展,机器语言 面向机器,汇编语言 面向机器,高级语言 面向问题,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,1. 各种语言,1.4,2. 系统软件,语言处理程序 汇编程序 编译程序 解释程序,操作系统 DOS UNIX Windows,服务性程序 装配 调试 诊断 排错,数据库管理系统 数据库和数据库管理软件,网络软件,1.4,3. 软件发展
13、的特点, 开发周期长, 制作成本高, 检测软件产品质量的特殊性,1.4,1.5 计算机的应用,一、科学计算和数据处理,二、工业控制和实时控制,三、网络技术,1. 电子商务,2. 网络教育,3. 敏捷制造,四、虚拟现实,五、办公自动化和管理信息系统,六、CAD/CAM/CIMS,七、多媒体技术,八、人工智能,1.5,本章小结,1. 计算机的层次结构_有哪几个层次,各层次分别是?,2. Von Neumann计算机的特点_主要特点是?,3. 各部件有哪些组成_运算器,控制器存储器各有 那些寄存器? 作用是什么?,4. 硬件的主要指标_字长容量速度 及指标的单位?,作业及思考题： P19 1.5 1.6 1.7 思考题： 1.2 1.11,
