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1、哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期本章主要内容：计算机的基本概念、系统硬件组成 （主要部件、系统结构）、 计算机的性能指标第1章 概论 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期n冯 诺依曼思想n信息的数字化表示n存储程序工作方式1.1 计算机的基本概念哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期1.1.1 冯诺依曼思想n用二进制代码表示程序和数据；n计算机采用存储程序的工作方式；n计算机硬件由存储器、运算器、控制 器、输入设备和输出设备组成。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期冯诺依曼计算机的结构哈尔滨工程大
2、学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期1.1.2 信息的数字化表示1. 在计算机中用数字代码表示各种信息 二进制代码例1 用数字代码表示数据 5 - 5 表示为 0 101 表示为 1 101 例2 用数字代码表示字符 A B 表示为 1000001 表示为 1000010 例3 用数字代码表示命令、状态 启动 停止 正在工作 工作结束 表示为 00 表示为 01 表示为 10 表示为 11 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期2. 在物理机制上用数字信号表示数字代码 数字型电信号 例1 用电平信号表示数字代码 高电平 1 低电平 高电平 0 1 实现并行操作
3、1.1.2 信息的数字化表示（续）哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期例2 用脉冲信号表示数字代码 有脉冲无脉冲 有脉冲1012. 在物理机制上用数字信号表示数字代码 数字型电信号1.1.2 信息的数字化表示（续）实现串行操作哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期1.1.3 存储程序工作方式1.事先编制程序 3.自动、连续地执行程序 2.事先存储程序 传统诺依曼机串行执行指令。对传统诺依曼机的改造：增加并行处理功能。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期n主要功能部件n运算器n控制器n存储器n输入/输出设备n硬件系统结构n总线
4、式n采用通道或IOP的大型系统结构1.2 计算机系统的硬件组成哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期1.2.1 主要功能部件1.运算器1）功能：加工信息2）组成：哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期移位器ALU选择器通用寄存器组选择器哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期移位器ALU选择器通用寄存器组选择器ALU: 通过加法器实现运算操作（由全加器求 和、由进位链传递进位信号）。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期移位器ALU选择器通用寄存器组选择器通用寄存器组：提供操作数，存放运算结果。哈尔滨工程大学
5、计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期移位器ALU选择器通用寄存器组选择器选择器：选择操作数；选择控制条件，实 现各种算法。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期移位器ALU选择器通用寄存器组选择器移位器：直接或者移位送出运算结果。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期2. 控制器n功能：产生控制命令(微命令)，控制全 机操作。n组成： 微命令发生器指令信息状态信息时序信号微命令序列哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期微命令产生方式(指令执行控制方式)组合逻辑控制方式：微程序控制方式：由组合逻辑电 路产生微命令由微指令
6、产生微命令哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期3. 存储器1）功能: 存储信息。2）组成(主存储器): 存储体: 存放信息的实体 寻址系统: 对地址码译码, 选择存储单元存储体地址寄存器译码器读/写线路数据寄存器控制线路读/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/写操作存储体地址寄存器译码器读/写线路数据寄存器控制线路哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期4. 输入/输出设备输入: 原始信息 代码，送入主机输出: 处理结果 人所能接受的形式, 并输出 （代码） 2）讨论显示器的工作原理和信息转换
7、过程。1）功能：转换信息。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期1. 以总线为基础的系统结构总线：能为多个部件分时共享的一 组信息传送线路。 总 线部件部件部件1.2.2 硬件系统结构哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期总 线功能 内总线局部总线系统总线外总线信息 地址总线数据总线控制总线时序 同步总线异步总线格式 并行总线串行总线方向 单向总线双向总线哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期（1）以CPU为中心的双总线结构CPUM接口接口I/OI/OI/O 总线M 总线 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季
8、学期（2）单总线结构CPUM接口接口I/OI/O系 统 总 线哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期（3）以M为中心的双总线结构CPUM接口接口I/OI/O系 统 总 线M 总线 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期（4）多级总线结构CPURAMROM公共接口总线控制逻辑M扩展板I/O接口板局部总线系统总线哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期（1）带通道的系统I/O控制器主机I/O通道（2）带IOP的系统CPUM接口I/OIOPLM接口I/O系统总线I/O总线2. 采用通道或IOP的大型系统结构哈尔滨工程大学计算机科学与技术
9、学院 姚爱红 2011秋季学期3. 模型机系统结构系 统 总 线CPUM公共接口接口接口I/OI/O哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期n基本字长n存储容量n运算速度n数据传输率n处理功能1.3 计算机系统的性能指标哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期1. 基本字长n指操作数的基本位数。n它影响计算精度、指令功能。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期（1）主存容量指存储单元个数位数。决定地址位数表明编址单位2. 存储容量表示为: 字数字长(按字编址) 或 字节数(按字节编址)（2）外存容量常表示为字节数。外存容量与地址码位数无关。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期n定点/浮点四则运算时间n每秒平均执行的指令条数（MIPS）nCPU时钟频率（MHz）3. 运算速度哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期总线位数总线时钟频率8总线带宽 =4. 数据传输率（B/S）哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 2011秋季学期5. 处理功能n指令系统功能 (寻址方式、指令 类型)n系统软件配置
