第一章(概论)

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1、计算机组成原理齐红qihong@jlu.edu.cn0431-85166479计算机组成原理一、课程主要内容讨论计算机单机系统的硬件组成。即五大功能部件的工作原理、逻辑实现、设计方法及相互连接构成整机的方法。计算机组成原理强调两个层次的整机概念：CPU整机概念硬件系统整机概念紧紧抓住各部件之间的信息传送方式和传送途径。计算机组成原理二、学习目的为培养同学们在分析、设计、开发计算机系统方面的能力打下坚实的基础。计算机组成原理三、教学特点1、以模型机为背景讨论基本原理，适当辐射实用机型。2、讨论硬件组成时，在寄存器级进行分析。计算机组成原理四、教学安

2、排教学思路：CPU主机计算机硬件系统计算机组成原理五、学习方法抓住重点，解决难点：CPU部分：通路结构、指令流程存储器部分：逻辑设计I/O系统部分：中断机制及接口设计主要内容：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一章概论第一节计算机的基本概念1.1.1冯·诺依曼体制1.用二进制代码表示程序和数据；2.计算机采用存储程序的工作方式；3.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。1、第一台计算机——ENIACElectronicNumericalIntegratorAndCalculator(电子数字

3、积分器与计算器)1943/12/31，美国陆军部与宾夕法尼亚大学莫尔（Moore）分校签约1946/2/15，ENIAC工程正式告成Mauchly和他的研究生EckertENIAC18,000个真空管耗电140KW重30吨可靠运行时间：<20分钟编程时间：半小时~一整天6,000多个继电器占地170m21,900次加法/秒ENIAC十进制表示工作存储器：20个单元（存放数据）编程：外排式，先要人工对面板上6,000多个电子开关进行机械定位，然后靠转插线插头，通过插入、拔出方式来编制程序靠穿孔卡输入数据2、冯·诺依曼体制1946/6，冯·诺依曼（

4、JohnVonNenmann）的报告《电子装置逻辑结构初探》提出：存储程序的计算机——EDVACElectronicDiscreteVariableAutomaticCalculator（电子离散变量自动计算机）EDVAC基本设计程序和数据一起存储在内存中采用二进制表示采用以运算器为核心的集中控制提出指令概念，由操作码和地址码组成，顺序执行，受PC统一控制由五个基本部分组成：存储器、运算器、控制器以及输入输出设备EDVAC存储器：4096个字，每个字40位(0或1)，表示两条20位的指令，或一个40位的有符号数。指令：8位表示指令类型，12位表示

5、4096个存储单元中的一个地址。这些理论奠定了现代计算机的基本思想。到目前为止，大多数计算机仍沿用这一体制。称其为冯·诺依曼体制。EDSACElectronicDelayStorageAutomaticCalculator第一台存储程序计算机1949年，英国剑桥大学，M.V.Wilhes1951年，EDVAC研制成功3、冯·诺依曼计算机组成方式以运算器为中心以存储器为中心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0101表示为1101例2用数字代码表示字符AB表示为1000001表示

6、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112.在物理机制上用数字信号数字型电信号例1用电平信号表示数字代码高电平1低电平高电平01例2用脉冲信号表示数字代码有脉冲无脉冲有脉冲101表示数字代码实现并行操作实现串行操作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。第二节计算机系统的硬件组成1.2.1主要功能部件1.CPU由运算器、控制器组成。（1）运算器运算器是完成算术运算和逻辑运算

7、的装置。其设置考虑到：任何算术运算（、、、）都可以通过相加操作来解决。运算器结构示意图移位器ALU选择器通用寄存器组选择器移位器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）。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。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。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。（2）控制器控制器的功能是根据人们预先确定的算法和操作步骤，控制与协调计算机各部件按规

8、定的操作、自动地、有秩序地去执行。1、按规定的操作去执行规定的操作在指令中，无非是取指令，分析指令和执行指令的过程。取出指令放于何处？设