考研必备：计算机组成原理第1章 计算机系统概论课件.ppt

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1、第1章计算机系统概论计算机组成原理2007.7.21计算机组成原理第1章计算机系统概论计算机是一种能够自动、高速解决数学问题及逻辑问题的现代化电子装置。一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成，硬件构成了计算机系统的物质基础，软件则是计算机系统的应用基础。自从1946年第一台计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator）诞生到第五代计算机的出现，计算机的硬件和软件正朝着相互渗透、相互融合的方向发展，计算机的应用领域也已经涉及到了各行各业，现代计算机的设计理念和设计技术更是日新月异。计算机系统

2、的分类计算机硬件的组成及功能计算机软件的分类计算机的分类及应用领域现代计算机应用技术本章要点：1.1计算机的硬件系统计算机硬件（Hardware）是指计算机系统使用的电子线路和电子元件等物理设备的总称。硬件是构成计算机的物质基础，是计算机系统的核心。1.1.1冯·诺依曼计算机计算机硬件（Hardware）是指计算机系统使用的电子线路和电子元件等物理设备的总称。硬件是构成计算机的物质基础，是计算机系统的核心。20世纪40年代中期，美国科学家冯·诺依曼大胆的提出了采用二进制作为数字计算机的数制基础的理论。同时，他还提出了计算机组成结构、程序存储和程序设计等思想。

3、人们把冯·诺依曼的这些理论总结为冯·诺依曼体系结构。从ENIAC到当前最先进的计算机都采用的是冯诺依曼体系结构。所以冯·诺依曼是当之无愧的数字计算机之父。冯·诺依曼指出计算机硬件系统应由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分构成，基本结构框图如图1-1所示。根据冯诺依曼体系结构构成的计算机必须具有如下特征：程序和数据在计算机中以二进制的方式执行。必须能够记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果。具有完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。指令由操作码和地址码组成。能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作。输入设备

4、运算器控制器输出设备存储器图1-1冯·诺依曼型计算机的基本结构半个世纪以来，计算机已发展为一个庞大的家族，尽管各种类型的计算机的性能、结构、应用等方面存在着差别，但是它们的基本组成结构却是相同的。现代计算机仍然采用的是冯诺依曼体系结构，硬件系统仍由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备构成。1.1.2计算机硬件组成在计算机中，运算器是一种执行部件。其主要任务是完成信息的加工处理。这些处理主要有加、减、乘、除等算术运算和与、或、非、异或、同或等逻辑运算。运算器主要由运算逻辑单元ALU和寄存器两部分组成，寄存器部件用来提供参与运算的操作数，并暂时存放运算结果

5、，执行流程如图1-2所示。图中寄存器A和寄存器B主要保存从内存储器取来的操作数，然后运算逻辑单元ALU对两个寄存器中的数据进行算术或逻辑运算，并将运算结果送给寄存器A暂时存放。1.运算器寄存器A寄存器B运算逻辑单元ALU图1-2运算器结构图数据在计算机中通常以二进制数形式存储和运算，这是因为二进制数的运算规律较为简单。二进制数就是以2为基数来计数，即逢二进一，在二进制中只有0和1两个独立的数符，而这恰好能够与电子器件中电压的高低、脉冲的有无对应起来，在电路中容易实现。控制器是计算机的控制中心。控制器作为CPU（中央处理器）的核心部件主要用来协调计算机的工作，

6、完成程序信息的处理和数据的输入/输出。控制器的实现方法有两种，即组合逻辑方法和微程序控制方法。组合逻辑方法的特点是以集成电路来产生指令执行的微操作信号。具有程序执行的速度快，控制单元的体积小等优点。近年来随着集成电路技术的迅速发展，组合逻辑方法得到了广泛的应用。2.控制器微程序控制方法相对于组合逻辑方法来说设计过程比较复杂，但并不像设计组合逻辑控制电路那么烦琐、不规则，而是有一定规律可循，修改起来也方便。尤其是可编程只读存储器的应用，为微程序控制器的设计提供了更大的灵活性和适用性，进而使微程序设计技术的应用越来越广泛。目前已在中、小型和微型计算机中得到广泛的

7、应用，只是在一些巨型、大型计算机中，由于速度的限制不宜采用微程序控制技术。存储器的主要功能是存放程序与数据。程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。程序和数据在存储器中都是以二进制的形式表示，每8位二进制划分为一个存储单元。访问存储单元中程序与数据必须先给出该单元地址。存储器主要由存储体、地址寄存器与译码线路、读写电路与数据寄存器、控制线路等构成，包括ROM（只读存储器）和RAM（随机存取存储器）两种。3.存储器输入设备的任务是输入用户提供的原始信息，并且将其转换为计算机能识别的信息。常用的输入设备有：键盘、鼠标、扫描仪等。4.输入设备输出设备的任务

8、是将计算机的处理结果以能被人们接受的或能为其他计算机