《计算机组成原理》精品课件 第1章 概述(31p)

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1、第一章概述课程的内容：1．介绍单计算机系统的硬件组成（内部结构、工作机制）2．计算机自动工作的原理3．在对工作原理了解的基础上，讲述有关计算机设计的基本概念、方法，最终设计一个简单的计算机。内容提要一、数字逻辑和有限状态机（第一章与第二章）二、计算机组成和系统结构第三章指令集结构第四章存储器系统第五章寄存器传送语言第六章CPU设计第七章微序列控制单元设计第八章运算方法第九章存储层次第十章输入输出结构三、高级专题（RISC计算机和并行处理）第一章概述1.1计算机的发展历史1.2计算机系统的组成1.

2、3计算机的特点和性能指标1.4计算机的分类与应用计算机到目前为止已经发展了五代。第一代(1946～1959)：电子管计算机第一台存储程序电子计算机EDVAC：1950年由冯·诺依曼和莫尔学院合作研制冯.诺依曼结构的关键：存储程序第二代(1959～1964)：晶体管计算机第三代(1965～1974)：集成电路计算机第四代(1975～1990)：大规模/超大规模集成电路计算机第五代(1990～)：高性能微处理器、高密度电路1.1计算机的发展历史第一代(1945-1954)电子管和继电器存储程序计算机

3、、程序控制I/O机器语言和汇编语言普林斯顿ISA、ENIAC、IBM701第二代(1955-1964)晶体管、磁芯、印刷电路浮点数据表示、寻址技术、中断、I/O处理机高级语言和编译、批处理监控系统UnivacLARC、CDC1604、IBM7030第三代(1965-1974)SSI和MSI、多层印刷电路、微程序流水线、Cache、先行处理、系列计算机多道程序和分时操作系统IBM360/370、CDC6600/7600、DECPDP-8第四代(1974-1990)LSI和VLSI、半导体存储器向量

4、处理、分布式存储器并行与分布处理Cray-1、IBM3090、DECVAX9000、Convax-1第五代(1991-)高性能微处理器、高密度电路超标量、超流水、SMP、MP、MPP大规模、可扩展并行与分布处理SGICrayT3E、IBMSP2、DECAlphaServer84001.2计算机系统的组成计算机系统＝软件＋硬件/固件硬件：构成计算机的设备实体。软件：各类程序和文件。1.2.1计算机硬件系统一、计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。CPU＝运算器＋控

5、制器主机＝CPU＋主存I/O系统＝输入设备＋输出设备1.运算器功能：对信息进行算术或逻辑运算。组成：(1)算术逻辑部件ALU：完成各种运算功能。核心部件：加法器(2)寄存器组：存放数据。ACMQ算术逻辑线路DRCUM2.存储器M功能：存放程序和数据。（1）一般分为三级CPU能按存储单元地址直接访问主存；辅存的作用是扩大存储系统的容量；高速缓冲存储器(Cache)的作用是解决CPU与主存之间速度不匹配的矛盾，提高存储系统的速度。CPUCache主存(内存)辅存(外存)（2）主存的组成CPU来的地址

6、地　址　译　码　器存储单元存储单元…存储体地址寄存器MAR数据寄存器MDR存储控制线路ABDBCPUR/W0…000…011…11存储器是由许多存储单元组成的。每个存储单元都有编号，称为地址。存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。3.控制器CU功能：根据人们预先确定的算法和操作步骤(程序)，控制与协调计算机各部件的自动工作。4.I/O部件输入设备：将参加运算的数据和程序送入主机，并将它转换成机器能识别的信号。如键盘、鼠标、磁盘等。输出设备：将计算机的处理结果以能为人们接受的或能为其它机器

7、所接受的形式输出。如打印机、CRT、绘图仪、磁盘等。I/O控制部件:管理I/O设备的工作。IOI/O控制部件CPUM二、冯.诺依曼结构的计算机1.存储程序概念美国数学家冯·诺依曼于1946年6月首先提出来的。它奠定了现代计算机的结构基础。计算机解题之前，要事先编制好程序，并与所需要的数据一起预先存入主存当中。当程序开始执行后，由控制器按照该程序自动地、连续地从存储器中取出指令并执行，直到获得所要求的结果为止。2.早期的冯·诺依曼计算机以运算器为中心的，其它部件都通过运算器完成信息的传递。3.现代

8、计算机组组织结构以存储器为中心。1.2.2总线◆如何把五大基本部件互连起来构成计算机的硬件系统，是计算机硬件系统的组织问题。◆现在的计算机普遍采用总线结构◆总线：一组为多个功能部件分时共享的公共信息传送线路。共享总线的各个部件必须分时使用总线发送信息，保证总线上的信息在任何时候都唯一。总线上的各个部件可同时接收总线上的信息。1.总线的分类◆按总线所在位置分(1)CPU内部总线(2)部件内总线(3)系统总线(4)外总线◆按总线上信息传送的方向分(1)单向总线(2)双向总线◆按总线上传送的信息类型分