01-计算机系统概论

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1、计算机原理与组成赵晓永zhaoxiaoyong@bistu.edu.cn学习指南本课程的性质计算机组成原理是计算机专业的一门专业基础课，是所有计算机计算机硬件课程的基础。学习指南本课程的任务掌握计算机组成部件的工作原理、设计方法及将各部件连接成整机的方法，强调建立CPU级和硬件系统级的整机概念。了解计算机的系统结构，以便在编写程序时能根据计算机的特征编写出更加高效的程序。（32+8学时）计算机系统概论存贮器输入输出系统运算方法中央处理器学习指南唐朔飞，计算机组成原理（第2版）高等教育出版社，北京，2008。编码:隐匿在计算机软硬件背后的语言/(美)CharlesPetzold著

2、左飞,薛佟佟译http://www.nand2tetris.org第1章计算机系统概论2009.92009.9第1章在本章中我们将从存储程序的概念入手，讨论计算机的基本组成与工作原理，使大家对于计算机系统先有一个简单的整体概念，为今后深入讨论各个部件打下基础。电子计算机（数字电子计算机）是一种不需要人工直接干预，能够自动、高速、准确的对各种信息进行处理和存储的电子设备。计算机的特点自动连续地执行程序。运算速度快。运算精度高。存储能力强。通用性好。1.1电子计算机与存储程序控制1.1.1电子计算机的发展世界上第一台电子数字计算机是1946年2月问世的ENIAC(Electroni

3、cNumericalIntegratorAndComputer)电子数字积分计算机。ENIAC的设计开始于1943年,该机一直使用到1955年。1.1电子计算机与存储程序控制中国古老的计算器-算盘1.1电子计算机与存储程序控制ENIAC的特点：采用十进制20个10位的累加器用开关手动编程18,000个电子管重30吨占地170平方米耗电170KW5,000次/秒加法运算1.1.2存储程序概念美籍匈牙利数学家冯·诺依曼等人在1946年6月提出“存储程序”概念。冯·诺依曼机：以“存储程序”为基础的各类计算机。1.1电子计算机与存储程序控制1.1电子计算机与存储程序控制EDVAC冯·诺

4、依曼设计的存储程序计算机1951年诞生。目前绝大多数计算机仍建立在存储程序概念的基础上，称冯·诺依曼型计算机。也出现了一些突破冯·诺依曼结构的计算机，统称非冯结构计算机，如：数据驱动的数据流计算机、需求驱动的归约计算机和模式匹配驱动的智能计算机等。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典型冯·诺依曼计算机结构框图（以运算器为中心)存储器输入设备运算器控制器输出设备现代计算机结构框图(以存储器为中心)程序存储器输出设备输入设备运算器控制器数据结果计算中央处理器（CentralProcessingUnit,CPU）CPU=运

5、算器+控制器主机主机=中央处理器(CPU)+主存储器(MM)外部设备除去主机以外的硬件装置（如输入设备、输出设备、辅助存储器等）1.2计算机的硬件组成1.2计算机的硬件组成1.2.1计算机的主要部件1.输入设备输入设备的任务是把人们编好的程序和原始数据送到计算机中去，并且将它们转换成计算机内部所能识别和接受的信息方式。常用的有键盘、鼠标、扫描仪等。2.输出设备输出设备的任务是将计算机的处理结果以人或其他设备所能接受的形式送出计算机。常用的有显示器、打印机、绘图仪等。1.2计算机的硬件组成3.存储器存储器是用来存放程序和数据的部件，它是一个记忆装置，也是计算机能够实现“存储程序控

6、制”的基础。1.2计算机的硬件组成Cache主存储器辅助存储器主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器辅助存储器CacheCacheCache高速缓冲存储器（Cache）CPU可以直接访问，用来存放当前正在执行的程序中的活跃部分（副本），以便快速地向CPU提供指令和数据。1.2计算机的硬件组成Cache主存储器辅助存储器主存储器可由CPU直接访问，用来存放当前正在执行的程序和数据。主存储器主存储器主存储器1.2计算机的硬件组成Cache主存储器辅助存储器主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器辅助存储器辅助存储器设置在主机外部，CPU不能直接访问，用来存放暂时不参与运行的程序和数据，需

7、要时再传送到主存。1.2计算机的硬件组成高速缓冲主存储器辅助存储器速度快慢三级存储系统1.2计算机的硬件组成Cache主存储器辅助存储器三级存储系统小大容量1.2计算机的硬件组成Cache主存储器辅助存储器三级存储系统贵贱价格/位1.2计算机的硬件组成4.运算器由一个算术逻辑运算部件和若干个寄存器（如累加寄存器ACC、暂存器等）组成。运算器是对信息进行处理和运算的部件，经常进行的运算是算术运算和逻辑运算，因此运算器的核心是算术逻辑运算部件ALU。5.控制器控制器是整个计算机的指挥中心。用来控