计算机组成原理第一章

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1、计算机组成原理授课人：何燕平考核方式实验成绩15%三次实验平时成绩5%笔试成绩80%教学内容计算机系统概论计算机的发展及应用系统总线存储器输入输出系统计算机的运算方法指令系统CPU的结构和功能控制单元的功能控制单元的设计第一章计算机系统概论计算机系统简介11.1计算机系统简介一、计算机软、硬件的概念计算机系统计算机系统硬件软件1.1计算机系统简介一、计算机软、硬件的概念计算机系统计算机系统硬件软件计算机的实体部分比如：主机、外设计算机程序及其有关文档，也包括被版本化了的有关计算机的使用方法的信息1.

2、1计算机系统简介软件系统系统软件管理整个计算机系统语言处理程序操作系统服务性程序数据库管理系统网络软件应用软件按任务需要编制科学计算程序数据处理程序过程控制程序事务管理程序二计算机的层次结构计算机高级语言程序目标程序结果翻译运行二计算机层次结构高级语言虚拟机器M3汇编语言虚拟机器M2操作系统虚拟机器机器语言实际机器M1微指令系统微程序机器M0二计算机层次结构虚拟机通过配置软件扩展功能后形成的与实际机无关的机器。它将提供给用户的功能抽象出来，脱离了物理机二计算机层次结构用编译程序翻译成汇编语言程序用汇

3、编程序翻译成机器语言程序用机器语言解释操作系统用微指令解释机器指令由硬件直接执行微指令软件硬件虚拟机器M4虚拟机器M3虚拟机器M2实际机器M1微程序机器M0三计算机体系结构和计算机组成计算机体系结构指那些能被程序员（汇编、机器语言）所见到的计算机系统的属性。概念性的结构与功能特性指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理计算机组成计算机系统结构所给属性的逻辑实现具体指令的实现计算机实现计算机组成的物理实现。三计算机体系结构和计算机组成计算机体系结构指那些能被程序员（汇编、机器语言）所见到的计算机系统的

4、属性。概念性的结构与功能特性指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理计算机组成计算机系统结构所给属性的逻辑实现具体指令的实现计算机实现计算机组成的物理实现。有无乘法指令如何实现乘法指令三计算机体系结构和计算机组成IntelX86系列均是具有相同的体系结构——代码兼容。相同结构的计算机可以有不同的组成方式。系列机：同一厂家生产、具有相同的系统结构，但有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。软件向上兼容（某档次机器编制的程序，不加修改就能运行在比它更高档的机器上）向后兼容（某种型号机器编制的程序，不加修

5、改就能运行在比它后投入市场的机器上）。1.2计算机的基本组成一、冯·诺依曼计算机的特点1）计算机由五大部件组成；2）指令与数据以同等的地位存放在存储器内，并可按地址访问；3）指令与数据均用二进制码表示；4）指令由操作码和地址码构成；5）存储程序，指令在存储器内按顺序存放；6）机器以运算器为中心。一冯·诺依曼计算机的特点存储程序将指令和数据以同一形式（二进制）存入计算机的同一存储装置（存储器）中，使得计算机在工作时能自动、高速地从存储器中取出指令加以执行，并自动进到下一条指令执行。存储器输入设备运算器

6、控制器输出设备结果数据指令计算步骤和开始数据计算结果冯·诺依曼计算机硬件框图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存储器输入设备运算器控制器输出设备结果数据指令计算步骤和开始数据计算结果冯·诺依曼计算机硬件框图1以存储器为中心的计算机硬件框图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二、计算机硬件框图外设主机2.现代计算机硬件框图运算器控制器输入设备输出设备存储器输入设备输出设备中央处理器CPU主存辅存2.现代计算机硬件框图算术逻辑单

7、元ALUCPU主机外设I/O控制单元CU主存MM细化的计算机组成框图主存储器存储体MARMDRPCIRCUI/O设备MQXACCALU运算器控制器CPU1.机器字长CPU一次能处理数据的位数与CPU中的寄存器位数有关相关概念：存储字长：一个存储单元可存放的二进制代码位数指令字长：一条指令所具有的二进制代码位数字节（Byte）：一个标准字节被规定为8位二进制代码1.3计算机硬件的主要技术指标早期：机器字长=存储字长=指令字长当前：通常存储字长=机器字长=字节的2n倍例：常见字长=8位、16位、32位、

8、64位等，分别称为8位机、16位机、32位机、64位机。指令字长=字节的整数倍单字节指令、双字节指令、三字节指令等。三种字长的关系：2.运算速度主频吉普森法MIPS：每秒执行百万条指令数CPI：执行一条指令所需时钟周期数（主频的倒数）FLOPS：每秒浮点运算次数=ni=1fitiTM∑3.存储容量存放二进制信息的总数量主存容量存储单元个数X存储字长例：MAR10位，MDR8位2^10X8位字节数1字节（byte）=8位（bit）为计数方便1K=2^10,1M=2^2