电子计算机的基本结构

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1、第2章电子计算机的基本结构2.1冯·诺依曼计算机模型2.2电子计算机的组成结构2.3计算机系统的分类2.4电子计算机的性能评价2.5电子计算机的特点与发展趋势2.1冯·诺依曼计算机模型2.1冯·诺依曼计算机模型（最初的）2.1冯·诺依曼计算机模型冯·诺依曼计算机模型的特点计算机由运算器、存储器、输入/输出设备和控制器组成，并以运算器为中心连接在一起。存储器由一组一维排列、线性编址的存储单元组成，每个存储单元的位数是相等且固定的，存储单元按地址访问。“程序”是由一条一条的指令有序排列而成，而指令由操作码和地址码两部分组成。2.1冯·诺依曼计算机模型冯·诺依曼计算机模型的特点（续

2、）指令和数据均采用二进制数表示，并以二进制数形式进行运算。程序（指令）与数据是同等地不加区分地存储在同一个存储器中。设置“程序计数器PC”来指示下一条将要执行的指令的地址。每执行完一条指令，程序计数器就自动加1，指向下一条指令的存储单元。2.1冯·诺依曼计算机模型冯·诺依曼计算机模型的改进：以存储器为中心连接在一起2.2电子计算机的组成结构2.2.1电子计算机的基本组成1.概述从组成的角度看，电子计算机由控制单元、运算单元、存储器、输入单元和输出单元组成。在具体实现时，通常将控制单元和运算单元集成在一起，构成处理单元（ProcessingUnit，PU）。处理单元也称处理器（

3、Processor）。2.2电子计算机的组成结构2.2.1电子计算机的基本组成2.处理单元的组成从逻辑上看，PU主要由算术逻辑单元ALU、控制单元CU以及一些暂存单元——寄存器组成。ALU是计算机的运算装置，它能够完成“加、减、乘、除”等算术运算和“与、或、非、异或”等逻辑运算。一个基本的ALU由加法器、移位电路和若干内部寄存器及相应的控制逻辑组成。2.2电子计算机的组成结构2.2.1电子计算机的基本组成2.处理单元的组成CU是PU的指挥机构，由程序计数器PC、存放当前指令的指令寄存器IR、解释指令的指令译码器ID、发出各种命令信号的控制信号发生器CSG及相应的控制逻辑组成。

4、CU依据指令译码器产生的一系列操作命令/信号来指挥、协调PU乃至计算机系统中各个部件的工作。2.2电子计算机的组成结构寄存器分为数据寄存器、地址寄存器和标志寄存器等。最常用的数据寄存器是用于存放加法运算结果的累加寄存器ACC，8086中的累加寄存器命名为AX。地址寄存器有基址寄存器、变址寄存器等。常见的标志有进位标志CF、溢出标志OF、零标志ZF、符号标志SF和奇偶标志PF等，这些标志分别占据标志寄存器FR中的不同位。计算机系统硬件的基本组成2.2电子计算机的组成结构2.2.1电子计算机的基本组成3.硬件(Hardware)硬件指构成电子计算机的物理实体，如处理器、存储器、输

5、入/输出控制器等芯片及其集成这些芯片的印制线路板——主板，外设等。其中存储器包括：可以被处理器直接访问的主存储器（简称主存,MainMemory）和不可被处理器直接访问的辅助存储器（简称辅存,SecondaryMemory）2.2电子计算机的组成结构2.2.1电子计算机的基本组成4.软件(Software)广义上，软件是“计算机程序、过程、规则及与这些程序、过程、规则有关的文档，以及从属于计算机系统运行的数据。”狭义上，软件指发挥电子计算机功能的各种程序及相应的数据。按照性质和功能的不同，软件分为系统软件、应用软件、支持软件、测试与维护软件等。2.2电子计算机的组成结构2.2

6、.1电子计算机的基本组成5.固件(Firmware)对于那些不再需要改动而且经常被调用的软件，为了使其有更快的执行速度，可以将其存储在访问速度较快的只读存储器ROM芯片中。由于ROM芯片具有非易失性(即掉电后信息不会丢失)，所以可以将软件“固化”在硬件(ROM芯片)中。这种吸收软件、硬件各自优点，性能介于软件和硬件之间(执行速度快于软件，灵活性优于硬件)的，以硬件形式出现的软件称为“固件”。2.2电子计算机的组成结构2.2.1电子计算机的基本组成2.2.2计算机体系结构、计算机组成与计算机实现“计算机体系结构”(ComputerArchitecture)是计算机科学与技术学科

7、中最重要的概念之一。但这一概念并不是同计算机或计算机科学与技术学科一起与生俱来的，它是在第一台电子计算机诞生近20年后，由G.M.Amdahl等人于1964年在设计IBMSystem/360时提出的。Amdahl的定义…theattributesofa[computer]systemasseenbytheprogrammer,i.e.theconceptualstructureandfunctionbehaviour,asdistinctfromtheorganizationofthedataflows