计算机组成原理第1章课件

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1、计算机组成原理第一章计算机系统概论第二章运算方法和运算器第三章存储系统第四章指令系统第五章中央处理器第六章总线系统第七章外围设备第八章输入输出系统目录运算器控制器主存储器输入设备输出设备总线和输入输出接口高速缓存虚拟存储器(磁盘设备)（第二章）（第五章）（第三章）（第六章）（第七、八章）中央处理单元CPU第一章计算机系统概论计算机系统不同于一般的电子设备，它是一个由硬件、软件组成的复杂的自动化设备。◎1.1计算机的分类和应用◎1.2计算机的硬件◎1.3计算机的软件◎1.4计算机系统的层次结构1.1.1计算机的分类计算机从总体上来说分为两

2、大类:模拟计算机和数字计算机。各自主要特点：模拟计算机由模拟运算器件构成，其变量由连续量（如：电压、电流等）来表示，运算过程也是连续的数字计算机则是由逻辑电子器件构成，其变量为开关量（离散的数字量），采用数字式按位运算，运算模式是离散式的1.1计算机的分类和应用数字计算机与模拟计算计的主要区别比较内容数字计算机模拟计算机数据表示方式数字0和1电压、电流等计算方式数字计算电量组合和测量值控制方式程序控制模拟信号组合控制精度、抗干扰性高、好低、差数据存储量大小、几乎无逻辑判断能力强无数字计算机专用计算机通用计算机超级计算机大型机服务器工作站

3、微型机单片机低高体积功耗性能数据存储量指令系统价格单片机微机小型机中型机大型机超级计算机低高体积功耗性能存储容量指令规模价格高低简易性1.1.2计算机的应用计算机的应用范围几乎涉及人类社会的所有领域。本书归纳成六个主要方面来叙述：科学计算自动控制测量和测试信息处理教育和卫生家用电器人工智能1.2计算机的硬件J.VonNeumann（冯.诺伊曼）1913，生于匈牙利，瑞士化学学士，匈牙利数学博士，后移居美国；40年代初，参与曼哈顿计划；44年参观ENIAC；45年发表“关于离散变量自动电子计算机的草案”计算机的基本结构；采用二进制；数据和

4、程序都放在内存中。冯.诺伊曼结构主机1.2.1计算机的硬件系统组成打算盘，求解y=ax+b–c一个算盘计算，暂存结果一张纸记录步骤、数据一支笔将步骤、数据抄至纸上；算盘上数据，抄至纸上。人脑和手控制算盘、完成步骤运算器存储器IO设备控制器行号解题步骤与数据1取数（9）→算盘2乘法（12）→算盘3加法（10）→算盘4减法（11）→算盘5存数y→136输出7停止89a10b11c12x13y1.运算器算术运算、逻辑运算采用二进制数（容易实现）算术逻辑单元（ALU）+专用或通用寄存器计算机的运算器长度：8位、16位、32位或64位2.存储器功

5、能：保存或“记忆”数据和运算过程存储的是0或1表示的二进制代码存储单元：在存储器中保存一个n位二进制数的n个触发器，组成一个存储单元存储器地址：存储器是由许多存储单元组成，每个存储单元的编号，称为地址存储容量：存储器所有存储单元的总数。通常用单位“KB、MB、GB”等表示内存储器（主存）和外存储器(辅存）0地址存储单元1101010100010111000011010011000100101111000000100000000000000000000000000000000011010101000101111234...M-1(1)程序

6、每一个基本操作就叫做一条指令,而解算某一问题的一串指令序列,叫做该问题的计算程序,简称为程序。(2)指令的形式表示参加运算的数据从存储器的哪个单元取；运算的结果应存到哪个单元操作码地址码指出指令所进行的操作，如加、减、乘、除、取数、存数等3.控制器控制计算机的各个部件有条不紊地进行工作3.控制器“存储程序”：是把指令序列事先输入到存储器中“程序控制”：当计算机启动后，程序就会控制计算机按规定的顺序逐条执行指令，自动完成预定的信息处理任务冯·诺依曼型计算机的设计思想：存储程序并按地址顺序执行指令系统：一台计算机中所有机器指令的集合。（3）

7、控制器的基本任务＊控制取指令和指令译码，这段时间称为取指周期；＊控制指令执行过程，这段时间称为执行周期；＊取指周期和执行周期交替发生；＊每取一条指令，指令计数器加1。（4）指令流和数据流计算机中的信息单位：位（bit）、字节（Byte）、字（Word）。例：10010110字长：组成一个字的二进制位数。一个“字”至少由一个以上的字节组成。计算机字既可以代表指令,也可以代表数据。如果某字代表要处理的数据,则称为数据字；如果某字为一条指令,则称为指令字。指令和数据统统放在内存中,从形式上看,它们都是二进制数码。一般来讲，在取指周期中从内存读

8、出的信息是指令流,它流向控制器；而执行周期中从内存读出的信息流是数据流,它由内存流向运算器。3.控制器操作编码加法001减法010乘法011除法100取数101存数110停机000指令和数据的存储地址存储单