最新计算机组成原理第1章-计算机系统概论教学讲义PPT课件.ppt

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1、计算机组成原理第1章-计算机系统概论§1.1计算机系统简介一、计算机系统的软硬件*电子计算机：数据存储、数据传送、数据处理，过程控制*计算机系统的组成：具有特定功能的信息(程序)。如系统程序、应用程序计算机系统表示应用需求是采用按位及跳动式计算、能够根据逻辑判断结果控制计算过程的电子式机器*计算机的功能：计算机的物理实体；如主机、外设等计算机硬件—计算机软件—2功能的实现方式—*计算机系统功能的实现方式：解题过程—解题结果③③运行*计算机系统组成的特性：软件功能靠硬件实现，硬件性能靠软件反映①硬件具备数据的存储、传送及处理和过程控制功能②软件表示应用的数据处理及过程控制需求

2、└→程序(指令序列，硬件用不同指令表示不同功能)③执行软件实现应用的数据处理及过程控制功能用户输入设备输出设备处理设备存储设备目标程序(机器语言)源程序(高级语言)①②①编辑②编译3§1.2计算机系统基本组成一、冯·诺依曼模型计算机*结构与组成：由运算器、存储器、控制器、输入及输出设备组成，以运算器为中心；输入设备存储器运算器控制器输出设备注：数据信息指令信息控制信息状态信息*数据表示与运算：指令及数据均用二进制方式表示，运算亦采用二进制方式7*指令组成：由操作码及地址码组成；0100100010000例：若加法运算的操作码用010表示，第01000号与第10000号两个存

3、储单元内容相加的操作可表示为：表示操作的性质表示操作数在存储器中的位置*存储程序原理—程序存储方式：指令及数据预先存放(以等同地位)在存储器中；*存储器结构：由定长单元构成的一维空间，存储器按地址访问；操作码地址码1地址码28*存储程序原理—程序控制机制：按程序逻辑顺序、自动地、逐条地取出指令并执行。循环的指令执行过程物理顺序(指令地址)指令内容程序逻辑顺序A+0intnCount=0；⑴A+1intnSum=0；⑵A+2LP:nSum+=nCount；⑶⑹⑼A+3nCount++；⑷⑺⑽A+4if(nCount<4)gotoLP；⑸⑻⑾A+5COUT>>nSum；⑿取指令

4、过程执行指令过程指令地址+“1”指令发生转移时下条指令地址由当前指令产生9二、计算机硬件的基本组成1、计算机硬件的结构现代计算机均在冯·诺依曼模型基础上进行改进*采用以存储器为中心的结构：使数据传送与数据处理并行，有利于提高系统性能存储器输出设备输入设备结果程序数据控制器运算器直接存储器访问(DMA)技术缓冲器缓冲器缓冲技术810*由多种存储器构成存储系统：解决速度-容量-价格间的矛盾，有利于提高性能/价格主存(内存)辅存(外存)计算机硬件运算器控制器存储器输入设备输出设备CPU主机I/O设备(外设)I/O设备主存储器MM控制单元CUCPU算术逻辑单元ALU主机包含辅存(如

5、DISK等)11*采用总线互连形式：实现部件操作标准化，有利于提高系统的可扩展性CPU主存I/O接口1…MEM总线I/O设备1I/O接口nI/O设备n总线桥I/O接口I/O设备…I/O接口I/O设备I/O总线非标准格式标准格式按地址访问min{所连I/O设备速度}122、计算机部件的基本组成(1)存储器*功能：存储程序和数据、通过读/写操作接收/提供信息地址……存储阵列I/O电路地址译码器……数据命令*术语：存储元件(存储元)—可存储一个二进制位的元件；存储单元—可同时存储一串二进制位的元件；存储字—存储单元内存储的二进制编码；存储阵列—所有存储单元的集合存储单元地址—每个

6、存储单元被赋予的惟一编号存储容量—存储阵列可存储的二进制位数………………01n-101…w-1…01…n-1……存储字长W存储字*组成：13*完成操作的过程：读操作—①接收地址及命令，内部操作；②输出数据…I/O电路地址译码器…………①0…01①Read地址译码器I/O电路②1#的存储字写操作—①接收地址及命令；②接收数据，内部操作14(2)运算器*功能：实现算术运算及逻辑运算，并暂存运算结果*组成：寄存器组(堆)Func存储器ALU寄存器型运算器ACFunc存储器ALU累加器型运算器TEMP*(AC)+[Y]→AC的运算过程：(0)(AC)为被加数AC存储器ALUTEMP

7、ACFuncTEMP(1)加数[Y]→TEMP(2)(AC)＋(TEMP)(3)ALU结果→AC△约定：(X)表示寄存器X中内容，[Y]表示存储单元Y中内容15(3)控制器*功能：指挥及控制各部件协调地工作，以实现程序执行过程*程序执行过程：①循环的指令执行过程(取指令及执行指令)；②下条指令地址由当前指令产生(按程序逻辑顺序)指令地址寄存器PC存储器指令内容寄存器IR指令译码器ID功能部件+“1”地址形成部件取指令取指阶段分析指令执行指令执行阶段指令产生转移时1016*控制器功能的实现方法：①循环产生指令执行过程