杭州電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理課件(1)

1、2計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理v 課程目的：課程目的： 掌握計(jì)算機(jī)的工作原理掌握計(jì)算機(jī)的工作原理, , 深刻理解程序在計(jì)深刻理解程序在計(jì)算機(jī)硬件上被執(zhí)行的過程。算機(jī)硬件上被執(zhí)行的過程。v 課程任務(wù)：課程任務(wù)：1 1掌握計(jì)算機(jī)硬掌握計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)各組成件系統(tǒng)各組成部件的工作原部件的工作原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)思想2 2理解各部件聯(lián)理解各部件聯(lián)結(jié)成整機(jī)并協(xié)結(jié)成整機(jī)并協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的方法調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的方法。3 3了解當(dāng)代計(jì)算了解當(dāng)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的新技機(jī)系統(tǒng)的新技術(shù)和新成果術(shù)和新成果3第一章第一章 概概 論論 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用1.11.1 本章小結(jié)本章小結(jié) 計(jì)算機(jī)的分類

2、與性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)的分類與性能指標(biāo)1.21.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成1.31.341.1 1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生一一 計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)的發(fā)展二二 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展三三 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)的應(yīng)用四四5二、計(jì)算機(jī)的發(fā)展二、計(jì)算機(jī)的發(fā)展“摩爾定律摩爾定律” 19641964年，年，IBM360IBM360成功成功開發(fā)出開發(fā)出6 6個型號的大、個型號的大、中、小型電腦和中、小型電腦和4444種種新式的配套設(shè)備，都新式的配套設(shè)備，都是系列兼容機(jī)，成為是系列兼容機(jī)，成為第三代計(jì)算機(jī)標(biāo)志性第三代計(jì)算機(jī)標(biāo)志性產(chǎn)品產(chǎn)品

3、DECDEC公司公司19651965年制造年制造的的PDPPDP8 8型集成電路型集成電路計(jì)算機(jī)，被公認(rèn)為第計(jì)算機(jī)，被公認(rèn)為第一臺標(biāo)準(zhǔn)小型機(jī)一臺標(biāo)準(zhǔn)小型機(jī) 第一代第一代 電子管計(jì)算機(jī)電子管計(jì)算機(jī) 第二代第二代晶體管計(jì)算機(jī)晶體管計(jì)算機(jī) 第三代第三代集成電路計(jì)集成電路計(jì)算機(jī)算機(jī) 第四代大規(guī)模第四代大規(guī)模與超大規(guī)模集與超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)成電路計(jì)算機(jī) 19461946年年 ENIAC ENIAC 19551955年年 ENIACENIAC正式退役正式退役19551955年，年，貝爾實(shí)驗(yàn)室研貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一臺全晶制出世界上第一臺全晶體管計(jì)算機(jī)體管計(jì)算機(jī)TRADIC TRADICTRADIC

4、，裝有，裝有800800只晶體只晶體管，管，100100瓦功率，占地有瓦功率，占地有3 3立方英尺立方英尺 1971年，英特爾公司4004 1972年，8008 678馮馮諾依曼諾依曼v 馮馮諾依曼（諾依曼（John von John von NeumannNeumann，1903195719031957），），2020世紀(jì)最重要的數(shù)學(xué)家之一，世紀(jì)最重要的數(shù)學(xué)家之一，在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、博弈論和核在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、博弈論和核武器等諸多領(lǐng)域內(nèi)有杰出建武器等諸多領(lǐng)域內(nèi)有杰出建樹的最偉大的科學(xué)全才之一，樹的最偉大的科學(xué)全才之一，被稱為被稱為“計(jì)算機(jī)之父計(jì)算機(jī)之父”和和“博弈論之父博弈論之父” 。v 19451

5、945年年6 6月，馮月，馮諾依曼與莫爾諾依曼與莫爾小組成員共同發(fā)表了小組成員共同發(fā)表了“101101頁頁報(bào)告報(bào)告”，提出了，提出了“馮馮諾依曼諾依曼”體系結(jié)構(gòu)思想。體系結(jié)構(gòu)思想。9計(jì)算機(jī)行業(yè)發(fā)展的規(guī)律計(jì)算機(jī)行業(yè)發(fā)展的規(guī)律 v摩爾定律摩爾定律v安迪安迪- -比爾定律比爾定律 （What Andy gives, Bill What Andy gives, Bill takes awaytakes away）。）。v反摩爾定律反摩爾定律 10三、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展三、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展v第一代第一代80088008微處理器微處理器 v第二代微處理器第二代微處理器 其運(yùn)算速度是第一代的1015倍，指令系

6、統(tǒng)比較完善，已經(jīng)有了典型的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)以及中斷、DMA功能。支持它們的語言有匯編、BASIC、FORTRAN和PL/M等，后期還開始配備CP/M操作系統(tǒng) 1974年，8位微處理器芯片8080，集成了約4800個晶體管，每秒執(zhí)行29萬條指令。 1976年，8位微處理器Z80 11三、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展三、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展v第三代微處理器第三代微處理器 1978年，16位的微處理器Intel8086，內(nèi)部集成了29000個晶體管，它的數(shù)據(jù)總線16位（字長），地址總線20位可直接尋址存儲器1MB 1979年，8位的微處理器Intel8088， 1983年，IBM公司推出帶有硬盤的IBMPC/XT機(jī)

7、16位的Z8000和MC68000 1982年Intel公司推出了16位處理器80286，集成晶體管達(dá)13萬個，同檔次的有Motorola的68010。它們的數(shù)據(jù)總線仍然是16位，但地址總線增加到24位。80286有兩種工作模式：實(shí)地址模式和虛地址保護(hù)模式。IBM PC/AT 12三、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展三、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展v 第四代微處理器第四代微處理器 1985年Intel公司推出了第四代32位微處理器芯片80386，片內(nèi)集成了27.5萬個晶體管，它與8086向上兼容，具有32位數(shù)據(jù)線和32位地址線，通用寄存器也擴(kuò)展為32位。v 第五代微處理器第五代微處理器 1993年Intel公司推出了第五

8、代32位微處理器芯片Pentium(P5)，片內(nèi)集成了320萬個晶體管，具有64位數(shù)據(jù)線和32位地址線。v 第六代微處理器第六代微處理器 1995年Intel公司推出了第六代32位微處理器芯片PentiumPro(P6)，片內(nèi)集成了550萬個晶體管，具有64位數(shù)據(jù)線和36位地址線。 PII,PIIIPentium4core（core i3, core i5, core i7(core i7-3960X , core i7 5960X).）13v目前，目前，通用微處理器通用微處理器的方向發(fā)展：的方向發(fā)展：進(jìn)一步提高電路的復(fù)雜度來提高處理器的性能。采用傳統(tǒng)的指令級并行方法加速單線程應(yīng)用，采用更多功

9、能部件、多級Cache、更寬的超標(biāo)量。通過線程/進(jìn)程級并行性來提高處理器的性能。如多處理器、多線程處理器等。將存儲器集成到處理器芯片內(nèi)來提高其性能。這樣可使訪存延時減少510倍以上，存儲器帶寬可增加50100倍。1. 發(fā)展嵌入式處理器。嵌入式處理器實(shí)現(xiàn)高性能的途徑與通用處理器不同，大多針對專門的應(yīng)用領(lǐng)域來專門設(shè)計(jì)以滿足高性能、低成本和低功耗的要求。 三、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展三、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展14四、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用四、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用v 科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域v 工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崟r控制CAD/CAM 企業(yè)管理 輔助決策 v 商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域 電子銀行 電子商務(wù) v 教育應(yīng)用領(lǐng)域教育應(yīng)

10、用領(lǐng)域 遠(yuǎn)程教學(xué) 模擬教學(xué) 多媒體教學(xué) 數(shù)字圖書館 v 生活應(yīng)用領(lǐng)域生活應(yīng)用領(lǐng)域 數(shù)字社區(qū) 信息服務(wù) v 人工智能領(lǐng)域人工智能領(lǐng)域 151.2 1.2 計(jì)算機(jī)的分類和性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)的分類和性能指標(biāo) 按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類一 按計(jì)算機(jī)的用途分類按計(jì)算機(jī)的用途分類二 按照計(jì)算機(jī)的規(guī)模分類按照計(jì)算機(jī)的規(guī)模分類四 按計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)分類按計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)分類五 按計(jì)算機(jī)的使用方式分類按計(jì)算機(jī)的使用方式分類三16一、按計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類一、按計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類v 即即Michael FlynnMichael Flynn分類法：分類法：計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序過程中，有2種信息在流動。一種是

11、計(jì)算機(jī)指令，它從存儲器流入控制器，并變成整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制信號。另一種是數(shù)據(jù)，從輸入設(shè)備流入存儲器，再流入執(zhí)行部件如運(yùn)算器，運(yùn)算結(jié)果流入存儲器或輸出設(shè)備。Flynn稱前一種信息為“指令流”，后一種信息為“數(shù)據(jù)流”。因此根據(jù)指令流與數(shù)據(jù)流的不同組合，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為以下4類。 17一、按計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類一、按計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類18二、按計(jì)算機(jī)的用途分類二、按計(jì)算機(jī)的用途分類v1 1、通用計(jì)算機(jī)、通用計(jì)算機(jī) 通用計(jì)算機(jī)是指為通用計(jì)算機(jī)是指為解決各種問題解決各種問題，具有，具有較強(qiáng)的通用較強(qiáng)的通用性性而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。該機(jī)適用于一般的科學(xué)計(jì)算、而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。該機(jī)適用于一般的科學(xué)計(jì)算、學(xué)術(shù)研

12、究、工程設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理等學(xué)術(shù)研究、工程設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理等廣泛用途廣泛用途，這類，這類機(jī)器本身有較大的適用面。機(jī)器本身有較大的適用面。v2 2、專用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī) 專用計(jì)算機(jī)是指為適應(yīng)專用計(jì)算機(jī)是指為適應(yīng)某種特殊應(yīng)用某種特殊應(yīng)用而設(shè)計(jì)的計(jì)算而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，具有運(yùn)行效率高、速度快、精度高等特點(diǎn)。一機(jī)，具有運(yùn)行效率高、速度快、精度高等特點(diǎn)。一般用在般用在過程控制過程控制中，如智能儀表、飛機(jī)的自動控制、中，如智能儀表、飛機(jī)的自動控制、導(dǎo)彈的導(dǎo)航系統(tǒng)等。導(dǎo)彈的導(dǎo)航系統(tǒng)等。 19三、按計(jì)算機(jī)的使用方式分類三、按計(jì)算機(jī)的使用方式分類v桌上型計(jì)算機(jī)桌上型計(jì)算機(jī) 桌上型計(jì)算機(jī)包括PC機(jī)、工作站和筆記本型計(jì)算機(jī)

13、，為用戶提供良好的計(jì)算性能和較低成本的工作環(huán)境。桌上型計(jì)算機(jī)是成本低、應(yīng)用廣的計(jì)算機(jī)類型 v服務(wù)器型計(jì)算機(jī)服務(wù)器型計(jì)算機(jī) 服務(wù)器型計(jì)算機(jī)是指在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境或具有客戶服務(wù)器結(jié)構(gòu)的分布式計(jì)算環(huán)境中，為客戶請求提供服務(wù)的節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)。 v嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī) 嵌入式計(jì)算機(jī)是將計(jì)算機(jī)作為一個部件，成為某個設(shè)備的一部分，嵌入式計(jì)算機(jī)成本更低，用途更廣。它的結(jié)構(gòu)一般是面向特定應(yīng)用。不同的嵌入式應(yīng)用有不同的要求，需要根據(jù)不同的應(yīng)用進(jìn)行專門的開發(fā)設(shè)計(jì)。 20四、按計(jì)算機(jī)的規(guī)模分類四、按計(jì)算機(jī)的規(guī)模分類v 1 1、巨型計(jì)算機(jī)、巨型計(jì)算機(jī) 運(yùn)算速度快、存儲容量大，價格相當(dāng)昂貴，主要用于復(fù)雜、尖端的科學(xué)研究領(lǐng)域，特別

14、是軍事科學(xué)計(jì)算。v 2 2、大、大/ /中型計(jì)算機(jī)中型計(jì)算機(jī) 通用性能好、外部設(shè)備負(fù)載能力強(qiáng)、處理速度快。它有完善的指令系統(tǒng)，豐富的外部設(shè)備和功能齊全的軟件系統(tǒng)，并允許多個用戶同時使用。主要用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理或做網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。v 3 3、小型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī) 具有規(guī)模較小、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、操作簡單、易于維護(hù)、與外部設(shè)備連接容易等特點(diǎn)。v 4 4、微型計(jì)算機(jī)：簡稱微機(jī)、微型計(jì)算機(jī)：簡稱微機(jī) 以運(yùn)算器和控制器為核心，加上由大規(guī)模集成電路制作的存儲器、輸入/輸出接口和系統(tǒng)總線，構(gòu)成了體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、價格低但又具有一定功能的計(jì)算機(jī)。21將運(yùn)算器、控將運(yùn)算器、控制器、存儲器制器、存儲器和輸入和

15、輸入/輸出接輸出接口集成在一塊口集成在一塊芯片中芯片中所有器件制作所有器件制作在一塊印刷線在一塊印刷線路板上路板上以微機(jī)為核心以微機(jī)為核心，再配以相應(yīng)，再配以相應(yīng)的外部設(shè)備、的外部設(shè)備、電源、輔助電電源、輔助電路和控制微機(jī)路和控制微機(jī)工作的軟件工作的軟件單板機(jī)單板機(jī)單片機(jī)單片機(jī)微型計(jì)算微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)機(jī)系統(tǒng)四、按計(jì)算機(jī)的規(guī)模分類四、按計(jì)算機(jī)的規(guī)模分類v目前，目前，微型計(jì)算機(jī)與工作站、小型計(jì)算機(jī)乃至中、大微型計(jì)算機(jī)與工作站、小型計(jì)算機(jī)乃至中、大型機(jī)之間的界限已經(jīng)愈來愈模糊。型機(jī)之間的界限已經(jīng)愈來愈模糊。22五、計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)分類五、計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)分類v 1 1、機(jī)器字長、機(jī)器字長CPU一次能處

16、理的數(shù)據(jù)位數(shù)v 2 2、存儲容量、存儲容量存儲容量=存儲單元個數(shù)存儲字長單位：字節(jié)1字節(jié)（B）=8位 度量：1K=210 1M=2201G=230v 3 3、運(yùn)算速度（、運(yùn)算速度（MIPSMIPS、CPICPI、FLOPSFLOPS）v 4 4、可配置的外設(shè)、可配置的外設(shè)v 5 5、性能價格比、性能價格比v 6 6、可靠性、可維修性和可用性、可靠性、可維修性和可用性v 除此之外，評價計(jì)算機(jī)時還會看它的兼容性，系統(tǒng)的除此之外，評價計(jì)算機(jī)時還會看它的兼容性，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)對環(huán)境的要求，耗電量的大小等可擴(kuò)展性，系統(tǒng)對環(huán)境的要求，耗電量的大小等 231.3 1.3 計(jì)算機(jī)的基本組成計(jì)算機(jī)的基本組

17、成 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)四四 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)三 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)二24軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)是指管理計(jì)算機(jī)軟件和是指管理計(jì)算機(jī)軟件和硬件資源、控制計(jì)算機(jī)硬件資源、控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行的程序、命令、指運(yùn)行的程序、命令、指令、數(shù)據(jù)等，軟件系統(tǒng)令、數(shù)據(jù)等，軟件系統(tǒng)就是程序系統(tǒng)，也稱為就是程序系統(tǒng)，也稱為“軟設(shè)備軟設(shè)備”。一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成v 一個完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括兩大部分，即一個完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括兩大部分，即硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)的物理設(shè)備是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)的物理設(shè)備

18、，即由機(jī)械、光、電、磁等，即由機(jī)械、光、電、磁等器件構(gòu)成的具有計(jì)算、控制器件構(gòu)成的具有計(jì)算、控制、存儲、輸入和輸出功能的、存儲、輸入和輸出功能的實(shí)體部件。如實(shí)體部件。如CPU、存儲器、存儲器、軟盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器、主機(jī)板、各、光盤驅(qū)動器、主機(jī)板、各種卡及整機(jī)中的主機(jī)、顯示種卡及整機(jī)中的主機(jī)、顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、調(diào)制器、打印機(jī)、繪圖儀、調(diào)制解調(diào)器等等，整機(jī)硬件也稱解調(diào)器等等，整機(jī)硬件也稱“硬設(shè)備硬設(shè)備”。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)25一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成26一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成v軟件和硬件之間的關(guān)系軟件和硬件之間的關(guān)系 計(jì)算機(jī)是

19、依靠硬件和軟件的協(xié)同工作來執(zhí)行一個具計(jì)算機(jī)是依靠硬件和軟件的協(xié)同工作來執(zhí)行一個具體任務(wù)。體任務(wù)。 硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而軟件又是硬件功硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而軟件又是硬件功能的擴(kuò)充和完善。能的擴(kuò)充和完善。 任何軟件都是建立在硬件基礎(chǔ)上的，任何軟件也離任何軟件都是建立在硬件基礎(chǔ)上的，任何軟件也離不開硬件的支持。不開硬件的支持。 如果沒有軟件的支持，硬件的功能就不能得到充分如果沒有軟件的支持，硬件的功能就不能得到充分的發(fā)揮。的發(fā)揮。27一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成v 馮馮諾依曼（諾依曼（Von Neumann Von Neumann ）體系結(jié)構(gòu)）體系結(jié)構(gòu) 19461946年由

20、美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮年由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮 諾伊曼提出諾伊曼提出 計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了許多變化，但計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了許多變化，但Von Von NeumannNeumann提出的提出的二進(jìn)制二進(jìn)制、程序存儲和程序控制程序存儲和程序控制，依，依然是普遍遵循的原則。然是普遍遵循的原則。v馮馮諾伊曼的存儲程序的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)基本思想諾伊曼的存儲程序的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)基本思想是：是： 采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令；指令由操作碼采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令；指令由操作碼和地址碼組成。和地址碼組成。28把編好的程序和原始數(shù)據(jù)預(yù)先存入計(jì)算機(jī)主存中，把編好的程序和原始數(shù)據(jù)預(yù)先存入計(jì)算機(jī)主存中，使計(jì)算機(jī)自動地從存儲器中取出一

21、條條指令并執(zhí)行，使計(jì)算機(jī)自動地從存儲器中取出一條條指令并執(zhí)行，從而自動完成預(yù)定的任務(wù)；即從而自動完成預(yù)定的任務(wù)；即“存儲程序存儲程序”和和“程程序控制序控制”的概念。的概念。指令的執(zhí)行是順序的，即一般按照指令在存儲器中指令的執(zhí)行是順序的，即一般按照指令在存儲器中存放的順序執(zhí)行，程序分支由轉(zhuǎn)移指令實(shí)現(xiàn)。存放的順序執(zhí)行，程序分支由轉(zhuǎn)移指令實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、存儲器、控制器、輸入計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件五大部件組成，并規(guī)定了五大部件組成，并規(guī)定了五大部件的基本功能。的基本功能。計(jì)算機(jī)以運(yùn)算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲器之計(jì)算機(jī)以運(yùn)算器

22、為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送通過運(yùn)算器完成。間的數(shù)據(jù)傳送通過運(yùn)算器完成。二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)29二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)典型的馮典型的馮. .諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖（以諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖（以運(yùn)算器運(yùn)算器為中心）為中心）輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備控制器控制器存儲器存儲器程序程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果結(jié)果數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果結(jié)果地址地址指令指令控制信號控制信號數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線控制線控制線運(yùn)算器運(yùn)算器30二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖（以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖（以存儲器存儲器為中心）為中心）31總線結(jié)構(gòu)的馮總線結(jié)構(gòu)的馮. .諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框

23、圖諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)總線：包括系統(tǒng)總線：包括地址總線（地址總線（ABAB）、數(shù)據(jù)總線（）、數(shù)據(jù)總線（DBDB）、）、控制總線（控制總線（CBCB）32二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（五大部件）二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（五大部件）v1 1、存儲器、存儲器 功能：存放指令和數(shù)據(jù)。功能：存放指令和數(shù)據(jù)。操作：操作： 存儲器讀存儲器讀操作：從存儲器取出數(shù)據(jù)，又稱為讀出。操作：從存儲器取出數(shù)據(jù)，又稱為讀出。 存儲器寫存儲器寫操作：向存儲器存放數(shù)據(jù)，又稱為寫入；操作：向存儲器存放數(shù)據(jù)，又稱為寫入；概念：概念： 存儲單元：存儲單元：存儲二進(jìn)制信息的部件，每個單元可以存儲二進(jìn)制信息的部件，每個單元可以存放一個字或字節(jié)的信

24、息，存儲器就是存儲單元的存放一個字或字節(jié)的信息，存儲器就是存儲單元的集合。集合。 單元地址：單元地址：存儲單元的編號，是區(qū)分存儲器中不同存儲單元的編號，是區(qū)分存儲器中不同存儲單元的唯一標(biāo)志。存儲單元的唯一標(biāo)志。33二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（五大部件）二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（五大部件）v2 2、運(yùn)算器、運(yùn)算器 功能：在控制器控制下，進(jìn)行功能：在控制器控制下，進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。 運(yùn)算器的技術(shù)性能高低直接影響著計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速運(yùn)算器的技術(shù)性能高低直接影響著計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和整機(jī)性能。度和整機(jī)性能。v3 3、控制器、控制器 功能：對當(dāng)前指令進(jìn)行譯碼分析其所需要完成的操功能：對當(dāng)前指令進(jìn)行譯

25、碼分析其所需要完成的操作，產(chǎn)生并發(fā)送各部件所需要的控制信號，從而使作，產(chǎn)生并發(fā)送各部件所需要的控制信號，從而使整個計(jì)算機(jī)自動、協(xié)調(diào)地工作。整個計(jì)算機(jī)自動、協(xié)調(diào)地工作。 控制器是計(jì)算機(jī)的控制指揮部件，也是整個計(jì)算機(jī)控制器是計(jì)算機(jī)的控制指揮部件，也是整個計(jì)算機(jī)的控制中心。的控制中心。34二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（五大部件）二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（五大部件）v4 4、輸入設(shè)備、輸入設(shè)備 功能：將外界的信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識別的二進(jìn)制功能：將外界的信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識別的二進(jìn)制代碼。輸入設(shè)備是給計(jì)算機(jī)輸入信息的設(shè)備。代碼。輸入設(shè)備是給計(jì)算機(jī)輸入信息的設(shè)備。v5 5、輸出設(shè)備、輸出設(shè)備 功能：將計(jì)算機(jī)處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成

26、人們或其他設(shè)備所功能：將計(jì)算機(jī)處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們或其他設(shè)備所能接收的形式。能接收的形式。35三、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)三、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)v 1 1系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件v 2 2、應(yīng)用軟件：又稱為應(yīng)用程序，它是用戶在各自不同、應(yīng)用軟件：又稱為應(yīng)用程序，它是用戶在各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域根據(jù)具體的任務(wù)需要根據(jù)具體的任務(wù)需要所開發(fā)編制的各種程所開發(fā)編制的各種程序。序。 如工程設(shè)計(jì)程序、數(shù)據(jù)處理程序、自動控制程序、企業(yè)管理程序、科學(xué)計(jì)算程序等等。36v 系統(tǒng)軟件是指管理、調(diào)度、監(jiān)視和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件資源的程序集合，使系統(tǒng)資源得到合理調(diào)度，確保高效率運(yùn)行。常用的常用的系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)語言處理

27、程序語言處理程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理軟件網(wǎng)絡(luò)管理軟件服務(wù)性程序服務(wù)性程序1 1系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件37（1 1）操作系統(tǒng)）操作系統(tǒng)v操作系統(tǒng)是直接運(yùn)行在裸機(jī)上的操作系統(tǒng)是直接運(yùn)行在裸機(jī)上的最基本的系統(tǒng)軟最基本的系統(tǒng)軟件，是系統(tǒng)軟件的核心件，是系統(tǒng)軟件的核心，任何其他軟件必須在操，任何其他軟件必須在操作系統(tǒng)的支持下才能運(yùn)行。作系統(tǒng)的支持下才能運(yùn)行。v操作系統(tǒng)（操作系統(tǒng)（Operating SystemOperating System）的功能：）的功能： 管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種軟、硬件資源，使其被高效使用； 為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和用戶之間提供接口，為用戶提供方便。38（2 2）語言處理程序）語言

28、處理程序v 功能：將高級語言編寫的程序翻譯成計(jì)算機(jī)能識別和功能：將高級語言編寫的程序翻譯成計(jì)算機(jī)能識別和執(zhí)行的二進(jìn)制機(jī)器指令，然后供計(jì)算機(jī)執(zhí)行。又稱為執(zhí)行的二進(jìn)制機(jī)器指令，然后供計(jì)算機(jī)執(zhí)行。又稱為翻譯程序。翻譯程序。編譯程序：編譯程序：將用戶將用戶編寫的高級語言程編寫的高級語言程序（源程序）的全序（源程序）的全部語句全部翻譯成部語句全部翻譯成機(jī)器語言程序，然機(jī)器語言程序，然后再執(zhí)行機(jī)器語言后再執(zhí)行機(jī)器語言程序程序語言處理程序語言處理程序分為兩種分為兩種解釋程序：解釋程序：將源程序?qū)⒃闯绦虻囊粭l語句翻譯成機(jī)的一條語句翻譯成機(jī)器語言程序，并立即器語言程序，并立即執(zhí)行，接著再翻譯源執(zhí)行，接著再翻譯源

29、程序的下一條語句并程序的下一條語句并執(zhí)行，如此重復(fù)直至執(zhí)行，如此重復(fù)直至完成源程序的全部翻完成源程序的全部翻譯任務(wù)。它的特點(diǎn)是譯任務(wù)。它的特點(diǎn)是翻譯一次執(zhí)行一次翻譯一次執(zhí)行一次39計(jì)算機(jī)語言計(jì)算機(jī)語言v程序是計(jì)算機(jī)語言的具體體現(xiàn)，是用某種計(jì)算機(jī)程程序是計(jì)算機(jī)語言的具體體現(xiàn)，是用某種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言按問題的要求編寫而成的。序設(shè)計(jì)語言按問題的要求編寫而成的。程序就是指程序就是指令的有序集合令的有序集合。1 1、機(jī)器語言、機(jī)器語言：由：由0 0和和1 1按一按一定規(guī)則排列組成的一個指令集定規(guī)則排列組成的一個指令集；它是計(jì)算機(jī)唯一能識別和執(zhí)；它是計(jì)算機(jī)唯一能識別和執(zhí)行的語言。優(yōu)點(diǎn)是執(zhí)行效率高行的語言

30、。優(yōu)點(diǎn)是執(zhí)行效率高、速度快。主要缺點(diǎn)是直觀性、速度快。主要缺點(diǎn)是直觀性差，可讀性不強(qiáng)差，可讀性不強(qiáng)2 2、匯編語言、匯編語言：用助記符來表示：用助記符來表示機(jī)器指令中的操作碼和操作數(shù)的機(jī)器指令中的操作碼和操作數(shù)的指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) ?？勺x性增強(qiáng)，執(zhí)行速?？勺x性增強(qiáng)，執(zhí)行速度快，但仍是一種面向機(jī)器的語度快，但仍是一種面向機(jī)器的語言，編制程序的效率不高，難度言，編制程序的效率不高，難度較大，維護(hù)較困難，屬低級語言較大，維護(hù)較困難，屬低級語言3 3、高級語言、高級語言：一種更接近于人類自然：一種更接近于人類自然語言和數(shù)學(xué)語言的語言，用高級語言編寫語言和數(shù)學(xué)語言的語言，用高級語言編寫程序可以大大減少編程人員的勞動，因此程序可以大大減少編程人員的勞動，因此它也具有較好的可移植性它也具有較好的可移植性40計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序的過程計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序的過程41四、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)四、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序應(yīng)用程序語言處理程序語言處理程序及其它系統(tǒng)軟件及其它系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)級操作系統(tǒng)級機(jī)器指令系統(tǒng)機(jī)器指令系統(tǒng)微程序設(shè)計(jì)級（硬件）微程序設(shè)計(jì)級（硬件）421 12 23 34 45 5使用計(jì)算機(jī)解使用