北京聯(lián)合大學(xué)李天工計(jì)算機(jī)組成原理課件1

1、1第第1 1章章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論1.1 1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展和分類計(jì)算機(jī)的發(fā)展和分類1.2 1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1.3 1.3 計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)1.4 1.4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想1.5 1.5 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)2第第1 1章章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論本節(jié)教學(xué)目標(biāo)：本節(jié)教學(xué)目標(biāo)： 了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概況，為分析計(jì)算機(jī)工作奠定基礎(chǔ)。了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概況，為分析計(jì)算機(jī)工作奠定基礎(chǔ)。本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容：本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容： 硬件系統(tǒng)組成、硬件系統(tǒng)組成、CPUCPU組成、數(shù)據(jù)和信息組成、數(shù)據(jù)和信息31.1 1.1

2、 計(jì)算機(jī)的發(fā)展和分類計(jì)算機(jī)的發(fā)展和分類 自自19461946年年第一臺電子數(shù)字計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)第一臺電子數(shù)字計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)大體經(jīng)歷了幾代變革。在這期間，大約每五年計(jì)算機(jī)的大體經(jīng)歷了幾代變革。在這期間，大約每五年計(jì)算機(jī)的平均運(yùn)算平均運(yùn)算速度速度提高十倍，運(yùn)行的可靠性提高十倍，制造提高十倍，運(yùn)行的可靠性提高十倍，制造成本下降十倍，體積縮小十倍。成本下降十倍，體積縮小十倍。 當(dāng)前，當(dāng)前，微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)的代表。已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)的代表。 根據(jù)計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用情況，可以將計(jì)算機(jī)進(jìn)行根據(jù)計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用情況，可以將計(jì)算機(jī)進(jìn)行多種分類。多種分類。4摩爾定律v早在早在1964

3、1964年，英特爾公司創(chuàng)始人戈登年，英特爾公司創(chuàng)始人戈登. .摩爾摩爾（Gordon MooreGordon Moore）在一篇很短的論文里斷言：）在一篇很短的論文里斷言：每每1818個(gè)月，集成電路的性能將提高一倍，而個(gè)月，集成電路的性能將提高一倍，而其價(jià)格將降低一半。這就是著名的其價(jià)格將降低一半。這就是著名的摩爾定律摩爾定律。作為迄今為止半導(dǎo)體發(fā)展史上意義最深遠(yuǎn)的作為迄今為止半導(dǎo)體發(fā)展史上意義最深遠(yuǎn)的定律，摩爾定律被集成電路近定律，摩爾定律被集成電路近4040年的發(fā)展歷年的發(fā)展歷史準(zhǔn)確無誤地驗(yàn)證著。史準(zhǔn)確無誤地驗(yàn)證著。5 計(jì)算機(jī)從總體上來說分為兩大類計(jì)算機(jī)從總體上來說分為兩大類: 模擬計(jì)算機(jī)

4、模擬計(jì)算機(jī)和和數(shù)字計(jì)算機(jī)數(shù)字計(jì)算機(jī)：各自主要特點(diǎn)各自主要特點(diǎn)：模擬計(jì)算機(jī)由模擬運(yùn)算器件構(gòu)成，其變量由連續(xù)量模擬計(jì)算機(jī)由模擬運(yùn)算器件構(gòu)成，其變量由連續(xù)量（如：電壓、電流等）來表示，運(yùn)算過程也是連續(xù)的（如：電壓、電流等）來表示，運(yùn)算過程也是連續(xù)的數(shù)字計(jì)算機(jī)則是由邏輯電子器件構(gòu)成，其變量為開數(shù)字計(jì)算機(jī)則是由邏輯電子器件構(gòu)成，其變量為開關(guān)量（離散的數(shù)字量），采用數(shù)字式按位運(yùn)算，運(yùn)算關(guān)量（離散的數(shù)字量），采用數(shù)字式按位運(yùn)算，運(yùn)算模式是離散式的。模式是離散式的。1. 計(jì)算機(jī)分類（計(jì)算機(jī)分類（P1）數(shù)字計(jì)算機(jī)數(shù)字計(jì)算機(jī):分為專用計(jì)算機(jī)和通用的計(jì)算機(jī)。分為專用計(jì)算機(jī)和通用的計(jì)算機(jī)。通用的計(jì)算機(jī)：分以下六類通用

5、的計(jì)算機(jī)：分以下六類6各機(jī)型各機(jī)型性能性能、功能、指令、功能、指令、容量、速度容量、速度、體積、價(jià)格、體積、價(jià)格不同。不同。72. 2. 計(jì)算機(jī)發(fā)展（計(jì)算機(jī)發(fā)展（P2P2）1)1)按年代劃分按年代劃分2)2)按電子技術(shù)劃分按電子技術(shù)劃分代代時(shí)時(shí) 間間硬件技術(shù)硬件技術(shù)速度（次速度（次/ /秒）秒）一一1946-19571946-1957電子管電子管4000040000二二1958-19641958-1964晶體管晶體管200000200000三三1965-19711965-1971中、小規(guī)模集成電路中、小規(guī)模集成電路10000001000000四四1972-1972-1990-1990大大/ /

6、超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路1000000010000000五五19911991巨大規(guī)模集成電路巨大規(guī)模集成電路1010億億1.1 1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展和分類計(jì)算機(jī)的發(fā)展和分類83. 3. 半導(dǎo)體存儲器發(fā)展（半導(dǎo)體存儲器發(fā)展（P3P3） 早期：所有計(jì)算機(jī)存儲器用鐵磁環(huán)（磁芯）做成。早期：所有計(jì)算機(jī)存儲器用鐵磁環(huán)（磁芯）做成。 7070年：仙童半導(dǎo)體公司生產(chǎn)第一個(gè)較大容量半導(dǎo)體年：仙童半導(dǎo)體公司生產(chǎn)第一個(gè)較大容量半導(dǎo)體M M。 目前：內(nèi)存都采用目前：內(nèi)存都采用半導(dǎo)體半導(dǎo)體M M。1.1 1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展和分類計(jì)算機(jī)的發(fā)展和分類半導(dǎo)體存儲器芯片容量指標(biāo)意義：半導(dǎo)體存儲器芯片容量指標(biāo)意義：1

7、KB 1KB 、1MB1MB、1GB1GB、1TB1TB4. 4. 微處理器（微處理器（CPUCPU）發(fā)展（）發(fā)展（P3P3、P4P4） 19711971年：年：IntelIntel公司開發(fā)公司開發(fā)4 4位位Intel4004Intel4004，第一個(gè)將，第一個(gè)將CPUCPU的所有元件都放入同一塊芯片內(nèi)，標(biāo)志的所有元件都放入同一塊芯片內(nèi)，標(biāo)志微處理誕生微處理誕生。 19721972年：出現(xiàn)了年：出現(xiàn)了Intel8008Intel8008，第一個(gè)，第一個(gè)8 8位位微處理器。微處理器。 19741974年：出現(xiàn)了年：出現(xiàn)了Intel8080Intel8080，第一個(gè)，第一個(gè)通用通用CPUCPU。

8、7070年代末：出現(xiàn)年代末：出現(xiàn)IntelIntel80868086 ，1616位位微儲器。微儲器。9一臺完整的一臺完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（人）（人）包括：包括：硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)（人的軀體）（人的軀體）軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)（靈魂和思維）（靈魂和思維）計(jì)算機(jī)硬件建立了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的物質(zhì)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)硬件建立了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的物質(zhì)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)軟件擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)的功能和應(yīng)用范圍計(jì)算機(jī)軟件擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)的功能和應(yīng)用范圍1.2 1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成101. 計(jì)算機(jī)硬件組成（計(jì)算機(jī)硬件組成（P6）1.2.1 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)1）五大組成部分）五大組成部分111.2.1 1.2.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

9、2） 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)(1)單總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)(2)雙總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)(3)三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)20208086CPU 8086CPU 指令指令 控制器控制器 運(yùn)運(yùn)算算器器寄寄存存器器存儲器存儲器 ABABCBCBDBDB1616I/OI/O接口接口 I/OI/O接口接口 外設(shè)外設(shè) 外設(shè)外設(shè) 123 3）各部件結(jié)構(gòu)簡介各部件結(jié)構(gòu)簡介 示意圖示意圖主存主存高速緩存系統(tǒng)高速緩存系統(tǒng)虛擬存儲系統(tǒng)虛擬存儲系統(tǒng)1.2.1 1.2.1 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)131 1） 運(yùn)算器運(yùn)算器(1) (1) 定義定義 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的部件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的部件(2) (2) 功能功能 實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算

10、和邏輯運(yùn)算(3) (3) 特點(diǎn)特點(diǎn) 采用二進(jìn)制數(shù)（容易實(shí)現(xiàn)） 位數(shù)越多，計(jì)算精度越高 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器長度：8位、16位、32位或64位（4 4）組成）組成1.2.1 1.2.1 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)142 2）存儲器）存儲器(1) (1) 定義定義存放存放程序和數(shù)據(jù)程序和數(shù)據(jù)的部件的部件( (存放程序、數(shù)據(jù)的二進(jìn)制編碼存放程序、數(shù)據(jù)的二進(jìn)制編碼) )(2) (2) 分類分類主存（主存（RAMRAM、ROMROM）高速緩存（高速緩存（CacheCache）輔存輔存( (硬盤、軟盤、光盤、磁帶等這些屬于外部設(shè)備硬盤、軟盤、光盤、磁帶等這些屬于外部設(shè)備) )1.3.2 1.3.2 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)15(

11、3) (3) 基本概念：基本概念：主存儲器：主存儲器：（簡稱主存或內(nèi)存）包括存儲體、各種邏輯（簡稱主存或內(nèi)存）包括存儲體、各種邏輯部件及控制電路等部件及控制電路等存儲體：存儲體：由許多存儲單元組成電路陣列由許多存儲單元組成電路陣列存儲單元：存儲單元：包含若干個(gè)存儲元件包含若干個(gè)存儲元件( (或稱存儲基元或稱存儲基元, ,存儲元存儲元) )存儲元件存儲元件能寄存能寄存 1 1 位位二進(jìn)制代碼（二進(jìn)制代碼（0 0或或1 1）存儲單元存放一串二進(jìn)制代碼存儲單元存放一串二進(jìn)制代碼存儲單元的基本單位是存儲單元的基本單位是字節(jié)字節(jié)字節(jié)定義：位字節(jié)定義：位二進(jìn)制代碼二進(jìn)制代碼存取字長：存取字長：指一次指一次

12、“訪存訪存”時(shí)可以處理的二進(jìn)制代碼串時(shí)可以處理的二進(jìn)制代碼串的長度。存取字長可以是的長度。存取字長可以是8 8位位/16/16位位/32/32位位/64/64位位等。等。1.2.1 1.2.1 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)161.2.1 1.2.1 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng) 字節(jié)地址字節(jié)地址 存儲器存儲器內(nèi)容內(nèi)容12H 12H ABH ABH 100H 100H 存儲單元存儲單元( (字節(jié)字節(jié)) )101H 101H FFFFH FFFFH 字地址字地址100H 100H 字字0000H 0000H (4) 存儲器示意圖存儲器示意圖173 3） 控制器控制器(1) (1) 定義定義 控制整個(gè)機(jī)器協(xié)調(diào)工作的部件控制

13、整個(gè)機(jī)器協(xié)調(diào)工作的部件(2) (2) 功能功能 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程的自動化實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程的自動化，實(shí)現(xiàn)程序的自動運(yùn)行。，實(shí)現(xiàn)程序的自動運(yùn)行。1.2.1 1.2.1 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)(3) (3) 控制器組成控制器組成 依時(shí)鐘順序發(fā)出很多電信號依時(shí)鐘順序發(fā)出很多電信號 這些電信號控制全機(jī)統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作這些電信號控制全機(jī)統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作控制邏輯部件控制邏輯部件機(jī)器指令機(jī)器指令控制信號控制信號指令寄存器指令寄存器IRIR184 4）輸入部件和輸出部件）輸入部件和輸出部件輸入設(shè)備：把人們所熟悉的某種形式的信息變換為機(jī)器輸入設(shè)備：把人們所熟悉的某種形式的信息變換為機(jī)器 內(nèi)部所能接收和識別的二進(jìn)制信息形式。

14、內(nèi)部所能接收和識別的二進(jìn)制信息形式。輸出設(shè)備：把計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果變換為人或其它機(jī)器所輸出設(shè)備：把計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果變換為人或其它機(jī)器所 能接收和識別的信息形式。能接收和識別的信息形式。適配器適配器(I/O(I/O接口接口) )：每種外設(shè)都配備與之相配合的每種外設(shè)都配備與之相配合的I/OI/O接接口，口，I/OI/O接口接口是建立外設(shè)與主機(jī)聯(lián)系，它接受是建立外設(shè)與主機(jī)聯(lián)系，它接受CPUCPU發(fā)出的發(fā)出的各種控制命令，完成信息傳送的操作。各種控制命令，完成信息傳送的操作。1.2.1 1.2.1 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)191. 1. 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)簡介計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)簡介1.2.2 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)202.

15、計(jì)算機(jī)軟件組成（計(jì)算機(jī)軟件組成（P11）1）軟件組成）軟件組成系統(tǒng)軟件；應(yīng)用軟件（程序）系統(tǒng)軟件；應(yīng)用軟件（程序）2）計(jì)算機(jī)語言）計(jì)算機(jī)語言機(jī)器語言（低級語言）機(jī)器語言（低級語言）符號語言（匯編語言符號語言（匯編語言:低級語言）低級語言）算法語言（高級語言）算法語言（高級語言）3）語言使用）語言使用高級語言高級語言機(jī)器語言：編譯程序機(jī)器語言：編譯程序編譯方式；解釋方式編譯方式；解釋方式 編譯方式編譯方式編譯是將整段程序進(jìn)行翻譯，把源程序翻譯成等價(jià)的機(jī)器語言編譯是將整段程序進(jìn)行翻譯，把源程序翻譯成等價(jià)的機(jī)器語言目標(biāo)程序，然后連接運(yùn)行。目標(biāo)程序，然后連接運(yùn)行。 解釋方式解釋方式解釋則不產(chǎn)生完整的目

16、標(biāo)程序，而是逐句進(jìn)行的，邊翻譯、邊解釋則不產(chǎn)生完整的目標(biāo)程序，而是逐句進(jìn)行的，邊翻譯、邊執(zhí)行。執(zhí)行。 匯編語言匯編語言機(jī)器語言：匯編程序機(jī)器語言：匯編程序1.2.2 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)211. 1. 計(jì)算機(jī)的機(jī)器字長（簡稱計(jì)算機(jī)的機(jī)器字長（簡稱“字長字長”） 機(jī)器字長是指處理機(jī)運(yùn)算器一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)機(jī)器字長是指處理機(jī)運(yùn)算器一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常由通常由CPUCPU的寄存器位數(shù)決定。字長越長，數(shù)的表示范圍的寄存器位數(shù)決定。字長越長，數(shù)的表示范圍也越大，精度也越高，處理數(shù)據(jù)的能力越強(qiáng)。也越大，精度也越高，處理數(shù)據(jù)的能力越強(qiáng)。1.3 1.3 計(jì)算機(jī)硬件的計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)（主要技術(shù)指標(biāo)（

17、P5P5）2. 2. 計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度運(yùn)算速度 不同場合，討論不同問題，使用不同指標(biāo)：不同場合，討論不同問題，使用不同指標(biāo)： 1 1）CPUCPU主頻主頻 2 2）CPICPI執(zhí)行一條指令所需的平均時(shí)鐘周期數(shù)執(zhí)行一條指令所需的平均時(shí)鐘周期數(shù) 3 3）MIPSMIPS單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行的指令數(shù)單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行的指令數(shù) 4 4）MFLOPSMFLOPS衡量機(jī)器浮點(diǎn)操作的性能衡量機(jī)器浮點(diǎn)操作的性能 223. 3. 計(jì)算機(jī)的存儲容量（主存容量）計(jì)算機(jī)的存儲容量（主存容量）1)1)存儲器容量單位存儲器容量單位 存儲器容量以字節(jié)為單位存儲器容量以字節(jié)為單位，記，記 B Byteyte 字節(jié)字節(jié)8 8位，

18、即位，即1B1B8bit8bit。 字節(jié)單位換算：字節(jié)單位換算：1KB1KB1024B1024B2 21010 B B 1MB 1MB1024KB1024KB2 220 20 B B，1GB=21GB=230 30 B B，1TB=21TB=240 40 B B2)2)信息存儲量信息存儲量計(jì)算機(jī)的信息量計(jì)算機(jī)的信息量的的單位是單位是“位位”(bit)(bit)信息存儲量存儲單元數(shù)信息存儲量存儲單元數(shù)8(bit)8(bit)231. 1. 計(jì)算機(jī)組成與運(yùn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與運(yùn)行結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)的基本部件是計(jì)算機(jī)的基本部件是CPU(CPU(運(yùn)算器、控制器、寄存器運(yùn)算器、控制器、寄存器) )和存儲器，它們

19、構(gòu)成一個(gè)和存儲器，它們構(gòu)成一個(gè)最小工作系統(tǒng)（最小工作系統(tǒng)（主機(jī)主機(jī)）。）。 計(jì)算機(jī)一定有計(jì)算機(jī)一定有自己的指令系統(tǒng)自己的指令系統(tǒng)，它是隨，它是隨CPUCPU設(shè)計(jì)而誕設(shè)計(jì)而誕生的。生的。 計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)的信息流處理方式、指令的自動處理計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)的信息流處理方式、指令的自動處理方式等，取決于計(jì)算機(jī)的方式等，取決于計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)。 上述典型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，是由上述典型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，是由馮馮 諾依曼計(jì)算機(jī)諾依曼計(jì)算機(jī)模型開創(chuàng)的。模型開創(chuàng)的。1.4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想242. 2. 馮馮 諾依曼諾依曼(Von Nenmann)(Von Nenmann)計(jì)算機(jī)模型計(jì)算

20、機(jī)模型美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮諾依曼被稱為諾依曼被稱為“計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)之父之父”。他對人類的最大貢獻(xiàn)是對計(jì)算機(jī)科學(xué)、他對人類的最大貢獻(xiàn)是對計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值分析的開拓性工作。計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值分析的開拓性工作。19441944年，馮年，馮 諾依曼參加諾依曼參加“ENIAC”ENIAC”計(jì)算機(jī)研究計(jì)算機(jī)研究工作。工作。19451945年，數(shù)學(xué)家馮年，數(shù)學(xué)家馮 諾依曼等人，提出了諾依曼等人，提出了“存存儲程序儲程序”的概念。的概念。19461946年，馮年，馮 諾依曼與他人合作提出更完善的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)報(bào)告，是諾依曼與他人合作提出更完善的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)報(bào)告，是以仙農(nóng)提出的二進(jìn)制，程序內(nèi)存

21、以及指令和數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲為基礎(chǔ)，以仙農(nóng)提出的二進(jìn)制，程序內(nèi)存以及指令和數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲為基礎(chǔ)，奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的根基。奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的根基。John Von Neuman(19031957) 1.4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想2519531953年年3 3月，馮月，馮 諾依曼領(lǐng)諾依曼領(lǐng)導(dǎo)的小組發(fā)表了全新的存導(dǎo)的小組發(fā)表了全新的存儲程序式通用電子計(jì)算機(jī)儲程序式通用電子計(jì)算機(jī)方案方案電子離散變量自動電子離散變量自動計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)EDVACEDVAC。以以“存儲程序存儲程序”概念為基概念為基礎(chǔ)的各類計(jì)算機(jī)，統(tǒng)稱為礎(chǔ)的各類計(jì)算機(jī)，統(tǒng)稱為“馮馮 諾依曼機(jī)諾依曼機(jī)”。1.4 計(jì)算機(jī)

22、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想26當(dāng)年的當(dāng)年的“馮馮 諾依曼機(jī)諾依曼機(jī)”機(jī)房情況機(jī)房情況1.4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想273. 3. 馮馮 諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)l計(jì)算機(jī)由計(jì)算機(jī)由五大部件組成五大部件組成：運(yùn)算器、存儲器、控制器、：運(yùn)算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備。輸入設(shè)備、輸出設(shè)備。l指令和數(shù)據(jù)均使用指令和數(shù)據(jù)均使用二進(jìn)制編碼二進(jìn)制編碼表示。表示。l指令指令的構(gòu)成：操作碼、地址碼。操作碼表示操作的功的構(gòu)成：操作碼、地址碼。操作碼表示操作的功能，地址碼表示操作數(shù)所在存儲單元的位置。能，地址碼表示操作數(shù)所在存儲單元的位置。l指令和數(shù)據(jù)以同等地位指令和

23、數(shù)據(jù)以同等地位存放在存儲器存放在存儲器內(nèi)。內(nèi)。l程序在存儲器內(nèi)按執(zhí)行程序在存儲器內(nèi)按執(zhí)行順序存放順序存放，并，并自動自動按地址按地址執(zhí)行執(zhí)行指令和訪問數(shù)據(jù)。指令和訪問數(shù)據(jù)。 l機(jī)器機(jī)器以運(yùn)算器為中心以運(yùn)算器為中心，與存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)，與存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，都要通過運(yùn)算器才能完成傳送過程。備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，都要通過運(yùn)算器才能完成傳送過程。1.4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想28例：例：馮馮 諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本思想基本思想是什么？是什么？答：馮答：馮 諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本思想是：諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本思想是：“存儲程

24、存儲程序；序；( (按地址順序按地址順序) )自動執(zhí)行自動執(zhí)行”。也就是將用指令序列描述的解題程序，程序與原始數(shù)據(jù)也就是將用指令序列描述的解題程序，程序與原始數(shù)據(jù)一起存儲到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)啟動后自動按順序執(zhí)行一一起存儲到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)啟動后自動按順序執(zhí)行一條條指令，直至程序執(zhí)行完畢（得到計(jì)算結(jié)果）。條條指令，直至程序執(zhí)行完畢（得到計(jì)算結(jié)果）。1.4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想29例：例：按照馮按照馮 諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，計(jì)算諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)應(yīng)由哪些部件組成機(jī)硬件系統(tǒng)應(yīng)由哪些部件組成? ? 它們各起什么作用？它們各起什么作用？答：答： 按

25、此思想設(shè)計(jì)的按此思想設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)包括：運(yùn)算器、控制器、存儲包括：運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備個(gè)基本部件器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備個(gè)基本部件。 部件作用如下部件作用如下u運(yùn)算部件對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；運(yùn)算部件對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；u控制部件為計(jì)算機(jī)工作提供統(tǒng)一時(shí)鐘和時(shí)序控制部件為計(jì)算機(jī)工作提供統(tǒng)一時(shí)鐘和時(shí)序, ,解讀指令解讀指令, ,生成控生成控制信號制信號, ,完成指令規(guī)定的操作內(nèi)容完成指令規(guī)定的操作內(nèi)容, ,實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程自動化；實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程自動化；u存儲器用來存放程序、數(shù)據(jù)、結(jié)果；存儲器用來存放程序、數(shù)據(jù)、結(jié)果； u輸入設(shè)備用來輸入原始數(shù)據(jù)及相關(guān)程序；輸入設(shè)備用來輸入原始數(shù)據(jù)及相關(guān)程序； u輸出設(shè)備用來輸出計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果，向用戶提供信息。輸出設(shè)備用來輸出計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果，向用戶提供信息。30計(jì)算機(jī)的發(fā)展也可從系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的變化上體現(xiàn)出來