第1章計算機組成原理1

1、計算機組成原理計算機組成原理課課 程程 的的 性性 質(zhì)質(zhì)電路分析電路分析數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)計算機組成原理計算機組成原理微機與接口技術(shù)微機與接口技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單片機應用單片機應用DSP 芯片應用芯片應用計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡通信原理通信原理-技術(shù)基礎課技術(shù)基礎課-專業(yè)基礎課專業(yè)基礎課-專業(yè)課專業(yè)課本課程是專業(yè)基礎課，是一門承上啟下的課程本課程是專業(yè)基礎課，是一門承上啟下的課程。本課程主要學習該層面寄存器級及以上的內(nèi)容。課程內(nèi)容的主要知識層面計算機存儲器.控制器寄存器1門1晶體管1MOSALU寄存器2門2晶體管2TTL外設寄存器n門K晶體管T系統(tǒng)級寄存器級門級晶體管級物理級課程的目的課程

2、的目的計算機系統(tǒng)：計算機系統(tǒng)：硬件和軟件的綜合體硬件和軟件的綜合體。學習目的學習目的：1）建立計算機系統(tǒng)的整機概念，理解軟硬件的關系和）建立計算機系統(tǒng)的整機概念，理解軟硬件的關系和邏輯的等價性邏輯的等價性；2）深入了解計算機各部件的的組成原理、工作機制以）深入了解計算機各部件的的組成原理、工作機制以及部件之間的相互關系及部件之間的相互關系；3）加強硬件分析和設計的基本技能和方法，培養(yǎng)和提）加強硬件分析和設計的基本技能和方法，培養(yǎng)和提高計算思維能力高計算思維能力。本課側(cè)重點：本課側(cè)重點：學習計算機單機系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)學習計算機單機系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)；學習各組成部分的工作原理學習各組成部分的工作原理。參考書

3、唐朔飛，計算機組成原理（第2版）高等教育出版社，北京，2008。蔣本珊，計算機組成原理學習指導與習題解析，北京，清華大學出版社，2005。計算機組成原理第1章概論（對對“整體整體”的粗步認識的粗步認識） 計算機組成原理課程是與計算機相關專業(yè)的核心課程之一，計算機組成原理課程是與計算機相關專業(yè)的核心課程之一，以當前主流以當前主流微型微型計算機組成原理計算機組成原理為背景，以建立系統(tǒng)機的整機概念為目的，為背景，以建立系統(tǒng)機的整機概念為目的，主要講授計算機單機主要講授計算機單機系統(tǒng)的硬件組成。系統(tǒng)的硬件組成。 計算機硬件系統(tǒng)從功能上劃分包括五大功能部件：計算機硬件系統(tǒng)從功能上劃分包括五大功能部件：存

4、儲器存儲器數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流控制流控制流運算器運算器外存儲器外存儲器輸輸出出設設備備內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器輸輸入入設設備備控制器控制器微型計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微型計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 這五大部件之間還要相互的交換信息，所以計算機組成原理這門課程除了討論這五大部件之間還要相互的交換信息，所以計算機組成原理這門課程除了討論這些部件的邏輯組成、工作原理、設計方法之外，還要討論如何把這些部件連接這些部件的邏輯組成、工作原理、設計方法之外，還要討論如何把這些部件連接起來，構(gòu)成一個完整的計算機系統(tǒng)。起來，構(gòu)成一個完整的計算機系統(tǒng)。 微機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)微機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 微微處處理理器器CPUCPUROMROMRAMRAM

5、I/OI/O接口接口輸出設備輸出設備輸入設備輸入設備地址總線地址總線ABAB數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DBDB控制總線控制總線CBCB 計算機組成原理的學習就相當于在搭一個房子的框架，只要把框架搭好并計算機組成原理的學習就相當于在搭一個房子的框架，只要把框架搭好并穩(wěn)固了，才能進行后面的工作，也就是我們學好了計算機組成原理這門課，就穩(wěn)固了，才能進行后面的工作，也就是我們學好了計算機組成原理這門課，就可以為今后計算機有關的課程學習打下一個良好地基礎?？梢詾榻窈笥嬎銠C有關的課程學習打下一個良好地基礎。計算機組成原理計算機組成原理教學研究教學研究硬件課程硬件課程軟件課程軟件課程學術(shù)交流學術(shù)交流4.數(shù)值的機器運算

6、教學安排教學安排1.微型計算機系統(tǒng)導論2.計算機的機器層次表示3.指令系統(tǒng)5.存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)6.中央處理器教學安排教學安排7.總線8.外部設備9.輸入輸出系統(tǒng) 第第1 1章章 微型計算機系統(tǒng)導論微型計算機系統(tǒng)導論基本內(nèi)容要求基本內(nèi)容要求v 本章將從存儲程序的概念入手，討論計算機的基本組成與工作本章將從存儲程序的概念入手，討論計算機的基本組成與工作原理，使讀者對于計算機系統(tǒng)有一個簡單的整體概念，為今后原理，使讀者對于計算機系統(tǒng)有一個簡單的整體概念，為今后深入討論各個部件打下基礎。深入討論各個部件打下基礎。v 學習要求：學習要求： 了解存儲程序概念了解存儲程序概念 掌握掌握CPU和主

7、機兩個術(shù)語的含義和主機兩個術(shù)語的含義 掌握掌握5個大基本部件的功能個大基本部件的功能 理解總線概念和總線分時共享的特點理解總線概念和總線分時共享的特點 理解三態(tài)門與總線電路理解三態(tài)門與總線電路 了解大、中型計算機的典型結(jié)構(gòu)了解大、中型計算機的典型結(jié)構(gòu) 理解計算機系統(tǒng)的含義理解計算機系統(tǒng)的含義 理解硬件與軟件的關系理解硬件與軟件的關系 了解系列機和軟件兼容了解系列機和軟件兼容 了解計算機系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)了解計算機系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu) 了解實際機器和虛擬機器了解實際機器和虛擬機器 理解計算機中主要性能指標（基本字長、數(shù)據(jù)通路寬度、存理解計算機中主要性能指標（基本字長、數(shù)據(jù)通路寬度、存儲容量等）儲容量等

8、）影 響 2020世紀已經(jīng)過去，回顧世紀已經(jīng)過去，回顧2020世紀科學技術(shù)世紀科學技術(shù)的輝煌發(fā)展時，不能不提及的輝煌發(fā)展時，不能不提及2020世紀最杰出的世紀最杰出的數(shù)學家之一的數(shù)學家之一的馮馮諾依曼諾依曼現(xiàn)在使用的計算現(xiàn)在使用的計算機，其基本工作原理是機，其基本工作原理是存儲程序和程序控制存儲程序和程序控制，它是由世界著名數(shù)學家它是由世界著名數(shù)學家馮馮諾依曼諾依曼提出的。提出的。因此因此馮馮諾依曼諾依曼被稱為被稱為“計算機之父計算機之父”。 馮馮諾依曼諾依曼對人類的最大貢獻是對計算對人類的最大貢獻是對計算機科學、計算機技術(shù)、數(shù)值分析和經(jīng)濟學中機科學、計算機技術(shù)、數(shù)值分析和經(jīng)濟學中的博弈論的開

9、拓性工作，他無愧是上世紀最的博弈論的開拓性工作，他無愧是上世紀最偉大的全才之一。偉大的全才之一。 計算機之父計算機之父馮馮諾依曼諾依曼，著名美籍匈牙利數(shù)學家著名美籍匈牙利數(shù)學家 （ 1903190319571957），）， 1.1.1電子計算機的發(fā)展電子計算機的發(fā)展1.1 電子計算機與存儲程序控制電子計算機與存儲程序控制 計算機的分類 電子計算機從總體上來說分為兩大類電子計算機從總體上來說分為兩大類:電子模擬計算機電子模擬計算機電子數(shù)字計算機電子數(shù)字計算機電子模擬計算機的特點：電子模擬計算機的特點：數(shù)值由連續(xù)量來表示數(shù)值由連續(xù)量來表示,運算過程也是連續(xù)的。運算過程也是連續(xù)的。 電子數(shù)字計算機的

10、主要特點：電子數(shù)字計算機的主要特點：按位運算按位運算,并且不連續(xù)地跳動計算并且不連續(xù)地跳動計算數(shù)字計算機與模擬計算機的主要區(qū)別數(shù)字計算機與模擬計算機的主要區(qū)別電壓電壓電壓組合和測量值電壓組合和測量值盤上連線盤上連線低低小小無無數(shù)字數(shù)字0和和1數(shù)字計算數(shù)字計算程序控制程序控制高高大大強強數(shù)據(jù)表示方式數(shù)據(jù)表示方式計算方式計算方式控制方式控制方式精度精度數(shù)據(jù)存儲量數(shù)據(jù)存儲量邏輯判斷能力邏輯判斷能力模擬計算機模擬計算機數(shù)字計算機數(shù)字計算機比較內(nèi)容比較內(nèi)容 數(shù)字計算機又可分為數(shù)字計算機又可分為 專用計算機專用計算機 通用計算機通用計算機 專用和通用是根據(jù)計算機的效率、速度、價格、運行的專用和通用是根據(jù)計

11、算機的效率、速度、價格、運行的經(jīng)濟性和適應性來劃分的。經(jīng)濟性和適應性來劃分的。 專用機專用機是最有效、最經(jīng)濟和最快速的計算機是最有效、最經(jīng)濟和最快速的計算機,它是針對某一任務它是針對某一任務設計的計算機設計的計算機,但是它的適應性很差。但是它的適應性很差。 通用機通用機適應性很大適應性很大,但是犧牲了效率、速度和經(jīng)濟性。但是犧牲了效率、速度和經(jīng)濟性。通用計算機又分巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機和單片機六類。通用計算機又分巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機和單片機六類。圖 單片機、微型機、工作站、服務器、大型機、超級計算機之間的區(qū)別 計算機的應用計算機的應用 計算機所以迅速發(fā)展計算機

12、所以迅速發(fā)展,其生命力在于它的廣泛應用。計算機的應用范圍幾乎涉其生命力在于它的廣泛應用。計算機的應用范圍幾乎涉及人類社會的所有領域。歸納成幾個方面來敘述：及人類社會的所有領域。歸納成幾個方面來敘述：科學計算科學計算過程檢測過程檢測與控制與控制 人工智能人工智能信息處理信息處理計算機計算機輔助系統(tǒng)輔助系統(tǒng) 科學計算科學計算 科學研究和工程設計計算領域科學研究和工程設計計算領域,是計算機應用最早的領域是計算機應用最早的領域,也是應用也是應用得較廣泛的領域得較廣泛的領域:計算領域的科學研究計算領域的科學研究 計算機在科學計算和工程設計中的應用計算機在科學計算和工程設計中的應用,不僅不僅減輕了大量繁瑣

13、的計算減輕了大量繁瑣的計算工作量工作量,更重要的是更重要的是,一些以往一些以往無法解決無法解決、無法及時解決無法及時解決或或無法精確解決無法精確解決的問題得到了圓滿的解決。的問題得到了圓滿的解決。西昌衛(wèi)星發(fā)射中心目前，科學計算仍然是計算機應用的一個重要領域。如高目前，科學計算仍然是計算機應用的一個重要領域。如高能物理、工程設計、能物理、工程設計、地震預測地震預測、氣象預報、氣象預報、航天技術(shù)航天技術(shù)等。等。 宇航員在月球行走宇航員在月球行走宇航方面：宇航方面： 同步衛(wèi)星（隨動控制系統(tǒng)）衛(wèi)星的發(fā)射與回收同步衛(wèi)星（隨動控制系統(tǒng)）衛(wèi)星的發(fā)射與回收 （神州（神州5號飛船，航天飛機）自動關機、點火系統(tǒng)號

14、飛船，航天飛機）自動關機、點火系統(tǒng)軍事方面：軍事方面：火炮自動點火、巡航導彈火炮自動點火、巡航導彈其他方面：其他方面：農(nóng)業(yè)（病蟲害防治、專家系統(tǒng)）農(nóng)業(yè)（病蟲害防治、專家系統(tǒng)） 社會科學（計劃生育、人口增長模型）社會科學（計劃生育、人口增長模型）現(xiàn)代管理：現(xiàn)代管理：辦公自動化辦公自動化工業(yè)生產(chǎn)：工業(yè)生產(chǎn)：自動車床、加熱爐、發(fā)酵罐自動車床、加熱爐、發(fā)酵罐 過程檢測與控制過程檢測與控制 面包機就是根據(jù)機器的要求，放好配料后，自動和面、發(fā)面包機就是根據(jù)機器的要求，放好配料后，自動和面、發(fā)酵、烘烤成各種面包的機器。酵、烘烤成各種面包的機器。 面包機制做面包，主要有和面、發(fā)酵、和烘烤三個過程。面包機制做面

15、包，主要有和面、發(fā)酵、和烘烤三個過程。 面包機原理就是利用內(nèi)置的電腦程序，把制作面包的三個面包機原理就是利用內(nèi)置的電腦程序，把制作面包的三個過程予以固化，在固定的時間點發(fā)出和面，發(fā)酵，或烘烤的指過程予以固化，在固定的時間點發(fā)出和面，發(fā)酵，或烘烤的指令，從而制作面包。令，從而制作面包。 面包機制作面包的典型過程為：和面面包機制作面包的典型過程為：和面-發(fā)酵發(fā)酵-揉面揉面-整形整形-烘烘烤?？?。 微型計算機控制的舉例：烤面包機的控制器微型計算機控制的舉例：烤面包機的控制器面包機中有三個數(shù)字調(diào)節(jié)器面包機中有三個數(shù)字調(diào)節(jié)器:控制溫度的開關控制溫度的開關攪拌和制模的電機的開關攪拌和制模的電機的開關烤好面

16、包后冷卻面包的風扇開關?？竞妹姘罄鋮s面包的風扇開關。面包機的結(jié)構(gòu)框圖面包機的結(jié)構(gòu)框圖 溫度傳感器用于測量溫度，傳感器的輸出通過溫度傳感器用于測量溫度，傳感器的輸出通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，可以被微型計算機讀取。轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，可以被微型計算機讀取。面包機的結(jié)構(gòu)框圖面包機的結(jié)構(gòu)框圖 初始時，計時器電路裝入烤好面包所初始時，計時器電路裝入烤好面包所需的時間。微型計算機讀取剩余的時間，需的時間。微型計算機讀取剩余的時間，然后決定后續(xù)的操作。剩余的烤面包時然后決定后續(xù)的操作。剩余的烤面包時間還可以顯示出來。間還可以顯示出來。 控制程序存儲在存儲器控制程序存儲在存儲器ROM中，輸中，輸入的

17、參數(shù)寫入入的參數(shù)寫入RAM中（例如，面包皮的中（例如，面包皮的顏色）。微型計算機不斷地檢測剩余的顏色）。微型計算機不斷地檢測剩余的時間和溫度值。時間和溫度值。微型計算機不斷地檢測剩余的時間和溫度值。通微型計算機不斷地檢測剩余的時間和溫度值。通過執(zhí)行存儲在過執(zhí)行存儲在ROM中的程序，計算機可以決定：中的程序，計算機可以決定：什么時間該攪拌原料；什么時間該攪拌原料；什么時候該接通加熱元件加熱生面團；什么時候該接通加熱元件加熱生面團；使其升溫等。使其升溫等。 信息（數(shù)據(jù)）處理信息（數(shù)據(jù)）處理廣泛應用的項目有：辦公室計算機，數(shù)據(jù)廣泛應用的項目有：辦公室計算機，數(shù)據(jù)處理機，發(fā)票處理機，銷售額清單機，零處

18、理機，發(fā)票處理機，銷售額清單機，零售終端，會計終端，出納終端，以及利用售終端，會計終端，出納終端，以及利用互連網(wǎng)的互連網(wǎng)的“電子商務電子商務”等等。等等。廣泛采用金融終端、銷售點終端、現(xiàn)金出廣泛采用金融終端、銷售點終端、現(xiàn)金出納機。銀行間利用計算機進行的資金轉(zhuǎn)移納機。銀行間利用計算機進行的資金轉(zhuǎn)移正式代替了傳統(tǒng)的支票。正式代替了傳統(tǒng)的支票。大量的商業(yè)信件，現(xiàn)在開始用傳真系統(tǒng)大量的商業(yè)信件，現(xiàn)在開始用傳真系統(tǒng)傳送。傳送。商務處理商業(yè)業(yè)務銀行業(yè)務郵政業(yè)務 計算機發(fā)展初期計算機發(fā)展初期,僅僅用于數(shù)值計算。后來應用范圍逐漸發(fā)展到僅僅用于數(shù)值計算。后來應用范圍逐漸發(fā)展到非數(shù)非數(shù)值計算領域值計算領域,可用

19、來處理文字、表格、圖象、聲音等各類問題?？捎脕硖幚砦淖?、表格、圖象、聲音等各類問題。教學管理是學校重要的職能之一，是衡量學校教學管理是學校重要的職能之一，是衡量學校管理水平的重要標志。伴隨著信息技術(shù)在教育領管理水平的重要標志。伴隨著信息技術(shù)在教育領域的廣泛運用，越來越多的學校已經(jīng)建立了自己域的廣泛運用，越來越多的學校已經(jīng)建立了自己的校園網(wǎng)，利用現(xiàn)代信息技術(shù)和管理方法，對教的校園網(wǎng)，利用現(xiàn)代信息技術(shù)和管理方法，對教學管理信息進行采集、分析、處理、存儲、評價學管理信息進行采集、分析、處理、存儲、評價、反饋、共享等。、反饋、共享等。 網(wǎng)絡學生成績查詢管理系統(tǒng)，對學生的成績可分網(wǎng)絡學生成績查詢管理系統(tǒng)

20、，對學生的成績可分級管理級管理(校級和班級校級和班級)。校級管理員可增減班級，。校級管理員可增減班級，班級各學期的課程，設定班主任及班級密碼。還班級各學期的課程，設定班主任及班級密碼。還可對學生進行增減，對學生各學期各門成績進行可對學生進行增減，對學生各學期各門成績進行批量錄入修改，可設定查詢成績是否公開，學生批量錄入修改，可設定查詢成績是否公開，學生可否修改查詢密碼。班級管理員可對學生各學期可否修改查詢密碼。班級管理員可對學生各學期各門成績進行批量錄入修改。學生可查詢各學期各門成績進行批量錄入修改。學生可查詢各學期各門成績。各門成績。信息管理信息管理系統(tǒng)系統(tǒng) 教務管理教務管理 學生成績查詢管

21、理用計算機輔助進行工程設計、產(chǎn)品制造、性能測試。用計算機輔助進行工程設計、產(chǎn)品制造、性能測試。辦公自動化辦公自動化：用計算機處理各種業(yè)務、：用計算機處理各種業(yè)務、商務商務；處理數(shù)據(jù)報；處理數(shù)據(jù)報表文件；進行各類辦公業(yè)務的統(tǒng)計、分析和輔助決策。表文件；進行各類辦公業(yè)務的統(tǒng)計、分析和輔助決策。經(jīng)濟管理經(jīng)濟管理 ：國民經(jīng)濟管理，公司：國民經(jīng)濟管理，公司企業(yè)經(jīng)濟企業(yè)經(jīng)濟信息管理，計劃信息管理，計劃與規(guī)劃，分析統(tǒng)計，預測，決策；物資、財務、勞資、人與規(guī)劃，分析統(tǒng)計，預測，決策；物資、財務、勞資、人事等管理。事等管理。情報檢索情報檢索：圖書資料、：圖書資料、歷史檔案歷史檔案、科技資源、環(huán)境等信息、科技資源

22、、環(huán)境等信息檢索自動化；建立各種檢索自動化；建立各種信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)。自動控制自動控制：工業(yè)生產(chǎn)過程綜合自動化，工藝過程最優(yōu)控制，：工業(yè)生產(chǎn)過程綜合自動化，工藝過程最優(yōu)控制，武器控制，通信控制，交通信號控制。武器控制，通信控制，交通信號控制。模式識別模式識別：應用計算機對一組事件或過程進行鑒別和分類，：應用計算機對一組事件或過程進行鑒別和分類，它們可以是文字、聲音、它們可以是文字、聲音、圖像圖像等具體對象，也可以是狀態(tài)、等具體對象，也可以是狀態(tài)、程度等抽象對象。程度等抽象對象。 計算機輔助系統(tǒng)計算機輔助系統(tǒng) 人工智能人工智能 人工智能人工智能,又稱又稱“智能模擬智能模擬”, 就是要使計算機能夠

23、模仿人的就是要使計算機能夠模仿人的高級思維活動。高級思維活動。 人工智能的研究課題是多種多樣的人工智能的研究課題是多種多樣的, 如如: 計算機學習計算機學習計算機證明計算機證明景物分析景物分析模擬人的思維過程模擬人的思維過程機器人機器人等等 人工智能人工智能識別識別控制對象控制對象工作環(huán)境工作環(huán)境智能機器人智能機器人作出作出判斷判斷決策決策領會領會口令口令意圖意圖避開障礙物避開障礙物控制任務控制任務信息處理任務信息處理任務完成完成MOV AX,64HMOV AX,64HADD AX,100HADD AX,100HMOV 2000H,AXMOV 2000H,AX 教育和衛(wèi)生教育和衛(wèi)生 計算機被譽

24、為計算機被譽為“教育史上的第四次革命教育史上的第四次革命”:廣大的教育工作者正廣大的教育工作者正在利用信息技術(shù)構(gòu)造一個更網(wǎng)絡化、數(shù)字化和智能化的現(xiàn)代教學環(huán)在利用信息技術(shù)構(gòu)造一個更網(wǎng)絡化、數(shù)字化和智能化的現(xiàn)代教學環(huán)境，現(xiàn)代教學平臺將在信息技術(shù)環(huán)境中架起，屆時，所有的教育教境，現(xiàn)代教學平臺將在信息技術(shù)環(huán)境中架起，屆時，所有的教育教學資源將得到溝通，并會醞釀出新興的教育教學規(guī)律。學資源將得到溝通，并會醞釀出新興的教育教學規(guī)律。教育學教育學電子學電子學(微電子學微電子學)教育技術(shù)教育技術(shù)精密機械精密機械光學光學磁學磁學數(shù)學數(shù)學T T平臺平臺及工具及工具C C學習學習內(nèi)容內(nèi)容S S教育教育服務服務E E

25、科技科技設備設備 (TECTEC S School) 教育和衛(wèi)生教育和衛(wèi)生 遠程計算機的問世遠程計算機的問世,同樣為人類健康長壽帶來了福音：使用計算機的同樣為人類健康長壽帶來了福音：使用計算機的各種醫(yī)療設備應運而生各種醫(yī)療設備應運而生,為及早發(fā)現(xiàn)疾病提供了強有力的手段。利用計為及早發(fā)現(xiàn)疾病提供了強有力的手段。利用計算機建成的各種專家系統(tǒng)行之有效算機建成的各種專家系統(tǒng)行之有效,為診治疾病發(fā)揮了很大作用。為診治疾病發(fā)揮了很大作用。 電子商務系統(tǒng)電子商務系統(tǒng)v 電子商務電子商務是利用簡單、快捷、低成本的電子通訊方式，買賣雙方是利用簡單、快捷、低成本的電子通訊方式，買賣雙方不謀面地進行各種商貿(mào)活動。不

26、謀面地進行各種商貿(mào)活動。 v 要實現(xiàn)完整的電子商務還會涉及到很多方面，需要有要實現(xiàn)完整的電子商務還會涉及到很多方面，需要有v 由于參與電子商務中的各方在物理上是互不謀面的，因此整個電子由于參與電子商務中的各方在物理上是互不謀面的，因此整個電子商務過程并不是物理世界商務活動的翻版，網(wǎng)上銀行、在線電子支商務過程并不是物理世界商務活動的翻版，網(wǎng)上銀行、在線電子支付等條件和數(shù)據(jù)加密、電子簽名等技術(shù)在電子商務中發(fā)揮著重要的付等條件和數(shù)據(jù)加密、電子簽名等技術(shù)在電子商務中發(fā)揮著重要的不可或缺的作用。不可或缺的作用。 40 算盤是人類最早的手動計算工具，機械式計算機則是在此之后出現(xiàn)的一種用機械技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)學運

27、算的計算工具。3.電子計算機的誕生41 在現(xiàn)代計算機問世之前，計算機的發(fā)展經(jīng)歷了機械計算機機電計算機萌芽期的電子計算機三個階段。 從17世紀到19世紀中期長達200多年的時間里，一批杰出的科學家相繼進行了機械計算機的研制，其中的代表人物有帕斯卡（Blaise Pascal）、萊布尼茨（Gottfried Leibniz）和巴貝奇（Charles Babbage）等。計算機技術(shù)發(fā)展的時間軸計算機技術(shù)發(fā)展的時間軸1854年，年，英國數(shù)學家喬治布爾發(fā)表了關于思維規(guī)律研究的著名論文，成功地把形式邏輯歸結(jié)為一種代數(shù)運算，建立了邏輯代數(shù)（布爾代數(shù)）。在他的工作的基礎上經(jīng)過了許多數(shù)學家的努力，形成了一門新的

28、數(shù)學分支數(shù)理邏輯數(shù)理邏輯，成為現(xiàn)代電子計算機邏輯設計的重要數(shù)學工具。1936年年，英國數(shù)學家艾倫圖靈發(fā)表了關于理想計算機“圖靈機圖靈機”的科學論文。他的理想計算機由三部分組成：一條紙帶、一個讀寫頭和一個控制裝置。這種簡單的機器在理論上已經(jīng)能模擬現(xiàn)代數(shù)字計算機的一切運算，而它的提出比世界上第一臺通用程序控制計算機“Z-3”的出現(xiàn)早了整整5年。1945年年，著名數(shù)學家馮諾依曼（Von Neumann）提出了存儲程序計算存儲程序計算機理論機理論，為現(xiàn)代計算機的體系結(jié)構(gòu)奠定了最終理論基礎。1938年年，信息論的創(chuàng)始人香農(nóng)首次闡明了布爾代數(shù)在開關電路上的作用計算機技術(shù)發(fā)展的時間軸計算機技術(shù)發(fā)展的時間軸1

29、888年，年，赫勒里特發(fā)明制表機，并創(chuàng)建了IBM公司1941年年，朱斯在二戰(zhàn)期間研制成了著名的Z-3計算機1937年年，美國人斯蒂比茲在廚房的餐桌上發(fā)明了一種K型計算機1940年年，控制論之父維納主張計算機五原則1943年年，英國在第二次世界大戰(zhàn)期間研制的“巨人”計算機為戰(zhàn)爭作出貢獻1944年年8月，月，“馬克”1號（MARK I）大型計算機正式投入運行1946年年，啟動“埃尼阿克”（ENIAC）以使用以使用電子管電子管為特點的第一代電子計算機在為特點的第一代電子計算機在20世紀世紀40年末年末和和50年代初獲得重大發(fā)展年代初獲得重大發(fā)展第二代電子計算機于第二代電子計算機于20世紀世紀50年代

30、中斯問世，以年代中斯問世，以晶體管晶體管代替電代替電子管，并增加浮點運算子管，并增加浮點運算1964年年4月月IBM360系統(tǒng)問世，它成為使用系統(tǒng)問世，它成為使用集成電路集成電路的第三代的第三代電子計算機的著名代表電子計算機的著名代表使用超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路的第四代計算機第五代電子計算機被稱為“智能計算機智能計算機”巨型電子計算機巨型電子計算機有不可替代的作用，進入20世紀90年代，采用并行矢量方式的超級電子計算機相繼問世，速度越來越快中國研制成“銀河”億次巨型計算機美國IBM公司研制的每秒鐘能夠進行110億次浮點運算的并行處理器70年代以來年代以來,計算機的生產(chǎn)數(shù)量每年以計算機的

31、生產(chǎn)數(shù)量每年以25%的速度遞增。的速度遞增。運算速度提高10倍可靠性提高10倍成本降低10倍體積縮小10倍總之總之,從從1946年計算機誕生以來年計算機誕生以來,大約每隔五年大約每隔五年 要使計算機正常的工作，需要解決幾個問題要使計算機正常的工作，需要解決幾個問題: 首先：首先：計算機在機器中計算機在機器中信息信息是如何是如何表示表示的？表示成什么樣的形式的？表示成什么樣的形式,計算機才能對它進行處理？計算機才能對它進行處理？ 第二：第二：計算機采用什么樣的計算機采用什么樣的工作方式工作方式，才能使他自動的連續(xù)的快速，才能使他自動的連續(xù)的快速的進行工作的進行工作? 第三：第三：為了實現(xiàn)計算機這

32、些強大的功能，在硬件上為了實現(xiàn)計算機這些強大的功能，在硬件上設置哪些部件設置哪些部件提提供支持供支持? 對這三個問題的提出，以及對這三個問題提出解決的思路和方法對這三個問題的提出，以及對這三個問題提出解決的思路和方法,都歸結(jié)到馮諾依曼思想，也就是要掌握計算機的基本概念，首先必須都歸結(jié)到馮諾依曼思想，也就是要掌握計算機的基本概念，首先必須要了解要了解馮馮諾依曼諾依曼思想思想.計算機組成原理1.1.2 存儲程序概念 計算機（指硬件）應由運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備五大基本部件組成； 計算機內(nèi)部采用二進制來表示指令和數(shù)據(jù)； 將編好的程序和原始數(shù)據(jù)事先存入存儲器中，然后再啟動計算機工作，

33、這就是存儲程序存儲程序的基本含義。1.1 電子計算機與存儲程序控制電子計算機與存儲程序控制 例如：例如：用一個算盤，一張紙，一支筆來計算用一個算盤，一張紙，一支筆來計算y=ax+b-c這個題目，步驟如下。這個題目，步驟如下。 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)y12數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)x11數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)c10數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)b9數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)a8運算完畢運算完畢,暫停暫停停止停止7把算盤上的把算盤上的y值寫出給人看值寫出給人看輸出輸出6算盤上的算盤上的y值記到第值記到第12行行存數(shù)存數(shù) y125完成完成ax+b-c,結(jié)果在算盤上結(jié)果在算盤上減法減法 (10)算盤算盤4完成完成ax+b,結(jié)果在算盤上結(jié)果在算盤上加法加法 (9)算盤算盤3完成完成a*x

34、,結(jié)果在算盤上結(jié)果在算盤上乘法乘法 (11)算盤算盤2(8)表示第表示第8行的數(shù)行的數(shù)a,下同下同取數(shù)取數(shù) (8)算盤算盤1說說 明明解題步驟和數(shù)據(jù)解題步驟和數(shù)據(jù)行數(shù)行數(shù)算盤計算中用到了：算盤計算中用到了： 1. 紙紙:用于存儲解題的原始信息用于存儲解題的原始信息; 2. 算盤算盤:用于對數(shù)據(jù)進行加、減、乘、除等算術(shù)運算用于對數(shù)據(jù)進行加、減、乘、除等算術(shù)運算; 3. 筆筆:用于把原始數(shù)據(jù)和解題步驟記錄到紙上用于把原始數(shù)據(jù)和解題步驟記錄到紙上,及把運算結(jié)果寫出及把運算結(jié)果寫出; 4. 我們?nèi)吮旧砦覀內(nèi)吮旧?主要是主要是腦和手腦和手)用于控制解題步驟。用于控制解題步驟。計算機也需要相應部件計算機也

35、需要相應部件: 1. 運算器運算器:在計算機中相當于算盤功能的部件；在計算機中相當于算盤功能的部件； 2. 存儲器存儲器:在計算機中相當于紙那樣具有在計算機中相當于紙那樣具有“記憶記憶”功能的部件存儲程序功能的部件存儲程序; 3. 輸入設備輸出設備輸入設備輸出設備:相當于筆相當于筆,把原始解題信息送到計算機或把運算結(jié)把原始解題信息送到計算機或把運算結(jié)果顯示出來的設備果顯示出來的設備; 4. 控制器控制器:相當于我們的大腦相當于我們的大腦,能夠自動控制整個計算過程。能夠自動控制整個計算過程。 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線存儲器存儲器運算器運算器控制器控制器接口電路接口電路CPU輸入設備輸入設備輸出設備輸出設

36、備數(shù)字計算機主要組成部分 1.運算器運算器運算器好比一個由電子線路構(gòu)成的算盤運算器好比一個由電子線路構(gòu)成的算盤,能進行加、減、乘、除等算術(shù)能進行加、減、乘、除等算術(shù)運算運算,還可進行邏輯運算。還可進行邏輯運算。寄存器寄存器B累加器累加器A運算單元電路運算單元電路運算器結(jié)構(gòu)示意圖運算器結(jié)構(gòu)示意圖MARMARMDRMDR存儲器存儲器地址地址寄存器寄存器反映存儲單元的個數(shù)反映存儲單元的個數(shù)存儲器存儲器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寄存器寄存器反映存儲字長反映存儲字長2.存儲器存儲器主存儲器主存儲器存儲體存儲體MARMARMDRMDR基本組成基本組成存儲體存儲體地址寄存器地址寄存器譯碼器譯碼器讀讀/ /寫線路寫線路數(shù)據(jù)寄存

37、器數(shù)據(jù)寄存器控制線路控制線路存儲體存儲體大樓大樓存儲單元存儲單元 存放一串二進制代碼存放一串二進制代碼存儲字存儲字 存儲單元中二進制代碼的組合存儲單元中二進制代碼的組合存儲字長存儲字長 存儲單元中二進制代碼的位數(shù)存儲單元中二進制代碼的位數(shù)每個存儲單元賦予一個地址號每個存儲單元賦予一個地址號按地址尋訪按地址尋訪 存儲單元存儲單元 存儲元件存儲元件（0/1） 房間房間 床位床位（無人（無人/ / 有人）有人）主存儲器主存儲器存儲體存儲體MARMARMDRMDRMARMARMDRMDR 存儲單元個數(shù)存儲單元個數(shù)2 24 416存儲字長存儲字長 8 設設 MARMAR = = 4 位位 MDRMDR

38、= = 8 位位存儲器地址寄存器存儲器地址寄存器反映存儲單元的個數(shù)反映存儲單元的個數(shù)存儲器數(shù)據(jù)寄存器存儲器數(shù)據(jù)寄存器反映存儲字長反映存儲字長主存儲器主存儲器存儲體存儲體MARMARMDRMDR存儲體存儲體地址寄存器地址寄存器譯碼器譯碼器讀讀/ /寫線路寫線路數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器控制線路控制線路存存 儲儲 體體: 存放信息的實體。存放信息的實體。尋址系統(tǒng)尋址系統(tǒng)：對地址碼譯碼，選擇存儲單元。：對地址碼譯碼，選擇存儲單元。功功 能能: 存儲信息。存儲信息。 讀讀/寫線路和數(shù)據(jù)寄存器寫線路和數(shù)據(jù)寄存器: 完成讀完成讀/寫操作，暫寫操作，暫存讀存讀/寫數(shù)據(jù)。寫數(shù)據(jù)。存儲體存儲體地址寄存器地址寄存器譯碼

39、器譯碼器讀讀/ /寫線路寫線路數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器控制線路控制線路控制線路控制線路: 產(chǎn)生讀產(chǎn)生讀/寫時序?qū)憰r序, 控制讀控制讀/寫操作。寫操作。 存儲單元存儲單元:存儲單元一般應具有存儲數(shù)據(jù)和讀寫數(shù)據(jù)的存儲單元一般應具有存儲數(shù)據(jù)和讀寫數(shù)據(jù)的功能，一般以功能，一般以8位二進制作為一個存儲單元，也就是一個字位二進制作為一個存儲單元，也就是一個字節(jié)。節(jié)。 地址地址:存儲器是由許多存儲單元組成存儲器是由許多存儲單元組成,每個存儲單元有一每個存儲單元有一個地址（編號）個地址（編號）,稱為地址。稱為地址。 存儲容量存儲容量:存儲器所有存儲單元的總數(shù)。通常用單位存儲器所有存儲單元的總數(shù)。通常用單位“KB、

40、MB”表示表示,如如64KB,128MB。存儲容量越大。存儲容量越大,表示計算表示計算機記憶儲存的信息就越多。機記憶儲存的信息就越多。 外存儲器外存儲器:計算機中又配備的存儲容量更大的磁盤存儲計算機中又配備的存儲容量更大的磁盤存儲器、光盤存儲器等。相對而言器、光盤存儲器等。相對而言,半導體存儲器稱為半導體存儲器稱為內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器,簡稱內(nèi)存。簡稱內(nèi)存。3.控制器控制器 1）功能：）功能：產(chǎn)生控制命令產(chǎn)生控制命令(微命令微命令)， 控制全機操作控制全機操作。寄存器寄存器outoutcontrolinincontrol用控制命令把門電路打開，把數(shù)據(jù)送出用控制命令把門電路打開，把數(shù)據(jù)送出用脈沖命令把

41、門電路打開，數(shù)據(jù)存儲用脈沖命令把門電路打開，數(shù)據(jù)存儲例如例如:門電路門電路2）組成：微命令發(fā)生器）組成：微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器指令信息指令信息狀態(tài)信狀態(tài)信息息時序信號時序信號微命令序列微命令序列 通過微命令發(fā)生器產(chǎn)生相應的相應的微命令，送到計通過微命令發(fā)生器產(chǎn)生相應的相應的微命令，送到計算機的各個操作部件并控制其工作。算機的各個操作部件并控制其工作。微命令產(chǎn)生方式微命令產(chǎn)生方式(指令執(zhí)行控制方式指令執(zhí)行控制方式):組合邏輯控制方式：組合邏輯控制方式：微程序控制方式：微程序控制方式：由組合邏輯電由組合邏輯電 路產(chǎn)生路產(chǎn)生微命令微命令由微指令產(chǎn)生微命令由微指令產(chǎn)生微命令取指令取指令分

42、析指令分析指令執(zhí)行指令執(zhí)行指令PCPCIRIRCUCUPCIRCUCU取指取指執(zhí)行執(zhí)行PC PC 存放當前欲執(zhí)行指令的地址存放當前欲執(zhí)行指令的地址 具有計數(shù)功能（具有計數(shù)功能（PCPC）+ + 1 PC1 PCIR IR 存放當前欲執(zhí)行的指令存放當前欲執(zhí)行的指令訪存訪存訪存訪存完成完成一條一條指令指令3).執(zhí)行指令執(zhí)行指令12356789以取數(shù)指令為例以取數(shù)指令為例4主機完成一條指令的過程主機完成一條指令的過程CU控制控制單元單元主存儲器主存儲器MDRMAR存儲體存儲體CPUPC控制器控制器IR運算器運算器MQACCALUXI/O12356798以存數(shù)指令為例以存數(shù)指令為例4CU控制控制單元單元主存儲器主存儲器MDRMAR存儲體存儲體CPUPC控制器控制器IR運算器運算器MQACCALUXI/O功能：產(chǎn)生控制命令（微命令），控制全機工作。功能：產(chǎn)生控制命令（微命令），控制全機工作。123U1:A74HC08R1100RVCCVolts 0.0010Volts 0.00123U1:A74HC08R1100RVCCVolts+5.0011Volts+5.00123U1:A74HC08R1100RVCCVolts+5.0000Volts 0.00DCLKQQU2DTFFR2100RVolts 0.00VCCVolts 0.000