計(jì)算機(jī)組成原理第一講(引言)

1、計(jì)算機(jī)組成原理第一講：引言課程介紹學(xué)習(xí)本課程的目的本課程與其它專(zhuān)業(yè)課程的層次關(guān)系課程的主要內(nèi)容教學(xué)安排教材與參考書(shū)其它信息成績(jī)計(jì)算2學(xué)習(xí)本課程的目的目的之一： 從硬件的角度，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程，掌握計(jì)算機(jī)最基本的工作原理?！坝?jì)算機(jī)內(nèi)部究竟是怎么工作的？”目的之二： 為培養(yǎng)在計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的分析、研究、開(kāi)發(fā)等方面的能力打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。3學(xué)習(xí)本課程的目的目的之三： 了解硬件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位。以硬件為核心，疊加不同層次的軟件，構(gòu)成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如下圖所示：4計(jì)算機(jī)硬件機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言操作系統(tǒng)其它系統(tǒng)軟件應(yīng)用程序應(yīng)用程序5本課程與其它專(zhuān)業(yè)課的層次關(guān)系本課程的基礎(chǔ)課程計(jì)算機(jī)導(dǎo)論數(shù)字邏輯匯編語(yǔ)言程序

2、設(shè)計(jì)本課程的性質(zhì)：具有專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課雙重性質(zhì)。6 計(jì)算機(jī)組成原理 微機(jī)原理操作系統(tǒng)編譯原理編程語(yǔ)言 軟件工程 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)庫(kù)人工智能 程序設(shè)計(jì)理論 模擬/ 數(shù)字電路 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)課程硬件層系統(tǒng)軟件專(zhuān)業(yè)課7課程主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件組成包括五大功能部件：運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器輸入系統(tǒng)輸出系統(tǒng)學(xué)習(xí)各部分的工作原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法及相互之間的連接并構(gòu)成整機(jī)的方法。8教學(xué)安排教學(xué)內(nèi)容：引言及緒論：4學(xué)時(shí)計(jì)算機(jī)中信息表示：10學(xué)時(shí)CPU子系統(tǒng)：18學(xué)時(shí)存儲(chǔ)器子系統(tǒng)：8學(xué)時(shí)輸入/輸出系統(tǒng)：6學(xué)時(shí)9教學(xué)安排本課程重點(diǎn)：中央處理器 (CPU) 特別是: 通路結(jié)構(gòu)、指令流程存儲(chǔ)器部分：存儲(chǔ)器邏輯設(shè)計(jì)I/

3、O系統(tǒng)部分：中斷機(jī)制及其接口設(shè)計(jì)。 10教材與參考書(shū)教材：計(jì)算機(jī)組成原理 羅克露等編 電子工業(yè)出版社參考書(shū)：計(jì)算機(jī)組成原理 白中英主編 科學(xué)出版社計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 俸遠(yuǎn)楨等編 電子工業(yè)出版社11其它信息學(xué)時(shí)：課內(nèi)56學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)。課外56學(xué)時(shí)。開(kāi)課時(shí)間：2009年春季， 119周主講教師：顏俊華聯(lián)系方式：Email: QQ：652758191Phone: 12成績(jī)計(jì)算期末考試：70平時(shí)成績(jī)：15%，主要包括作業(yè)、隨堂測(cè)驗(yàn)和考勤實(shí)驗(yàn)成績(jī)：15%，主要包括實(shí)驗(yàn)課考勤、做實(shí)驗(yàn)情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量考勤：隨時(shí)抽查作業(yè)要求：作業(yè)不能抄襲。做錯(cuò)不扣分，態(tài)度差要扣分。（作業(yè)的題目不用抄，

4、寫(xiě)題號(hào)就可以。）13第一章：概論 本章學(xué)習(xí)主要內(nèi)容：基本組成特點(diǎn)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)硬件系統(tǒng)組織性能指標(biāo)目的是通過(guò)本章的學(xué)習(xí)能建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念。 14計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)理論：圖靈論題 1936年圖靈（英國(guó)）發(fā)表論文： 論應(yīng)用于決定問(wèn)題的可計(jì)算數(shù)字 論文中心思想： 人類(lèi)的工作可以分解成簡(jiǎn)單動(dòng)作機(jī)器需要：存儲(chǔ)器：用于存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果；15計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論一種語(yǔ)言：表示運(yùn)算和數(shù)字；掃描：對(duì)運(yùn)算和數(shù)字進(jìn)行識(shí)別；計(jì)算意向：計(jì)算過(guò)程中的下一步做什么；執(zhí)行下一步計(jì)算這種理想機(jī)器被稱(chēng)為：“圖靈機(jī)”著名的圖靈論題：凡可計(jì)算的函數(shù)都可用這樣的機(jī)器來(lái)實(shí)現(xiàn) 論題為計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生打下了理論基礎(chǔ)16計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史第一臺(tái)計(jì)

5、算機(jī)的產(chǎn)生第一臺(tái)計(jì)算機(jī)：ENIAC “埃尼阿克”(ElectronicNumerical Integrator And Computer電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī))于1946年在美國(guó)誕生 (由賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院制成） 十進(jìn)制運(yùn)算 18000多個(gè)電子管、1500多個(gè)繼電器 150千瓦、30噸、170平方米 5000次加法秒（或400次乘法秒） 用手工搬動(dòng)開(kāi)關(guān)和拔插電纜來(lái)編程 17計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生作用：計(jì)算火箭、炮彈等的彈道軌跡ENIAC的兩大缺點(diǎn)：沒(méi)有內(nèi)部存儲(chǔ)器不同的計(jì)算需要重新搭配組件計(jì)算 1計(jì)算3計(jì)算 218計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史1946年由美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制 ENIAC（Elect

6、ronic Numerical Integrator And calculator），運(yùn)算速度 5000次/秒，功耗150kw/h，占地170m2 ，造價(jià)100萬(wàn)美元。19計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī) ENIAC(1946于美國(guó))20計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史英國(guó)人的觀點(diǎn)：第一臺(tái)計(jì)算機(jī)英國(guó)于1940年研制的“巨人” 計(jì)算機(jī)作用：破譯德國(guó)“謎式”密碼“ENIAC”與“巨人”的共同點(diǎn): 專(zhuān)用不具有現(xiàn)代計(jì)算機(jī)特征21計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史現(xiàn)代計(jì)算機(jī)原型馮.諾依曼：存儲(chǔ)程序式通用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu) 該結(jié)構(gòu)明確規(guī)定：計(jì)算機(jī)由5個(gè)部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備EDVAC1952年研制成功(Electro

7、nic Discrete Variable Automatic Computer) （馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)） 第一臺(tái)商用計(jì)算機(jī): IBM 701 (1952年)22計(jì)算機(jī)與諾依曼體制計(jì)算機(jī)軟、硬件由具有各類(lèi)特殊功能的信息（程序）組成計(jì)算機(jī)的實(shí)體如主機(jī)、外設(shè)等硬件：軟件：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)23計(jì)算機(jī)與諾依曼體制 輸入設(shè)備 控制器 輸出設(shè)備狀態(tài)命令請(qǐng)求命令命令請(qǐng)求數(shù)據(jù)結(jié)果地址指令 存儲(chǔ)器 運(yùn)算器計(jì)算機(jī)組成示意圖24計(jì)算機(jī)與諾依曼體制工作過(guò)程如下:(1) 編程、并組織相應(yīng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(3) 執(zhí)行程序(2) 程序和數(shù)據(jù)輸入 按地址取第一條指令指令譯碼發(fā)出操作命令根據(jù)操作結(jié)果設(shè)置狀態(tài)位, 如：25為0 1 Z為1

8、0 Z為正 0 S為負(fù) 1 S標(biāo)志位(4) 取下一條指令, 重復(fù)上述過(guò)程操作結(jié)果 指令i結(jié)果為0 指令knoyes 指令m計(jì)算機(jī)與諾依曼體制26結(jié)合框圖和工作過(guò)程 結(jié)論:從體系結(jié)構(gòu)的角度: 以存儲(chǔ)器為中心的結(jié)構(gòu)(符合馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)思想)從控制的角度: 以控制器為中心的結(jié)構(gòu)(操作性質(zhì)和時(shí)間關(guān)系)計(jì)算機(jī)與諾依曼體制27計(jì)算機(jī)工作原理的實(shí)質(zhì)：信息以電信號(hào)形式流動(dòng)流動(dòng)過(guò)程是受控的受控的表現(xiàn)是: 流動(dòng)方向 流動(dòng)時(shí)機(jī) 流動(dòng)時(shí)間控制過(guò)程的實(shí)現(xiàn): 電子開(kāi)關(guān)器件控制的依據(jù)：程序中的指令計(jì)算機(jī)與諾依曼體制28Intel 8086系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)Intel 8086處理器Intel 8087浮點(diǎn)數(shù)處理器地址鎖存器數(shù)

9、據(jù)收發(fā)器總線控制器器 RAM存儲(chǔ)器 輸入輸出接口 輸入輸出設(shè)備 ROM存儲(chǔ)器29諾依曼體制主要思想：采用二進(jìn)制代碼形式表示信息（數(shù)據(jù)、指令）；采用存儲(chǔ)程序工作方式（這是諾依曼思想最核心的概念）；計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由五大部件（存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備）組成。計(jì)算機(jī)與諾依曼體制30信息的數(shù)字化表示計(jì)算機(jī)是通過(guò)執(zhí)行程序（指令序列）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的加工處理的。計(jì)算機(jī)中的各種信息可分為兩大類(lèi):控制信息,數(shù)據(jù)信息控制信息：指令代碼序列以此為基礎(chǔ)產(chǎn)生的控制信號(hào)(微命令)序列，控制計(jì)算機(jī)的工作。數(shù)據(jù)信息: 計(jì)算機(jī)加工處理的對(duì)象,分為數(shù)值型和非數(shù)值型(字符,文字,圖像,聲音,邏輯信息等)31信息的數(shù)字化表示包含兩層含義：用數(shù)字代碼表示各種信息用數(shù)字信號(hào)表示數(shù)字代碼用數(shù)字代碼表示各種信息：數(shù)值型數(shù)據(jù)、字符、圖像、聲音和指令等。在物理機(jī)制上用數(shù)字信號(hào)表示數(shù)字代碼 電平的高低，脈沖的有無(wú)等信息的數(shù)字化表示3