計算機組成原理第一章word版本

計算機組成原理第一章第１章計算機系統(tǒng)概論1.1計算機系統(tǒng)簡介1.4本書結構1.3計算機硬件的主要技術指標1.2計算機的基本組成系統(tǒng)軟件應用軟件計算機軟件計算機系統(tǒng)計算機硬件操作系統(tǒng)語言處理程序診斷程序各種標準程序庫。。。MISERPOFFICEOUTLOOK。。。1計算機系統(tǒng)的組成1.1計算機系統(tǒng)簡介一、計算機的軟硬件概念CPU主存外設系統(tǒng)總線計算機組成內部總線控制器運算器寄存器組CPU組成總線系統(tǒng)：各部件之間傳送信息的通路和器件硬件系統(tǒng)計算機硬件系統(tǒng)的一種構成形式存儲器運算器控制器適配器輸入設備輸出設備系統(tǒng)總線軟件系統(tǒng)軟件程序設計語言應用軟件：軟件包，數(shù)據(jù)庫機器語言匯編語言高級語言監(jiān)控程序操作系統(tǒng)編輯程序解釋程序編譯程序診斷程序…服務程序語言處理程序操作系統(tǒng)用戶程序應用軟件包工具軟件…系統(tǒng)軟件應用軟件軟件系統(tǒng)結果計算機高級語言程序目標程序翻譯運行1.11.計算機的解題過程二、計算機系統(tǒng)的層次結構高級語言虛擬機器M3匯編語言虛擬機器M2操作系統(tǒng)虛擬機器機器語言實際機器M1微指令系統(tǒng)微程序機器M01.12.計算機的層次結構用編譯程序翻譯成匯編語言程序用匯編程序翻譯成機器語言程序用機器語言解釋操作系統(tǒng)用微指令解釋機器指令由硬件直接執(zhí)行微指令軟件硬件1.1虛擬機器M4虛擬機器M3虛擬機器M2實際機器M1微程序機器M0程序員所見到的計算機系統(tǒng)的屬性概念性的結構與功能特性計算機體系結構計算機組成實現(xiàn)計算機體系結構所體現(xiàn)的屬性有無乘法指令如何實現(xiàn)乘法指令（指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)類型、尋址技術、I/O機理）（具體指令的實現(xiàn)）1.1三、計算機體系結構和計算機組成1.2計算機的基本組成計算機由五大部件組成指令和數(shù)據(jù)用二進制表示指令由操作碼和地址碼組成以運算器為中心指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲器，可按地址尋訪一、馮·諾依曼計算機的特點存儲程序典型馮.諾依曼計算機結構

存儲器輸出輸入運算器控制器數(shù)據(jù)線路控制信號二、計算機硬件框圖1.21.以存儲器為中心的計算機硬件框圖程序存儲器輸出設備輸入設備運算器控制器數(shù)據(jù)結果計算ALU主存輔存CPU主機I/O設備硬件CU2.現(xiàn)代計算機硬件框圖存儲器輸入設備運算器輸出設備控制器1.2ALUCPU主機I/O設備CU主存1.上機前的準備建立數(shù)學模型-+-+-=!x9!x7!x5!x3xx9753sin…編制解題程序確定計算方法程序——運算的全部步驟0,1,2,)()(21nynxynx=+=√…指令——每一個步驟1.2三、計算機的工作步驟取x至運算器中乘以x在運算器中乘以a在運算器中存ax2

在存儲器中取b至運算器中乘以x在運算器中加ax2

在運算器中加c在運算器中=(ax

+

b)x

+

c

取x至運算器中乘以a在運算器中加b在運算器中乘以x在運算器中加c在運算器中計算ax2+bx+c1.2編程舉例指令格式指令中應包含的信息：運算數(shù)據(jù)的來源運算結果的去向執(zhí)行的操作。操作碼地址碼指令和數(shù)據(jù)存于主存單元的地址指令注釋操作碼地址碼00000010000001000取數(shù)x至ACC10001000000001001乘a得ax

,存于ACC中20000110000001010加b得ax+b

,存于ACC中30001000000001000乘x得（ax+b)x,存于ACC中40000110000001011加c得ax2+bx+c

,存于ACC50000100000001100將ax2+bx+c

,存于主存單元60001010000001100打印7000110停機8

x原始數(shù)據(jù)x9

a原始數(shù)據(jù)a10b原始數(shù)據(jù)b11c原始數(shù)據(jù)c12存放結果1.2計算ax2+bx+c程序清單存儲器：是計算機系統(tǒng)中的記憶設備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。存儲元：存儲器的最小組成單位，用以存儲1位二進制代碼。存儲單元：是CPU訪問存儲器基本單位，由若干個具有相同操作屬性的存儲元組成。幾個基本概念2.計算機的解題過程(1)存儲器的基本組成單元地址：在存儲器中用以標識存儲單元的唯一編號，CPU通過該編號訪問相應的存儲單元。字存儲單元：存放一個字的存儲單元，相應的單元地址叫字地址。字節(jié)存儲單元：存放一個字節(jié)的存儲單元，相應的單元地址叫字節(jié)地址存儲體：存儲單元的集合，是存放二進制信息的地方存儲器各個概念之間的關系單元地址00…0000…01........XX…XX存儲單元存儲元存儲容量存儲體1.2MARMDR存儲器地址寄存器反映存儲單元的個數(shù)存儲器數(shù)據(jù)寄存器反映存儲字長MDR主存儲器存儲體MARACCMQX(2)運算器的基本組成及操作過程1.2運算器MQACCALUX被加數(shù)被減數(shù)被除數(shù)乘數(shù)商加數(shù)減數(shù)被乘數(shù)除數(shù)加法減法乘法除法和差余數(shù)乘積高位乘積低位運算器MQACCALUXACC被加數(shù)ACC初態(tài)

①加法操作過程1.2[ACC]+[X]ALU[M]XXACCACC指令加M1.2②減法操作過程運算器MQACCALUX指令減MACC被減數(shù)ACC初態(tài)

[M]XX[ACC]-[X]ALUACCACC運算器MQACCALUXACCACC被乘數(shù)初態(tài)

1.2MQ[M]MQ指令

乘M③乘法操作過程X[ACC]XALU[X]×[MQ]00ACCACC∥MQACCMQ運算器MQACCALUXACC被除數(shù)ACC初態(tài)

1.2[ACC]÷[X]ALUMQACCMQ余數(shù)在ACC中指令除M[M]

XX④除法操作過程取指令分析指令執(zhí)行指令PCIRCU取指執(zhí)行PC存放當前欲執(zhí)行指令的地址，

具有計數(shù)功能（PC）+

1PCIR存放當前欲執(zhí)行的指令訪存訪存完成一條指令1.2(3)控制器的基本組成CU控制單元PCIRCU12356789以取數(shù)指令為例4(4)主機完成一條指令的過程1.2CU控制單元主存儲器MDRMAR存儲體CPUPC控制器IR…運算器MQACCALUXI/O設備12356798以存數(shù)指令為例41.2(4)主機完成一條指令的過程CU控制單元主存儲器MDRMAR存儲體CPUPC控制器IR…運算器MQACCALUXI/O設備(5)ax2+bx+c程序的運行過程將程序通過輸入設備送至計算機程序首地址打印結果分析指令取指令…停機啟動程序運行,(PC

)+

1PC執(zhí)行指令1.2MARMMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)MARMMDRACCPC位：這是計算機中所表示的最基本、最小的數(shù)據(jù)單元。字長：是計算機能并行傳送的最大二進制位數(shù)。字節(jié)（Byte）：是計算機中通用的基本單元，由8個二進制位組成。字：是計算機內部進行數(shù)據(jù)處理的基本單位。1.3計算機硬件的主要技術指標運算速度=ni

=1fi

tiTM∑吉普森法主頻每秒執(zhí)行百萬條指令MIPS執(zhí)行一條指令所需時鐘周期數(shù)CPI每秒浮點運算次數(shù)FLOPS存儲容量：是存儲器可以容納的二進制信息量.以字節(jié)（byte簡寫為B）為單位。常用的單位還有KB、MB、GB等。1Byte＝8bit1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB

指令執(zhí)行時間：是指取指令和執(zhí)行指令所花時間的總和?？煽啃裕褐赣嬎銠C在規(guī)定時間和條件下正常工作不發(fā)生故障的概率。兼容性：指計算機硬件設備和軟件程序可用于其他多種系統(tǒng)的性能。性能價格比：是衡量計算機產(chǎn)品優(yōu)劣的綜合性指標。第１篇概論1.4本書結構計算機1.4本書結構第２篇計算機系統(tǒng)的硬件結