計(jì)算機(jī)組成原理唐朔飛PPT 第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論_第1頁
計(jì)算機(jī)組成原理唐朔飛PPT 第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論_第2頁
計(jì)算機(jī)組成原理唐朔飛PPT 第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論_第3頁
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計(jì)算機(jī)組成原理

思考(1)上大學(xué)是為了什么?大學(xué)里要學(xué)到什么?成才?什么才?如何成才?將來:研究員?教師?老板?職員?CTO?更好的工作,更好的生活目標(biāo)+勤奮+激情思考(2)最重要的一點(diǎn):學(xué)會(huì)自學(xué)學(xué)會(huì)如何做事學(xué)會(huì)如何在競(jìng)爭激烈的環(huán)境中生存建立穩(wěn)固的心理架構(gòu)主動(dòng)學(xué)習(xí)主動(dòng)就是不用別人告訴你,你就能出色地完成工作次之,就是別人告訴了你一次,…再次之,…兩次

…更次之,…形勢(shì)所迫

……追著你,…告訴你…盯著你做,你也不會(huì)把事情做好…第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡介1.4本書結(jié)構(gòu)1.3計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)1.2計(jì)算機(jī)的基本組成由具有各類特殊功能的信息(程序)組成1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的實(shí)體如主機(jī)、外設(shè)等一、計(jì)算機(jī)軟、硬件的概念硬件軟件1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡介按任務(wù)需要編制成的各種程序用來管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件軟件1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡介計(jì)算機(jī)的指揮中心??刂聘鱾€(gè)部件有條不紊地協(xié)調(diào)工作。控制器輸出設(shè)備實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算部件存放數(shù)據(jù)和程序的記憶部件向計(jì)算機(jī)輸入信息(程序、數(shù)據(jù)、聲音、文字、圖形、圖像等)的設(shè)備顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等硬件運(yùn)算器存儲(chǔ)器輸入設(shè)備1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡介每一個(gè)成功的男人背后都有一個(gè)成功的女人!——《傲慢與偏見》,作者:簡·奧斯汀每一個(gè)成功的電子產(chǎn)品里面至少有一個(gè)成功的處理器!有處理器的電子設(shè)備,其實(shí)都可以叫做計(jì)算機(jī)。1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡介2016年3月15日,谷歌人工智能AlphaGo與圍棋世界冠軍李世石的人機(jī)大戰(zhàn)的最后一場(chǎng)也已經(jīng)結(jié)束了,人機(jī)大戰(zhàn)第五場(chǎng)經(jīng)過長達(dá)5個(gè)小時(shí)搏殺,最終以李世石認(rèn)輸落幕。李世石與AlphaGo總比分定格在1比4。過去一周,AlphaGo戰(zhàn)勝了人類頂尖棋手,這不禁讓人們感到失望與擔(dān)心。不過人工智能的發(fā)展速度令人震驚,李世石的贏面本就不大。

此前有專家也表示過,阿爾法狗是通過“策略網(wǎng)絡(luò)”和“值網(wǎng)絡(luò)”兩種不同的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來分析棋局,挑選“有前途”的棋步,拋棄明顯的差棋,判斷下子的勝算。目前還不夠完美,現(xiàn)在看來,在人工智能的發(fā)展上,人類和機(jī)器人都還有很長的路要走。計(jì)算機(jī)高級(jí)語言程序目標(biāo)程序結(jié)果翻譯運(yùn)行2.計(jì)算機(jī)的解題過程1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡介二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)高級(jí)語言虛擬機(jī)器M3匯編語言虛擬機(jī)器M2操作系統(tǒng)虛擬機(jī)器機(jī)器語言實(shí)際機(jī)器M1微指令系統(tǒng)微程序機(jī)器M01.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡介用編譯程序翻譯成匯編語言程序用匯編程序翻譯成機(jī)器語言程序用機(jī)器語言解釋操作系統(tǒng)用微指令解釋機(jī)器指令由硬件直接執(zhí)行微指令軟件硬件虛擬機(jī)器M4虛擬機(jī)器M3虛擬機(jī)器M2實(shí)際機(jī)器M1微程序機(jī)器M01.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡介虛擬機(jī),在計(jì)算機(jī)科學(xué)中的體系結(jié)構(gòu)里,是指一種特殊的軟件,他可以在計(jì)算機(jī)平臺(tái)和終端用戶之間創(chuàng)建一種環(huán)境,而終端用戶則是基于這個(gè)軟件所創(chuàng)建的環(huán)境來操作軟件。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中,虛擬機(jī)是指可以像真實(shí)機(jī)器一樣運(yùn)行程序的計(jì)算機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn)。程序員所見到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性概念性的結(jié)構(gòu)與功能特性計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性有無乘法指令如何實(shí)現(xiàn)乘法指令(指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)類型、尋址技術(shù)、I/O機(jī)理)(具體指令的實(shí)現(xiàn))三、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)組成1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡介1.2計(jì)算機(jī)的基本組成1.計(jì)算機(jī)由五大部件組成3.指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示4.指令由操作碼和地址碼組成6.以運(yùn)算器為中心2.指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲(chǔ)器

可按地址尋訪5.存儲(chǔ)程序一、馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)5.存儲(chǔ)程序算術(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)算存放數(shù)據(jù)和程序?qū)⑿畔⑥D(zhuǎn)換成機(jī)器能識(shí)別的形式將結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們熟悉的形式指揮程序運(yùn)行馮·諾依曼計(jì)算機(jī)硬件框圖存儲(chǔ)器輸入設(shè)備運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備1.2計(jì)算機(jī)的基本組成馮·諾依曼計(jì)算機(jī)硬件框圖存儲(chǔ)器輸入設(shè)備運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備1.2計(jì)算機(jī)的基本組成二、計(jì)算機(jī)硬件框圖1.以存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)硬件框圖程序存儲(chǔ)器輸出設(shè)備輸入設(shè)備運(yùn)算器控制器數(shù)據(jù)結(jié)果計(jì)算1.2計(jì)算機(jī)的基本組成ALU主存輔存CPU主機(jī)I/O硬件CU2.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件框圖存儲(chǔ)器輸入設(shè)備運(yùn)算器輸出設(shè)備控制器ALUCPU主機(jī)I/OCU主存1.2計(jì)算機(jī)的基本組成內(nèi)存:RAM、易失性存儲(chǔ)器,讀取硬盤數(shù)據(jù)供Cpu使用。暫時(shí)存儲(chǔ)程序以及數(shù)據(jù)的地方。是硬盤與cpu之間的橋梁。

主要廠商:金士頓、南亞易勝

CPU:中央處理器,是一臺(tái)計(jì)機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心。主要廠商:AMD、Intel

1.2計(jì)算機(jī)的基本組成

主板:集成芯片、電路系統(tǒng)及各種接口,是計(jì)算機(jī)最基本的也是最重要的部件之一。功能:連接各個(gè)硬件,使其能相互通訊。

主要廠商:華碩、技嘉、微星硬盤:由一個(gè)或者多個(gè)鋁制或者玻璃制的碟片組成,是電腦主要的存儲(chǔ)媒介之一。功能:存儲(chǔ)操作系統(tǒng)及用戶資料。主要廠商:希捷、日立、東芝、西部數(shù)據(jù)、三星1.2計(jì)算機(jī)的基本組成

顯卡:顯卡又稱為顯示適配器或顯示器配置卡,是計(jì)算機(jī)最基本配置之一。功能:將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所需要的顯示信息,輸出到顯示器。主要廠商:七彩虹、迪蘭恒進(jìn)

聲卡:也叫音頻卡,是實(shí)現(xiàn)聲波/數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的一種硬件。功能:輸出計(jì)算機(jī)聲音到揚(yáng)聲器。主要廠商:創(chuàng)新、華碩

光驅(qū):在臺(tái)式機(jī)和筆記本便攜式電腦里比較常見的一個(gè)部件。功能:播放多媒體文件,RW刻錄機(jī)還可刻錄視頻、音樂及文件。主要廠商:索尼、三星、LG

網(wǎng)卡:是接入網(wǎng)絡(luò)與其它設(shè)備通信必不可少的部件。功能:接入網(wǎng)絡(luò),與其它設(shè)備通訊主要廠商:intel、博通、TP-Link、D-link1.2計(jì)算機(jī)的基本組成討論:簡述微處理器、微計(jì)算機(jī)及微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三個(gè)術(shù)語的內(nèi)涵答:微處理器是微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心硬件部件,主要包含運(yùn)算器和控制器,對(duì)系統(tǒng)的性能起決定性的影響。微計(jì)算機(jī)包括微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路及系統(tǒng)總線。微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是在微計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上配上相應(yīng)的外部設(shè)備和各種軟件,形成一個(gè)完整的、獨(dú)立的信息處理系統(tǒng)。1.2計(jì)算機(jī)的基本組成1.上機(jī)前的準(zhǔn)備建立數(shù)學(xué)模型-+-+-=!x9!x7!x5!x3xx9753sin…編制解題程序確定計(jì)算方法程序—運(yùn)算的全部步驟0,1,2,)()(21nynxynx=+=√…指令—每一個(gè)步驟三、計(jì)算機(jī)的工作步驟1.2計(jì)算機(jī)的基本組成取x

至運(yùn)算器中乘以x

在運(yùn)算器中乘以a在運(yùn)算器中存ax2在存儲(chǔ)器中取b至運(yùn)算器中乘以x

在運(yùn)算器中加ax2在運(yùn)算器中加c在運(yùn)算器中(ax+b)x+c取x

至運(yùn)算器中乘以a在運(yùn)算器中加b在運(yùn)算器中乘以x

在運(yùn)算器中加c在運(yùn)算器中計(jì)算ax2+bx+c編程舉例1.2計(jì)算機(jī)的基本組成0000010000001000打印

停機(jī)取數(shù)α[α]ACC存數(shù)β[ACC]

β加γ[ACC]+[γ]

ACC乘δ[ACC]×[δ]ACC指令格式舉例操作碼地址碼

[

]打印機(jī)1.2計(jì)算機(jī)的基本組成2.計(jì)算機(jī)的解題過程(1)運(yùn)算器的基本組成及操作過程運(yùn)算器MQACCALUXACCMQX加法被加數(shù)和加數(shù)減法被減數(shù)差減數(shù)乘法乘積高位乘數(shù)乘積低位被乘數(shù)除法被除數(shù)余數(shù)商除數(shù)1.2計(jì)算機(jī)的基本組成運(yùn)算器MQACCALUXACC被加數(shù)ACC初態(tài)①加法操作過程[ACC]+[X]ALU[M]XXACCACC指令加M1.2計(jì)算機(jī)的基本組成②減法操作過程運(yùn)算器MQACCALUX指令減MACC被減數(shù)ACC初態(tài)[M]XX[ACC]-[X]ALUACCACC1.2計(jì)算機(jī)的基本組成運(yùn)算器MQACCALUXACCACC被乘數(shù)初態(tài)ACCMQ[M]MQ指令乘M③乘法操作過程X[ACC]X00ACCALU[X]×[MQ]ACC∥MQACCMQ1.2計(jì)算機(jī)的基本組成運(yùn)算器MQACCALUXACC被除數(shù)ACC初態(tài)[ACC]÷[X]ALUMQACCMQ余數(shù)在ACC中指令除M[M]

XX④除法操作過程1.2計(jì)算機(jī)的基本組成存儲(chǔ)體大樓存儲(chǔ)單元存放一串二進(jìn)制代碼存儲(chǔ)字存儲(chǔ)單元中二進(jìn)制代碼的組合存儲(chǔ)字長存儲(chǔ)單元中二進(jìn)制代碼的位數(shù)每個(gè)存儲(chǔ)單元賦予一個(gè)地址號(hào)按地址尋訪–存儲(chǔ)單元–存儲(chǔ)元件(0/1)–

房間–

床位(無人/

有人)(2)存儲(chǔ)器的基本組成主存儲(chǔ)器存儲(chǔ)體MARMDR1.2計(jì)算機(jī)的基本組成MARMDR存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)

16存儲(chǔ)字長

8

設(shè)MAR

=

4

MDR

=

8

位存儲(chǔ)器地址寄存器反映存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器反映存儲(chǔ)字長(2)存儲(chǔ)器的基本組成主存儲(chǔ)器存儲(chǔ)體MARMDR1.2計(jì)算機(jī)的基本組成取指令分析指令執(zhí)行指令PCIRCUPCIRCU取指執(zhí)行PC存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址具有計(jì)數(shù)功能(PC)+

1PCIR存放當(dāng)前欲執(zhí)行的指令訪存訪存完成一條指令(3)控制器的基本組成1.2計(jì)算機(jī)的基本組成123567894(4)主機(jī)完成一條指令的過程(以取數(shù)指令為例)CU控制單元主存儲(chǔ)器MDRMAR存儲(chǔ)體CPUPC控制器IR…運(yùn)算器MQACCALUXI/O1.2計(jì)算機(jī)的基本組成123567984CU控制單元主存儲(chǔ)器MDRMAR存儲(chǔ)體CPUPC控制器IR…運(yùn)算器MQACCALUXI/O(4)主機(jī)完成一條指令的過程(以存數(shù)指令為例)1.2計(jì)算機(jī)的基本組成(5)ax2+bx+c程序的運(yùn)行過程將程序通過輸入設(shè)備送至計(jì)算機(jī)程序首地址打印結(jié)果分析指令取指令…停機(jī)啟動(dòng)程序運(yùn)行,(PC)+1PC執(zhí)行指令MARMMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)MARMMDRACCPC1.2計(jì)算機(jī)的基本組成1.3計(jì)算機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)1.機(jī)器字長2.運(yùn)算速度CPU

一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)與

CPU

中的

寄存器位數(shù)

有關(guān)=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(shí)鐘周期數(shù)CPI每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)FLOPS221

=

256KB213=

1KB如:3.存儲(chǔ)容量主存容量輔存容量存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)

×

存儲(chǔ)字長字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)80GB如:MARMDR容量10

816

32存放二進(jìn)制信息的總數(shù)量1K=210

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