計(jì)算機(jī)組成原理-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

計(jì)算機(jī)組成原理

主講教師：吳繼明

計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系

TEL/p>

E-mail:wujml170@163.com

結(jié)束開始授課

腦點(diǎn)專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課

硬件系列課程之一

計(jì)算機(jī)組成原理

微機(jī)原理及接口技術(shù)

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)

單片機(jī)原理與應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

指定選修課

以技術(shù)為主

面向應(yīng)用

軟硬件相結(jié)合

先修課程

數(shù)字邏輯

提供硬件基礎(chǔ)

匯編語言程序設(shè)計(jì)

建立必備軟件基礎(chǔ)

掌握指令系統(tǒng)、程序格式

課程目標(biāo)

?使學(xué)生掌握微型計(jì)算機(jī)各大部件的

(1)部件的組成原理

(2)部件的設(shè)計(jì)方法

(3)數(shù)字邏輯層的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

(4)互連構(gòu)成單機(jī)系統(tǒng)的技術(shù).

打好計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)和使用的

基礎(chǔ)。

J向客章節(jié)目錄計(jì)劃學(xué)時(shí)

第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論2

第2章運(yùn)算方法和運(yùn)算器16

第3章存儲(chǔ)系統(tǒng)15

第4章指令系統(tǒng)5

第5章中央處理器18

】內(nèi)容

章節(jié)目錄（續(xù)）計(jì)劃學(xué)時(shí)

第6章總線系統(tǒng)3

第7章外圍設(shè)備2

第8章輸入輸出設(shè)備3

度：也里的"創(chuàng)學(xué)時(shí)不包挺安彩母時(shí)。

Jj孽習(xí)

y塞求學(xué)習(xí)方法很重要

復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容

課堂：聽講與理解、適當(dāng)筆記

課后：認(rèn)真完成作業(yè)

實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勇于實(shí)踐

總成績=考試成績（70%）+

實(shí)驗(yàn)成績（20%）+平時(shí)成績（10%）

&篇參考書目

a《計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》王愛英清華大學(xué)出版社

＞《計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)》金蘭高等教育出版社

■《計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書與習(xí)題集》王誠等

清華大學(xué)出版社

■《COMPUTERORGANIZATIONAND

ARCHITECTURESWilliamStallings

Prentice-HalIJnc.

＞《結(jié)構(gòu)化計(jì)算機(jī)組成》AndrewS.Tanenbaum,

機(jī)械工業(yè)出版社

?清華、科大、電子、機(jī)械等出版社出版的相關(guān)教材

第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

a［知識(shí)要點(diǎn)］

L計(jì)算機(jī)的發(fā)展、分類、特點(diǎn)與應(yīng)用；

2,計(jì)算機(jī)硬件和軟件的基本概念；

3.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組織，各部分的功能及其組

成框圖；

4.計(jì)算機(jī)的工作過程，即執(zhí)行指令的過程；

5.馮?努依曼型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想;

6.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)及其演化過程。

第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

§1.1計(jì)算機(jī)的分類和應(yīng)用

§1.2計(jì)算機(jī)的硬件

§1.3計(jì)算機(jī)的軟件

§1.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

§本章知識(shí)小結(jié)

結(jié)束

計(jì)1.1計(jì)算機(jī)的分類和應(yīng)用

算r電子模擬計(jì)算機(jī)巨型機(jī)

機(jī)大型機(jī)

的「專用計(jì)算機(jī)r丑型機(jī)

分Y電子數(shù)字J小型機(jī)

類計(jì)算機(jī)〔通用計(jì)算機(jī)《微型機(jī)

單片機(jī)

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

<「

科自測(cè)信教家人

學(xué)動(dòng)量息育用工

計(jì)控和處和電智

算制測(cè)理衛(wèi)器能

試生

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§1.2計(jì)算機(jī)的硬件

例子：通過算盤、紙和筆，用手

工方法計(jì)算y=a*b+b-Co

計(jì)算y=a*X+b-c

行號(hào)解題步驟和數(shù)據(jù)說明

■V

1取數(shù)(9)一算盤(9)表示第9行的數(shù)a,

2乘法(12)一算盤完成a*x,結(jié)果在算盤上

3加法(10)一算盤完成ax+b

4減法(11)一算盤完成y=ax+b-c

5存數(shù)y-13算盤上的y值存到第13行

算一

6輸出把算盤上的y值輸出

1111，7停止運(yùn)算完畢

8

9a數(shù)據(jù)

10b數(shù)據(jù)

紙一

11c數(shù)據(jù)

12X數(shù)據(jù)

13y_________數(shù)據(jù).

紙----------A存儲(chǔ)原始的數(shù)據(jù)及解題步驟

算盤執(zhí)行所要求的四則運(yùn)算

筆?輸入/輸出原始數(shù)據(jù)及結(jié)果

人的?控制整個(gè)解題過程的有序執(zhí)行

大腦

?一,數(shù)字計(jì)算機(jī)的硬件組成

1.主要組成結(jié)構(gòu)：運(yùn)算器，存儲(chǔ)器，控制器，

適配器與輸入輸出設(shè)備

?運(yùn)算器——進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算；第2

章介紹定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的加、減、乘和除運(yùn)

算，及實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)算的組成器件電路。

運(yùn)算器結(jié)構(gòu)示意圖

?存儲(chǔ)器——用二進(jìn)制的形式把指令和數(shù)據(jù)

存儲(chǔ)起來，每個(gè)存儲(chǔ)單元有唯一的址；第3

章介紹存儲(chǔ)器的工作原理、分類及計(jì)算機(jī)

的右儲(chǔ)系統(tǒng)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖

?控制器：使計(jì)算機(jī)按照編寫好的程序運(yùn)行

?控制器的任務(wù)：

(1)在時(shí)序的同步下，保證指令按照一定

的順序執(zhí)行；

(2)遵循取指、譯碼、執(zhí)行的步驟；

(3)根據(jù)存儲(chǔ)的程序來控制任務(wù)的執(zhí)行。

?輸入、輸出設(shè)備——完成人機(jī)交互任務(wù)；

?適配器——解決外設(shè)與主機(jī)間的信號(hào)匹配。

?有關(guān)概念:

指令流/數(shù)據(jù)流：從內(nèi)存取出的由0/1二進(jìn)制數(shù)

構(gòu)成的信息流。

CPU：控制器和運(yùn)算器;

主機(jī)：CPU和存儲(chǔ)器；

數(shù)字計(jì)算機(jī)的主要組成結(jié)構(gòu)

2-馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)特點(diǎn)：

?采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令

?程序存儲(chǔ)方式：控制流（指令流）驅(qū)動(dòng)方

式。即按照指令的執(zhí)行序列，依次讀取

指令，然后根據(jù)指令所含的控制信息，

調(diào)用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

?運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和

輸出設(shè)備五大部件，通過共享總線的方

式組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并規(guī)定了這五部分

的基本功能。

.二.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程

自1946年在美國賓夕法尼亞大學(xué)制成的世界上第

一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)以來，計(jì)算機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷

了五代的變化：

1.1946年開始的第一代電子管計(jì)算機(jī)：

2.1958年開始的第二代晶體管計(jì)算機(jī)：

3.1965年開始的第三代中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)

4.1971年開始的第四代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)

5.1986年開始的第五代巨大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)

工計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

1.高速電腦技術(shù)：利用空氣的絕緣性能來

成倍地提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度的新技術(shù)；

2.生物計(jì)算機(jī)：采用了生物芯片，它由生

物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子構(gòu)成。在

這種芯片中，信息以波的形式傳播，

運(yùn)算速度比當(dāng)今最新一代計(jì)算機(jī)快10萬

倍，能量消耗僅相當(dāng)于普通計(jì)算機(jī)的十

分之一，并且擁有巨大的存儲(chǔ)能力。

3.光學(xué)計(jì)算機(jī)：它的速度永遠(yuǎn)等于光速、

具有電子所不具備的頻率及偏振特征，

從而大大提高了傳載信息的能力。光學(xué)

計(jì)算機(jī)的智能水平也將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電子計(jì)

算機(jī)的智能水平，是人們夢(mèng)寐以求的理

想計(jì)算機(jī)。

4.量子計(jì)算機(jī)：根據(jù)量子力學(xué)理論，利用

了量子相干性，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算。目前，

還處在量子并行計(jì)算和模擬量子系統(tǒng)階

段。

§1.3計(jì)算機(jī)的軟件

1.系統(tǒng)軟件：為用戶操作計(jì)算機(jī)及應(yīng)用程序的運(yùn)

行提供一個(gè)方便的界面，它包含有四類：

(1)各種服務(wù)性程序，如診斷程序

(2)語言程序，如匯編程序，編譯程序

(3)操作系統(tǒng)

(4)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

2,應(yīng)用軟件：應(yīng)用軟件是面向用戶應(yīng)用的功能軟件,

專門為解決某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中的具體任務(wù)而編寫的，

如CAD、多媒體軟件、數(shù)據(jù)處理軟件等。

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§1.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

一?計(jì)算機(jī)層次化的產(chǎn)生

1.機(jī)器語言：供人和計(jì)算機(jī)交互的語言；

2.語言的產(chǎn)生：以方便人們使用的方式來

產(chǎn)生序列層次的機(jī)器語言；

3,系列層：由某一種機(jī)器語言技術(shù)構(gòu)成的

計(jì)算機(jī)；

4.語言和相應(yīng)的虛擬機(jī)相互定義。

二.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的層次化結(jié)構(gòu)

由解決實(shí)際問題的應(yīng)用程序

層tri_.~~-,,、-

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