計(jì)組1概論(10級(jí))

1、主要內(nèi)容： 計(jì)算機(jī)的基本概念 系統(tǒng)硬件組成（主要部件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)） 計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo),第一章 概論,第一節(jié) 計(jì)算機(jī)的基本概念,1.1.1 馮諾依曼思想,1. 用二進(jìn)制代碼表示程序和數(shù)據(jù)；,2. 計(jì)算機(jī)采用存儲(chǔ)程序的工作方式；,3. 計(jì)算機(jī)硬件由存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制,器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成。,1.1.2 信息的數(shù)字化表示,1. 在計(jì)算機(jī)中用數(shù)字代碼表示各種信息,二進(jìn)制代碼,例1 用數(shù)字代碼表示數(shù)據(jù),5,- 5,表示為 0 101,表示為 1 101,例2 用數(shù)字代碼表示字符,A,B,表示為 1000001,表示為 1000010,例3 用數(shù)字代碼表示命令、狀態(tài),啟動(dòng),停止,正在工作,工作結(jié)束,

2、表示為 00,表示為 01,表示為 10,表示為 11,2. 在物理機(jī)制上用數(shù)字信號(hào)表示數(shù)字代碼,數(shù)字型電信號(hào),例1 用電平信號(hào)表示數(shù)字代碼,高電平,1,低電平,高電平,0,1,例2 用脈沖信號(hào)表示數(shù)字代碼,有脈沖,無(wú)脈沖,有脈沖,1,0,1,實(shí)現(xiàn)并行操作,實(shí)現(xiàn)串行操作,1.1.3 存儲(chǔ)程序工作方式,1.事先編制程序,3.自動(dòng)、連續(xù)地執(zhí)行程序,2.事先存儲(chǔ)程序,傳統(tǒng)諾依曼機(jī)串行執(zhí)行指令。,對(duì)傳統(tǒng)諾依曼機(jī)的改造：增加并行處理功能。,第二節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成,1.2.1 主要功能部件,1. CPU 由運(yùn)算器、控制器、寄存器組成。,（1） 運(yùn)算器 1）功能：加工信息。 2）組成：,移位器,ALU

3、,選擇器,通用寄存器組,選擇器,移位器,ALU,選擇器,通用寄存器組,選擇器,ALU: 通過(guò)加法器實(shí)現(xiàn)運(yùn)算操作（由全加器求和、由進(jìn)位鏈傳遞進(jìn)位信號(hào)）。,移位器,ALU,選擇器,通用寄存器組,選擇器,通用寄存器組：提供操作數(shù)，存放運(yùn)算結(jié)果。,移位器,ALU,選擇器,通用寄存器組,選擇器,選擇器：選擇操作數(shù)；選擇控制條件，實(shí)現(xiàn)各種算法。,移位器,ALU,選擇器,通用寄存器組,選擇器,移位器：直接或者移位送出運(yùn)算結(jié)果。,運(yùn)算器主要解決如何通過(guò)運(yùn)算方法將各種運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。,（2）控制器 1）功能：產(chǎn)生控制命令(微命令)， 控制全機(jī)操作。 2）組成：,微命令序列,微命令產(chǎn)生方式（指令執(zhí)行控制方式）

4、：,組合邏輯控制方式：,微程序控制方式：,由組合邏輯電路產(chǎn)生微命令,由微指令產(chǎn)生微命令,組合邏輯控制器,微程序控制器,控制器主要解決如何產(chǎn)生微命令控制指令的執(zhí)行（組合邏輯方式、微程序方式）,2. 存儲(chǔ)器 1）功能: 存儲(chǔ)信息。 2）組成（主存儲(chǔ)器）：,存儲(chǔ)體: 存放信息的實(shí)體。,尋址系統(tǒng)：對(duì)地址碼譯碼，選擇存儲(chǔ)單元。,讀/寫線路和數(shù)據(jù)寄存器：完成讀/寫操作，暫存讀/寫數(shù)據(jù)。,控制線路：產(chǎn)生讀/寫時(shí)序，控制讀/寫操作。,3. 輸入/輸出設(shè)備 1）功能：轉(zhuǎn)換信息。,輸入：原始信息,代碼，送入主機(jī),輸出：處理結(jié)果,人所能接受的形式，并輸出,（代碼）,I/O設(shè)備主要解決如何轉(zhuǎn)換信息。,存儲(chǔ)器主要解決如

5、何根據(jù)地址找到所要訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元。,1.2.2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1. 以總線為基礎(chǔ)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 總線：能為多個(gè)部件分時(shí)共享的一組信息傳送線路。,總 線,總 線,功能 內(nèi)總線 局部總線 系統(tǒng)總線 外總線,信息 地址總線 數(shù)據(jù)總線 控制總線,時(shí)序 同步總線 異步總線,格式 并行總線 串行總線,方向 單向總線 雙向總線,（1）以CPU為中心的雙總線結(jié)構(gòu),CPU,M,接口,接口,I/O,I/O,I/O 總線,M 總線,（2）單總線結(jié)構(gòu),CPU,M,接口,接口,I/O,I/O,系 統(tǒng) 總 線,（3）以M為中心的雙總線結(jié)構(gòu),CPU,M,接口,接口,I/O,I/O,系 統(tǒng) 總 線,M 總線,（4）多級(jí)總線結(jié)構(gòu),

6、CPU,RAM,ROM,公共接口,總線控制邏輯,M擴(kuò)展板,I/O接口板,局部總線,系統(tǒng)總線,（5）多級(jí)系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu),2. 采用通道或IOP的大型系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （1）帶通道的系統(tǒng),I/O控制器,主機(jī),I/O,通道,（2）帶IOP的系統(tǒng),CPU,M,接口,I/O,IOP,LM,接口,I/O,系統(tǒng)總線,I/O總線,3. 模型機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),系 統(tǒng) 總 線,CPU,M,公共接口,接口,接口,I/O,I/O,建立總線概念，用總線連接各部件。,第三節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo),1. 基本字長(zhǎng) 指操作數(shù)的基本位數(shù)。 它影響計(jì)算精度、指令功能。 2. 存儲(chǔ)容量 （1）主存容量 指存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)位數(shù)。,決定地址位數(shù),表明編址

7、單位,表示為：字?jǐn)?shù)字長(zhǎng)（按字編址）或 字節(jié)數(shù)（按字節(jié)編址）,（2）外存容量 常表示為字節(jié)數(shù)。 外存容量與地址碼位數(shù)無(wú)關(guān)。,3. 運(yùn)算速度 （1）定點(diǎn)/浮點(diǎn)四則運(yùn)算時(shí)間 （2）每秒平均執(zhí)行的指令條數(shù)（MIPS） MIPS=程序所含指令數(shù)/程序執(zhí)行時(shí)間,（3）每秒執(zhí)行的浮點(diǎn)指令數(shù)（MFLOPS） MFLOPS=程序所含浮點(diǎn)操作次數(shù)程序執(zhí)行時(shí)間 （4） CPU時(shí)鐘頻率（MHz） 即CPU主頻，等于每秒時(shí)鐘周期數(shù)。 （5）CPI 每條指令時(shí)鐘周期數(shù)。 CPI=程序所需時(shí)鐘周期數(shù)程序所含指令數(shù),總線位數(shù)總線時(shí)鐘頻率 8總線周期時(shí)鐘數(shù),5. 處理功能 （1）指令系統(tǒng)功能（尋址方式、指令 類型） （2）系統(tǒng)軟件配置,總線帶寬=,4. 數(shù)據(jù)傳輸率,（B/S）,（09級(jí)調(diào)考題）,例、用一臺(tái)40MHz處理機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序，其 混合指令數(shù)和相應(yīng)