計(jì)算機(jī)原理與匯編緒論.ppt

1、計(jì)算機(jī)組成原理與 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì),參考教材,計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)，王愛(ài)英主編， 清華大學(xué)出版社 計(jì)算機(jī)組成原理，白中英編著， 科學(xué)出版社,課程性質(zhì)、目的和任務(wù),計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)的主干課程之一。 通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，可以深入理解計(jì)算機(jī)各功能部件的組成及實(shí)現(xiàn)原理，建立計(jì)算機(jī)整機(jī)概念，并且掌握匯編語(yǔ)言指令系統(tǒng)的功能、格式、尋址方式及其程序設(shè)計(jì)基本技術(shù)，為其它相關(guān)課程的學(xué)習(xí)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。,獲取課件方式,內(nèi)容,第一章 概論 第二章機(jī)器指令級(jí)的組成 第三章數(shù)據(jù)信息表示與指令系統(tǒng) 第四章 匯編語(yǔ)言 第五章 程序設(shè)計(jì)基本技術(shù) 第六章 CPU的工作機(jī)理與微程序設(shè)計(jì) 第七章 數(shù)值運(yùn)算 第八章

2、 存儲(chǔ)系統(tǒng) 第九章 接口與總線,第一節(jié) 基本計(jì)算機(jī)的分類和應(yīng)用 第二節(jié) 計(jì)算機(jī)的主要特性和指標(biāo) 第三節(jié) 計(jì)算機(jī)的基本組成 第四節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 第五節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件 第六節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 第七節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組織和結(jié)構(gòu)的發(fā)展,第一章 概論,第一節(jié) 計(jì)算機(jī)的分類和應(yīng)用,一、計(jì)算機(jī)的分類 電子模擬計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)： 參與運(yùn)算的數(shù)值由不間斷的連續(xù)量表示，其運(yùn)算過(guò)程是連續(xù)的。 電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)： 參與運(yùn)算的數(shù)值用斷續(xù)的數(shù)字量表示，其運(yùn)算過(guò)程按數(shù)字位進(jìn)行。,數(shù)字計(jì)算機(jī)分類,數(shù)字計(jì)算機(jī)按用途分為：專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)。 專用計(jì)算機(jī)：為解決某類問(wèn)題而設(shè)計(jì)。 通用計(jì)算機(jī)：適應(yīng)性很強(qiáng)

3、，可以解決各類應(yīng)用。 專用和通用是根據(jù)計(jì)算機(jī)的效率、速度、價(jià)格、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性來(lái)劃分的。 通用計(jì)算機(jī)按其規(guī)模、速度和功能等又可分為巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)以及單片機(jī)。,二、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 （一）科學(xué)計(jì)算數(shù)值計(jì)算 （二）計(jì)算機(jī)控制A/D、D/A （三）信息處理非數(shù)值計(jì)算 （四）教育和衛(wèi)生 （五）家用電器 （六）人工智能,第一節(jié) 計(jì)算機(jī)的分類和應(yīng)用,一、計(jì)算機(jī)的主要特性 （一）在程序控制下自動(dòng)連續(xù)工作 （二）運(yùn)算速度快 （三）精度高、通用性強(qiáng) 二、計(jì)算機(jī)的主要指標(biāo) （一）基本字長(zhǎng)： 參與計(jì)算機(jī)運(yùn)算的操作數(shù)的基本位數(shù)。,第二節(jié)計(jì)算機(jī)的主要特性和指標(biāo),（二）主存儲(chǔ)器容量 以字( Wo

4、rd )為單位的計(jì)算機(jī)常用字?jǐn)?shù)乘以字長(zhǎng)來(lái)表示存儲(chǔ)器容量，如 819216 表示有 8192 個(gè)字存儲(chǔ)單元。 以字節(jié)( Byte = 8 bit )為單位的計(jì)算機(jī)則常以字節(jié)數(shù)表示存儲(chǔ)器容量。如 1024B（1KB）。 主存儲(chǔ)器容量通常受可直接訪問(wèn)的地址碼長(zhǎng)度的限制。如地址碼長(zhǎng)度為16位，則可直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元數(shù)為 216=65536。 （三）外存容量： 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中聯(lián)機(jī)的外存儲(chǔ)器容量。,第二節(jié)計(jì)算機(jī)的主要特性和指標(biāo),（四）運(yùn)算速度： 每秒鐘平均執(zhí)行的機(jī)器指令條數(shù)。（IPS） 執(zhí)行一條（機(jī)器）指令所需的時(shí)間。 （五）外圍設(shè)備的配置 （六）指令系統(tǒng)的功能 （七）系統(tǒng)軟件的配置 （八）診斷功能與容錯(cuò)能

5、力,第二節(jié)計(jì)算機(jī)的主要特性和指標(biāo),一、存儲(chǔ)程序的概念 采用二進(jìn)制形式表示計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)和指令。 把編好的程序和原始數(shù)據(jù)預(yù)先存入主存儲(chǔ)器中，使計(jì)算機(jī)在工作時(shí)能夠連續(xù)、自動(dòng)、高速地從存儲(chǔ)器中取出一條條指令并且執(zhí)行。（存儲(chǔ)程序概念） 由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本部件組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。,第三節(jié) 計(jì)算機(jī)的基本組成,y=ax+b-c,計(jì)算機(jī)的基本組成框圖,二、計(jì)算機(jī)的主要部件 （一）輸入設(shè)備： 功能：向機(jī)器輸入操作員提供的原始信息，并將這些信息變換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的形式。 （二）輸出設(shè)備： 功能：將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果，以人們?nèi)菀捉邮艿男问交驗(yàn)槠渌麢C(jī)器所能接受的形式輸送出來(lái)。 （三）存儲(chǔ)

6、器 功能：存儲(chǔ)程序和各種數(shù)據(jù)信息。 存儲(chǔ)系統(tǒng)通常分為三級(jí)存儲(chǔ)體系。,第三節(jié) 計(jì)算機(jī)的基本組成,存儲(chǔ)系統(tǒng)的三級(jí)存儲(chǔ)體系,主存儲(chǔ)器（內(nèi)存儲(chǔ)器）、輔助存儲(chǔ)器（外存儲(chǔ)器）、高速緩沖存儲(chǔ)器。,（四）運(yùn)算器 功能：執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的部件，對(duì)信息進(jìn)行加工處理。 （五）控制器 功能：產(chǎn)生一系列控制信號(hào)以指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有條不紊的自動(dòng)運(yùn)行。（即決定做某種動(dòng)作的時(shí)間和條件。） 控制器的結(jié)構(gòu)有兩種類型：即組合邏輯控制器和微程序控制器。,第三節(jié) 計(jì)算機(jī)的基本組成,總線：一組公共信息傳輸線路，能為多個(gè)部件服務(wù)，可分時(shí)地發(fā)送與接收各個(gè)部件的信息。 總線的數(shù)據(jù)通路寬度：指能夠一次并行傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)。 總線分為單向總

7、線和雙向總線。 單向總線：掛在總線上的一些部件將信息有選擇地傳向另一些部件，卻不能反向傳送；,第四節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),一、總線,雙向總線：掛在總線上的任何一個(gè)部件或設(shè)備都可以從總線上有選擇地接受其他部件或設(shè)備的信息，而且能通過(guò)總線有選擇的向其他部件或設(shè)備發(fā)送信息。 總線傳送信息的類別： 數(shù)據(jù)總線：傳送操作數(shù)或程序。 地址總線：傳送主存儲(chǔ)器地址碼或外圍設(shè)備碼。 控制總線：傳送各種控制信息。,總線的概念,二、小型機(jī)與微型機(jī)的典型結(jié)構(gòu),第四節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),1、以CPU為中心的雙總線結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)特點(diǎn)兩組總線 存儲(chǔ)總線、輸入輸出總線 優(yōu)點(diǎn)：同一時(shí)間只能進(jìn)行一種傳送，控制線路簡(jiǎn)單，時(shí)間關(guān)系易于處

8、理，可以采用同步控制方式。 缺點(diǎn)：I/O設(shè)備與存儲(chǔ)器交換需要CPU控制，CPU效率降低。,1、以CPU為中心的雙總線結(jié)構(gòu),2、單總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu),單總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一組總線實(shí)現(xiàn)CPU，I/O,MEM 中央處理機(jī)可以看作總線上的一個(gè)子系統(tǒng)。 各部件可通過(guò)單總線進(jìn)行雙向信息傳送。 優(yōu)點(diǎn)：允許I/O與MEM直接交換信息，MEM可以和I/O設(shè)備統(tǒng)一編址 缺點(diǎn)：不允許兩個(gè)設(shè)備同時(shí)使用總線。 所有設(shè)備連在一個(gè)總線上，數(shù)據(jù)量大時(shí)容易達(dá)到飽和，造成系統(tǒng)性能下降。,2、單總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu),所有部件和設(shè)備都可通過(guò)總線交換信息，但在CPU與主存之間又專門(mén)設(shè)置了一組高速的存儲(chǔ)總線。,2、面向存儲(chǔ)器的雙總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu),優(yōu)

9、點(diǎn)：通過(guò)專用總線與存儲(chǔ)器連接，提高了CPU速度，減輕了系統(tǒng)總線的負(fù)擔(dān)。 主存與輸入輸出設(shè)備交換，不需要通過(guò)CPU 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由CPU為中心轉(zhuǎn)為存儲(chǔ)器為中心,2、面向存儲(chǔ)器的雙總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu),二、中、大型計(jì)算機(jī)的典型結(jié)構(gòu),第四節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),整機(jī)系統(tǒng)分成主機(jī)、通道、I/O控制器和I/O設(shè)備等四級(jí)。 通道：是一種控制設(shè)備，它能保證CPU中的數(shù)據(jù)處理與I/O設(shè)備交換信息兩項(xiàng)任務(wù)同時(shí)執(zhí)行，完成I/O操作管理。,第四節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),第五節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件,一、系統(tǒng)軟件 操作系統(tǒng) 語(yǔ)言處理程序 管理程序 服務(wù)程序 二、應(yīng)用軟件 科學(xué)計(jì)算類 工程設(shè)計(jì)類 信息管理類,一、 硬軟組成的層次結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)模型/算法 系統(tǒng)分析級(jí) 用戶程序 用戶程序級(jí) 應(yīng)用軟件 用戶工具級(jí) 語(yǔ)言處理程序 算法實(shí)現(xiàn)級(jí) 操作系統(tǒng) 軟件接口級(jí) 機(jī)器語(yǔ)言 指令級(jí) 硬核 微程序級(jí),第六節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),二、從語(yǔ)言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu),第六節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),專用語(yǔ)言虛擬機(jī)專用語(yǔ)言解釋程序 高級(jí)語(yǔ)言虛擬機(jī) 高級(jí)語(yǔ)言編譯程序 匯編語(yǔ)言虛擬機(jī) 匯編程序 機(jī)器語(yǔ)言物理機(jī) 指令系統(tǒng),第六節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),二、從語(yǔ)言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu),第七節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組織和結(jié)構(gòu)的發(fā)展,一、提高系統(tǒng)性能 1 .價(jià)格 2