《计算机组成原理》精品课件 第1章 概述(31p)

第一章 概 述,课程的内容： 1介绍单计算机系统的硬件组成 （内部结构、工作机制） 2计算机自动工作的原理 3在对工作原理了解的基础上，讲述有关计算机设 计的基本概念、方法，最终设计一个简单的计算机。,内 容 提 要,一、数字逻辑和有限状态机（第一章与第二章） 二、计算机组成和系统结构 第三章 指令集结构 第四章 存储器系统 第五章 寄存器传送语言 第六章 CPU设计 第七章 微序列控制单元设计 第八章 运算方法 第九章 存储层次 第十章 输入输出结构 三、高级专题（RISC计算机和并行处理）,第一章 概 述,1.1 计算机的发展历史 1.2 计算机系统的组成 1.3 计算机的特点和性能指标 1.4 计算机的分类与应用,计算机到目前为止已经发展了五代。 第一代(19461959)：电子管计算机 第一台存储程序电子计算机EDVAC：1950年 由冯诺依曼和莫尔学院合作研制 冯.诺依曼结构的关键：存储程序 第二代(19591964)：晶体管计算机 第三代(19651974)：集成电路计算机 第四代(19751990)：大规模/超大规模集成电路计算机 第五代(1990 )：高性能微处理器、高密度电路,1.1 计算机的发展历史,1.2 计算机系统的组成,计算机系统软件硬件/固件 硬件：构成计算机的设备实体。 软件：各类程序和文件。,1.2.1 计算机硬件系统 一、计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入 设备和输出设备五大部件组成。,1.运算器 功能：对信息进行算术或逻辑运算。 组成： (1) 算术逻辑部件ALU：完成各种 运算功能。 核心部件：加法器 (2) 寄存器组：存放数据。,2. 存储器M 功能：存放程序和数据。 （1） 一般分为三级 CPU能按存储单元地址直接访 问主存；辅存的作用是扩大存储 系统的容量；高速缓冲存储器 (Cache)的作用是解决CPU与主存 之间速度不匹配的矛盾，提高存 储系统的速度。,（2）主存的组成,CPU 来的地址,存储器是由许多存储单元组成的。 每个存储单元都有编号，称为地址。 存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。 3. 控制器CU 功能：根据人们预先确定的算法和操作步骤(程序)，控制 与协调计算机各部件的自动工作。,4. I/O部件 输入设备：将参加运算的数据和程序送入主机，并将它 转换成机器能识别的信号。 如键盘、鼠标、磁盘等。 输出设备：将计算机的处理结果以能为人们接受的或能 为其它机器所接受的形式输出。 如打印机、CRT、绘图仪、磁盘等。 I/O控制部件: 管理I/O设备的工作。,二、冯.诺依曼结构的计算机 1. 存储程序概念 美国数学家冯诺依曼于1946年6月首先提出来的。它奠定了现代计算机的结构基础。 计算机解题之前，要事先编制好程序，并与所需要的数据一起预先存入主存当中。当程序开始执行后，由控制器按照该程序自动地、连续地从存储器中取出指令并执行，直到获得所要求的结果为止。 2. 早期的冯诺依曼计算机 以运算器为中心的，其它部件都通过运算器完成信息的传递。,3. 现代计算机组组织结构 以存储器为中心。,1.2.2 总线 如何把五大基本部件互连起来构成计算机的硬 件系统，是计算机硬件系统的组织问题。 现在的计算机普遍采用总线结构 总线：一组为多个功能部件分时共享的公共信 息传送线路。,共享总线的各个部件必须分时使用总线发送信 息，保证总线上的信息在任何时候都唯一。 总线上的各个部件可同时接收总线上的信息。,1.总线的分类 按总线所在位置分 (1) CPU内部总线 (2) 部件内总线 (3) 系统总线 (4) 外总线 按总线上信息传送的方向分 (1) 单向总线 (2) 双向总线 按总线上传送的信息类型分,(1) 地址总线 当CPU访问存储器或I/O设备时，它指明将 要访问的存储器单元或I/O设备的地址。n根线 联合传送一个n位的地址值。 (2) 数据总线 当CPU访问存储器或I/O设备时，它用来传 送数据。各条线合起来传输一个单独的多位值。 (3) 控制总线 它是一组独立的控制信号的集合。一组 单向信号的集合。,2. 总线的连接方式 单总线结构(微、小型机的典型结构）, 双总线结构,1.2.3 计算机软件系统 国际标准化组织（ISO）的定义： 软件：计算机程序及运用数据处理系统所必需的手 续、规则、文件的总称。因此，一般认为软 件是由程序与文档两部分组成，主要指程序。 软件的作用： 用作计算机用户与硬件之间的接口界面； 在计算机系统中起指挥管理作用； 作为计算机体系结构设计的重要依据。 一台计算机中全部程序的集合，统称为这台计算机 的软件系统。,软件系统,系统软件,应用软件,软件系统,系统软件,应用软件,操作系统,语言处理程序,数据库管理系统,人机交互软件系统,网络软件系统,各种服务性支撑软件,分布式软件系统,操作系统,语言处理程序,数据库管理系统,人机交互软件系统,网络软件系统,各种服务性支撑软件,分布式软件系统,科学计算程序,数据处理程序,过程控制程序,事务处理程序,工程设计程序,科学计算程序,数据处理程序,过程控制程序,事务处理程序,工程设计程序,软件又分为应用软件、系统软件两大类。,1.3 计算机的特点和性能指标,1.3.1 计算机的工作特点 1. 能自动连续地工作。 2. 运算速度快。 3. 运算精度高。 4. 具有很强的存储能力和逻辑判断能力。 5. 通用性强。 1.3.2 计算机的性能指标,基本字长 指参与运算的数的基本位数。 字长是硬件组织的基本单位，它决定着寄存器、ALU、数据总线的位数，因而直接影响着硬件成本。 运算精度主要取决于机器字长，字长越长精度越高。 2. 运算速度 (1) 主频 (MHz) 一秒钟内发出的电子脉冲数。 (2) 每秒平均运行指令条数 (MIPS） (3) 典型浮点四则运算时间（MFLOPS) 3. 主存容量: 主存储器所能存储的最大信息量。 4. 系统配置: 外设配置情况和系统软件配置情况。,1.4 计算机的分类与应用,1.4.1 计算机的分类 1. 按应用特点分类 专用机