第一章计算机系统基础ppt课件

1、计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出第一章第一章 计算机系统概论计算机系统概论n1.1 计算机的分类和运用计算机的分类和运用n1.2 计算机开展简史计算机开展简史n1.3 计算机的硬件计算机的硬件n1.4 计算机的软件计算机的软件n1.5 计算机系统的层次构造计算机系统的层次构造计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-2721.1计算机的分类和运用计算机的分类和运用一、电子计算机从总体上来说分为两大类。一、电子计算机从总体上来说分为两大类。电子模拟计算机。电子模拟计算机。“模拟就是类似的意思。模拟就是类似

2、的意思。模拟计算机的特点是数值由延续量来表示，模拟计算机的特点是数值由延续量来表示，运算过程也是延续的。运算过程也是延续的。电子数字计算机，它是在算盘的根底上开展起电子数字计算机，它是在算盘的根底上开展起来的，是用数目字来表示数量的大小。数来的，是用数目字来表示数量的大小。数字计算机的主要特点是按位运算，并且不字计算机的主要特点是按位运算，并且不延续地跳动计算。延续地跳动计算。计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-2731.1计算机的分类和运用计算机的分类和运用二、数字计算机分类二、数字计算机分类 数字计算机根据计算机的效率、速度、价数字计算

3、机根据计算机的效率、速度、价钱、运转的经济性和顺应性来划分，可以划钱、运转的经济性和顺应性来划分，可以划分为两类：分为两类：公用计算机：公用机是最有效、最经济和最快公用计算机：公用机是最有效、最经济和最快速的计算机，但是它的顺应性很差。速的计算机，但是它的顺应性很差。通用计算机：通用计算机顺应性很大，但是牺通用计算机：通用计算机顺应性很大，但是牺牲了效率、速度和经济性。牲了效率、速度和经济性。计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-2741.1计算机的分类和运用计算机的分类和运用三、通用计算机分类 通用计算机根据体积、简易性、功率损耗、性能目的

4、、数据存储容量、指令系统规模和机器价钱等可以分为：超级计算机大型机效力器任务站微型机单片机计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出四、计算机的运用四、计算机的运用科学计算科学计算自动控制自动控制丈量和测试丈量和测试信息处置信息处置教育和卫生教育和卫生家用电器家用电器人工智能人工智能1.1计算机的分类和运用计算机的分类和运用计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-2761.2计算机开展简史计算机开展简史一、计算机的五代变化一、计算机的五代变化第一代为第一代为19461957年，电子管计算机：数据处置年，电子管计

5、算机：数据处置第二代为第二代为19581964年，晶体管计算机：工业控制年，晶体管计算机：工业控制第三代为第三代为19651971年，中小规模集成电路计算机：年，中小规模集成电路计算机：小型计算机小型计算机第四代为第四代为19721990年，大规模和超大规模集成电年，大规模和超大规模集成电路计算机：微型计算机路计算机：微型计算机第五代为第五代为1991年开场，宏大规模集成电路计算机：年开场，宏大规模集成电路计算机：单片机单片机计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-2771.2计算机开展简史计算机开展简史二、半导体存储器的开展二、半导体存储器的

6、开展20世纪世纪5060年代，一切计算机存储器都是由年代，一切计算机存储器都是由微小的铁磁体环微小的铁磁体环1970年，仙童半导体公司消费出了第一个较大年，仙童半导体公司消费出了第一个较大容量半导体存储器容量半导体存储器从从1970年起，半导体存储器阅历了年起，半导体存储器阅历了11代：单个代：单个芯片芯片1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB、64MB、256MB、GB。其中其中1K=210,1M=220,1G=230计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-2781.2计算机开展简史计算机开展简史三、微处置器

7、的开展三、微处置器的开展1971年年Intel公司开发出公司开发出Intel 4004。这是第一个将。这是第一个将CPU的一切的一切元件都放入同一块芯片内的产品，于是，微处置器诞生了。元件都放入同一块芯片内的产品，于是，微处置器诞生了。微处置器演化中的另一个主要提高是微处置器演化中的另一个主要提高是1972年出现的年出现的Intel 8008，这是第一个这是第一个8位微处置器，它比位微处置器，它比4004复杂一倍。复杂一倍。 1974年出现了年出现了Intel 8080。这是第一个通用微处置器，而。这是第一个通用微处置器，而4004和和8008是为特殊用途而设计的。是为特殊用途而设计的。808

8、0是为通用微机而设计是为通用微机而设计的中央处置器。的中央处置器。20世纪世纪70年代末才出现强大的通用年代末才出现强大的通用16位微处置器，位微处置器，8086便是其便是其中之一。中之一。这一开展趋势中的另一阶段是在这一开展趋势中的另一阶段是在1981年，贝尔实验室和年，贝尔实验室和HP公司公司开发出了开发出了32位单片微处置器。位单片微处置器。Intel于于1985年推出了年推出了32位微处置器位微处置器Intel 80386。到如今的到如今的64位处置器和多核处置器位处置器和多核处置器计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-2791.3计

9、算机的硬件计算机的硬件一、数字计算机根本组成一、数字计算机根本组成控制器：人的大脑的操作控制功能控制器：人的大脑的操作控制功能运算器：人的大脑的计算功能运算器：人的大脑的计算功能存储器：人的大脑记忆功能存储器：人的大脑记忆功能输入设备：交互接口，笔输入设备：交互接口，笔输出设备：交互接口，纸输出设备：交互接口，纸计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-27101.3计算机的硬件计算机的硬件二、冯二、冯诺依曼型计算机诺依曼型计算机 存储程序存储程序按地址自动执行按地址自动执行 五大部件：包括控制器、运算器、存储器、输五大部件：包括控制器、运算器、

10、存储器、输入设备、输出设备入设备、输出设备以运算器为中心以运算器为中心计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-27111.3计算机的硬件计算机的硬件冯诺依曼型计算机存储器存储器输出输出输入输入运算器运算器控制器控制器数据信号数据信号控制信号控制信号地址信号地址信号计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-27121.3计算机的硬件计算机的硬件三、运算器算术运算和逻辑运算在计算机中参与运算的数是二进制的运算器的长度普通是8、16、32或64位运算电路单元寄存器B累加器A计算机组成原理计算机组成原理湘

11、南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-27131.3计算机的硬件计算机的硬件四、存储器四、存储器存储数据和程序指令存储数据和程序指令容量存储单元、存储单元地址、容量单位容量存储单元、存储单元地址、容量单位分类内存分类内存ROM、RAM、外存、外存存储器单位：存储器单位：210 byte1K210 K1M210 M1G210 G1T计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-27141.3计算机的硬件计算机的硬件五、控制器五、控制器指令和程序指令和程序:指令的方式操作和地址码、存储指令的方式操作和地址码、存储程序的概念、指令中程

12、序和数据的存放、指程序的概念、指令中程序和数据的存放、指令系统令系统指令和数据存储指令和数据存储计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-27151.3计算机的硬件计算机的硬件六、控制器的根本义务六、控制器的根本义务控制器的根本义务：按照一定的顺序一条接着一条控制器的根本义务：按照一定的顺序一条接着一条取指令、指令译码、执行指令。取指周期和执行取指令、指令译码、执行指令。取指周期和执行周期周期控制器完全可以区分开哪些是指令字，哪些是数据控制器完全可以区分开哪些是指令字，哪些是数据字。普通来讲，取指周期中从内存读出的信息流字。普通来讲，取指周期中从

13、内存读出的信息流是指令流，它流向控制器；而在执行器周期中从是指令流，它流向控制器；而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流，它由内存流向运算内存读出的信息流是数据流，它由内存流向运算器。器。计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-27161.3计算机的硬件计算机的硬件七、适配器与七、适配器与I/O设备设备输入设备：把人们所熟习的某种信息方式变换为机器内输入设备：把人们所熟习的某种信息方式变换为机器内部所能接纳和识别的二进制信息方式部所能接纳和识别的二进制信息方式输出设备：把计算机处置的结果变换为人或其他机器设输出设备：把计算机处置的结果变换为

14、人或其他机器设备所能接纳和识别的信息方式备所能接纳和识别的信息方式适配器：它使得被衔接的外围设备经过系统总线与主机适配器：它使得被衔接的外围设备经过系统总线与主机进展联络，以便使主机和外围设备并行协调地任务进展联络，以便使主机和外围设备并行协调地任务总线：构成计算机系统的骨架，是多个系统部件之间进总线：构成计算机系统的骨架，是多个系统部件之间进展数据传送的公共通路。展数据传送的公共通路。总之，现代电子计算机是由运算器、存储器、控总之，现代电子计算机是由运算器、存储器、控制器、适配器、总线和输入制器、适配器、总线和输入/输出设备组成的。这也输出设备组成的。这也是人们常说的计算机硬件。是人们常说的

15、计算机硬件。计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-27171.4计算机的软件计算机的软件一、软件的组成与分类一、软件的组成与分类计算机软件相对计算机硬件来说是看不见，是计算机计算机软件相对计算机硬件来说是看不见，是计算机系统中不可少的无形部件。主要有两大类：系统中不可少的无形部件。主要有两大类：系统软件：用来简化程序设计，简化运用方法，提高计算机系统软件：用来简化程序设计，简化运用方法，提高计算机的运用效率，发扬和扩展计算机的功能及用途。它包的运用效率，发扬和扩展计算机的功能及用途。它包括以下四类：括以下四类：各种效力性程序，如诊断程序、排错

16、程序、练习程序等各种效力性程序，如诊断程序、排错程序、练习程序等言语程序，如汇编程序、编译程序、解释程序等言语程序，如汇编程序、编译程序、解释程序等操作系统操作系统数据库管理系统数据库管理系统运用软件：用户利用计算机来处理某些问题而编制的程序，运用软件：用户利用计算机来处理某些问题而编制的程序，如工程设计程序、数据处置程序、自动控制程序、企如工程设计程序、数据处置程序、自动控制程序、企业管理程序、情报检索程序、科学计算程序等业管理程序、情报检索程序、科学计算程序等计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-27181.4计算机的软件计算机的软件二、

17、软件的开展演化二、软件的开展演化编程言语的开展编程言语的开展手编程序：机器言语程序，手工编译二进制码手编程序：机器言语程序，手工编译二进制码汇编程序：符号言语程序，汇编程序汇编汇编程序：符号言语程序，汇编程序汇编高级程序：算法言语高级程序：算法言语/高级言语，机器编译程序高级言语，机器编译程序/解释程序解释程序系统软件的开展系统软件的开展操作系统操作系统分布式系统软件分布式系统软件计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-27191.5计算机系统的层次构造计算机系统的层次构造一、多级计算机系统一、多级计算机系统 计算机不能简单地以为是一种电子设备

18、，计算机不能简单地以为是一种电子设备，而是一个非常复杂的硬、软件结合而成的整体。而是一个非常复杂的硬、软件结合而成的整体。它通常由五个以上不同的级组成，每一级都能它通常由五个以上不同的级组成，每一级都能进展程序设计，如下图。进展程序设计，如下图。计算机组成原理计算机组成原理湘南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-27201.5计算机系统的层次构造计算机系统的层次构造二、五级计算机层次系统二、五级计算机层次系统第一级是微程序设计级。这是一个真实的硬件级，第一级是微程序设计级。这是一个真实的硬件级，它由机器硬件直接执行微指令。假设某一个运用它由机器硬件直接执行微指令。假设某一

19、个运用程序直接用微指令来编写，那么可在这一级上运程序直接用微指令来编写，那么可在这一级上运转运用程序。转运用程序。第二级是普通机器级，也称为机器言语级，它由微第二级是普通机器级，也称为机器言语级，它由微程序解释机器指令系统。这一级也是硬件级。程序解释机器指令系统。这一级也是硬件级。第三级是操作系统级，它由操作系统程序实现。这第三级是操作系统级，它由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成，广义指些操作系统由机器指令和广义指令组成，广义指令是操作系统定义和解释的软件指令，所以这一令是操作系统定义和解释的软件指令，所以这一级也称为混合级。级也称为混合级。计算机组成原理计算机组成原理湘

20、南学院湘南学院首页首页上页上页下页下页退出退出2022-3-27211.5计算机系统的层次构造计算机系统的层次构造n第四级是汇编言语级，它给程序人员提供一种符号方第四级是汇编言语级，它给程序人员提供一种符号方式言语，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程式言语，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持和执行。假设运用程序采用汇编言语编写时，序支持和执行。假设运用程序采用汇编言语编写时，那么机器必需求有这一级的功能；假设运用程序不采那么机器必需求有这一级的功能；假设运用程序不采用汇编言语编写，那么这一级可以不要。用汇编言语编写，那么这一级可以不要。n第五级是高级言语级，它是面向用户的，为方便用户第五级是高级言语级，它是面向用户的，为方便用户编写运用程序而设置的。这一级由各种高级言语编译编写运用程序而设