计算机组成原理第一章

1、1代课教师：吝春妮代课教师：吝春妮所属单位：教科院所属单位：教科院唐朔飞唐朔飞 编著编著高等教育出版社计算机组成原理2教学内容教学内容第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论第第2 2章章 计算机的发展及应用计算机的发展及应用第第3 3章章 系统总线系统总线第第4 4章章 存储器存储器第第5 5章章 输入输出系统输入输出系统第第6 6章章 计算机的运算方法计算机的运算方法第第7 7章章 指令系统指令系统第第8 8章章 CPUCPU的结构和功能的结构和功能第第9 9章章 控制单元的功能控制单元的功能第第1010章章 控制单元的设计控制单元的设计第第1篇篇 概论概论第第2篇篇 计算机系统的硬件

2、结构计算机系统的硬件结构第第3篇篇 中央处理器中央处理器第第4 4篇篇 控制单元控制单元3第一章第一章 计算机系统概论计算机系统概论 1.1 计算机系统简介计算机系统简介 1.2 计算机的基本组成计算机的基本组成 1.3 计算机硬件的主要技术指标计算机硬件的主要技术指标 4本章重点本章重点突出计算机组成的概貌和框架，如下图所示。51.11.1计算机系统简介计算机系统简介一、计算机的软硬件概念一、计算机的软硬件概念 硬件硬件组成计算机的各种实际装置的总称。组成计算机的各种实际装置的总称。 特点：看得见摸得着。特点：看得见摸得着。 软件软件计算机运行所需的各种计算机运行所需的各种程序程序及相关及相

3、关 资料。资料。分类是？分类是？ 特点：看不见摸不着。特点：看不见摸不着。 两者的关系两者的关系：相辅相成，缺一不可。：相辅相成，缺一不可。 （硬件是（硬件是基础基础，软件是，软件是灵魂灵魂）6计算机系统计算机系统由由硬件和软件硬件和软件两大部分组成。两大部分组成。 组织方法：分层组织方法：分层层次结构。层次结构。 分层方法：从分层方法：从硬件硬件开始，按与其结合的紧开始，按与其结合的紧 密程度，一层一层向外分层。层次图如下：密程度，一层一层向外分层。层次图如下：789 计算机系统结构计算机系统结构（Computer Architecture） 指那些能被程序员（汇编、机器语言指那些能被程序员

4、（汇编、机器语言编编程程）所见到的计算机系统的）所见到的计算机系统的属性属性（指令集、数（指令集、数据类型等）据类型等）。 计算机组成计算机组成（Computer Organization） 指计算机系统结构所给属性的指计算机系统结构所给属性的逻辑实逻辑实现现（指令的实现、如何传送指令、运算等）（指令的实现、如何传送指令、运算等）。 注意注意区别区别两两个概念！个概念！10 系列机系列机同一厂家生产、具有相同的系统同一厂家生产、具有相同的系统结构，但有不同组成和实现的一系列不同型号的结构，但有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。机器。 特点：特点：软件软件具有具有向上兼容，向后兼容向上兼容，

5、向后兼容性性。11一、计算机的特点（优点）：一、计算机的特点（优点）：a、记忆能力强记忆能力强 计算机可以长久的存储大量的文字、图形、计算机可以长久的存储大量的文字、图形、声音等信息资料声音等信息资料。b、 快速处理能力快速处理能力 数据处理是人类社会的重要活动，很多场数据处理是人类社会的重要活动，很多场合处理速度起着决定作用。合处理速度起着决定作用。12c、足够高的计算精度足够高的计算精度 通常情况下，数值精度预置为通常情况下，数值精度预置为15位有效数字。位有效数字。d、自动完成各种操作、自动完成各种操作 计算机能自动执行存放在内存中的程序。计算机能自动执行存放在内存中的程序。e、复杂的逻

6、辑判断能力复杂的逻辑判断能力 计算机的智能特点主要表现在它的逻辑判断计算机的智能特点主要表现在它的逻辑判断能力上。能力上。 131、由五大部件、由五大部件组成组成；2、指令和数据指令和数据以二进制存放，可按地址寻访；以二进制存放，可按地址寻访；3、指令由操作码和地址码组成指令由操作码和地址码组成；4、指令在存储器内一般按顺序存放；、指令在存储器内一般按顺序存放；5、机器以运算器为中心，各设备间数据传送均经、机器以运算器为中心，各设备间数据传送均经过运算器。过运算器。结结果果数数据据指令指令计算步骤和计算步骤和开始数据开始数据计算结果计算结果计算步骤和计算步骤和开始数据开始数据计算结果计算结果数

7、数据据结结果果地地址址指指令令16几个概念：几个概念：CPU、I/O设备设备、ALU、CU、MM、主机主机。计算机也可看成由计算机也可看成由主机和主机和I/O设备设备两两大部分组成。用这种观点描述的计算机大部分组成。用这种观点描述的计算机组成框图如下：组成框图如下：控制器控制器运算器运算器18 两大步骤：准备，上机两大步骤：准备，上机 1. 上机前的准备工作：三步上机前的准备工作：三步 建立数学模型建立数学模型； 确定计算方法确定计算方法； 编程编程。 19实 例例：计算例：计算ax2+bx+c的的机器语言程序清单机器语言程序清单如下图所示：如下图所示：细化的计算机组成框图细化的计算机组成框图

8、（整体）（整体）： 23 24 26 2728一、机器字长一、机器字长： CPU能同时处理的数据位数，即能同时处理的数据位数，即数据字长数据字长。相关概念：相关概念： 存储字长存储字长：一个存储单元可存放的二进制位数。：一个存储单元可存放的二进制位数。 指令字长指令字长：一条指令所具有的二进制代码位数。：一条指令所具有的二进制代码位数。 字节（字节（Byte）：）：计算机中另一种数据计算机中另一种数据的的表示表示单位。一个标准字节被规定为单位。一个标准字节被规定为8位二进制代码。位二进制代码。29 早期：三者相同；早期：三者相同； 当前：通常规定：当前：通常规定： 存储字长存储字长 = 机器字

9、长机器字长 = 字节的字节的2n倍；倍； 例：常见字长例：常见字长 = 8位、位、16位、位、32位、位、64位位等，分别称为等，分别称为8位机、位机、16位机、位机、32位机、位机、64位机。位机。 指令字长指令字长 = 字节的整数倍；字节的整数倍； 例：单字节指令、双字节指令、三字节例：单字节指令、双字节指令、三字节指令等。指令等。30 31 例例1：64K32位（或位（或21632位位） 表示存储容量为表示存储容量为64K个存储单元个存储单元，存储字长为存储字长为32位。位。 例例2：256KB 表示存储容量为表示存储容量为256K个字节。个字节。 此时，此时， 256KB相当于相当于2

10、56K8位。位。321B=8b 1K=210 X 8=213b1K = 210 = 1024B; 1M = 220 = 1024KB 1G = 230 = 1024MB; 1T = 240 = 1024GB 33 计算机运算速度与计算机运算速度与CPU主频、主频、指令复杂程指令复杂程度度等有关。等有关。 常用表示方法：常用表示方法： 单位时间内执行指令的单位时间内执行指令的平均条数平均条数。 常用计量单位：常用计量单位： MIPS每秒执行百万条指令数。每秒执行百万条指令数。 CPI执行一条指令所需的时钟周期执行一条指令所需的时钟周期（时钟主频（时钟主频的倒数）的倒数）。 FLOPS每秒浮点运算次数。每秒浮点运算次数。 34 1、计算机系统是一个软、硬件的、计算机系统是一个软、硬件的分层结合体分层结合体。 2、现代计算机