计算机组成与基本原理 完整版PPT

1、计算机组成与基本原理进入课程计算机系统概述计算机中的数据表示运算方法和控制器存储系统指令系统中央处理器计算机的输入/输出系统计算机的外部设备计算机系统概述计算机是一种以电子器件为基础，不需要人工直接干预，能够自动、高速、准确地对各种信息进行存储和处理的工具，是一种有硬件和软件构成的复杂的自动化设备。 计算机系统概述世界上第一台计算机？计算机系统概述人类历史上的第一台计算机产生于1946年2月，美国宾夕法尼亚大学摩尔学院与美国军方阿伯丁弹道实验室试制成功一台电子数字积分和计算机（Electronic Numericaol Intergrator And Calculator , ENIAC）计算

2、机系统概述谁是冯诺依曼？他和计算机的发展有怎样的关系？计算机系统概述冯诺依曼，他的以“以二进制计数制、存储程序和程序控制”为核心的设计思想是目前计算机设计的理论基础。下面我们来简单了解一下冯诺依曼型计算机的特点：1、采用二进制表示指令和数据 2、存储程序控制。计算机系统概述 计算机的发展自从世界上第一台计算机诞生以来，计算机已经发展到了第五代。第一代计算机1946-1957年，电子管计算机。第二代计算机1958-1964年，晶体管计算机。第三代计算机1965-1973年，集成电路计算机。第四代计算机1974-1985年，超大规模集成电路计算机。第五代计算机1986至今，巨大规模计算机。计算机系

3、统概述 计算机应用1、科学计算2、自动控制3、信息处理4、辅助设计和辅助制造5、辅助教学和医疗6、家用电器7、人工智能计算机系统概述 硬件和软件系统计算机由硬件和软件构成计算机硬件系统：1、存储器：存储器是计算机操作的依据，数据时计算 机和操作的对象。而存储器正是计算机中存放程序 和数据的部件，它是计算机能够实现“存储程序控 制”的基础。2、运算器：是对数据进行处理和运算的部件，主要由 算术逻辑部件（ALU）、累加器和通用寄存器组及 内部总线等组成。计算机系统概述3、控制器：控制器是整个计算机的指挥控制中心，它 根据指令的要求向计算机各个部件发出微操作控制 信号，控制运算器、存储器以及输入输出

4、设备自 动、有序、协调地进行工作。4、输入/输出设备：输入设备是将各种形式的输入信 息转换为机器可以识别的编码形式的设备，如键 盘、鼠标等。 输出设备是将计算机的输出信息转换为人可接受的 信息形式的设备，如显示器、打印机等。计算机系统概述计算机软件系统 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统组成。硬 件是计算机系统的物质基础，软件是计算机的灵魂，解 决任何实际问题都必须依靠相应的软件。没有软件的计 算机成为“裸机”。所谓“软件”是指计算机系统使用的各 种程序和文档资料的总称，软件的主体是程序。计算机 软件一般来说可分为系统软件和应用软件两大类。1、系统软件：操作系统 语言处理程序2、应用软件

5、计算机系统概述计算机有哪些硬件和软件？计算机系统概述计算机硬件： 主板 显示器 显卡 光盘 声卡 扫描仪 内存 U盘 光驱 磁盘 硬盘 打印机 鼠标 键盘 光驱 磁带计算机中的数据表示1、数据是对事实、概念或指令的一种特殊表达形式， 这种特殊的表达形式可以用人工的方式或自动化的 装置进行通信、翻译转换或者进行加工处理。2、十进制、二进制、八进制和十六进制及相互转换3、数据校验：奇偶校验、海明码校验、循环冗余校验 4、非数值数据的表示：字符和字符串表示：ASCLL 码 汉字的表示：汉字国标码、汉字区位码、汉字机内码 运算方法和运算器1、原码、反码、补码、移码运算 2、逻辑运算：逻辑非、逻辑或、逻

6、辑与 存储系统 1、存储元：存储器最小组成单元 2、存储单元：是CPU访问存储器的基本单位 3、存储单元地址：在存储器中用以表示存储单元的唯一编号 4、存储体：许多存储单元的集合 5、字存储单元：存放一个字的存储单元（字地址） 6、字节存储单元：存放一个字节的存储单元（字节地址） 7、按字寻址计算机：可编址的最小单位是字存储单元的计算机 8、按字节寻址计算机：可编址的最小单位是字节的计算机存储系统存储器的分类：1、按存储介质分：磁芯存储器、半导体存储器、磁表面存 储器、光盘存储器2、按信息存取方式分：随即存取存储器、只读存取存储 器、顺序存取存储器、直接存取存 储器3、按在计算机系统中的作用分

7、：主存储器、高速缓存存储 器、辅助存储器指令系统1、基本概念：一台计算机所能执行的全部指令的 集合称为指令系统，或称为指令集。2、指令系统的要求：1、完备性 2、有效性 3、规整性 4、兼容性 指令系统指令的基本格式：1、零地址指令格式 2、一地址指令格式 3、二地址指令格式 4、三地址指令格式 5、多地址指令格式 指令的寻址方式：1、顺序寻址方式 2、跳跃寻址方式操作数寻址方式：1、立即寻址方式 2、直接寻址方式 3、间接寻址方式 4、变址和基址寻址方式 5、相对寻址方式 6、寄存器寻址方式指令系统指令类型：1、数据传送指令 2、算术运算指令 3、逻辑运算与移位指令 4、程序控制指令 5、输

8、入/输出类指令 6、字符串处理指令 7、处理器控制指令 8、特权指令指令系统：1、80 x86的指令系统 2、SPARC的指令系统中央处理器CPU的功能：1、指令控制 2、操作规程控制 3、时间控制 4、数据加工CPU的组成：1、运算器 2、控制器CPU中的主要寄存器：1、指令寄存器(IR) 2、程序计数器(PC) 3、地址寄存器(AR) 4、数据缓冲寄存器(DR) 5、累加寄存器（ACC） 6、状态条件寄存器中央处理器CPU主要技术参数：1、字长 2、内部工作频率 3、外部工作频率 4、片内Cache的容量和速率 5、工作电压 6、地址总线宽度 7、制造工艺CPU新技术： 1、并行处理技术

9、2、流水线 3、精简指令系统中央处理器世界上运行最快的计算机世界上运行最快的计算机美国劳伦斯利弗摩尔国家实验室的 蓝色基因/L 是用于核武器研发的，它由131072颗处理器组成，运算速度达到每秒280.6 teraflop (TFlops)，也就是280.6乘10的12次方（280万亿）次浮点运算。这个数字的概念相当于如果地球上66亿人每人拿一个计算器，每五秒钟作一次简单计算，那么整个星球上的人花60小时所做的计算相当于蓝色基因/L一秒钟做的。中央处理器中国运行最快的计算机中国运行最快的计算机曙光5000A 每秒230万亿次曙光5000A高性能计算机采用最新的四核AMD Barcelona (

10、主频2.0GHz)处理器，采用基于刀片架构的HPP体系架构，共有约30000颗计算核心，大于100TB海量内存，700TB数据存储能力，采用低延迟的20Gb的网络互联，其设计浮点运算速度峰值为每秒230万亿次，Linpack测试速度预测将达到160T，效率大于70%，是目前国内运算速度最快的高性能计算机。曙光5000一天完成的工作量，相当于全中国所有人每天24小时、每年365天利用手持计算机不停地进行计算，46年时间的工作量。曙光巨型计算机计算机的输入/输出系统主机与外部设备之间的连接模式：1、总线型 2、辐射性 3、通道型 4、IOP方式计算机总线分类：按连接部件：1、内部总线 2、系统总线

11、 3、通信总线 按数据传送格式：1、并行总线 2、穿行总线 计算机输入/输出系统总线举例：1、ISA 2、PCI 3、PCI-E 4、USB 5、SCSI输入输出接口：接口是指中央处理器和内存、 外部设备，两种外部设备间或 两种机器之间通过总线连接的 逻辑部件。 计算机输入/输出系统接口的功能：1、数据转换 2、数据缓冲与时序配合 3、提供外部设备好自己按的通信联络控制 4、电平匹配和负载匹配 5、程序中断 6、提供外部设备和接口的状态接口的组成：1、数据缓冲寄存器 2、控制寄存器 3、状态寄存器 4、内部定时与控制逻辑计算机输入/输出系统接口的分类 ：1、按照数据传输宽度分：并行接口和穿行接

12、口 2、按照操作的节拍分类：同步接口和异步接口 3、按信息传送的控制方式分类：程序控制的输入输出接口、程 序中断的输入输出接口和直接存储器存取接口外设的识别与I/O端口的编制方式：1、统一编址 2、I/O独立编址 CPU与外设之间数据的传送方式：1、程序查询传递方式 2、程序中断方式 3、直接存储器访问方式 4、通道方式 5、I/O处理机方式 计算机的外部设备外部设备的分类：1、输入/输出设备 2、辅助存储器 3、终端设备 4、过程控制设备 外部设备的作用：1、实现人机交互 2、完成数据格式变换 3、存储数据资源 4、拓展计算机应用领域计算机外部设备输入设备：1、键盘 2、鼠标 3、触摸屏 4、扫描仪等输出设备：1、显示设备：CRT、PD、LED、 LCD 2、打印设备：喷墨打印、针式打 印机、激光打印机磁介质存储设备：磁盘阵列（RAID） 计算机外部设备光盘存储器：1、CD-ROM 2、CD-R