计算机原理课件第1-2章

计算机原理

上海财经大学信息管理与工程学院2016年2月计算机原理

上海财经

课程内容简介计算机系统的主要组成部件及其工作原理计算机内部的运算方法和运算器功能存贮系统、各种存贮器的工作原理计算机指令系统中的寻址方式、指令格式和指令分类及功能微处理器的结构组成原理，控制器的设计方法总线结构和总线控制，常用的系统总线类型外围设备的功能、种类和作用以及输入输出相关技术微操作命令，控制单元外特性和控制方式课程内容简介计算机系统的主

教材和参考书目指定教材唐朔飞《计算机组成原理》，第2版，高等教育出版社，2008年1月出版参考书目

1.蒋本珊《计算机组成原理》，第2版，清华大学出版社，2008年9月2.白中英等《计算机组成原理》，第4版，

科学出版社，2007年12月教材和参考书目指定教材参考书目

第一章计算机系统概论计算机系统简介1计算机的基本组成2

计算机硬件的主要技术指标3第一章计算机系统概论计算机系统简介1计算机的基本

1.

计算机系统简介硬件：组成计算机的可以看得见的设备实体软件：由具有各类特殊功能的程序和文档组成软件系统

系统软件

Windows7,Linux、iOS等

应用软件客户管理软件财务管理软件等硬件系统主机：内存、

CPU

、硬盘等

输入/输出设备键盘,鼠标,显示器等计算机系统1.计算机系统简介硬件：组成计算机的可以看

计算机软件的分类按任务需要编制成的各种程序用来管理整个计算机系统系统软件应用软件语言处理程序操作系统服务性程序数据库管理系统网络软件软件计算机软件的分类按任务需要编制成的各种程计算机的解题过程计算机高级语言程序目标程序结果翻译运行计算机系统（软件+硬件）如何帮助人们解题的呢？计算机的解题过程计算机高级语言程序目标程序结果计算机系统的层次结构（1）高级语言虚拟机器M3汇编语言虚拟机器M2操作系统虚拟机器机器语言实际机器M1微指令系统微程序机器M0MOVAX,30H;ADDAX,08H……..

main（）{x=100;printf(“%d”,x);

计算机系统的层次结构（1）高级语言虚拟机器M3汇编语言虚拟计算机系统的层次结构（2）用编译程序翻译成汇编语言程序用汇编程序翻译成机器语言程序用机器语言解释操作系统用微指令解释机器指令由硬件直接执行微指令软件硬件虚拟机器M4虚拟机器M3虚拟机器M2实际机器M1微程序机器M0计算机系统的层次结构（2）用编译程序翻译用汇编程序翻译用机器计算机系统的层次结构（3）用编译程序翻译成汇编语言程序用汇编程序翻译成机器语言程序用机器语言解释操作系统用微指令解释机器指令由硬件直接执行微指令软件硬件虚拟机器M3虚拟机器M2实际机器M1微程序机器M0虚拟机器M41.本课程主要讨论内容是M1,Ｍ0的组成原理和设计思想2.软件和硬件的分界线不是一成不变的，有时是模糊的计算机系统的层次结构（3）用编译程序翻译用汇编程序翻译用机器计算机体系结构和计算机组成程序员所见到的计算机系统的属性概念性的结构与功能特性计算机体系结构计算机组成实现计算机体系结构所体现的属性有无浮点运算指令如何实现浮点运算指令（指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理）（具体指令的实现，如何取指、分析等）计算机体系结构和计算机组成程序员所见到的计算机系统的属性计算

2.计算机的基本组成输出设备控制器运算器存储器12345冯.诺依曼输入设备1.计算机由五大部件组成3.指令和数据用二进制表示4.指令由操作码和地址码组成6.以运算器为中心2.指令和数据以同等地位存于存储器可按地址寻访5.存储程序方式计算机则按程序指定的逻辑顺序把指令从存储器中读出来并逐条执行,从而自动完成从输入设备到输出设备，程序所描述的信息处理工作。5.存储程序方式2.计算机的基本组成输出设备控制器运算器存储器冯·诺依曼计算机硬件框图算术运算逻辑运算存放数据和程序将信息转换成机器能识别的形式将结果转换成人们熟悉的形式指挥程序运行存储器输入设备运算器控制器输出设备冯·诺依曼计算机硬件框图算术运算存放数据将信息转换成机将结果现代计算机硬件框图以存储器为中心程序存储器输出设备输入设备运算器控制器数据结果计算现代计算机硬件框图以存储器为中心程序存储器输出现代计算机主要部件ALU主存辅存CPU主机I/O硬件CU存储器输入设备运算器输出设备控制器ALUCPU主机I/OCU主存现代计算机主要部件ALU主存CPU主机I/O硬计算机的解题过程（1）1.上机前的准备建立数学模型-+-+-=!x9!x7!x5!x3xx9753sin…编制解题程序确定计算方法程序—运算的全部步骤0,1,2,)()(21nynxynx=+=√…指令—每一个步骤计算机的解题过程（1）1.上机前的准备建立编程举例取x

至运算器中乘以x

在运算器中乘以a在运算器中存ax2在存储器中取b至运算器中乘以x

在运算器中加ax2在运算器中加c在运算器中=(ax+b)x+c

取x

至运算器中乘以a在运算器中加b在运算器中乘以x

在运算器中加c在运算器中计算

ax2+bx+c编程举例取x至运算器中指令格式举例0000010000001000打印主存储单元停机取数x[x]ACC乘a[ACC]×[a]ACC加b

[ACC]+[b]ACC乘x

[ACC]×[x]ACC

[ACC]

打印机0001000000001001000011000000101000010000000010000001010000001100加c

[ACC]+[c]ACC

0000110000001011000110存数ACC0000100000001100

[ACC]

主存储单元操作码地址码6位10位指令格式操作码：机器所执行的各种操作地址码：参加运算的数在存储器中位置指令格式举例000001主存地址指令注释操作码地址码00000010000001000取数x至ACC10001000000001001乘a得ax存于ACC中20000110000001010加b得ax+b,存于ACC中30001000000001000乘x得（ax+b)x,存于ACC中40000110000001011加c得ax2+bx+c,存于ACC50000100000001100将ax2+bx+c存于主存单元60001010000001100打印7000110停机8

x原始数据x9

a原始数据a10

b原始数据b11

c原始数据c12存放结果计算ax2+bx+c程序清单指令注释

计算机的解题过程（2）2.计算机的工作过程CU控制单元CPUPC控制器IR运算器MQACCALUX主存储器MDRMAR存储体I/O细化的计算机组成框图计算机的解题过程（2）2.计算机的工作过程CU控制运算器的基本组成及操作过程

ACCMQ

X运算器MQACCALUX被加数被减数被除数乘数商加数减数被乘数除数加法减法乘法除法和差余数乘积高位乘积低位ACC—Accumulator累加器ALU—ArithmeticLogicalUnit

算术逻辑部件

X—操作数寄存器MQ—MultiplierQuotientRegister乘商寄存器运算器的基本组成及操作过程ACCMQX运算器MQAC加法操作过程运算器MQACCALUXACC

被加数ACC初态[ACC]+[X]ALU[M]XXACCACC指令加法M加法操作过程运算器MQACCALUXACC减法操作过程运算器MQACCALUXACC

被减数ACC初态[ACC]-[X]ALU[M]XXACCACC指令减法M减法操作过程运算器MQAC乘法操作过程运算器MQACCALUXACCACC

被乘数初态ACCMQ[M]MQ指令乘法MX[ACC]X00ACCALU[X]×[MQ]ACC∥MQACCMQ乘法操作过程运算器MQACC除法操作过程运算器MQACCALUXACC

被除数ACC初态[ACC]÷[X]ALUMQACCMQ余数在ACC中指令除法M[M]

XX除法操作过程运算器MQAC存储器的基本组成（1）存储体–存储单元–存储元件（0/1）大楼–房间–床位（无人/有人）主存储器存储体MARMDRMAR—MemoryAddressRegister存储器地址寄存器MDR—MemoryDataRegister存储器数据寄存器存储单元

存放一串二进制代码存储字

存储单元中二进制代码的组合存储字长

存储单元中二进制代码的位数每个存储单元赋予一个地址号按地址访存按地址号实现存储字的存取存储器的基本组成（1）存储体–存储单元–存储器的基本组成（2）存储单元个数

16存储字长

8

设MAR

=

4

位

MDR=

8

位MAR存放欲访问的存储单元的地址位数反映存储单元的个数MDR存放存储器读出或写入的代码或数据，位数反映存储字长主存储器存储体MARMDR存储器的基本组成（2）存储单元个数16存储字长8设控制器的基本组成取指令分析指令执行指令PCIRCUPCIRCUPC存放当前欲执行指令的地址具有计数功能（PC）+

1PCIR存放当前欲执行的指令执行访存完成一条指令CU—ControlUnit控制单元IR—InstructionRegister指令寄存器PC—ProgramCounter程序计数器访存取指控制器的基本组成取指令分析指令执行指令P取数指令的过程（1）操作码地址码6位10位取数指令0000010000001000取数指令的过程（1）操作码地址码6位10位取数指令0取数指令的过程（2）123567894CU控制单元主存储器MDRMAR存储体CPUPC控制器IR…运算器MQACCALUX0000010000001000取数指令取数指令的过程（2）123567894CU存数指令的过程（1）操作码地址码6位10位存数指令0000100000001100存数指令的过程（1）操作码地址码6位10位存数指令0存数指令的过程（2）123567984CU控制单元主存储器MDRMAR存储体CPUPC控制器IR…运算器MQACCALUX0000100000001100存数指令存数指令的过程（2）123567984CU

ax2+bx+c程序的运行过程将程序通过输入设备送至计算机程序首地址打印结果分析指令取指令…停机启动程序运行,(PC)+1PC执行指令

MARMMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)MARMMDRACCPCax2+bx+c程序的运行过程将程序通过输3.计算机硬件的主要技术指标1.机器字长2.运算速度CPU一次能处理数据的位数与CPU中的寄存器位数

有关=ni

=1fi

tiTM吉普森法主频每秒执行百万条指令MIPS执行一条指令所需时钟周期数CPI每秒浮点运算次数FLOPS3.计算机硬件的主要技术指标1.机器字长2.运算速度CPU221

=

256KB213=

1KB如：存储容量-存放二进制信息的总量主存容量辅存容量存储单元个数

×

存储字长字节数字节数80GB如：MARMDR容量10

816

321K=2101Byte=23bit1G=2301K

×

8位64K

×

32位221=256KB213=1KB如：存储容量-

第二章计算机的发展和应用计算机的发展史1计算机的分类和应用2计算机展望3第二章计算机的发展和应用计算机的发展史1计算机的分类人类计算的历史人类计算能力的不断增强绳结计数算盘计算尺机械式计算器电子计算机人类计算的历史人类计算能力的不断增强绳结现代计算机发展（1）1936年手摇式机械计算机1674年乘法计算机1642年机械式加法计算机1943年“巨人”计算机现代计算机发展（1）1936年手摇式机械计算机1674年现代计算机发展（2）1946年世界上第一台电子计算机ENIACENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)开始研制于1943年，完成于1946年，负责人是美国宾西法尼亚大学的JohnW.Mauchly

和J.PresperEckert。

18800个电子管，而每个电子管大约有一个普通家用25瓦灯泡那么大。

8英尺高、3英尺宽、100英尺长的身躯，重达30吨，耗电高达140千瓦。每秒能进行5000次加法运算，还能进行平方和立方运算，计算正弦和余弦等三角函数的值及其它一些更复杂的运算。现代计算机发展（2）1946年世界上第一台电子计算机ENIA电子管，是一种最早期的电信号放大器件。被封闭在玻璃容器（一般为玻璃管）中的阴极电子发射部分、控制栅极、加速栅极、阳极（屏极）引线被焊在管坐上。利用电场对真空中的控制栅极注入电子调制信号，并在阳极获得对信号放大或反馈振荡后的不同参数信号数据。电子管，是一种最早期的电信号放大器件。被封闭在玻璃容器（一般晶体管（transistor）是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。计算机原理课件第1-2章晶体管（transistor）是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。计算机原理课件第1-2章现代计算机发展（3）第一台VonNeumann系统结构的计算机现代计算机发展（3）第一台VonNeumann系统结构的现代计算机发展（4）IBMSystem／360

现代计算机发展（4）IBMSystem／360

个人计算机PersonalComputer1981年8月12日，IBM公司推出世界上第一台个人电脑5150,采用Intel4.77M的8088芯片，仅64K内存；配置了微软公司的MS-DOS操作系统软件。IBMPC5150采用低分辨率单色或彩色显示器；两个160KB单面软盘驱动器，其屏幕每列能显示80个字母，拥有大小写字母的键盘，可扩充的记忆体。1986年，IBM推出其第一款自行研发的笔记本电脑——IBMPCconvertible5140。虽然其处理器也不过是Intel8080，主频4.77MHz，内存256K，但增加了两个3.5英寸软驱作为存储器。而最具创新的地方就是内置了电池.

目前,移动,便携式PC成为计算机发展和流行的趋势.例如:个人数字助理PDA,平板电脑和智能手机等.个人计算机PersonalComputer1981年硬件技术对计算机发展的影响100,000,000超大规模集成电路1978~现在10,000,000大规模集成电路1972~19771,000,000中小规模集成电路1965~1971

200,000晶体管1958~1964

40,000电子管1946~1957速度（次/秒）硬件技术时间代三四二一五硬件技术对计算机发展的影响100,000,000

Moore定律微芯片上集成的晶体管数目每三年翻两番，性能提高一倍，价格下降一半Moore定律微芯片上集成的晶体管数Intel微处理器的发展Intel迅驰/酷睿双核处理Intel奔腾系列/赛扬系列IntelX86系列Intel4044/80082003年以后1993-20011978-19891971-1974CPU（Central

Processing

Unit),是现代计算机的核心部件，又称为“微处理器”。主要生产商Intel、AMD和Motorola等。

Intel微处理器的发展Intel迅驰/酷睿双核处理Pentium

M移动处理器结合802.11的无线WiFi技术，就构成了英特尔

Centrino(迅驰)移动运算技术.不但有很强的网络连接功能,而且具备了节能、长续航时间的优点，更领导了目前流行的无线网络风尚。+英特尔迅驰移动技术移动处理器无线网络技术Pentium

M移动处理器结合802.11的无线WiFi技双核处理器IntelCore™(

酷睿)2AMDAthlon™(速龙)X2双核处理器是基于单个半导体的一个处理器上拥有两个一样功能的处理器核心。双核处理器IntelCore™(酷睿)软件技术的兴起和发展（1）机器语言面向机器汇编语言面向机器高级语言面向问题FORTRAN科学计算和工程计算PASCAL结构化程序设计C＋＋面向对象Java适应网络环境各种计算机语言软件技术的兴起和发展（1）机器语言面向机器汇编语言系统软件语言处理程序汇编程序编译程序解释程序操作系统

UNIXWindowsAndroid服务性程序装配调试诊断排错数据库管理系统数据库和数据库管理软件网络软件TCP/IPCDMA3G/4G通讯软件软件技术的兴起和发展（2）系统软件语言处理程序汇编程序编译程序解释软件发展的特点⑴开发周期长⑵制作成本高⑶检测软件产品质量的特殊性软件是程序以及开发、使用和维护程序所需要的所有文档软件发展的特点⑴开发周期长⑵制作成本高⑶检测软件2.计算机的分类和应用大型计算机小型计算机微计算型机具有超强的计算和处理能力.主要用于天气预报，模拟核试验等超大型科学计算和数据处理典型机器：IBM

深蓝,NEC地球模拟器，中国的曙光具有很强的计算和处理能力.主要用于多客户，多任务业务处理系统。例如：银行和保险业务处理系统。典型机器：PDP11/44,VAX11/780.具有较强的计算和处理能力.主要用于办公自动化和家庭多媒体娱乐。典型机器：DELL,HP,联想,苹果的PC台式和笔记本电脑.2.计算机的分类和应用大型计算机小型计算机微计算型机具有超超级计算机（1）6000个处理器，16teraflops

2008年曙光公司曙光5000A

超级计算机（1）6000个处理器，16te超级计算机（2）5120个处理器，40.9teraflops

2007年NECEarthSimulator

超级计算机（2）5120个处理器，40.9teraflo超级计算机（3）30,000个处理器，91.29teraflops

2007年IBMBlueGene/W

超级计算机（3）30,000个处理器，91.29tera超级计算机（4）2009年天河一号71,680个处理器，1.206petaflop超级计算机（4）2009年天河一号71,680个处理器，超级计算机（5）2009年IBMRoadrunner

122,400个处理器，1.376petaflop超级计算机（5）2009年IBM超级计算机（6）2009年CrayJaguar

224,162个处理器，2.331petaflop超级计算机（6）2009年Cra超级计算机（7）14336颗IntelXeonX5670六核心处理器,还有2048颗FT-1000八核处理器，总计20多万颗处理器核心,达到2.507petaflop。2010年天河一号A

超级计算机（7）14336颗IntelXeonX5670超级计算机（8）705240颗处理器核心,达到8.162petaflop。2011富士通”京”超级计算机（8）705240颗处理器核心,达到8.162p2012泰坦

18,688颗AMD16核心CPU，18,688颗NVIDIA图形处理器,峰值达到20petaflop2012泰坦18,688颗AMD16核心CPU，12014天河二号3120000颗处理器核心,达到33.9petaflop。2014天河二号3120000颗处理器核心,达到3计算机应用（1）一、科学计算和数据处理二、工业控制和实时控制三、网络技术1.电子商务2.网络教育3.敏捷制造计算机应用（1）一、科学计算和数据处理二计算机应用（2）四、虚拟现实五、办公自动化和管理信息系统六、CAD/CAM/CIMS七、多媒体技术八、人工智能计算机应用（2）四、虚拟现实五、办公自动化和3.计算机的展望物理极限的制约，Moore定律的终结挑战人脑智慧存在的问题：发展的机遇：量子计算机神经科学和人工智能技术3.计算机的展望物理极限的制约，Moore定人工智能AI人工智能AI本书结构第一篇概论内部互连ALUCU寄存器中央处理单元寄存器解码器控制单元排队逻辑控制存储器第二篇计算机系统硬件结构第三篇CPU第四篇CU计算机I/O系统总线存储器CPU本书结构第一篇概论内部互连A复习讨论什么是计算机系统？说明计算机系统的层次结构请简述计算机组成和计算机体系结构的概念请描述冯.诺依曼计算机的特点的层次结构请简述计算机硬件基本组成及主要部件的功能解释MIPS，CPI和FLOPS的含义请简述计算机解题时内部工作过程复习讨论什么是计算机系统？说明计算机系计算机原理

上海财经大学信息管理与工程学院2016年2月计算机原理

上海财经

课程内容简介计算机系统的主要组成部件及其工作原理计算机内部的运算方法和运算器功能存贮系统、各种存贮器的工作原理计算机指令系统中的寻址方式、指令格式和指令分类及功能微处理器的结构组成原理，控制器的设计方法总线结构和总线控制，常用的系统总线类型外围设备的功能、种类和作用以及输入输出相关技术微操作命令，控制单元外特性和控制方式课程内容简介计算机系统的主

教材和参考书目指定教材唐朔飞《计算机组成原理》，第2版，高等教育出版社，2008年1月出版参考书目

1.蒋本珊《计算机组成原理》，第2版，清华大学出版社，2008年9月2.白中英等《计算机组成原理》，第4版，

科学出版社，2007年12月教材和参考书目指定教材参考书目

第一章计算机系统概论计算机系统简介1计算机的基本组成2

计算机硬件的主要技术指标3第一章计算机系统概论计算机系统简介1计算机的基本

1.

计算机系统简介硬件：组成计算机的可以看得见的设备实体软件：由具有各类特殊功能的程序和文档组成软件系统

系统软件

Windows7,Linux、iOS等

应用软件客户管理软件财务管理软件等硬件系统主机：内存、

CPU

、硬盘等

输入/输出设备键盘,鼠标,显示器等计算机系统1.计算机系统简介硬件：组成计算机的可以看

计算机软件的分类按任务需要编制成的各种程序用来管理整个计算机系统系统软件应用软件语言处理程序操作系统服务性程序数据库管理系统网络软件软件计算机软件的分类按任务需要编制成的各种程计算机的解题过程计算机高级语言程序目标程序结果翻译运行计算机系统（软件+硬件）如何帮助人们解题的呢？计算机的解题过程计算机高级语言程序目标程序结果计算机系统的层次结构（1）高级语言虚拟机器M3汇编语言虚拟机器M2操作系统虚拟机器机器语言实际机器M1微指令系统微程序机器M0MOVAX,30H;ADDAX,08H……..

main（）{x=100;printf(“%d”,x);

计算机系统的层次结构（1）高级语言虚拟机器M3汇编语言虚拟计算机系统的层次结构（2）用编译程序翻译成汇编语言程序用汇编程序翻译成机器语言程序用机器语言解释操作系统用微指令解释机器指令由硬件直接执行微指令软件硬件虚拟机器M4虚拟机器M3虚拟机器M2实际机器M1微程序机器M0计算机系统的层次结构（2）用编译程序翻译用汇编程序翻译用机器计算机系统的层次结构（3）用编译程序翻译成汇编语言程序用汇编程序翻译成机器语言程序用机器语言解释操作系统用微指令解释机器指令由硬件直接执行微指令软件硬件虚拟机器M3虚拟机器M2实际机器M1微程序机器M0虚拟机器M41.本课程主要讨论内容是M1,Ｍ0的组成原理和设计思想2.软件和硬件的分界线不是一成不变的，有时是模糊的计算机系统的层次结构（3）用编译程序翻译用汇编程序翻译用机器计算机体系结构和计算机组成程序员所见到的计算机系统的属性概念性的结构与功能特性计算机体系结构计算机组成实现计算机体系结构所体现的属性有无浮点运算指令如何实现浮点运算指令（指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理）（具体指令的实现，如何取指、分析等）计算机体系结构和计算机组成程序员所见到的计算机系统的属性计算

2.计算机的基本组成输出设备控制器运算器存储器12345冯.诺依曼输入设备1.计算机由五大部件组成3.指令和数据用二进制表示4.指令由操作码和地址码组成6.以运算器为中心2.指令和数据以同等地位存于存储器可按地址寻访5.存储程序方式计算机则按程序指定的逻辑顺序把指令从存储器中读出来并逐条执行,从而自动完成从输入设备到输出设备，程序所描述的信息处理工作。5.存储程序方式2.计算机的基本组成输出设备控制器运算器存储器冯·诺依曼计算机硬件框图算术运算逻辑运算存放数据和程序将信息转换成机器能识别的形式将结果转换成人们熟悉的形式指挥程序运行存储器输入设备运算器控制器输出设备冯·诺依曼计算机硬件框图算术运算存放数据将信息转换成机将结果现代计算机硬件框图以存储器为中心程序存储器输出设备输入设备运算器控制器数据结果计算现代计算机硬件框图以存储器为中心程序存储器输出现代计算机主要部件ALU主存辅存CPU主机I/O硬件CU存储器输入设备运算器输出设备控制器ALUCPU主机I/OCU主存现代计算机主要部件ALU主存CPU主机I/O硬计算机的解题过程（1）1.上机前的准备建立数学模型-+-+-=!x9!x7!x5!x3xx9753sin…编制解题程序确定计算方法程序—运算的全部步骤0,1,2,)()(21nynxynx=+=√…指令—每一个步骤计算机的解题过程（1）1.上机前的准备建立编程举例取x

至运算器中乘以x

在运算器中乘以a在运算器中存ax2在存储器中取b至运算器中乘以x

在运算器中加ax2在运算器中加c在运算器中=(ax+b)x+c

取x

至运算器中乘以a在运算器中加b在运算器中乘以x

在运算器中加c在运算器中计算

ax2+bx+c编程举例取x至运算器中指令格式举例0000010000001000打印主存储单元停机取数x[x]ACC乘a[ACC]×[a]ACC加b

[ACC]+[b]ACC乘x

[ACC]×[x]ACC

[ACC]

打印机0001000000001001000011000000101000010000000010000001010000001100加c

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0000110000001011000110存数ACC0000100000001100

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主存储单元操作码地址码6位10位指令格式操作码：机器所执行的各种操作地址码：参加运算的数在存储器中位置指令格式举例000001主存地址指令注释操作码地址码00000010000001000取数x至ACC10001000000001001乘a得ax存于ACC中20000110000001010加b得ax+b,存于ACC中30001000000001000乘x得（ax+b)x,存于ACC中40000110000001011加c得ax2+bx+c,存于ACC50000100000001100将ax2+bx+c存于主存单元60001010000001100打印7000110停机8

x原始数据x9

a原始数据a10

b原始数据b11

c原始数据c12存放结果计算ax2+bx+c程序清单指令注释

计算机的解题过程（2）2.计算机的工作过程CU控制单元CPUPC控制器IR运算器MQACCALUX主存储器MDRMAR存储体I/O细化的计算机组成框图计算机的解题过程（2）2.计算机的工作过程CU控制运算器的基本组成及操作过程

ACCMQ

X运算器MQACCALUX被加数被减数被除数乘数商加数减数被乘数除数加法减法乘法除法和差余数乘积高位乘积低位ACC—Accumulator累加器ALU—ArithmeticLogicalUnit

算术逻辑部件

X—操作数寄存器MQ—MultiplierQuotientRegister乘商寄存器运算器的基本组成及操作过程ACCMQX运算器MQAC加法操作过程运算器MQACCALUXACC

被加数ACC初态[ACC]+[X]ALU[M]XXACCACC指令加法M加法操作过程运算器MQACCALUXACC减法操作过程运算器MQACCALUXACC

被减数ACC初态[ACC]-[X]ALU[M]XXACCACC指令减法M减法操作过程运算器MQAC乘法操作过程运算器MQACCALUXACCACC

被乘数初态ACCMQ[M]MQ指令乘法MX[ACC]X00ACCALU[X]×[MQ]ACC∥MQACCMQ乘法操作过程运算器MQACC除法操作过程运算器MQACCALUXACC

被除数ACC初态[ACC]÷[X]ALUMQACCMQ余数在ACC中指令除法M[M]

XX除法操作过程运算器MQAC存储器的基本组成（1）存储体–存储单元–存储元件（0/1）大楼–房间–床位（无人/有人）主存储器存储体MARMDRMAR—MemoryAddressRegister存储器地址寄存器MDR—MemoryDataRegister存储器数据寄存器存储单元

存放一串二进制代码存储字

存储单元中二进制代码的组合存储字长

存储单元中二进制代码的位数每个存储单元赋予一个地址号按地址访存按地址号实现存储字的存取存储器的基本组成（1）存储体–存储单元–存储器的基本组成（2）存储单元个数

16存储字长

8

设MAR

=

4

位

MDR=

8

位MAR存放欲访问的存储单元的地址位数反映存储单元的个数MDR存放存储器读出或写入的代码或数据，位数反映存储字长主存储器存储体MARMDR存储器的基本组成（2）存储单元个数16存储字长8设控制器的基本组成取指令分析指令执行指令PCIRCUPCIRCUPC存放当前欲执行指令的地址具有计数功能（PC）+

1PCIR存放当前欲执行的指令执行访存完成一条指令CU—ControlUnit控制单元IR—InstructionRegister指令寄存器PC—ProgramCounter程序计数器访存取指控制器的基本组成取指令分析指令执行指令P取数指令的过程（1）操作码地址码6位10位取数指令0000010000001000取数指令的过程（1）操作码地址码6位10位取数指令0取数指令的过程（2）123567894CU控制单元主存储器MDRMAR存储体CPUPC控制器IR…运算器MQACCALUX0000010000001000取数指令取数指令的过程（2）123567894CU存数指令的过程（1）操作码地址码6位10位存数指令0000100000001100存数指令的过程（1）操作码地址码6位10位存数指令0存数指令的过程（2）123567984CU控制单元主存储器MDRMAR存储体CPUPC控制器IR…运算器MQACCALUX0000100000001100存数指令存数指令的过程（2）123567984CU

ax2+bx+c程序的运行过程将程序通过输入设备送至计算机程序首地址打印结果分析指令取指令…停机启动程序运行,(PC)+1PC执行指令

MARMMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)MARMMDRACCPCax2+bx+c程序的运行过程将程序通过输3.计算机硬件的主要技术指标1.机器字长2.运算速度CPU一次能处理数据的位数与CPU中的寄存器位数

有关=ni

=1fi

tiTM吉普森法主频每秒执行百万条指令MIPS执行一条指令所需时钟周期数CPI每秒浮点运算次数FLOPS3.计算机硬件的主要技术指标1.机器字长2.运算速度CPU221

=

256KB213=

1KB如：存储容量-存放二进制信息的总量主存容量辅存容量存储单元个数

×

存储字长字节数字节数80GB如：MARMDR容量10

816

321K=2101Byte=23bit1G=2301K

×

8位64K

×

32位221=256KB213=1KB如：存储容量-

第二章计算机的发展和应用计算机的发展史1计算机的分类和应用2计算机展望3第二章计算机的发展和应用计算机的发展史1计算机的分类人类计算的历史人类计算能力的不断增强绳结计数算盘计算尺机械式计算器电子计算机人类计算的历史人类计算能力的不断增强绳结现代计算机发展（1）1936年手摇式机械计算机1674年乘法计算机1642年机械式加法计算机1943年“巨人”计算机现代计算机发展（1）1936年手摇式机械计算机1674年现代计算机发展（2）1946年世界上第一台电子计算机ENIACENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)开始研制于1943年，完成于1946年，负责人是美国宾西法尼亚大学的JohnW.Mauchly

和J.PresperEckert。

18800个电子管，而每个电子管大约有一个普通家用25瓦灯泡那么大。

8英尺高、3英尺宽、100英尺长的身躯，重达30吨，耗电高达140千瓦。每秒能进行5000次加法运算，还能进行平方和立方运算，计算正弦和余弦等三角函数的值及其它一些更复杂的运算。现代计算机发展（2）1946年世界上第一台电子计算机ENIA电子管，是一种最早期的电信号放大器件。被封闭在玻璃容器（一般为玻璃管）中的阴极电子发射部分、控制栅极、加速栅极、阳极（屏极）引线被焊在管坐上。利用电场对真空中的控制栅极注入电子调制信号，并在阳极获得对信号放大或反馈振荡后的不同参数信号数据。电子管，是一种最早期的电信号放大器件。被封闭在玻璃容器（一般晶体管（transistor）是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。计算机原理课件第1-2章晶体管（transistor）是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。计算机原理课件第1-2章现代计算机发展（3）第一台VonNeumann系统结构的计算机现代计算机发展（3）第一台VonNeumann系统结构的现代计算机发展（4）IBMSystem／360

现代计算机发展（4）IBMSystem／360

个人计算机PersonalComputer1981年8月12日，IBM公司推出世界上第一台个人电脑5150,采用Intel4.77M的8088芯片，仅64K内存；配置了微软公司的MS-DOS操作系统软件。IBMPC5150采用低分辨率单色或彩色显示器；两个160KB单面软盘驱动器，其屏幕每列能显示80个字母，拥有大小写字母的键盘，可扩充的记忆体。1986年，IBM推出其第一款自行研发的笔记本电脑——IBMPCconvertible5140。虽然其处理器也不过是Intel8080，主频4.77MHz，内存256K，但增加了两个3.5英寸软驱作为存储器。而最具创新的地方就是内置了电池.

目前,移动,便携式PC成为计算机发展和流行的趋势.例如:个人数字助理PDA,平板电脑和智能手机等.个人计算机PersonalComputer1981年硬件技术对计算机发展的影响100,000,000超大规模集成电路1978~现在10,000,000大规模集成电路1972~19771,000,000中小规模集成电路1965~1971

200,000晶体管1958~1964

40,000电子管1946~1957速度（次/秒）硬件技术时间代三四二一五硬件技术对计算机发展的影响100,000,000

Moore定律微芯片上集成的晶体管数目每三年翻两番，性能提高一倍，价格下降一半Moore定律微芯片上集成的晶体管数Intel微处理器的发展Intel迅驰/酷睿双核处理Intel奔腾系列/赛扬系列IntelX86系列Intel4044/80082003年以后1993-20011978-19891971-1974CPU（Central

Processing

Unit),是现代计算机的核心部件，又称为“微处理器”。主要生产商Intel、AMD和Motorola等。

Intel微处理器的发展Intel迅驰/酷睿双核处理Pentium

M移动处理器结合802.11的无线WiFi技术，就构成了英特尔

Centrino(迅驰)移动运算技术.不但有很强的网络连接功能,而且具备了节能、长续航时间的优点，更领导了目前流行的无线网络风尚。+英特尔迅驰移动技术移动处理器无线网络技术Pentium

M移动处理器结合802.11的无线WiFi技双核处理器IntelCore™(

酷睿)2AMDAthlon™(速龙)X2双核处理器是基于单个半导体的一个处理器上拥有两个一样功能的处理器核心。双核处理器IntelCore™(酷睿)软件技术的兴起和发展（1）机器语言面向机器汇编语言面向机器高级语言面向问题FORTRAN科学计算和工程计算PASCAL结构化程序设计C＋＋面向对象Java适