计算机组成原理唐朔飞PPT 第1章 计算机系统概论

计算机组成原理

思考（1）上大学是为了什么？大学里要学到什么？成才？什么才？如何成才？将来：研究员？教师？老板？职员？CTO？更好的工作，更好的生活目标+勤奋+激情思考（2）最重要的一点：学会自学学会如何做事学会如何在竞争激烈的环境中生存建立稳固的心理架构主动学习主动就是不用别人告诉你，你就能出色地完成工作次之，就是别人告诉了你一次，…再次之，…两次

…更次之，…形势所迫

……追着你，…告诉你…盯着你做，你也不会把事情做好…第一章计算机系统概论1.1计算机系统简介1.4本书结构1.3计算机硬件的主要技术指标1.2计算机的基本组成由具有各类特殊功能的信息（程序）组成1.计算机系统计算机系统计算机的实体如主机、外设等一、计算机软、硬件的概念硬件软件1.1计算机系统简介按任务需要编制成的各种程序用来管理整个计算机系统

系统软件应用软件软件1.1计算机系统简介计算机的指挥中心。控制各个部件有条不紊地协调工作。控制器输出设备实现算术运算和逻辑运算部件存放数据和程序的记忆部件向计算机输入信息（程序、数据、声音、文字、图形、图像等）的设备显示器、打印机、绘图仪等硬件运算器存储器输入设备1.1计算机系统简介每一个成功的男人背后都有一个成功的女人！——《傲慢与偏见》，作者：简·奥斯汀每一个成功的电子产品里面至少有一个成功的处理器！有处理器的电子设备，其实都可以叫做计算机。1.1计算机系统简介2016年3月15日，谷歌人工智能AlphaGo与围棋世界冠军李世石的人机大战的最后一场也已经结束了，人机大战第五场经过长达5个小时搏杀，最终以李世石认输落幕。李世石与AlphaGo总比分定格在1比4。过去一周，AlphaGo战胜了人类顶尖棋手，这不禁让人们感到失望与担心。不过人工智能的发展速度令人震惊，李世石的赢面本就不大。

此前有专家也表示过，阿尔法狗是通过“策略网络”和“值网络”两种不同的深度神经网络来分析棋局，挑选“有前途”的棋步，抛弃明显的差棋，判断下子的胜算。目前还不够完美，现在看来，在人工智能的发展上，人类和机器人都还有很长的路要走。计算机高级语言程序目标程序结果翻译运行2.计算机的解题过程1.1计算机系统简介二、计算机系统的层次结构高级语言虚拟机器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M01.1计算机系统简介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M01.1计算机系统简介虚拟机，在计算机科学中的体系结构里，是指一种特殊的软件，他可以在计算机平台和终端用户之间创建一种环境，而终端用户则是基于这个软件所创建的环境来操作软件。在计算机科学中，虚拟机是指可以像真实机器一样运行程序的计算机的软件实现。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乘法指令如何实现乘法指令（指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理）（具体指令的实现）三、计算机体系结构和计算机组成1.1计算机系统简介1.2计算机的基本组成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.存储程序一、冯·诺依曼计算机的特点5.存储程序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冯·诺依曼计算机硬件框图存储器输入设备运算器控制器输出设备1.2计算机的基本组成冯·诺依曼计算机硬件框图存储器输入设备运算器控制器输出设备1.2计算机的基本组成二、计算机硬件框图1.以存储器为中心的计算机硬件框图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1.2计算机的基本组成ALU主存辅存CPU主机I/O硬件CU2.现代计算机硬件框图存储器输入设备运算器输出设备控制器ALUCPU主机I/OCU主存1.2计算机的基本组成内存：RAM、易失性存储器，读取硬盘数据供Cpu使用。暂时存储程序以及数据的地方。是硬盘与cpu之间的桥梁。

主要厂商：金士顿、南亚易胜

CPU：中央处理器，是一台计机的运算核心和控制核心。主要厂商：AMD、Intel

1.2计算机的基本组成

主板：集成芯片、电路系统及各种接口，是计算机最基本的也是最重要的部件之一。功能：连接各个硬件，使其能相互通讯。

主要厂商：华硕、技嘉、微星硬盘：由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成，是电脑主要的存储媒介之一。功能：存储操作系统及用户资料。主要厂商：希捷、日立、东芝、西部数据、三星1.2计算机的基本组成

显卡：显卡又称为显示适配器或显示器配置卡，是计算机最基本配置之一。功能：将计算机系统所需要的显示信息，输出到显示器。主要厂商：七彩虹、迪兰恒进

声卡：也叫音频卡，是实现声波/数字信号相互转换的一种硬件。功能：输出计算机声音到扬声器。主要厂商：创新、华硕

光驱：在台式机和笔记本便携式电脑里比较常见的一个部件。功能：播放多媒体文件，RW刻录机还可刻录视频、音乐及文件。主要厂商：索尼、三星、LG

网卡：是接入网络与其它设备通信必不可少的部件。功能：接入网络，与其它设备通讯主要厂商：intel、博通、TP-Link、D-link1.2计算机的基本组成讨论：简述微处理器、微计算机及微计算机系统三个术语的内涵答：微处理器是微计算机系统的核心硬件部件，主要包含运算器和控制器，对系统的性能起决定性的影响。微计算机包括微处理器、存储器、I/O接口电路及系统总线。微计算机系统是在微计算机的基础上配上相应的外部设备和各种软件，形成一个完整的、独立的信息处理系统。1.2计算机的基本组成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—每一个步骤三、计算机的工作步骤1.2计算机的基本组成取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1.2计算机的基本组成0000010000001000打印

停机取数α[α]ACC存数β[ACC]

β加γ[ACC]+[γ]

ACC乘δ[ACC]×[δ]ACC指令格式举例操作码地址码

[

]打印机1.2计算机的基本组成2.计算机的解题过程(1)运算器的基本组成及操作过程运算器MQACCALUXACCMQX加法被加数和加数减法被减数差减数乘法乘积高位乘数乘积低位被乘数除法被除数余数商除数1.2计算机的基本组成运算器MQACCALUXACC被加数ACC初态①加法操作过程[ACC]+[X]ALU[M]XXACCACC指令加M1.2计算机的基本组成②减法操作过程运算器MQACCALUX指令减MACC被减数ACC初态[M]XX[ACC]-[X]ALUACCACC1.2计算机的基本组成运算器MQACCALUXACCACC被乘数初态ACCMQ[M]MQ指令乘M③乘法操作过程X[ACC]X00ACCALU[X]×[MQ]ACC∥MQACCMQ1.2计算机的基本组成运算器MQACCALUXACC被除数ACC初态[ACC]÷[X]ALUMQACCMQ余数在ACC中指令除M[M]

XX④除法操作过程1.2计算机的基本组成存储体大楼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寻访–存储单元–存储元件（0/1）–

房间–

床位（无人/

有人）(2)存储器的基本组成主存储器存储体MARMDR1.2计算机的基本组成MARMDR存储单元个数

16存储字长

8

设MAR

=

4

位

MDR

=

8

位存储器地址寄存器反映存储单元的个数存储器数据寄存器反映存储字长(2)存储器的基本组成主存储器存储体MARMDR1.2计算机的基本组成取指令分析指令执行指令PCIRCUPCIRCU取指执行PC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访存访存完成一条指令(3)控制器的基本组成1.2计算机的基本组成123567894(4)主机完成一条指令的过程（以取数指令为例）CU控制单元主存储器MDRMAR存储体CPUPC控制器IR…运算器MQACCALUXI/O1.2计算机的基本组成123567984CU控制单元主存储器MDRMAR存储体CPUPC控制器IR…运算器MQACCALUXI/O(4)主机完成一条指令的过程（以存数指令为例）1.2计算机的基本组成(5)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)MARMMDRACCPC1.2计算机的基本组成1.3计算机主要技术指标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FLOPS221

=

256KB213=

1KB如：3.存储容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

32存放二进制信息的总数量1K=210