第1章 计算机组成概论

《计算机组成与结构》§0-1课程的性质和特点§0-2课程的基本要求§0-3教材与参考书§0-4成绩计算方法§0-5关于考试第0章关于本课程《计算机组成与结构》是计算机类相关专业的学科基础课之一。(参考计算机类专业课程体系)2009年计算机专业考研首次实行专业基础课全国统考，考查数据结构、操作系统、计算机组成原理、计算机网络四门课程，满分为150分，其中计算机组成原理占45分。

§0.1

本课程的性质和特点理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念。

理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。

能够运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。

§0.2本课程的基本要求

【教材】《计算机组成原理》白中英编著科学出版社

【参考书】《计算机组成与结构》王爱英编著清华大学出版社《现代计算机组成原理》潘松等编著科学出版社《计算机组成原理》唐朔编著高等教育出版社

§0.3教材与参考书成绩组成（期末考试：60％；实验：30％；考勤、回答问题和作业：10%）考勤：随机点名。回答问题：正确，加2分；错误，不扣分。作业：作业不要抄袭。做错不扣分，态度差要扣分。（作业应抄题目，画图必须用铅笔和直尺。）§0.4本课程的成绩计算考试内容紧扣大纲，不会超过大纲范围。平时讲课的重点即为考试重点；部分考试内容为平时的例题、习题或略加改变。不一定专门进行考前辅导和划分考试范围，所有讲课内容即为考试内容。考试时，认真读题，弄清题意，从容作答；尽量不要空题不答。§0.5关于本课程的考试

1.1计算机的分类和应用

1.2计算机的硬件

1.4计算机系统的层次结构

1.3计算机的软件第1章计算机系统概论重点：计算机系统结构、组成和实现，计算机的多层次结构难点：计算机系统结构的概念1.1计算机的分类和应用电子计算机从总体上来说分为两大类：电子模拟计算机和电子数字计算机;数字计算机又可分为专用计算机和通用计算机;通用计算机又分超级计算机、大型机、服务器、PC机、单片机和多核机六类，它们的结构规模和性能指标依次递减。图1.1各类计算机之间的区别1.1.1计算机的分类1.1计算机的分类和应用1.1.2计算机的应用科学计算。自动控制和测量：测量和测试领域中，计算机主要起两个作用：第一，对测量和测试设备本身进行控制；第二，采集数据并进行处理。信息处理：可用来处理文字、表格、图象、声音等各类问题，以及进行商务处理、数据库管理应用等。教育和卫生：CAI(计算机辅助教学)、远程教育、使用计算机的各种医疗设备、医疗专家系统等。家用电器。人工智能：诸如计算机学习、计算机证明、景物分析、模拟人的思维过程、机器人等等。■■■■■■1.2计算机的硬件1.2.1硬件的组成(1)运算器(2)控制器(3)存储器(4)系统总线(5)适配器及输入输出设备1.2.2计算机硬件的发展◆计算机的发展历史：

1．1946年开始的第一代电子管计算机；

2．1958年开始的第二代晶体管计算机；

3．1965年开始的第三代中小规模集成电路计算机；

4．1971年开始的第四代大规模集成电路计算机；

5．1986年开始的第五代巨大规模集成电路计算机◆其发展趋势是：

1.将进入以通信为中心的体系结构。

2.计算机智能化将进一步发展，进入知识处理阶段。

3.并行计算机和模块化计算机系统结构。

4.多媒体技术将有重大突破和发展。

1.2计算机的硬件软件分类系统软件操作系统

语言处理程序

实用程序应用软件办公软件包数据库管理系统浏览器实时控制软件诊断程序反病毒程序备份程序文件压缩程序卸载程序图形图像处理软件其它应用软件软件=程序+数据+文档1.3.1软件的分类1.3计算机的软件1.3计算机的软件1.3.2软件的发展演变目的程序汇编语言程序（算法语言）源程序操作系统数据库管理系统1.4计算机系统的层次结构

高级语言级

汇编语言级

操作系统级

一般机器级

微程序设计级1.4.1多级组成的计算机系统汇编程序编译程序微程序操作系统微程序直接由硬件执行

计算机系统是一个由硬件和软件组成的多级层次结构，每一级上都能进行程序设计，且得到下面各级的支持。1.4.2软件与硬件的逻辑等价性1.4计算机系统的层次结构

随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，计算机系统软、硬件界限已经变得模糊了。因为任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。对于某一功能采用硬件方案还是软件方案，取决于器件价格、速度、可靠性、存储容量、变更周期等因素。1.软件部分的“固化”甚至“硬化”。2.硬件部分的“软件化”。

了解计算机的分类与应用。掌握计算机的硬件组成。理解冯.诺依曼型计算机的工作原理。掌握计算机软件的分类及演化过程。掌握计算机系统的多级层次结构。

小结

作业P15T4、T8、T11(1)运算器

运算器就好比一个由电子线路构成的算盘，能进行加、减、乘、除等算术运算，还可进行逻辑运算。目前计算机的运算器长度一般是8位、16位、32位或64位。

(2)控制器控制器：控制计算机的各部件有条不紊地进行工作。其任务是从内存中取出解题步骤加以分析，然后执行某种操作。◆计算程序：指令：每一个基本操作。

程序：解算某一问题的一串指令系列。◆指令的形式：由操作码和地址码构成。操作码：操作的性质或动作。地址码：操作数的地址。◆控制器的基本任务：按程序顺序取指令，并执行指令。取指周期：取指令所用的时间。执行周期：执行指令作用的时间。◆冯.诺依曼型计算机设计思想：存储程序按地址顺序执行。存储程序：将解题的程序（指令系列）存放到存储器中称为存储程序。程序控制：控制器依据存储器的程序来控制全机协调一致完成计算任务叫做程序控制。◆指令流和数据流：指令流：取指周期中从内存读出的信息流。流向控制器。数据流：执行周期中从内存读出的信息流。流向运算器。字长：一个字的二进制位数。数据字：如果某字代表要处理的数据。指令字：如果某字代表一条指令。(2)控制器【续】(3)存储器存储器的功能：保存或“记忆”解题的原始数据和解题步骤。存储单元：在存储器中保存一个数的16个触发器，称为一个存储单元。地址：存储器是由许多存储单元组成，每个存储单元的编号称为地址。存储容量：存储器所有存储单元的总数。通常用单位KB、MB、

GB表示，如64KB、128MB、80GB。存储容量越大，表示计算机记忆储存的信息就越多。内、外存储器：计算机中又配备的存储容量更大的磁盘存储器、光盘存储器等。相对而言，半导体存储器称为内存储器，简称内存。(4)系统总线系统总线：是构成计算机系统的骨架，是多个系统部件之间进行数据传送的公共通道。借助系统总线，计算机在各系统部件之间实现传送的地址、数据和控