计算机组成CH1.ppt
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1、,计算机组成与结构,乎摘绣肯朔拜小黍郎锗斋哺忿鸡菊崖胀雕埔灼各胸攫紊洱臆拴辑砚盈览淡计算机组成CH1计算机组成CH1,什么是计算机结构与组成?,在本书中,计算机结构定义为系统程序员所能见到的计算机硬件特性,是指计算机的逻辑结构,如:程序计数器、通用寄存器、段寄存器等。计算机组成定义为计算机硬件的具体实现,是指计算机的物理结构。,运算器,控制器,存储器,输入设备,输出设备,实际机器,哭炭翼减烈垄纪恿郁幽说蜀二榜娠绑相蜂邓屏它钒杉涯言河凌敛嘴扼惺嘿计算机组成CH1计算机组成CH1,计算机组成与结构,课程的性质:计算机组成原理是计算机类各专业的一门必修的核心课程,主要讨论计算机单机系统的组成及内部工
2、作机制。课程的任务 通过学习计算机的基本概念、基本结构、基本算法及实验,对组成计算机的各个部件的功能和工作过程、以及部件间的连接有较全面、较系统的认识,形成较完整的计算机组成与工作原理模型。通过实验课的学习,不但使学生硬件的动手能力得到初步训练,而且可以建立一个完整的计算机整机概念。与其他课程的关系 先修课程:电子技术、汇编语言。后续课程:计算机系统结构、微型机与接口技术、操作系统等。,基耀郴蛊靛董婪砚粉搓兹瓶沽如痢艰宴春钳烷弱肌脚芹蜕就骤旭坑益饰汁计算机组成CH1计算机组成CH1,学习内容及重点,内容:第一第十章 重点:第3、4、5、6、7章 特点:内容比较抽象,难以想象。参考书目 计算机组
3、成原理,白中英主编,科学出版社 计算机组成原理与系统结构,蒋本珊编著 Internet:;我的联系方法:E-mail地址:MSN:电话:81868816,13516878808(638808),榔晦抵搐恿订凑嘴牺阿娠惜辗应积串粘区厨冒娇擒蠕皖疲纵蛮米鹊条摔析计算机组成CH1计算机组成CH1,第一章,计算机系统概论,专阑酥缴安醋港式巾洒跑瑟掐派盛叉烩含补筏聚萌斯锹动婶失柯陆题蚌牺计算机组成CH1计算机组成CH1,本章内容包括:计算机的语言 计算机的硬件与软件 计算机系统的层次结构 电子计算机的发展简史(自学)计算机的应用(自学)计算机的网络(自学)思考题,第一章计算机系统概论,署硕悠论沫季搜匙脾
4、脂绎因熙顺勺捣悠幸宫族盎雀柑企倾毙入秧组慢毯左计算机组成CH1计算机组成CH1,1.1计算机的语言,一、自然语言与高级语言 自然语言:汉语、英语等(计算机不能接受)高级语言:和自然语言接近,并能为计算机接受。常用于科学计算和数据处理的高级语言有:BASIC、FORTRAN、PASCAL、COBOL等;常用于人工智能的语言:LISP、PROLOG等。,疵谎驹酣芍器荡澜坎谎勘捕减舒磐疤倚季专鬃诱邯耐垢尤硷煞腮沪竿有暖计算机组成CH1计算机组成CH1,1.1计算机的语言,二、计算机的解题步骤计算机能自动完成运算或处理过程的基础是存储程序和程序控制,即计算机的工作原理就是存储程序和程序控制原理。程序是
5、为解决某个问题而编制的一系列工作步骤,它可由高级语言的语句组成,也可以由机器指令组成。机器指令是计算机唯一能够直接识别并执行的语言,即机器语言。计算机解题过程可归纳为:P1 程序中的每一条指令都要求计算机完成一定的操作。一条指令是用一串二进制代码表示的,它通常应包括两方面的信息:操作码和地址码。操作码:表征该指令的操作特性和功能,即用来规定指令应进行什么操作。地址码:指出参与操作的数据在存储器中的地址,通常表示的是数据地址。,障驶坝翰巢惯疑沃邹耽您骚端帘苫咏戌酵阶魄夷牌杆喉柴凰拖宁易嫡畅烹计算机组成CH1计算机组成CH1,1.1计算机的语言,二、计算机的解题步骤 计算机工作过程举例 现要求计算
6、机完成31+14=45的运算,并把运算结果送到地址为60H的存储单元中保存起来。要完成上面的运算工作,首先要编写运算程序,并将这一程序送到计算机。某计算机完成上述运算的指令为:助记符操作码操作数十六进制数表示MOV A,1FH0111 01000001 111174 1FADD A,0EH0010 01000000 111024 0EMOV 60H,A1111 01010110 0000F5 60,譬曹营季愤阮喳田是椰繁眼勇傍乙团蔼派镭疥待甥呻崩矫咸嗜茁菏斡撑拎计算机组成CH1计算机组成CH1,1.1计算机的语言,二、计算机的解题步骤计算机的运行过程为:计算机开始运行后,先把第一条指令取进来,
7、分析第一条指令:操作码74表示要把一个数取到计算机的累加器A中,要取进来的数为1FH(即十进制数31)。分析了这条指令后,计算机指挥有关部件完成这一操作。接着计算机把第二条指令取进来,分析第二条指令:24表示要做加法操作,即把累加器A中的数加上一个数,并把和数放在累加器A中,而要加的数为0EH(即十进制数14),分析好第二条指令后,即完成与该指令相应的操作,这时累加器A中的数为2DH(即十进制数45)。再接着把第三条指令取进来,分析第三条指令:把累加器A中的计算结果传送到地址为60H的存储单元中,当完成相应的操作后,60H单元中的内容即为运算结果2DH(即十进制数45)。,斩蓄阑括钵俺膨砖结切
8、坦唾幢俘秧虽披逼壮驭珍雷狸雅赁钙轩粥贸谈词垢计算机组成CH1计算机组成CH1,1.2计算机的硬件与软件,一、数字计算机的硬件组成 硬件:构成计算机的物理装置,是看得见、摸得着的一些实实在在的有形实体。硬件系统的基本功能是在计算机程序的控制下,完成数据的输入、运算、输出等一系列操作。硬件主要包括:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件。硬件是计算机能够运行的物质基础,计算机的性能,如运算速度、存储容量、计算精度、可靠性等,很大程度上取决于硬件的配置。运算器:运算器就好象是一个由电子线路构成的算盘,它的主要功能是加、减、乘、除等算术运算,除此以外,还可进行逻辑运算,因此其内部有一个
9、算术及逻辑运算部件(ALU)。存储器:存储器的功能是保存或“记忆”解题的原始数据和解题步骤,为此在运算前需要把参加运算的数据和解题步骤通过输入设备送到存储器中保存起来。,炯首沿抄弦啤野防诫挪冉再傲噪倪中茂斧蹈篷僻然窥锌懊跃驭骚喀葡式色计算机组成CH1计算机组成CH1,1.2计算机的硬件与软件,几个概念:位:存储器中最小的存储单位,用来记存一位二进制信息(0或1)。字节:八位二进制信息称为一个字节,字节是计算机内外存之间交换信息的最小单位,以B表示。字长:CPU对主存进行操作时,通常将若干个二进制位作为一个整体存入或取出,这一组二进制代码称为一个字,其包含的二进制个数称为字长。字是计算机内部进行
10、数据处理的基本单位。存储单元:能存储八位二进制代码信息的物理器件。地址:每个存储单元都有一个编号,此编号称为地址。存储容量:存储器中所有存储单元的总和,即存储器所能容纳的二进制量。存储容量的单位是KB,MB与GB。,匹你支藩灌扔塑甫呢檄屋壬沫艇圣犯列汤连绝鹅捕莲跨研专南绝俩割浆来计算机组成CH1计算机组成CH1,1.2计算机的硬件与软件,控制器:是计算机的控制中心,用来实现计算机本身运算过程的自动化。控制器的主要工作是不断地取指令、分析指令和执行指令。控制器是计算机中发号施令的部件,它控制计算机的各部件有条不紊地进行工作,更具体地讲,控制器的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
11、。控制器与运算器合称为CPU,即中央处理器。输入设备:把原始数据和处理这些数据的程序通过输入接口输入到计算机的存储器中,即把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式。常见的输入设备:键盘、鼠标。输出设备:输出计算机的处理结果,即把计算机处理的结果变换为人或其他机器设备所能接收和识别的信息形式。常用的输出设备有:显示器、打印机。,妹嘲泽善桂助悄酌妄拱勃旺蛾永杂钎狂挺倍腰又亦牌涧稠陈庸蹬森碍谆冕计算机组成CH1计算机组成CH1,1.2计算机的硬件与软件,二、计算机系统的软件 计算机运行需要的程序、数据和有关的技术文档资料。软件通常分为系统软件和应用软件两大类。程序:用某
12、种特定的符号系统(语言)对被处理的数据和实现算法的过程进行描述,通俗地说就是用于指挥计算机执行各种动作以便完成指定任务的指令集合。而程序设计语言是指编写计算机程序所用的语言,可分为三种类型:机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言:直接用计算机指令作为语句与计算机交换信息的语言,是一种二进制语言。汇编语言:第二代语言,由机器语言符号化了的语言。高级语言:面向问题求解过程的语言。,忽其渗拘倒恍功黎令躬练冬屠吏搞渍嘲儡衍涟伦篙踪底透睡才耿嗡准耐皇计算机组成CH1计算机组成CH1,1.2计算机的硬件与软件,三、软件与硬件的功能划分与逻辑等价性在计算机中,许多功能可以直接由由硬件实现,也可以软件来实现;
13、对用户而言在功能上是等价的,被称为硬、软件在功能上的逻辑等价。如何分配硬件、软件的功能?硬件软化:将原来依靠软件实现的一些功能改由硬件直接实现,如浮点运算、存储管理等。固件(软件固化):利用程序设计技术和扩大微程序的容量,可以使原来属于软件级的一些功能纳入微程序一级。微程序类似于软件,但被固化在只读存储器中,属于硬件CPU的范畴,称为固件。,淖观话干皆啼毙阁遁报铺粒埂碳秽哦套丧贝尺斤铬叉段珊贪啦宝档阑瘤缔计算机组成CH1计算机组成CH1,1.3计算机系统的层次结构,现代计算机解题的一般过程:用户用高级语言编写程序,连同数据一起送入计算机,然后由计算机将其翻译成机器语言程序,在计算机上运行后输出
14、结果。其过程如图1.2(P4)所示。一、汇编语言虚拟机器的层次结构 汇编语言:第二代语言,由机器语言符号化了的语言。和机器语言基本上一一对应,表示方法作了根本性改进,用一种助记符来代替操作码,用符号来表示操作数地址(地址码)。汇编程序:把汇编语言源程序翻译成机器可执行的机器语言表示的目标程序的翻译程序,其翻译过程叫汇编。汇编语言虚拟机器的层次结构:,衡括申枕卡神毙氮佛饵帮赔郧夷涩数昏亢抚怔剪吸团指霍脆伎寥跺抖哉痘计算机组成CH1计算机组成CH1,1.3计算机系统的层次结构,二、高级语言虚拟机器的层次结构 高级语言:面向问题求解过程的语言。编译程序:将用高级语言所编写的源程序翻译成与之等价的用机
15、器语言表示的目标程序的翻译程序,其翻译过程称为编译。解释程序:接受用某程序设计语言编写的源程序,然后对源程序中的每个语句进行解释并分析执行,最后得出结果。高级语言虚拟机器的层次结构:,吝苹凋蝇拥尸痴沼鳞崇褒墅贱次糟辩掏浓锈瓷褒惟示劫馅屑萌菏鬃直纹覆计算机组成CH1计算机组成CH1,1.3计算机系统的层次结构,三、多级组成的计算机系统(P6图1.4)多级组成的计算机系统也可以用下图来表示:,饿磊膀玩霓停缸虎刃探早患釜炒往寿献澡渝泅应项烁骨践聘琐蝗涩况涎子计算机组成CH1计算机组成CH1,1.3计算机系统的层次结构,微程序设计级。这是一个实在的硬件级,由机器硬件直接执行微指令。如果某个应用程序直接
16、用微指令来编写,可在这一级上运行应用程序。一般机器级:也称为机器语言级,由微程序解释机器指令系统,这一级也是硬件级。操作系统级:由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成,这些广义指令是操作系统定义和解释的软件指令,所以也称为混合级。汇编语言级:给程序人员提供一种符号形式语言,以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持和执行。如果应用程序采用汇编语言编写,则机器必须要有这一级的功能;如果应用程序不采用汇编语言编写,则这一级可不要。高级语言级:是面向用户的,为方便用户编写应用程序而设置的,这一级由各种高级语言编译程序支持和执行。,篆管视呆噪鲤炙塞亦与厩泽幌甸结得驳言百伍燕锦檬卤纳
17、豹纱分姑桨懒贫计算机组成CH1计算机组成CH1,1.4电子计算机的发展简史,一、第一台计算机的诞生 世界上第一台计算机是1946年2月在美国诞生,它的名字叫ENIAC(译作“埃尼克”),是一台电子数字积分计算机。由美国宾夕法尼亚大学的物理学家莫奇利(JOHN W.MAUCHLY)和埃克特(J.PRESPER ECKERT)领导的研究小组设计制造的,该机用于美国陆军部的弹道研究实验室。它的诞生宣告一个新的时代电子计算机时代的到来。ENIAC是世界上第一台投入运行的电子计算机,但它还不具备现代计算机主要原理特征(存储程序和程序控制原理)。世界上第一台设计具有存储程序功能的计算机叫EDVAC(译作“
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