第1章 计算机组成与结构绪论

计算机组成原理 2004年3月 前言： 《计算机组成与系统结构》是计算机及其相关专业的专业必修课，在专业教学中起着承上启下的作用。计算机组成是指计算机硬件的具体实现；计算机结构是系统程序员所能见到的计算机的硬件特性。 课程内容包括七章：1. 计算机系统概述 2. 运算方法和运算器 3. 存储系统 4. 指令系统与寻址方式 5. 控制器原理 6. 外围设备和接口 7. 输入输出系统 学习中要注重基本概念、基本思想和基本方法的学习，理解计算机系统的工作原理和设计方法，掌握分析和设计计算机系统的知识，提高学习和应用计算机的能力。 第一章 绪论 1.1 计算机的发展简史 1.2 计算机的组成和工作原理 1.2 计算机系统的层次结构和性能指标 1.3 计算机的发展和应用 1.1 计算机的发展简史 第一台电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer) ，经历四代：第一代电子管计算机(1946到50年代后期)，第二代晶体管计算机(50年代中期到60年代后期)，第三代集成电路计算机(60年代中期到70年代前期)，第四代大规模集成电路计算机(70年代初期)。 大型机 巨型机 小型机 微型机 工程工作站 联机系统和计算机网络 现代计算机转向以存储器为中心，现代计算机三大部分结构图： 二. 机器指令与汇编语言 机器语言 机器语言是计算机可直接执行的语言，二进制代码。优点是：占用资源少、运行速度快、效率高；缺点是：不易编写、调试、阅读修改，通用性差。 汇编语言 汇编语言是符号化的机器语言，即用助记符表示的语言。助记符一般是英文单词缩写，便于编写、阅读、检查，克服了机器语言的缺点，又继承了它的优点。 四、计算机的工作过程 计算机的五大部件： 1. 运算器 运算和加工部件 2. 控制器 统一指挥和控制各部件工作 3. 存储器 存放程序和数据，存取信息 4. 输入设备 将外界非标准信号，转换成计算机能识别的电信号给计算机 5. 输出设备 将计算机的处理结果进行输出 1.3 计算机系统的组成 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统组成，缺一不可。 一、计算机的硬件系统 由上述的计算机的五大部件组成 三、 计算机系统的层次结构 计算机系统是由硬件系统和软件系统组成的，硬件系统和软件系统又包含许多子系统，结构十分复杂。从功能上看，现代计算机系统可分为5个层次级别： 五、计算机系统结构的分类 单指令流单数据流 SISD 单指令流多数据流 SIMD 多指令流单数据流 MISD 4. 多指令流多数据流 MIMD 1.4 计算机的特点与应用 一、计算机的特点 运算速度快 运算精度高 具有记忆功能和逻辑判断能力 可靠性高，通用性强 二、计算机的主要性能指标 1. 基本字长 数据线宽度4位、8位、16位、32位、64位 2. 主存容量 地址线宽度n，容量=2n字节 3. 运算速度 每秒运算的指令条数 4. 性能价格比 5. 外围设备的配置 6. 系统软件的配置 * 1.2 计算机的组成和工作原理 一、计算机的硬件结构 典型的冯.诺依曼计算机结构框图： John Von Neumann 美籍匈牙利数学家，1946年《关于电子计算仪器逻辑设计的初步探讨》报告提出“存储程序控制”的概念 输入器 运算器 存储器 控制器 输出器 原始数据 计算步骤 计算结果 CPU 输入设备 输入通道 输出设备 输出通道 I/O 算术逻辑单元ALU 控制器 CU CPU 主存储器 M.M I/O总线 存储 总线 三、总线结构 计算机硬件的典型结构： 小型机的总线型结构有：(1) CPU为中心的双总线结构； (2)单总线结构；(3) 以存储器为中心的双总线结构 CPU M.M I/O接口 I/O设备 I/O接口 I/O设备 …….. …….. 输入/输出总线 存储总线 CPU M.M I/O接口 I/O设备 I/O接口 I/O设备 …….. …….. 系统总线 CPU M.M I/O接口 I/O设备 I/O接口 I/O设备 …….. …….. 系统总线 存储 总线 微型机的一般结构：(仍属于单总线结构) 微处理器 ROM RAM I/O 接口 I/O 设备 ……... 大中型机的通道型结构： M.M CPU 通道 I/O 控制器 I/O 控制器 外设 外设 ….. 外设 外设 ….. 通道 I/O 控制器 I/O 控制器 外设 外设 ….. 外设 外设 ….. ……….. 总线