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1、1第1页，此课件共28页哦绪论绪论一、本课程与微机原理课的区别与联系:区别z计算机组成原理计算机组成原理 以计算机的构造原理为出发点，不针对具体机型，以计算机的构造原理为出发点，不针对具体机型，泛泛地从理论上来研究计算机上各个部分的实现原泛泛地从理论上来研究计算机上各个部分的实现原理理z微机原理微机原理 以计算机的应用实践为出发点，针对具体机型，以计算机的应用实践为出发点，针对具体机型，从实践上来介绍计算机上各个部件如何有机地连为从实践上来介绍计算机上各个部件如何有机地连为一个整体、协调工作、实行问题求解一个整体、协调工作、实行问题求解第2页，此课件共28页哦绪论绪论:联系联系z两门课程都是针
2、对计算机工作原理的，一个侧两门课程都是针对计算机工作原理的，一个侧重于理论、计算机的一般构造原理；一个侧重重于理论、计算机的一般构造原理；一个侧重于实践、具体机型的整体控制及工作控制过程。于实践、具体机型的整体控制及工作控制过程。z前者具有普遍的指导意义、后者是前者的一前者具有普遍的指导意义、后者是前者的一个具体事例。二者互为补充，以此使学习者个具体事例。二者互为补充，以此使学习者达到对计算机工作原理的完整了解。达到对计算机工作原理的完整了解。第3页，此课件共28页哦绪论绪论二、为什么开设本课二、为什么开设本课:1.本课程在计算机知识体系中占重要地位，是其核心课程之一。计计算算机机的的体体系系
3、结结构构编编译译软软件件公公办办件件操操作作系系统统智智能能系系统统软软理理据据数数管管计计辅辅助助设设用用应应软软件件机机 器器 语语 言言汇汇 编编 语语 言言高高 级级 语语 言言自自 然然 语语 言言网网通通络络信信第4页，此课件共28页哦第一章计算机系统概论第一章计算机系统概论1、高级语言：和自然语言接近，并能为计算机接受的语、高级语言：和自然语言接近，并能为计算机接受的语言，称为计算机的高级语言。言，称为计算机的高级语言。2、机器语言（、机器语言（Machine Language）：由二进制代码表示的）：由二进制代码表示的指令组成，能在机器上执行的语言。指令组成，能在机器上执行的语
4、言。3、汇编语言、汇编语言（Assembly Language）:由助记符、符号地址和由助记符、符号地址和标号来书写的程序就称为汇编语言。标号来书写的程序就称为汇编语言。三种语言的比较：三种语言的比较：高级语言容易学习，使用方便，通用性强，高级语言容易学习，使用方便，通用性强，程序也比较短，便于推广和交流；但高级语言必须经过编译程序也比较短，便于推广和交流；但高级语言必须经过编译才能执行，而且编译程序占内存量大。机器语言不好记忆不才能执行，而且编译程序占内存量大。机器语言不好记忆不易理解，使用麻烦，但在执行时最快、最直接。汇编语言是易理解，使用麻烦，但在执行时最快、最直接。汇编语言是一种较好的
5、折衷，它的执行速度与机器语言相仿，但比机器一种较好的折衷，它的执行速度与机器语言相仿，但比机器语言好理解，便于记忆和使用。语言好理解，便于记忆和使用。第5页，此课件共28页哦绪论绪论本书的重点是计算机（单机）的基本组成原理本书的重点是计算机（单机）的基本组成原理及有关的硬件结构，并对计算机的发展与实现及有关的硬件结构，并对计算机的发展与实现提供了必要的也是最基本的知识。提供了必要的也是最基本的知识。第6页，此课件共28页哦第一章计算机系统概论第一章计算机系统概论一一.概念概念1.中央处理器中央处理器CPU(运算器和控制器运算器和控制器)将控制器和运算器集成在一起制成的大规模集将控制器和运算器集
6、成在一起制成的大规模集成电路芯片。成电路芯片。2.计算机计算机 以以中央处理器中央处理器为核心为核心,配上大规模集成电路的配上大规模集成电路的随机存储器随机存储器RAMRAM、只读存储器、只读存储器ROMROM、输入输出接口、输入输出接口电路及其它相应的辅助电路而构成。电路及其它相应的辅助电路而构成。3.微型计算机系统微型计算机系统 由微型计算机以相应的外部设备及其专用电路由微型计算机以相应的外部设备及其专用电路,电源电源,面板面板,机架以及足够的软件而构成的系统机架以及足够的软件而构成的系统.第7页，此课件共28页哦第一章计算机系统概论第一章计算机系统概论1、运算器和控制器、运算器和控制器
7、运算器运算器是对信息和数据进行处理和运算的部是对信息和数据进行处理和运算的部件，经常进行的是件，经常进行的是算术运算算术运算和和逻辑运算逻辑运算。控制器控制器主要用来实现计算机本身运行过程主要用来实现计算机本身运行过程的自动化，即实现程序的自动执行。的自动化，即实现程序的自动执行。2、存储器、存储器 存储器用来存放存储器用来存放程序程序和和数据数据，包含包含随机存随机存储器储器RAMRAM和和只读存储器只读存储器ROMROM，是计算机各种信息是计算机各种信息的存储和交流中心。具有的存储和交流中心。具有存储存储、缓冲缓冲和和传递信传递信息息的作用。的作用。第8页，此课件共28页哦第一章计算机系统
8、概论第一章计算机系统概论存储器分类表存储器分类表存储器存储器主存储器主存储器快檫型存储器（快檫型存储器（Flash Memory）随机存储器随机存储器（RAM）MOS存储器存储器(静态、动态静态、动态)双极型半导体存储器双极型半导体存储器辅助存储器辅助存储器EPROM,EEPROM只读存储器只读存储器（ROM）PROMMROM磁盘（软盘、硬盘、盘组）存储器磁盘（软盘、硬盘、盘组）存储器光盘存储器光盘存储器磁带存储器磁带存储器缓冲存储器缓冲存储器第9页，此课件共28页哦第一章计算机系统概论第一章计算机系统概论输入设备：用来输入原始数据和处理这些数据的程序。输入的信息有数字符、字母和控制符等。主要
9、设备有：键盘、图形输入设备（鼠标器、图形板、跟踪球、操纵杆、光笔）、图像输入设备（摄像机、扫描仪、传真机）画笔（或游动标）输入、输入和。输出设备：用来输出计算机的处理结果，可以是数字、表格和图形等。主要设备有：显示器、打印设备（点阵式打印机、激光打印机、喷墨打印机）、绘图仪（平板式、滚筒式）、语音输出。第10页，此课件共28页哦第一章计算机系统概论第一章计算机系统概论3.计算机系统RAMROMI/O设备设备外存外存外设外设I/o通道通道系统组成系统组成硬件组成硬件组成软件组成软件组成主机主机外围设备外围设备电源电源内存储器内存储器微处理器微处理器I/o接口电路接口电路系统总线系统总线系统软件系
10、统软件应用软件应用软件操作系统操作系统编译软件编译软件。高级语言高级语言汇编语言汇编语言。第11页，此课件共28页哦第一章计算机系统概论第一章计算机系统概论在计算机各部件间来往的信号可分为地址、数据和控制信号。通常这些信号是通过总线传送的，如图所示：以总线连接的计算机框图输入/输出地址总线数据总线控制总线运算控制部件（CPU）存储器输入/输出第12页，此课件共28页哦第一章计算机系统概论第一章计算机系统概论二二.微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况1、冯冯诺依曼诺依曼采用采用存储程序存储程序方案开发出方案开发出EDVAC计算机，计算机，称为称为冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机。冯冯诺依曼计算机
11、具有如下基本特点：诺依曼计算机具有如下基本特点：计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。出设备五部分组成。采用存储程序的方式，采用存储程序的方式，程序程序和和数据数据放在同一个存储放在同一个存储器中。器中。数据以数据以二进制码二进制码表示。表示。指令由指令由操作码操作码和和地址码地址码组成。组成。指令在存储器中按执行顺序存放。指令在存储器中按执行顺序存放。机器以机器以运算器运算器为中心，输入输出设备与存储器间的为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器。数据传送都通过运算器。第13页，此课件共28页哦第一章计算机系统概
12、论第一章计算机系统概论二二.微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况2、根据电子计算机所采用的、根据电子计算机所采用的物理器件物理器件的发展，一的发展，一般把计算机的发展划分为四个阶段：般把计算机的发展划分为四个阶段：第一代：电子管第一代：电子管计算机时代（计算机时代（1946五十年代五十年代后期），主要特点是采用电子管作为基本器件。后期），主要特点是采用电子管作为基本器件。第二代：晶体管第二代：晶体管计算机时代（五十年代中期计算机时代（五十年代中期六十年代后期），主要器件为晶体管，并采六十年代后期），主要器件为晶体管，并采用了磁心存储器。用了磁心存储器。第14页，此课件共28页哦第一章计算机
13、系统概论第一章计算机系统概论第三代：集成电路第三代：集成电路计算机时代计算机时代（六十年代中期（六十年代中期七十年代前七十年代前期），采用集成电路作为基本器件。期），采用集成电路作为基本器件。第四代：大规模集成电路计算机时代第四代：大规模集成电路计算机时代；以；以半导体存储器半导体存储器取取代磁心存储器。自此，计算机机入大发展时期，通用代磁心存储器。自此，计算机机入大发展时期，通用机、巨型机、小型机、微型机和工作站都得到了发展。机、巨型机、小型机、微型机和工作站都得到了发展。微型机的发展概况微型机的发展概况1、第一代微处理器（、第一代微处理器（19711973年）年）4位或位或8位位低档机。低
14、档机。代表产品：代表产品：Intel公司的公司的Intel 4004,Intel 440，低档低档8位机如位机如Intel 8008。集成度：集成度：2000个晶体管个晶体管/片。片。特点：指令系统简单、运算能力差、速度慢；特点：指令系统简单、运算能力差、速度慢；软件用机器语言和汇编语言软件用机器语言和汇编语言。第15页，此课件共28页哦第一章计算机系统概论第一章计算机系统概论2、第二代微处理器第二代微处理器（19741978年）年）8位中档和高档机位中档和高档机代表产品：代表产品：Intel公司的公司的8080，Motorola公司的公司的M6800，Rockwell公司的公司的PPS-8等
15、；等；Intel公司的公司的8085，Zilog公司的公司的Z80，Motorola公司的公司的M6809。集成度：集成度：490010000个晶体管个晶体管/片片特点：指令系统相对完善、速度提高一个数量级；特点：指令系统相对完善、速度提高一个数量级；已具有典型计算机体系结构；已具有典型计算机体系结构；软件配置有汇编、软件配置有汇编、BASIC、FORTRAN等高级语言等高级语言几操作系统。几操作系统。主要应用于教学和实验、工业控制和智能仪器中主要应用于教学和实验、工业控制和智能仪器中。第16页，此课件共28页哦第一章计算机系统概论第一章计算机系统概论3、第三代微处理器第三代微处理器（1978
16、1981年）年）16位微处理器位微处理器代表产品：代表产品：Intel8086/8088 Zilog公司研制成公司研制成Z8000；Motorola公司也推出了公司也推出了M6800。集成度：集成度：Intel8086(2.9万只晶体管万只晶体管/片片)Z8000（1.75万只晶体管万只晶体管/片）片）M6800（集成度为（集成度为6.8万只晶体管万只晶体管/片）。片）。特点：特点：指令系统完善、速度更快；指令系统完善、速度更快；硬件配置齐全、还配置了功能较强的系统软件；硬件配置齐全、还配置了功能较强的系统软件；已达到或超过原中底档小型机的水平。已达到或超过原中底档小型机的水平。第17页，此课
17、件共28页哦第一章计算机系统概论第一章计算机系统概论4、第四代微处理器第四代微处理器（19811992年）年）32位高档微处理器。位高档微处理器。代表产品：Intel80386SX/80386DX；Intel80486(80386、80387、8KB高速缓存器高速缓存器)；IBM-PC/80486和和IBM-PC/80586；Motorola公司也推出了公司也推出了M6800；5、第五代微处理器第五代微处理器（1992年以后）年以后）64位高档微处理器位高档微处理器代表产品：代表产品：Intel公司的公司的Pentium等；等；特点：特点：集成度又有了新的突破，例如集成度又有了新的突破，例如I
18、ntel公司的公司的Pentium-100集成度高达集成度高达510万只晶体管万只晶体管/片。片。采用整数嵌入技术和浮点运算器以及超通道技采用整数嵌入技术和浮点运算器以及超通道技术，每个指令周期可以执行术，每个指令周期可以执行2条指令，运算速度刷条指令，运算速度刷新了。新了。结论：发展主要表现在提高结论：发展主要表现在提高集成度集成度和和速度速度两大方面。两大方面。第18页，此课件共28页哦第一章计算机系统概论第一章计算机系统概论三、计算机的应用三、计算机的应用1、科学计算、科学计算2、数据处理、数据处理3、计算机控制、计算机控制4、计算机辅助设计、计算机辅助设计/计算机辅助制造计算机辅助制造
19、5、人工智能、人工智能第19页，此课件共28页哦CPU的发展历程的发展历程 CPU即即中央处理器中央处理器，它是计算机的大脑，计算，它是计算机的大脑，计算机的运算、控制都是由它来处理的。它的发展机的运算、控制都是由它来处理的。它的发展非常迅速，就像一列不断在加速的火车一样。非常迅速，就像一列不断在加速的火车一样。那么经过这么多年的发展，现在的那么经过这么多年的发展，现在的CPU究竟成究竟成了什么样呢？未来了什么样呢？未来CPU将会是一个什么样子呢将会是一个什么样子呢？别急，等我慢慢来向大家阐述一下。在向大？别急，等我慢慢来向大家阐述一下。在向大家介绍家介绍CPU详细的情形之前，务必要让大家弄详
20、细的情形之前，务必要让大家弄清楚到底清楚到底CPU是什么？它到底有那些重要的性是什么？它到底有那些重要的性能指标呢？能指标呢？第20页，此课件共28页哦CPU的发展历程的发展历程CPU的英文全称是的英文全称是Central Processing Unit，我，我们翻译成中文也就是中央处理器。们翻译成中文也就是中央处理器。CPU从雏形从雏形的出现到发展壮大的今天，由于制造技术的越的出现到发展壮大的今天，由于制造技术的越来越先进，在其中所集成的电子元件也越来越来越先进，在其中所集成的电子元件也越来越多，上万个，甚至是上百万个微型的晶体管构多，上万个，甚至是上百万个微型的晶体管构成了成了CPU的内部
21、结构。那么这上百万个晶体管的内部结构。那么这上百万个晶体管是如何工作的呢？看上去似乎很深奥，其实只是如何工作的呢？看上去似乎很深奥，其实只要归纳起来稍加分析就会一目了然的，要归纳起来稍加分析就会一目了然的，CPU的的内部结构可分为内部结构可分为控制单元控制单元，逻辑单元逻辑单元和和存储单存储单元元三大部分。而三大部分。而CPU的工作原理就象一个工厂的工作原理就象一个工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料（指令），对产品的加工过程：进入工厂的原料（指令），第21页，此课件共28页哦CPU的发展历程的发展历程经过物资分配部门（控制单元）的调度分配，被送往生经过物资分配部门（控制单元）的调度分配，被送
22、往生产线（逻辑运算单元），生产出成品（处理后的数据）产线（逻辑运算单元），生产出成品（处理后的数据）后，再存储在仓库（存储器）中，最后等着拿到市场上后，再存储在仓库（存储器）中，最后等着拿到市场上去卖（交由应用程序使用）。去卖（交由应用程序使用）。CPU作为是整个微机系统的作为是整个微机系统的核心核心，它往往是各种档次微机的代名词，如往日的，它往往是各种档次微机的代名词，如往日的286、386、486，到今日的奔腾三、奔腾四等等，到今日的奔腾三、奔腾四等等，CPU的性能大致上也的性能大致上也就反映出了它所配置的那部微机的性能，因此它的性能指就反映出了它所配置的那部微机的性能，因此它的性能指标十
23、分重要。在这里我们向大家简单介绍一些标十分重要。在这里我们向大家简单介绍一些CPU主要的主要的性能指标：性能指标：第22页，此课件共28页哦CPU的发展历程的发展历程第一、主频，倍频，外频第一、主频，倍频，外频。经常听别人说：。经常听别人说：“这个这个CPU的频率是多少多少的频率是多少多少”，其实这个泛指的频率是指，其实这个泛指的频率是指CPU的主频的主频，主频也就是，主频也就是CPU的时钟频率的时钟频率，英文全称：，英文全称：CPU Clock Speed，简单地说也就是，简单地说也就是CPU运算时的运算时的工作频率工作频率。一般说来，主频越高，一个时钟周期里面完成的指令一般说来，主频越高，
24、一个时钟周期里面完成的指令数也越多，当然数也越多，当然CPU的速度也就越快了。不过由于各种的速度也就越快了。不过由于各种各样的各样的CPU它们的内部结构也不尽相同，所以并非所有它们的内部结构也不尽相同，所以并非所有的时钟频率相同的的时钟频率相同的CPU的性能都一样。至于的性能都一样。至于外频外频就是就是系系统总线统总线的工作频率；而的工作频率；而倍频倍频则是指则是指CPU外频外频与与主频主频相差的相差的倍数。三者是有十分密切的关系的：倍数。三者是有十分密切的关系的：主频主频=外频外频x倍频倍频。第23页，此课件共28页哦CPU的发展历程的发展历程 第二：内存总线速度第二：内存总线速度，英文全称
25、是，英文全称是Memory-Bus Speed。CPU处理的数据是从哪里来的呢处理的数据是从哪里来的呢？学过一点计算机基本原理的朋友们都会清楚，？学过一点计算机基本原理的朋友们都会清楚，是从是从主存储器主存储器那里来的，而主存储器指的就是那里来的，而主存储器指的就是我们平常所说的我们平常所说的内存内存了。一般我们放在了。一般我们放在外存外存（磁盘或者各种存储介质）上面的资料都要（磁盘或者各种存储介质）上面的资料都要通通过内存过内存，再进入再进入CPU进行处理的。由于内存和进行处理的。由于内存和CPU之间的运行速度或多或少会有差异，因此之间的运行速度或多或少会有差异，因此便出现了便出现了二级缓存
26、二级缓存，来协调两者之间的差异，来协调两者之间的差异，而而内存总线速度内存总线速度就是指就是指CPU与二级高速缓存和与二级高速缓存和内存之间的通信速度。内存之间的通信速度。第24页，此课件共28页哦CPU的发展历程的发展历程扩展总线速度扩展总线速度，英文全称是，英文全称是Expansion-Bus Speed。扩展总线扩展总线指的就是指安装在微机系统指的就是指安装在微机系统上的上的局部总线局部总线如如VESA或或PCI总线，我们打开总线，我们打开电脑的时候会看见一些插槽般的东西，这些就电脑的时候会看见一些插槽般的东西，这些就是是扩展槽扩展槽，而，而扩展总线扩展总线就是就是CPU联系这些外部联系
27、这些外部设备的桥梁。设备的桥梁。第25页，此课件共28页哦CPU的发展历程的发展历程下面，我们看一下下面，我们看一下CPU的发展历程：的发展历程：CPU的溯源可以一直追到的溯源可以一直追到1971年。当时还处在发展阶段的年。当时还处在发展阶段的INTEL公司推出了世界上第一台公司推出了世界上第一台微处理器微处理器4004。微处理微处理器器：就是利用：就是利用大规模集成电路大规模集成电路技术把计算机的中央处理单技术把计算机的中央处理单元（元（CPUCentral Processing Unit）即计算机的）即计算机的运算器运算器和和控制器控制器集成在一个芯片上称为微处理器集成在一个芯片上称为微处
28、理器（Microprocessor）.这不但是第一个用于计算器的这不但是第一个用于计算器的4位位微处理器，也是第一款个人有能力买得起的电脑处理器。微处理器，也是第一款个人有能力买得起的电脑处理器。1978年，年，Intel公司再次领导潮流，首次生产出公司再次领导潮流，首次生产出16位的微处位的微处理器理器，并命名为，并命名为i8086，Intel在后续在后续CPU的命名上沿用了的命名上沿用了原先的原先的X86序列，序列，第26页，此课件共28页哦CPU的发展历程的发展历程Intel在后续在后续CPU的命名上仍沿用了原先的的命名上仍沿用了原先的X86序列，直到后序列，直到后来因商标注册问题，才放
29、弃了继续用阿拉伯数字命名。至于在来因商标注册问题，才放弃了继续用阿拉伯数字命名。至于在后来发展壮大的其他公司，例如后来发展壮大的其他公司，例如AMD等，在等，在486以前（包括以前（包括486）的）的CPU都是按都是按Intel的命名方式为自己的的命名方式为自己的X86系列系列CPU命名，但到了命名，但到了586时代，市场竞争越来越厉害了，由于商标注时代，市场竞争越来越厉害了，由于商标注册问题，其他公司无法继续使用与册问题，其他公司无法继续使用与Intel的的X86系列相同或相系列相同或相似的命名，只好另外为自己的似的命名，只好另外为自己的586、686兼容兼容CPU命名了。命名了。1979年
30、，年，INTEL公司推出了公司推出了8088芯片，芯片，1982年，年，INTEL推推出了出了80286芯片，是芯片，是16位处理器，时钟频率提高到位处理器，时钟频率提高到20MHz。1985年年INTEL推出了推出了80386芯片，它是芯片，它是80X86系列中的第一系列中的第一种种32位微处理器，时钟频率为位微处理器，时钟频率为12.5MHz，后提高到，后提高到20MHz，25MHz，33MHz。第27页，此课件共28页哦CPU的发展历程的发展历程1989年，我们大家耳熟能详的年，我们大家耳熟能详的80486芯片由芯片由INTEL推出，推出，80486的时钟频率从的时钟频率从25MHz逐步
31、提高到逐步提高到33MHz、50MHz。80486是将是将80386和数学协处理器和数学协处理器80387以及一个以及一个8KB的高速的高速缓存集成在一个芯片内，看完这里，相信大家会对缓存集成在一个芯片内，看完这里，相信大家会对CPU的发的发展历程有一个初步的认识，至于这段时期其他公司：譬如展历程有一个初步的认识，至于这段时期其他公司：譬如AMD，CYRIX等等推出的等等推出的CPU，由于名字和，由于名字和INTEL的都的都是一个样，也就不再重复叙述了。是一个样，也就不再重复叙述了。相信大家最关心的要算是今日相信大家最关心的要算是今日CPU的发展状况了，我们的发展状况了，我们就从就从Pentium（奔腾），俗称的（奔腾），俗称的586开始吧：开始吧：INTEL在在1993年推出了全新一代的高性能处理器年推出了全新一代的高性能处理器Pentium。由于由于CPU市场的竞争越来越趋向于激烈化，市场的竞争越来越趋向于激烈化，第28页，此课件共28页哦