第1章计算机概论精.ppt

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1、第1章计算机概论第1页，本讲稿共92页1.1 电子计算机发展简史电子计算机发展简史 1.第一台电子计算机第一台电子计算机1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机“埃尼阿克”（ENIAC）宣告研制成功。“埃尼阿克”的成功，是计算机发展史上的一座纪念碑，是人类在发展计算技术的历程中，到达的一个新的起点。第2页，本讲稿共92页Vacuum tube in ENIAC第3页，本讲稿共92页Programing第4页，本讲稿共92页2.第一代：电子管计算机（4657)内 存 延迟线或磁芯外 存 纸带、卡片或磁带工作速度 几千一万次秒软 件 机器语言或汇编语言应 用 科学计算代表机型 ENIA

2、C特 点 体积庞大，运算速度低，成本高第5页，本讲稿共92页6 现代真空电子管第6页，本讲稿共92页存储器的出现1951年，中国移民王安发明了磁芯存储器，IBM于1956年购买了这项技术专利。第7页，本讲稿共92页高级语言的出现1956年，IBM公司的巴克斯研制成功第一个高级程序语言FORTRAN，它被广泛用于科学计算。第8页，本讲稿共92页3.第二代：晶体管计算机(5864)物理元件 晶体管内 存 磁芯外 存 磁带或磁盘工作速度 几十万次秒软 件 高级算法语言应 用 事务管理及工业控制代表机型 IBM 7000 系列优 点 体积小，寿命长，速度快，能耗少，可靠性高第9页，本讲稿共92页195

3、4年，美国贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管线路的计算机，取名“催迪克”（TRADIC），装有800个晶体管。1958年，美国的IBM公司制成了第一台全部使用晶体管的计算机。1959年，IBM公司又生产出全部晶体管化的电子计算机IBM 7090。1964年，中国制成了第一台全晶体管电子计算机441B型。（1959-1964）第10页，本讲稿共92页计算机商务处理的开始 第二代计算机除了大量用于科学计算，还逐渐被工商企业用来进行商务处理，高级语言FORTRAN和COBOL因此也得到了广泛应用。第11页，本讲稿共92页4.第三代：集成电路计算机(6470)物理元件 中小规模集成电路（硅）内 存 半

4、导体存储器外 存 磁带或磁盘工作速度 几十万几百万次/秒软 件 高级算法语言、操作 系统应 用 计算、管理及控制代表机型 IBM System/360优 点 体积更小、速度更快、能耗更小、寿命更长发展特点 计算机设计出现了标准化、通用化、系列化的局面第12页，本讲稿共92页 1958年，美国物理学家基尔比和诺伊斯同时发明集成电路。集成电路的出现使得计算机脱胎换骨第13页，本讲稿共92页1958年，世界上第一个集成电路诞生。1964年4月7日，美国IBM公司同时在14个国家，全美63个城市宣告，世界上第一个采用集成电路的通用计算机系列IBM 360系统研制成功。第14页，本讲稿共92页5.第四代

5、：超大规模集成电路计算机物理元件 （超）大规模集成电路内 存 半导体存储器外 存 磁盘和光盘工作速度 几百万几千万次秒软 件 操作系统和应用软件应 用 以计算机网络为特征IntelPENTIUM71717171年年年年-现在现在现在现在第15页，本讲稿共92页在1967年和1977年，分别出现了大规模集成电路和超大规模集成电路。美国ILLIAC-IV计算机，是第一台全面使用大规模集成电路作为逻辑元件和存储器的计算机，它标志着计算机的发展已到了第四代。第16页，本讲稿共92页第五代：智能化计算机主攻目标主攻目标主攻目标主攻目标让计算机具有人的听、说、让计算机具有人的听、说、让计算机具有人的听、说

6、、让计算机具有人的听、说、读、写和思维推理能力读、写和思维推理能力读、写和思维推理能力读、写和思维推理能力神经网络计算机神经网络计算机用数据单元模拟人脑用数据单元模拟人脑的神经元，并利用神经的神经元，并利用神经元结点的分布式存储和元结点的分布式存储和相互关联来模拟人脑活相互关联来模拟人脑活动动生物计算机生物计算机 使用蛋白分子为主使用蛋白分子为主要原料制成的生物芯片要原料制成的生物芯片构成，存储能力巨大，构成，存储能力巨大，而且以波的形式来传播而且以波的形式来传播信息信息第17页，本讲稿共92页计算机的分代-硬件技术对计算机更新换代的影响SGI Cray T3EIBM xServerSun E

7、10000可扩展并行与分布处理指令级并行、SMP、MP、MPP、网络高性能微处理器、大规模高密度电路第五代(1991-)Cray-1、IBM 3090、DEC VAX9000、Convax-1并行与分布处理向量处理、分布式存储器LSI和VLSI、半导体存储器第四代(1974-1990)IBM360/370CDC6600/7600、DEC PDP-8多道程序和分时操作系统流水线、Cache、先行处理、系列计算机SSI和MSI、多层印刷电路、微程序第三代(1965-1974)Univac LARCCDC1604IBM7030高级语言和编译、批处理监控系统浮点数据表示、寻址技术、中断、I/O处理机晶

8、体管、磁芯、印刷电路第二代(1955-1964)普林斯顿ISA、ENIACIBM701机器语言和汇编语言存储程序计算机、程序控制I/O电子管和继电器第一代(1946-1954)典型机器软件技术体系结构技术器件分代第18页，本讲稿共92页Moore Moore 定律定律Intel公司的缔造者之一公司的缔造者之一GordonMoore提出提出微芯片上集成的 晶体管数目每三年翻两番第19页，本讲稿共92页1965 年，有一天摩尔离开硅晶体车间坐下来，拿了一把尺子和一张纸，画了个草图。纵轴代表不断发展的芯片，横轴为时间，结果是很有规律的几何增长。他发现集成电路上能被集成的晶体管数目，以每18个月翻一番

9、的速度稳定增长。这一发现发表在当年第 35 期电子学杂志上，并预言在今后数十年内保持着这种势头。第20页，本讲稿共92页第21页，本讲稿共92页摩尔定律证明了他无与伦比的天才预感。摩尔的这个预言，因集成电路芯片后来的发展曲线得以证实，并在较长时期保持着有效性，被人誉为“摩尔定律”。至此而后，集成电路迅速把计算机技术推上高速成长的快车道。第22页，本讲稿共92页微处理器的发展4004(2300/50m)/80084004(2300/50m)/80088080/80858080/8085、8086/80888086/808880286/80386/8048680286/80386/80486Pen

10、tium/Pentium Pro/PentiumPentium/Pentium Pro/PentiumPentium/Pentium(4200Pentium/Pentium(4200万万/0.13m)/0.13m)集成电路技术的发展是基础集成电路技术的发展是基础高性能、低能耗、高速度、低成本高性能、低能耗、高速度、低成本第23页，本讲稿共92页24 计算机的发展日新月异从CPU的发展来看 40048008-8086-8088-80186-80286-80386-80486-586-pentium-PII-PIII-P4 从计算机的规模，运算速度上看，巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、单片

11、机 第24页，本讲稿共92页25 第25页，本讲稿共92页1.2.1 1.2.1 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构计算机语言可以说是一种虚拟的计算机系统计算机语言由低级向高级发展，高一级语言的语句相对于低级语言功能更强，更便于应用，但又都以低级语言为基础。对于用某一层语言编写程序的程序员来说，似乎有了一种新的机器，该机器能执行用该层语言写的全部程序。第 6 级：应用语言虚拟机 第 5 级：高级语言虚拟机 第 4 级：汇编语言虚拟机 第 3 级：操作系统虚拟机 第 2 级:机器语言(传统机器级)第 1 级：微程序机器级 第26页，本讲稿共92页计算机系统中的层次概念微程序机器级的机器语言

12、是微指令集，程序员用微指令编写的微程序一般是直接由硬件解释实现的。第 6 级：应用语言虚拟机 第 5 级：高级语言虚拟机 第 4 级：汇编语言虚拟机 第 3 级：操作系统虚拟机 第 2级:机器语言(传统机器级)第 1 级：微程序机器级 第27页，本讲稿共92页计算机系统中的层次概念传统机器级的机器语言是该机的指令集，程序员用机器指令集编写的程序可以由微程序进行解释（仿真)。针对不同的指令集，可以有多个解释程序，可以通过仿真在一台机器上实现多种指令集。可以没有微程序机器级。第 6 级：应用语言虚拟机 第 5 级：高级语言虚拟机 第 4 级：汇编语言虚拟机 第 3 级：操作系统虚拟机 第 2 级:

13、机器语言(传统机器级)第 1 级：微程序机器级 第28页，本讲稿共92页计算机系统中的层次概念操作系统虚拟机：直接管理传统机器中的软硬件资源；是传统机器的引伸。提供了传统机器所没有的某些基本操作和数据结构（文件系统、虚拟存储系统、多道程序系统和多线程管理等）。第 6 级：应用语言虚拟机 第 5 级：高级语言虚拟机 第 4 级：汇编语言虚拟机 第 3 级：操作系统虚拟机 第 2级:机器语言(传统机器级)第 1 级：微程序机器级 第29页，本讲稿共92页计算机系统中的层次概念汇编语言虚拟机的机器语言是汇编语言。用汇编语言编写的程序，首先翻译或解释成第3级和第2级语言，然后再由相应的机器执行。完成汇

14、编语言翻译的程序就叫做汇编程序。第 6 级：应用语言虚拟机 第 5 级：高级语言虚拟机 第 4 级：汇编语言虚拟机 第 3 级：操作系统虚拟机 第 2级:机器语言(传统机器级)第 1 级：微程序机器级 第30页，本讲稿共92页计算机系统中的层次概念高级语言虚拟机的机器语言就是各种高级语言。用这些语言所编写的程序一般是由称为编译程序的翻译程序翻译到第级或第3级上，个别的高级语言也用解释的方法实现。第 6 级：应用语言虚拟机 第 5 级：高级语言虚拟机 第 4 级：汇编语言虚拟机 第 3 级：操作系统虚拟机 第 2 级:机器语言(传统机器级)第 1 级：微程序机器级 第31页，本讲稿共92页计算机

15、系统中的层次概念应用语言虚拟机是为使计算机满足某种用途而专门设计的（人工智能、教育、行政管理、计算机设计）。应用语言编写的程序一般是由应用程序包翻译到第5级上。第 6 级：应用语言虚拟机 第 5 级：高级语言虚拟机 第 4 级：汇编语言虚拟机 第 3 级：操作系统虚拟机 第 2级:机器语言(传统机器级)第 1 级：微程序机器级 第32页，本讲稿共92页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 M0虚拟机器 M5应用语言编写的程序由应用程序包翻译

16、到第5级上第33页，本讲稿共92页程序员所见到的计算机系统的属性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、（指令系统、数据类型、寻址技术、I/OI/O机理）机理）（具体指令的实现具体指令的实现）1.2.2 1.2.2 计算机体系结构和计算机组成计算机体系结构和计算机组成第34页，本讲稿共92页计算机系统结构、组成及其实现计算机系统结构、组成及其实现 计算机系统结构主要研究软硬件功能分配和对软硬计算机系统结构主要研究软硬件

17、功能分配和对软硬件界面的确定件界面的确定 指令系统体系结构（ISA）硬件硬件软件软件第35页，本讲稿共92页软件硬件界面分配软件和硬件的逻辑等效性由软件实现的功能在原理上可以由硬/固件实现。同样，由硬件实现的功能原理上也可以由软件的模拟方法来实现。软件和硬件的性能价格比是不等效的。对于计算机系统软硬件功能分配应保证在满足应用的前提下，充分利用硬件、器件、软件技术，使系统达到较高的性能价格比。第36页，本讲稿共92页 确定数据通路的宽度 确定各种操作对功能部件的共享程度 确定专用的功能部件 确定功能部件的并行度 设计缓冲和排队策略 设计控制机构 确定采用何种可靠性技术 结构、组成和实现结构、组成

18、和实现计算机系统的计算机系统的组成组成组成组成是指计算机系统结构的是指计算机系统结构的逻辑实逻辑实逻辑实逻辑实现，主要包括：现，主要包括：现，主要包括：现，主要包括：第37页，本讲稿共92页 处理机、主存储器等部件的物理结构处理机、主存储器等部件的物理结构 器件的集成度和速度器件的集成度和速度 专用器件的设计专用器件的设计 器件、模块、插件、底版的划分与连接器件、模块、插件、底版的划分与连接 信号传输技术信号传输技术 电源、冷却及装配技术，相关制造工艺及技术电源、冷却及装配技术，相关制造工艺及技术等等 计算机实现实现是指计算机组成的物理实现，物理实现，包括：包括：第38页，本讲稿共92页相互关

19、系应用程序应用程序操作系统操作系统指指令令系系统统组组成成实实现现编译外特性设计逻辑设计器件,封装机箱,电源,冷却设计第39页，本讲稿共92页 实现指令集中所有指令功能的具体电路、实现指令集中所有指令功能的具体电路、器件的设计、装配技术等属于计算机实现。器件的设计、装配技术等属于计算机实现。系统结构、组成、实现三者之间的区别系统结构、组成、实现三者之间的区别 指令的实现，如取指令、取操作数、运算、指令的实现，如取指令、取操作数、运算、送结果等具体操作及其排序方式属送结果等具体操作及其排序方式属 于计算机组成。于计算机组成。例例 机器指令集机器指令集的确定属于计算机系统结构的确定属于计算机系统结

20、构。第40页，本讲稿共92页1.3 计算机组成 1.3.1 数字计算机硬件系统由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。各部分相互连接框图为：图 1-1存储器存储器输出输出输入输入运算器运算器控制器控制器数据信号数据信号控制信号控制信号地址信号地址信号第41页，本讲稿共92页计算机各部件间需要大量而高速地交换信息，才能实现总体功能。例如：CPU从存储器读取指令、数据，经过运算以后又将结果存入存储器；CPU与I/O设备交换数据；CPU从接口中读取设备的状态信息，以了解设备工作的现状；CPU向接口输出命令启动和控制设备工作；等等第42页，本讲稿共92页1.3.2 冯诺依曼体系结构

21、 计算机组成原理讨论的基础就是冯诺依曼体系结构的计算机，其基本设计思想就是存储程序和程序控制，具有以下特点：(1)采用二进制形式表示数据和指令在存储程序的计算机中，数据和指令都是以二进制形式存储在存储器中的。从存储器存储的内容来看两者并无区别都是由0和1组成的代码序列，只是各自约定的含义不同而已。第43页，本讲稿共92页(2)采用存储程序方式 这是冯诺依曼思想的核心内容。如前所述，它意味着事先编制程序，事先将程序(包含指令和数据)存入主存储器中，计算机在运行程序时就能自动地、连续地从存储器中依次取出指令且执行。这是计算机能高速自动运行的基础。如果程序现在是顺序执行的，每取出一条指令后PC内容加

22、l，指示下一条指令该从何处取得。如果程序将转移到某处，就将转移的目标地址送入PC，以便按新地址读取后继指令。所以，PC就像一个指针，一直指示着程序的执行进程，第44页，本讲稿共92页(3)由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成计算机系统，并规定了这五部分的基本功能。上述这些概念奠定了现代计算机的基本结构思想，到目前为止，绝大多数计算机仍沿用这一体制，即冯诺依曼型计算机体制。第45页，本讲稿共92页现代电子计算机之父19441945年间，美籍匈牙利科学家冯诺伊曼在第一台现代计算机ENIAC尚未问世时注意到其弱点，并提出一个新机型EDVAC的设计方案，其中提到了两个设想：采用二进

23、制和“存储程序”。这两个设想对于现代计算机至关重要，也使冯诺伊曼成为“现代电子计算机之父”，冯诺伊曼机体系延续至今。第46页，本讲稿共92页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冯诺依曼计算机硬件框图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第47页，本讲稿共92页计算结果计算结果程序和数据程序和数据 计算机的组成部件控制流CS数据流DS计算机硬件系统的基本构成计算机硬件系统的基本构成1.3.3 计算机硬件框图1.1.以存储器为中心的计算机硬件框图以存储器为中心的计算机硬件框图第48页，本讲稿共92页ALUALU主存主存辅

24、存辅存CPUCPU主机主机I/OI/O硬件硬件CUCU2.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主存第49页，本讲稿共92页计算机硬件系统的一种构成形式计算机硬件系统的一种构成形式输入设备输入设备输出设备输出设备系系统统总总线线第50页，本讲稿共92页1.4 计算机的结构和功能1功能。从本质上来说,计算机的结构和功能运作都很简单。基本功能：数据处理、数据存储、数据传送、控制(1)计算机能处理数据、数据可以有多种形式，处理的要求也是很广泛的。但是我们将会看到，只存在几种数据处理的基本方法或类型。(2)计算机也必须在某个特定的时刻存储它正在运算的数据值。因此

25、，计算机至少要有短期数据存储功能。(3)计算机必须能在它自身与外界之间传送数据。计算机操作环境包含了作为数据源或目标设备。当直接与计算机相连的设备接收或发送数据时，这个过程称为I/O，这个设备称外设。当数据传至远处，或从远方设备接收，这个过程称数据通信。(4)最后，必须对这3种功能进行控制。这种控制功能最终是由给计算机提供指令的人来施加。在计算机系统中，控制器根据这些指令管理计算机的资源，并协调各个功能部件的操作方式。第51页，本讲稿共92页功能(1)Data movement 数据传输数据传输e.g.keyboard to screen 由键盘由键盘到屏幕到屏幕DataMovementApp

26、aratusControlMechanismDataStorageFacilityDataProcessingFacility数据传输数据存储数据处理控制第52页，本讲稿共92页功能(2)Storage 数据存储e.g.Internet download to disk 网上下载到硬盘DataMovementApparatusControlMechanismDataStorageFacilityDataProcessingFacility数据传输数据存储数据处理控制第53页，本讲稿共92页功能(3)Processing from/to storage 处理存储数据e.g.updating ba

27、nk statement 更新数据库DataMovementApparatusControlMechanismDataStorageFacilityDataProcessingFacility数据传输数据存储数据处理控制第54页，本讲稿共92页功能(4)Processing from storage to I/O 处理并输出e.g.printing a bank statement 打印数据DataMovementApparatusControlMechanismDataStorageFacilityDataProcessingFacility数据传输数据存储数据处理控制第55页，本讲稿共92

28、页2结构 上图是对计算机尽可能简单的描述。计算机是以某种方式与其外部环境交互的实体。概括地说与外部环境的所有连接可以划分为外围设备和通信线路。主要有4种结构组件：中央处理单元（CPU）：控制计算机的操作并完成数据处理主存储器：存储数据I/O：在计算机及其外部环境之间传输数据系统互连：为CPU、主存和I/O之间提供某些通信机制 第56页，本讲稿共92页结构 ComputerMain MemoryInputOutputSystemsInterconnectionPeripheralsCommunicationlinesCentralProcessing UnitComputer第57页，本讲稿共9

29、2页结构-The CPUComputerArithmeticand Logic UnitControlUnitInternal CPUInterconnectionRegistersCPUI/OMemorySystemBusCPU第58页，本讲稿共92页结构-The Control UnitCPUControlMemoryControl UnitRegisters andDecodersSequencingLogic排序逻辑ControlUnitALURegistersInternalBusControl Unit第59页，本讲稿共92页1.上机前的准备上机前的准备 建立数学模型建立数学模型

30、-+-+-=!x9!x7!x5!x3xx9753sin 编制解题程序编制解题程序 确定计算方法确定计算方法程序程序 运算的运算的 全部步骤全部步骤0,1,2,)()(21nyn xynx=+=指令指令 每每 一个步骤一个步骤1.5 计算机的工作步骤第60页，本讲稿共92页取取x x 至运算器中至运算器中乘以乘以x x 在运算器中在运算器中乘以乘以a a 在运算器中在运算器中存存a ax x2 2 在存储器中在存储器中取取b b 至运算器中至运算器中乘以乘以x x 在运算器中在运算器中加加a ax x2 2 在运算器中在运算器中加加c c 在运算器中在运算器中=(a=(ax x+b)+b)x x

31、+c +c 取取x x 至运算器中至运算器中乘以乘以a a 在运算器中在运算器中加加b b 在运算器中在运算器中乘以乘以x x 在运算器中在运算器中加加c c 在运算器中在运算器中计算计算 a ax x2 2+b+bx x+c+c编程举例第61页，本讲稿共92页000001 0000001000000001 0000001000打印打印 e e停机停机取数取数 a aa ACC存数存数 b bACC b加加 c cACC+c ACC乘乘 d dACCACCd ACCd ACC指令格式举例操作码地址码 e 打印机第62页，本讲稿共92页000000110000000011000000001011

32、0000001000000000101000000010010000001000 地址码地址码存放结果存放结果 12原始数据原始数据c c 11原始数据原始数据b b 10原始数据原始数据a a 9原始数据原始数据x x 8停机停机000110 7打印打印000101 6将将ax2+bx+c存于主存单元存于主存单元000010 5加加c得得ax2+bx+c,存于存于ACC000011 4乘乘x得（得（ax+b)x,存于存于ACC中中000100 3加加b得得ax+b,存于存于ACC中中000011 2乘乘a得得ax存于存于ACC中中000100 1取数取数x至至ACC000001 0操作码操作

33、码 注释注释 指令指令指令和数据存于主指令和数据存于主存单元的地址存单元的地址计算 ax2+bx+c 程序清单第63页，本讲稿共92页2.计算机的解题过程(1)(1)运算器的基本组成及操作过程运算器的基本组成及操作过程运算器MQACCALUX被乘数被乘数 X X MQ MQ ACC ACC被加数被减数被除数乘数商加数减数除数加法减法乘法除法和差余数乘积高位乘积低位第64页，本讲稿共92页运算器MQACCALUXACC 被加数ACC初态 加法操作过程加法操作过程ACC+XALUM XXACCACC指令 加M第65页，本讲稿共92页 减法操作过程减法操作过程运算器MQACCALUX指令 减MACC

34、 被减数ACC初态 M XXACC-XALUACCACC第66页，本讲稿共92页运算器MQACCALUXACCACC 被乘数初态 ACCMQMMQ指令 乘M 乘法操作过程乘法操作过程XACCX00ACCALUXMQXMQACCACCMQMQACCMQ第67页，本讲稿共92页运算器MQACCALUXACC 被除数ACC初态 ACCXACCXALUMQACCMQ余数在ACC中指令 除MM XX 除法操作过程除法操作过程第68页，本讲稿共92页存储体存储体大楼大楼存储单元存储单元 存放一串二进制代码存放一串二进制代码存储字存储字 存储单元中二进制代码的组合存储单元中二进制代码的组合存储字长存储字长

35、存储单元中二进制代码的位数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每个存储单元赋予一个地址号按地址寻访按地址寻访 存储单元存储单元 存储元件存储元件（0/10/1）房间房间 床位床位（无人（无人/有人）有人）(2)存储器的基本组成主存储器存储体MARMDR第69页，本讲稿共92页MARMARMDRMDR 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存储器地址寄存器反映存储单元的个数反映存储单元的个数存储器数据寄存器存储器数据寄存器反映存储字长反映存储字长(2)存储器的基本组成主存储器存储体MARMDR第70页，本讲稿共92页取指令取指令分析指令

36、分析指令执行指令执行指令PCPCIRIRCUCUPCIRCU取指取指执行执行PC 存放当前欲执行指令的地址 具有计数功能（PC）+1 PCIR IR 存放当前欲执行的指令存放当前欲执行的指令访存访存访存访存完成完成一条一条指令指令(3)控制器的基本组成第71页，本讲稿共92页12356789以取数指令为例以取数指令为例4(4)主机完成一条指令的过程CU控制单元主存储器MDRMAR存储体CPUPC控制器IR运算器MQACCALUXI/O第72页，本讲稿共92页12356798以存数指令为例以存数指令为例4CU控制单元主存储器MDRMAR存储体CPUPC控制器IR运算器MQACCALUXI/O(4

37、)主机完成一条指令的过程第73页，本讲稿共92页(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将程序通过输入设备送至计算机 程序首地址程序首地址 打印结果打印结果 分析指令分析指令 取指令取指令 停机停机 启动程序运行启动程序运行,(PC)+1 PC 执行指令执行指令 MARMARM MMDRMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)Ad(IR)MARMARM MMDRMDRACCACCPCPC第74页，本讲稿共92页1.6计算机分类计算机电子模拟计算机电子数字计算机通用计算机专用计算机巨型机大型机中型机小型机微型机单片机第75页，本讲稿共92页单片机将将CPUCPU、部

38、分存储器、部分、部分存储器、部分I/OI/O接口集成在一接口集成在一个芯片上个芯片上第76页，本讲稿共92页单板机将将CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O接口及部分接口及部分I/OI/O设备安装设备安装在一个印刷线路板上在一个印刷线路板上第77页，本讲稿共92页3.PC机硬件组成第78页，本讲稿共92页解剖计算机 个人计算机由主机和外设组成主机中包含多个电路板每个集成电路中有若干模块每个电路板中有若干集成电路每个模块中有上千万个单元每个单元中有若干门电路每个门电路实现基本的逻辑运算所有信息用二进制编码表示第79页，本讲稿共92页PC机主板第80页，本讲稿共92页存储器外部存储器内部存储器

39、第81页，本讲稿共92页外围设备外围设备第82页，本讲稿共92页 一、选择题一、选择题 1.1.发明的第一台电子数字计算机是发明的第一台电子数字计算机是 。A.ENIAC B.EDVAC C.EDSAC D.UNIVAC A.ENIAC B.EDVAC C.EDSAC D.UNIVAC 2.2.世界上第一台电子数字计算机研制成功的时间是世界上第一台电子数字计算机研制成功的时间是 。A.1946 A.1946年年 B.1947 B.1947年年 C.1951 C.1951年年 D.1952 D.1952年年 3.3.多媒体计算机是指多媒体计算机是指 。A.A.具有多种外部设备的计算机具有多种外部

40、设备的计算机 B.B.能与多种电器连接的计算机能与多种电器连接的计算机C.C.能处理多种媒体信息的计算机能处理多种媒体信息的计算机 D.D.借助多种媒体操作的计算机借助多种媒体操作的计算机 4.4.电子数字计算机工作最重要的特征是电子数字计算机工作最重要的特征是 。A.A.高速度高速度 B.B.高精度高精度 C.C.存储程序自动控制存储程序自动控制 D.D.记忆力强记忆力强 A A C C课堂练习与思考：课堂练习与思考：第83页，本讲稿共92页 5.5.通常所说的主机是指通常所说的主机是指 。A.CPU B.CPUA.CPU B.CPU和内存和内存 C.CPU C.CPU、内存和外存、内存和外

41、存 D.CPU D.CPU、内存和硬盘、内存和硬盘 6.CPU6.CPU处理的数据基本单位为字处理的数据基本单位为字,一个字的二进制位数为一个字的二进制位数为 。A.8 B.16 C.32 D.A.8 B.16 C.32 D.与与CPUCPU芯片的型号有关芯片的型号有关 7.bit7.bit的意义是的意义是 。A.A.字字 B.B.字节字节 C.C.字长字长 D.D.二进制位二进制位 8.1MB=8.1MB=。A.1000 A.1000字节字节 B.1024 B.1024字节字节 C.1000*1000 C.1000*1000字节字节 D.1024*1024 D.1024*1024字节字节 9

42、.9.一个字节的二进制位数为一个字节的二进制位数为 。A.2 B.4 C.8 D.16 A.2 B.4 C.8 D.16 BD D D C课堂练习与思考：课堂练习与思考：第84页，本讲稿共92页 10.10.一个完整的计算机系统包括一个完整的计算机系统包括 。A.A.运算器、存储器、控制器运算器、存储器、控制器 B.B.外部设备和主机外部设备和主机C.C.主机和实用程序主机和实用程序 D.D.配套的硬件设备和软件系统配套的硬件设备和软件系统 11.11.中央处理机（中央处理机（CPUCPU）包括）包括 。A.A.运算器运算器 B.B.控制器控制器 C.C.控制器和运算器控制器和运算器 D.D.

43、运算器和存储器运算器和存储器 12.CPU12.CPU中控制器的功能是中控制器的功能是 。A.A.进行逻辑运算进行逻辑运算 B.B.进行算术运算进行算术运算 C.C.分析指令并发出相应的控制信号分析指令并发出相应的控制信号 D.D.只控制只控制CPUCPU工作工作 13.13.计算机能直接识别的语言是计算机能直接识别的语言是 。A.A.汇编语言汇编语言 B.B.自然语言自然语言 C.C.机器语言机器语言 D.D.高级语言高级语言 D C CC课堂练习与思考：课堂练习与思考：第85页，本讲稿共92页1.6 1.6 计算机硬件的主要技术指标计算机硬件的主要技术指标1.1.机器字长机器字长2.2.运

44、算速度运算速度CPU CPU 一次能处理数据的位数一次能处理数据的位数,与与 CPU CPU 中的运算器、中的运算器、寄存器位数寄存器位数 有关。有关。=ni=1fi tiTM吉普森法主频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FLOPS第86页，本讲稿共92页它表示每秒百万指令条数。对于一个给定的程序，MIPS 定义为：程序的执行时间为：MIPS愈高，则机器的执行愈快。但是MIPS有二个方面的缺陷：1）MIPS依赖于指令集，所以用MIPS来比较指令集不同的机器的性能好坏是很不准确的。2）在同一台机器上，MIPS因程序不同而变化,有时是很大的。6610CP

45、I10MIPS=时钟频率执行时间指令条数610MIPST=指令条数e第87页，本讲稿共92页CPU时间=一个程序的CPU时钟周期数时钟周期长度或者：除了执行程序所需的时钟周期数，我们还需要计算程序执行的指令数（IC）。如果我们知道了一个程序执行的指令数和执行所需的时钟周期数，我们就可以计算出执行一条指令所需的平均时钟周期数（CPI）：这一CPU性能指标不论是对不同的指令集或是对不同的实现都提供了直观的看法。时钟频率一个程序的CPU时钟周期数CPU时间=ICCPI一个程序的时钟周期数=第88页，本讲稿共92页2 22121 =256KB256KB213 =1KB如：3.存储容量主存容量主存容量辅

46、存容量辅存容量存储单元个数存储单元个数 存储字长存储字长字节数字节数字节数字节数 80GB 80GB如：如：MAR MDR MAR MDR 容量容量10 810 816 16 3232存放二进制信息的总数量存放二进制信息的总数量1K=2101Byte=231G=2301K1K 8 8位位64K64K 3232位位第89页，本讲稿共92页 1Byte=8 bit 1KB=1024 B=210B (B-Byte,b bit)1MB=1024KB=220B,1GB=230B,1TB=240B,1PB=250B 第90页，本讲稿共92页第一章第一章 小结小结学习本章后，要理解并掌握以下内容：1.计算机系统的软硬件概念及它们之间的关系。2.计算机系统的层次结构及计算机组成原理课程所对应的层次。3.冯诺依曼计算机的特点。4.计算机硬件框图、各个部件的功能及硬件技术指标。5.通过描述完成两条指令的全过程，进一步体会机器在解题过程中其内部的控制流和数据流的变化。6.计算机如何区分均由0、1代码组成的指令和数据7.区分下列概念：主机、CPU、主存、辅存、存储单元、存储元件、存储字、存储字长、机器字长、指令字长。第91页，本讲稿共92页本章结束:继续学习第3章!第92页，本讲稿共92页