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1、计算机组成原理与 汇编语言程序设计第一章 概论12:55参考教材参考教材o计算机组成与结构，王爱英主编，清华大学出版社o计算机组成原理，白中英编著，科学出版社第一章 概论12:55课程性质、目的和任务课程性质、目的和任务 计算机组成原理与汇编语言课程是计算机专业的主干课程之一。通过本课程的学习，可以深入理解计算机各功能部件的组成及实现原理，建立计算机整机概念，并且掌握汇编语言指令系统的功能、格式、寻址方式及其程序设计基本技术，为其它相关课程的学习提供坚实的基础。第一章 概论12:55获取课件方式获取课件方式第一章 概论12:55内容o第一章 概论 o第二章机器指令级的组成 o第三章数据信息表示
2、与指令系统o第四章 汇编语言 o第五章 程序设计基本技术 o第六章 CPU的工作机理与微程序设计o第七章 数值运算o第八章 存储系统 o第九章 接口与总线 第一章 概论12:55o第一节 基本计算机的分类和应用o第二节 计算机的主要特性和指标o第三节 计算机的基本组成o第四节 计算机系统的硬件结构o第五节 计算机系统的软件o第六节 计算机系统的层次结构o第七节 计算机系统组织和结构的发展第一章 概论第一章 概论12:55第一节 计算机的分类和应用一、计算机的分类 电子模拟计算机的主要特点：参与运算的数值由不间断的连续量表示，其运算过程是连续的。电子数字计算机的主要特点：参与运算的数值用断续的数
3、字量表示，其运算过程按数字位进行。第一章 概论12:55数字计算机分类数字计算机分类数字计算机按用途分为：专用计算机和通用计算机。p专用计算机：为解决某类问题而设计。p通用计算机：适应性很强，可以解决各类应用。专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。通用计算机按其规模、速度和功能等又可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机以及单片机。第一章 概论12:55二、计算机的应用（一）科学计算数值计算（二）计算机控制A/D、D/A（三）信息处理非数值计算 （四）教育和卫生 （五）家用电器 （六）人工智能 第一节 计算机的分类和应用第一章 概论12:55一、计算机的主
4、要特性（一）在程序控制下自动连续工作（二）运算速度快（三）精度高、通用性强二、计算机的主要指标（一）基本字长：o参与计算机运算的操作数的基本位数。第二节计算机的主要特性和指标第一章 概论12:55（二）主存储器容量o以字(Word)为单位的计算机常用字数乘以字长来表示存储器容量，如 819216 表示有 8192 个字存储单元。o以字节(Byte=8 bit)为单位的计算机则常以字节数表示存储器容量。如 1024B（1KB）。o主存储器容量通常受可直接访问的地址码长度的限制。如地址码长度为16位，则可直接访问的存储单元数为 216=65536。（三）外存容量：o计算机系统中联机的外存储器容量。
5、第二节计算机的主要特性和指标第一章 概论12:55（四）运算速度：每秒钟平均执行的机器指令条数。（IPS）执行一条（机器）指令所需的时间。（五）外围设备的配置（六）指令系统的功能（七）系统软件的配置（八）诊断功能与容错能力第二节计算机的主要特性和指标第一章 概论12:55一、存储程序的概念p采用二进制形式表示计算机中的数据和指令。p把编好的程序和原始数据预先存入主存储器中，使计算机在工作时能够连续、自动、高速地从存储器中取出一条条指令并且执行。（存储程序概念）p由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成计算机系统。第三节 计算机的基本组成y=ax+b-c 行数解题步骤和数据说
6、 明1取数(9)算盘(9)表示第9行的数a,下同2乘法(12)算盘完成a*x,结果在算盘上3加法(10)算盘完成ax+b,结果在算盘上4减法(11)算盘完成ax+b-c,结果在算盘上5存数y(13)算盘上的y值记到第13行6输出把算盘上的y值写出给人看7停止运算完毕,暂停89a数据10b数据11c数据12x数据13y数据第一章 概论12:55输入设备存储器运算器输出设备控制器状态数据结果请求命令地址指令命令请求命令程序结果计算机的基本组成框图第一章 概论12:55二、计算机的主要部件（一）输入设备：o功能：向机器输入操作员提供的原始信息，并将这些信息变换为计算机能够识别的形式。（二）输出设备：
7、o功能：将计算机的处理结果，以人们容易接受的形式或为其他机器所能接受的形式输送出来。（三）存储器o功能：存储程序和各种数据信息。o存储系统通常分为三级存储体系。第三节 计算机的基本组成第一章 概论12:55存储系统的三级存储体系主存储器（内存储器）、辅助存储器（外存储器）、高速缓冲存储器。CPUcache主存外存第一章 概论12:55（四）运算器o功能：执行算术运算和逻辑运算的部件，对信息进行加工处理。（五）控制器o功能：产生一系列控制信号以指挥整个计算机系统有条不紊的自动运行。（即决定做某种动作的时间和条件。）o控制器的结构有两种类型：即组合逻辑控制器和微程序控制器。第三节 计算机的基本组成
8、第一章 概论12:55总线：一组公共信息传输线路，能为多个部件服务，可分时地发送与接收各个部件的信息。p总线的数据通路宽度：指能够一次并行传送的数据位数。p总线分为单向总线和双向总线。单向总线：挂在总线上的一些部件将信息有选择地传向另一些部件，却不能反向传送；第四节计算机系统的硬件结构一、总线 第一章 概论12:55双向总线：挂在总线上的任何一个部件或设备都可以从总线上有选择地接受其他部件或设备的信息，而且能通过总线有选择的向其他部件或设备发送信息。p总线传送信息的类别：数据总线：传送操作数或程序。地址总线：传送主存储器地址码或外围设备码。控制总线：传送各种控制信息。总线的概念第一章 概论12
9、:55二、小型机与微型机的典型结构 第四节计算机系统的硬件结构1、以CPU为中心的双总线结构CPU主存接口I/O接口接口I/OI/O第一章 概论12:55o结构特点两组总线 存储总线、输入输出总线优点：同一时间只能进行一种传送，控制线路简单，时间关系易于处理，可以采用同步控制方式。缺点：I/O设备与存储器交换需要CPU控制，CPU效率降低。1、以CPU为中心的双总线结构第一章 概论12:55CPU主存公共接口接口接口I/OI/O2、单总线系统结构单总线系统结构图第一章 概论12:55o结构特点一组总线实现CPU，I/O,MEM 中央处理机可以看作总线上的一个子系统。各部件可通过单总线进行双向信
10、息传送。优点：允许I/O与MEM直接交换信息，MEM可以和I/O设备统一编址缺点：不允许两个设备同时使用总线。所有设备连在一个总线上，数据量大时容易达到饱和，造成系统性能下降。2、单总线系统结构第一章 概论12:55所有部件和设备都可通过总线交换信息，但在CPU与主存之间又专门设置了一组高速的存储总线。2、面向存储器的双总线系统结构CPU主存公共接口接口接口I/OI/O第一章 概论12:55o优点：通过专用总线与存储器连接，提高了CPU速度，减轻了系统总线的负担。o主存与输入输出设备交换，不需要通过CPU计算机系统由CPU为中心转为存储器为中心2、面向存储器的双总线系统结构第一章 概论12:5
11、5二、中、大型计算机的典型结构CPU主存通道通道I/O控制器I/O控制器I/O控制器I/O控制器I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O 带通道的大中型计算机系统结构带通道的大中型计算机系统结构第四节计算机系统的硬件结构第一章 概论12:55p整机系统分成主机、通道、I/O控制器和I/O设备等四级。p通道：是一种控制设备，它能保证CPU中的数据处理与I/O设备交换信息两项任务同时执行，完成I/O操作管理。第四节计算机系统的硬件结构第一章 概论12:55第五节计算机系统的软件一、系统软件p操作系统p语言处理程序p管理程序p服务程序二、应用软件p科学计算类p工程设计类p信息管理类第一章 概
12、论12:55一、硬软组成的层次结构数据模型/算法 系统分析级用户程序 用户程序级应用软件 用户工具级语言处理程序 算法实现级操作系统 软件接口级机器语言 指令级硬核 微程序级第六节计算机系统的层次结构第一章 概论12:55二、从语言功能角度划分层次结构汇编语言虚拟机实际机器（机器语言物理机）专用语言虚拟机高级语言虚拟机第六节计算机系统的层次结构第一章 概论12:55专用语言虚拟机专用语言解释程序高级语言虚拟机 高级语言编译程序汇编语言虚拟机 汇编程序机器语言物理机 指令系统第六节计算机系统的层次结构二、从语言功能角度划分层次结构第一章 概论12:55第七节计算机系统组织和结构的发展一、提高系统
13、性能 1.价格 2.速度 3.容量二、智能化第一章 概论12:55o流水线o向量机oRISCo超标量方式：同时执行多条指令o超长指令字（VLIW）o多存储体交叉访问o多机系统提高系统性能的若干技术：第一章 概论12:55Intel(奔腾奔腾)CPU发展历程发展历程 年代名称处理器字处理器字宽宽19714004419728008819748080819788086-8088161982802861619858038632198980486321993Intel Pentium 321997Intel Pentium II 32MMX 第一章 概论12:55年代名称处理器字宽处理器字宽1999Intel Pentium III 32MMX 2000Intel Pentium 4 322002Intel Pentium 4 w/Hyper Threading 32超线程 2005Intel Pentium D 322个处理核心 2006Intel Core 2 Duo 32注注:Pentium 600:Pentium 600系列虽然不算真正的系列虽然不算真正的6464位处理器，但支持位处理器，但支持6464位空间寻址位空间寻址,兼容兼容6464、3232位应用程序位应用程序.