第一章 计算机系统概论概要

计算机组成原理唐朔飞第２版第１章计算机系统概论第３章系统总线第４章存储器第５章输入输出系统第６章计算机的运算方法第７章指令系统第８章CPU的结构和功能第９章控制单元的功能第10章控制单元的设计第２章计算机的发展及应用第１章计算机系统概论1.1计算机系统简介1.4本书结构1.3计算机硬件的主要技术指标1.2计算机的基本组成系统软件应用软件计算机软件计算机系统计算机硬件操作系统语言处理程序诊断程序各种标准程序库。。。MISERPOFFICEOUTLOOK。。。1.计算机系统的组成1.1计算机系统简介一、计算机的软硬件概念CPU主存外设系统总线计算机组成内部总线控制器运算器寄存器组CPU组成总线系统：各部件之间传送信息的通路和器件硬件系统计算机硬件系统的一种构成形式存储器运算器控制器适配器输入设备输出设备系统总线软件系统软件程序设计语言应用软件：软件包，数据库机器语言汇编语言高级语言监控程序操作系统编辑程序解释程序编译程序诊断程序…服务程序语言处理程序操作系统用户程序应用软件包工具软件…系统软件应用软件软件系统结果计算机高级语言程序目标程序翻译运行1.计算机的解题过程二、计算机系统的层次结构高级语言虚拟机器M3汇编语言虚拟机器M2操作系统虚拟机器机器语言实际机器M1微指令系统微程序机器M02.计算机的层次结构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、I/O机理）（具体指令的实现）三、计算机体系结构和计算机组成1.2计算机的基本组成计算机由五大部件组成指令和数据用二进制表示指令由操作码和地址码组成以运算器为中心指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访一、冯·诺依曼计算机的特点存储程序典型冯.诺依曼计算机结构存储器输出输入运算器控制器数据线路控制信号二、计算机硬件框图1.以存储器为中心的计算机硬件框图程序存储器输出设备输入设备运算器控制器数据结果计算ALU主存辅存CPU主机I/O设备硬件CU2.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/O设备CU主存1.上机前的准备•建立数学模型-+-+-=!x9!x7!x5!x3xx9753sin…•编制解题程序•确定计算方法程序——运算的全部步骤0,1,2,)()(21nynxynx=+=√…指令——每一个步骤三、计算机的工作步骤取x至运算器中乘以x在运算器中乘以a在运算器中存ax2在存储器中取b至运算器中乘以x在运算器中加ax2在运算器中加c在运算器中=(ax+b)x+c取x至运算器中乘以a在运算器中加b在运算器中乘以x在运算器中加c在运算器中计算ax2+bx+c编程举例指令格式指令中应包含的信息：运算数据的来源运算结果的去向执行的操作。操作码地址码指令和数据存于主存单元的地址指令注释操作码地址码00000010000001000取数x至ACC10001000000001001乘a得ax,存于ACC中20000110000001010加b得ax+b,存于ACC中30001000000001000乘x得（ax+b)x,存于ACC中40000110000001011加c得ax2+bx+c,存于ACC50000100000001100将ax2+bx+c,存于主存单元60001010000001100打印7000110停机8x原始数据x9a原始数据a10b原始数据b11c原始数据c12存放结果计算ax2+bx+c程序清单存储器：是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。存储元：存储器的最小组成单位，用以存储1位二进制代码。存储单元：是CPU访问存储器基本单位，由若干个具有相同操作属性的存储元组成。几个基本概念2.计算机的解题过程(1)存储器的基本组成单元地址：在存储器中用以标识存储单元的唯一编号，CPU通过该编号访问相应的存储单元。字存储单元：存放一个字的存储单元，相应的单元地址叫字地址。字节存储单元：存放一个字节的存储单元，相应的单元地址叫字节地址存储体：存储单元的集合，是存放二进制信息的地方存储器各个概念之间的关系单元地址00…0000…01........XX…XX存储单元存储元存储容量存储体MARMDR存储器地址寄存器反映存储单元的个数存储器数据寄存器反映存储字长MDR主存储器存储体MARACCMQX(2)运算器的基本组成及操作过程运算器MQACCALUX被加数被减数被除数乘数商加数减数被乘数除数加法减法乘法除法和差余数乘积高位乘积低位运算器MQACCALUXACC被加数ACC初态①加法操作过程[ACC]+[X]ALU[M]XXACCACC指令加M②减法操作过程运算器MQACCALUX指令减MACC被减数ACC初态[M]XX[ACC]-[X]ALUACCACC运算器MQACCALUXACCACC被乘数初态MQ[M]MQ指令乘M③乘法操作过程X[ACC]XALU[X]×[MQ]00ACCACC∥MQACCMQ运算器MQACCALUXACC被除数ACC初态[ACC]÷[X]ALUMQACCMQ余数在ACC中指令除M[M]XX④除法操作过程取指令分析指令执行指令PCIRCU取指执行PC存放当前欲执行指令的地址，具有计数功能（PC）+1PCIR存放当前欲执行的指令访存访存完成一条指令(3)控制器的基本组成CU控制单元PCIRCU12356789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设备12356798以存数指令为例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设备(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•程序首地址•打印结果•分析指令•取指令…•停机•启动程序运行,(PC)+1PC•执行指令MARMMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)MARMMDRACCPC位：这是计算机中所表示的最基本、最小的数据单元。字长：是计算机能并行传送的最大二进制位数。字节（Byte）：是计算机中通用的基本单元，由8个二进制位组成。字：是计算机内部进行数据处理的基本单位。1.3计算机硬件的主要技术指标运算速度=ni=1fitiTM∑吉普森法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存储容量：是存储器可以容纳的二进制信息量.以字节（byte简写为B）为单位。常用的单位还有KB、MB、GB等。1Byte＝8bit1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB指令执行时间：是指取指令和执行指令所花时间的总和。可靠性：指计算机在规定时间和条件下正常工作不发生故障的概率。兼容性：指计算机硬件设备和软件程序可用于其他多种系统的性能。性能价格比：是衡量计算机产品优劣的综合性指标。第１篇概论1.4本书结构计算机1.4本书结构第２篇计算机系统的硬件结构计算机I/O系统总线存储器CPU1.4本书结构CPU内部互连ALUCU寄存器中央处理器第３篇CPU计算机I/O系统总线存储器CPU1.4本书结构CPU内部互连ALUCU寄存器中央处理器寄存器和解码器控制单元排队逻辑控制存储器第４篇CU计算机I/O系统总线存储器CPU