计算机组成原理概论精选文档.ppt
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1、计算机组成原理概论本讲稿第一页，共五十页第一节第一节 计算机的基本概念计算机的基本概念1.1.1 冯冯 诺依曼思想诺依曼思想1.用二进制代码表示程序和数据；用二进制代码表示程序和数据；2.计算机采用存储程序的工作方式；计算机采用存储程序的工作方式；3.计算机硬件由存储器、运算器、控制计算机硬件由存储器、运算器、控制 器、输入设备和输出设备组成。器、输入设备和输出设备组成。3.计算机硬件由存储器、运算器、控制计算机硬件由存储器、运算器、控制 器、输入设备和输出设备组成。器、输入设备和输出设备组成。本讲稿第二页，共五十页输入设备输入设备控制器控制器存储器存储器输出设备输出设备程序程序指指令令地地址
2、址结结果果数数据据运算器运算器命命令令状状态态请请求求命命令令命命令令请请求求本讲稿第三页，共五十页 冯冯 诺依曼思想诺依曼思想1.用二进制代码表示程序和数据；用二进制代码表示程序和数据；2.计算机采用存储程序的工作方式；计算机采用存储程序的工作方式；3.计算机硬件由存储器、运算器、控制计算机硬件由存储器、运算器、控制 器、输入设备和输出设备组成。器、输入设备和输出设备组成。本讲稿第四页，共五十页1.1.2 信息的数字化表示信息的数字化表示 1.在计算机中用数字代码表示各种信息在计算机中用数字代码表示各种信息 二进制代码二进制代码例例1 用数字代码表示数据用数字代码表示数据 5-5 表示为表示
3、为 0 101 表示为表示为 1 101 本讲稿第五页，共五十页例例2 用数字代码表示字符用数字代码表示字符 A B 表示为表示为 1000001 表示为表示为 1000010 例例3 用数字代码表示命令、状态用数字代码表示命令、状态 启动启动 停止停止 正在工作正在工作 工作结束工作结束 表示为表示为 00 表示为表示为 01 表示为表示为 10 表示为表示为 11 本讲稿第六页，共五十页 2.在物理机制上用数字信号表示数字代码在物理机制上用数字信号表示数字代码 数字型电信号数字型电信号例例1 用电平信号表示数字代码用电平信号表示数字代码 高电平高电平 1 低电平低电平 高电平高电平 0 1
4、 例例2 用脉冲信号表示数字代码用脉冲信号表示数字代码 有脉冲有脉冲无脉冲无脉冲有脉冲有脉冲101实现并行实现并行操作操作实现串行实现串行操作操作本讲稿第七页，共五十页 3.数字化方法表示信息的数字化方法表示信息的优点优点（1 1）物理上易实现信息的表示与存储）物理上易实现信息的表示与存储（2 2）抗干扰能力强，可靠性高）抗干扰能力强，可靠性高（3 3）数值的表示范围大，精度高）数值的表示范围大，精度高（4 4）可表示的信息类型广泛）可表示的信息类型广泛（5 5）能用数字逻辑技术进行处理）能用数字逻辑技术进行处理本讲稿第八页，共五十页 冯冯 诺依曼思想诺依曼思想1.用二进制代码表示程序和数据；
5、用二进制代码表示程序和数据；2.计算机采用存储程序的工作方式；计算机采用存储程序的工作方式；3.计算机硬件由存储器、运算器、控制计算机硬件由存储器、运算器、控制 器、输入设备和输出设备组成。器、输入设备和输出设备组成。本讲稿第九页，共五十页1.1.3 存储程序工作方式存储程序工作方式 1.事先编制程序事先编制程序 3.自动、连续地执行程序自动、连续地执行程序 2.事先存储程序事先存储程序 传统诺依曼机串行执行指令。传统诺依曼机串行执行指令。对传统诺依曼机的改造：增加对传统诺依曼机的改造：增加并行并行处理处理功能。功能。本讲稿第十页，共五十页1150编写程序编写程序输入程序输入程序存储程序存储程
6、序输出结果输出结果执行指令执行指令将程序转换为将程序转换为指令序列指令序列图图 计算机的工作流程计算机的工作流程本讲稿第十一页，共五十页1.1.4计算机的分类计算机的分类 计算机从总体上来说分为两大类计算机从总体上来说分为两大类:模拟计算机模拟计算机和和数字计算机数字计算机。各自主要特点各自主要特点：模模拟拟计计算算机机：由由模模拟拟运运算算器器件件构构成成，处处理理在在时时间间和和数值上连续的模拟量（如：电压、电流等）；数值上连续的模拟量（如：电压、电流等）；数数字字计计算算机机：由由逻逻辑辑电电子子器器件件构构成成，处处理理离离散散的的数数字量。字量。本讲稿第十二页，共五十页数字计算机又可
7、分为数字计算机又可分为:专用计算机专用计算机和和通用计算机通用计算机。专用机专用机是以快速、经济和高集成度为主要指标的特是以快速、经济和高集成度为主要指标的特殊计算机，它是针对某一任务设计的计算机，但是它的殊计算机，它是针对某一任务设计的计算机，但是它的适应性较差（如：工控机、适应性较差（如：工控机、ATM等）等）。通用机通用机适应性较高，但是牺牲了效率、速度和经适应性较高，但是牺牲了效率、速度和经济性，如个人电脑。济性，如个人电脑。本讲稿第十三页，共五十页按照计算机的体积、简易性、功率损耗、性能按照计算机的体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模、机器价指标、数据存储容量
8、、指令系统规模、机器价格和应用范围等条件，将计算机分为格和应用范围等条件，将计算机分为巨型机、巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机大型机、中型机、小型机和微型机等等。它它们们的的结结构构规规模模和和性性能能指指标标依依次次递递减减。随随着着超超大大规模集成电路的迅速发展，类型也会发生动态变化。规模集成电路的迅速发展，类型也会发生动态变化。本讲稿第十四页，共五十页计算机类别对比计算机类别对比：本讲稿第十五页，共五十页1650中文名：约翰中文名：约翰冯冯诺依曼诺依曼 外文名：外文名：John Von Neumann John Von Neumann 国籍：美籍匈牙利人国籍：美籍匈牙利人 出生地：
9、布达佩斯出生地：布达佩斯 出生日期：出生日期：19031903年年1212月月2828日日 逝世日期：逝世日期：19571957年年2 2月月8 8日日 毕业院校：苏黎世大学、布达佩斯大学毕业院校：苏黎世大学、布达佩斯大学称谓：称谓：计算机之父计算机之父 第二节第二节 计算机的诞生和发展计算机的诞生和发展本讲稿第十六页，共五十页1750冯冯诺依曼思想的产生背景诺依曼思想的产生背景冯冯诺依曼在诺依曼在1944年加入了美国军方年加入了美国军方ENIAC计算机的研制项计算机的研制项目。在此项目基础之上，在目。在此项目基础之上，在1945年提出并发表了一个全新的年提出并发表了一个全新的“存储程序通用电
10、子计算机存储程序通用电子计算机”方案方案EDVAC（冯（冯诺依曼诺依曼思想）。思想）。在这份方案中，冯在这份方案中，冯诺依曼具体介绍了电子计算机和程序设计的新诺依曼具体介绍了电子计算机和程序设计的新思想。这份方案是计算机发展史上一个划时代的文献，它向世界思想。这份方案是计算机发展史上一个划时代的文献，它向世界宣告了电子计算机时代的来临。宣告了电子计算机时代的来临。EDVAC方案的直接成果：方案的直接成果：催生了第催生了第1台严格意义上的电子计算机（宾夕法尼亚台严格意义上的电子计算机（宾夕法尼亚大学，大学，1946年年2月）月）本讲稿第十七页，共五十页类型类型时期时期主要器件主要器件重重 要要
11、特特 征征第一代第一代1946-1946-19581958电子管电子管机器语言，汇编语言，速度低，体积大，机器语言，汇编语言，速度低，体积大，价格昂贵，可靠性差，用于科学计算价格昂贵，可靠性差，用于科学计算第二代第二代1958-1958-19641964晶体管晶体管算法语言，操作系统，体积缩小，可靠算法语言，操作系统，体积缩小，可靠性提高，从科学计算扩大到数据处理性提高，从科学计算扩大到数据处理第三代第三代1964-1964-19711971中小规模集成中小规模集成电路电路体积小，可靠性大大提高，速度达几体积小，可靠性大大提高，速度达几MIPSMIPS，机种多样化，机种多样化，机种多样化，机种
12、多样化，“小型计算机小型计算机小型计算机小型计算机”出出出出现，现，现，现，软件技术和外设发展迅速应用领域软件技术和外设发展迅速应用领域不断扩大不断扩大第四代第四代1971-1971-目前目前中大及超大规中大及超大规模集成电路模集成电路速度提高至速度提高至GIPSGIPS乃至乃至TIPSTIPS水平，多机并水平，多机并行处理和计算机网络迅速发展。行处理和计算机网络迅速发展。“微型微型计算机计算机”出现出现1.2.2 发展历程发展历程本讲稿第十八页，共五十页1.2.3 未来的发展趋势未来的发展趋势1 1、巨型化、巨型化2 2、微型化、微型化3 3、多媒体化、多媒体化4 4、网络化、网络化5 5、
13、智能化、智能化本讲稿第十九页，共五十页第三节第三节 计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成1.3.1 主要功能部件主要功能部件1.CPU由运算器、控制器、寄存器组成。由运算器、控制器、寄存器组成。（1）运算器运算器 1）功能：）功能：加工信息加工信息。2）组成：）组成：本讲稿第二十页，共五十页移位器移位器ALUALU选择器通用寄存器组通用寄存器组选择器本讲稿第二十一页，共五十页移位器移位器ALUALU选择器通用寄存器组通用寄存器组选择器 ALU:ALU:通过加法器实现运算通过加法器实现运算操作（由全加器求和、由进位操作（由全加器求和、由进位链传递进位信号）。链传递进位信号）。本讲稿第二十二页
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