第1章 計算機組成與結構緒論

計算機組成原理 2004年3月 前言： 《計算機組成與系統結構》是計算機及其相關專業的專業必修課，在專業教學中起著承上啟下的作用。計算機組成是指計算機硬件的具體實現；計算機結構是系統程序員所能見到的計算機的硬件特性。 課程內容包括七章：1. 計算機系統概述 2. 運算方法和運算器 3. 存儲系統 4. 指令系統與尋址方式 5. 控制器原理 6. 外圍設備和接口 7. 輸入輸出系統 學習中要注重基本概念、基本思想和基本方法的學習，理解計算機系統的工作原理和設計方法，掌握分析和設計計算機系統的知識，提高學習和應用計算機的能力。 第一章 緒論 1.1 計算機的發展簡史 1.2 計算機的組成和工作原理 1.2 計算機系統的層次結構和性能指標 1.3 計算機的發展和應用 1.1 計算機的發展簡史 第一臺電子計算機ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer) ，經歷四代：第一代電子管計算機(1946到50年代后期)，第二代晶體管計算機(50年代中期到60年代后期)，第三代集成電路計算機(60年代中期到70年代前期)，第四代大規模集成電路計算機(70年代初期)。 大型機 巨型機 小型機 微型機 工程工作站 聯機系統和計算機網絡 現代計算機轉向以存儲器為中心，現代計算機三大部分結構圖： 二. 機器指令與匯編語言 機器語言 機器語言是計算機可直接執行的語言，二進制代碼。優點是：占用資源少、運行速度快、效率高；缺點是：不易編寫、調試、閱讀修改，通用性差。 匯編語言 匯編語言是符號化的機器語言，即用助記符表示的語言。助記符一般是英文單詞縮寫，便于編寫、閱讀、檢查，克服了機器語言的缺點，又繼承了它的優點。 四、計算機的工作過程 計算機的五大部件： 1. 運算器 運算和加工部件 2. 控制器 統一指揮和控制各部件工作 3. 存儲器 存放程序和數據，存取信息 4. 輸入設備 將外界非標準信號，轉換成計算機能識別的電信號給計算機 5. 輸出設備 將計算機的處理結果進行輸出 1.3 計算機系統的組成 一個完整的計算機系統由硬件系統和軟件系統組成，缺一不可。 一、計算機的硬件系統 由上述的計算機的五大部件組成 三、 計算機系統的層次結構 計算機系統是由硬件系統和軟件系統組成的，硬件系統和軟件系統又包含許多子系統，結構十分復雜。從功能上看，現代計算機系統可分為5個層次級別： 五、計算機系統結構的分類 單指令流單數據流 SISD 單指令流多數據流 SIMD 多指令流單數據流 MISD 4. 多指令流多數據流 MIMD 1.4 計算機的特點與應用 一、計算機的特點 運算速度快 運算精度高 具有記憶功能和邏輯判斷能力 可靠性高，通用性強 二、計算機的主要性能指標 1. 基本字長 數據線寬度4位、8位、16位、32位、64位 2. 主存容量 地址線寬度n，容量=2n字節 3. 運算速度 每秒運算的指令條數 4. 性能價格比 5. 外圍設備的配置 6. 系統軟件的配置 * 1.2 計算機的組成和工作原理 一、計算機的硬件結構 典型的馮.諾依曼計算機結構框圖： John Von Neumann 美籍匈牙利數學家，1946年《關于電子計算儀器邏輯設計的初步探討》報告提出“存儲程序控制”的概念 輸入器 運算器 存儲器 控制器 輸出器 原始數據 計算步驟 計算結果 CPU 輸入設備 輸入通道 輸出設備 輸出通道 I/O 算術邏輯單元ALU 控制器 CU CPU 主存儲器 M.M I/O總線 存儲 總線 三、總線結構 計算機硬件的典型結構： 小型機的總線型結構有：(1) CPU為中心的雙總線結構； (2)單總線結構；(3) 以存儲器為中心的雙總線結構 CPU M.M I/O接口 I/O設備 I/O接口 I/O設備 …….. …….. 輸入/輸出總線 存儲總線 CPU M.M I/O接口 I/O設備 I/O接口 I/O設備 …….. …….. 系統總線 CPU M.M I/O接口 I/O設備 I/O接口 I/O設備 …….. …….. 系統總線 存儲 總線 微型機的一般結構：(仍屬于單總線結構) 微處理器 ROM RAM I/O 接口 I/O 設備 ……... 大中型機的通道型結構： M.M CPU 通道 I/O 控制器 I/O 控制器 外設 外設 ….. 外設 外設 ….. 通道 I/O 控制器 I/O 控制器 外設 外設 ….. 外設 外設 ….. ……….. 總線

總結

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