课程a：_第1章_概论

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1、计算机组成原理计算机组成原理AA西南交通大学信息科学与技术学院2006年2月第1章概论（对“整体”的粗步认识）西南交通大学信息科学与技术学院“计算机组成原理A”教案第1章概论§1.1计算机系统的组成与工作特点§1.2计算机系统的层次结构§1.3计算机硬件系统的组织§1.4计算机的发展§1.5计算机的主要性能指标西南交通大学信息科学与技术学院“计算机组成原理A”教案第1章概论本章要点：1．计算机系统的概念:硬件和软件的综合体，软硬件的逻辑等价2.层次结构及虚拟机器概念3.诺依曼体制的要点及存储程序控制的含义4．计算机硬件的典型组成结构5．计算机的主要性能指

2、标西南交通大学信息科学与技术学院“计算机组成原理A”教案第1章概论§1.1计算机系统的组成与工作特点1.1.1计算机系统的组成1．系统组成一个完整的计算机系统包括：硬件──各种设备（如主板，内存．．．）。软件──泛指各类程序和文件。西南交通大学信息科学与技术学院“计算机组成原理A”教案5第1章概论1.1.1计算机系统的组成2．硬件系统的基本组成由五大部件组成：主机注：CPU=运算器+控制器（中央处理器）主机=CPU+主存储器外部设备=除去主机以外的硬件装置（如输入设备、输出设备、辅助存储器等）。西南交通大学信息科学与技术学院“计算机组成原理A”教案6第1

3、章概论1.1.1计算机系统的组成3．软件的组成包括系统软件、应用软件。有人主张把编程、维护程序的文件也归入软件范畴。系统软件:为提高计算机系统效率或扩展硬件功能而编制的程序。如：汇编程序，编译程序，操作系统，等。高级语言源程序机器语言程序编译程序应用软件:为解决某一特定问题而编制的程序。如工资管理等。西南交通大学信息科学与技术学院“计算机组成原理A”教案7第1章概论1.1.1计算机系统的组成4．硬件与软件的关系硬件是计算机系统的物质基础，软件是计算机系统的灵魂，二者相辅相成。硬件和软件在逻辑上是等价的，都是面向算法的。当前计算机的硬件和软件正朝着互相渗透

4、，互相融合的方向发展。固件：存储在能永久保存信息的器件（如ROM）中的程序，是具有软件功能的硬件。其性能介于软硬件件之间，其执行速度快于软件，灵活性优于硬件。西南交通大学信息科学与技术学院“计算机组成原理A”教案8第1章概论1.1.2计算机的工作特点计算机采取事先编制程序、存储程序、自动连续运行程序的工作方式，称为存储程序方式。1．冯·诺依曼体制计算机按存储方式工作的计算机统称为冯·诺依曼体制计算机。1946年6月由冯·诺依曼等人首次提出。JohnvonNeumann冯•诺依曼先生西南交通大学信息科学与技术学院“计算机组成原理A”教案9第1章概论冯·诺依

5、曼体制的要点:(1)采用二进制代码表示数据和指令(2)采用存储程序工作方式──核心概念，至今广泛采用。①事先编制程序(根据问题找算法编程序)②将程序存储于计算机的存储器中③计算机在运行时自动地、连续地从存储器中依次取出指令加以执行。(3)硬件由五大基本部件组成以控制流(指令)驱动程序执行，信息流(数据流)被动地被调用处理。运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。用程序计数器(PC)存放当前指令所在存储单元的地址。(思考：如何区别指令和数据?)西南交通大学信息科学与技术学院“计算机组成原理A”教案10第1章概论2．非冯结构计算机如：数据驱动的数据流计算

6、机需求驱动的归约计算机模式匹配驱动的智能计算机等。西南交通大学信息科学与技术学院“计算机组成原理A”教案11第1章概论3．计算机的工作过程示意计算机工作的过程即一条一条执行指令的过程。机器指令格式:操作码操作码操作数操作数执行对象（具体数、存放位置）机器执行什么操作例如：ADDADDAXAX，，BXBX西南交通大学信息科学与技术学院“计算机组成原理A”教案12第1章概论执行指令的基本过程：取指令分析及取数执行程序运行的基本过程：取指令分析及取数执行西南交通大学信息科学与技术学院“计算机组成原理A”教案13第1章概论以单总线结构的模型机为例：CPU运算器控

7、制器存储器输入输出部件西南交通大学信息科学与技术学院“计算机组成原理A”教案14第1章概论IRPCALUI/O接口R0……R1…………CPUMMI/O设备以取指令过程为例，其具体操作包含以下内容：(1)控制器以PC中的二进制编码为内存地址，通过系统总线（的地址线）向MM发送地址信息，并且通过系统总线（的控制线）向MM发“读内存”命令；西南交通大学信息科学与技术学院“计算机组成原理A”教案15第1章概论IRPCALUI/O接口R0……R1…………CPUMMI/O设备以取指令过程为例，其具体操作包含以下内容：(2)MM接到地址信息和“读内存”命令后，按把内存

8、相应单元中的二进制编码（即指令）读到内存的数据缓冲寄存器（MDR）中；同时，PC