清华计算机组成原理课件01 计算机系统概论

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1、主讲马洪连计算机组成与结构清华大学王爱英主编参考书：计算机组成原理（第三版）白中英编科学出版社计算机组成原理（修订版）俸远帧编电子工业出版社1第一章计算机系统概论硬件是计算机的物资基础，没有硬件计算机将不复存在；软件是发挥计算机功能，没有软件计算机无法投入使用。如同电影机和电影胶片的关系。计算机的组成：硬件和软件1.1计算机软件的组成1.2计算机的硬件1.3计算机系统的层次结构1.4计算机的现代发展史1.5计算机的应用领域2软件组成系统软件应用软件操作系统或管理软件汇编程序高级语言的编译或解释程序故障诊断或检验程序系统调试程序数据库管理程序

2、使用者根据需要采用各类语言编写的各种应用程序，包括各类应用软件包1.1计算机软件的组成没有配备任何软件的“裸机”无法投入使用，没有配备足够的软件，其功能就不能很好的发挥。计算机软件的分类如下：3计算机的语言简介自然语言：人类相互交流信息所用的语言高级语言：由于当前的计算机还不具备理解自然语言的能力，于是人们希望找到一种和自然语言接近并能为计算机接受的语言，这种语言被称为计算机的高级语言。汇编语言：符号式程序设计语言，属于低级语言。机器语言：然而目前的通用计算机不会直接执行用高级语言编写的程序，因而要先将其翻译成机器能执行的语言，这种语言被称

3、为机器语言（由二进制代码表示的指令组成）。41.2计算机的硬件组成计算机的基本部件有中央处理器CPU（运算器和控制器）、存储器和输入、输出设备。中央处理器又叫CPU，在早期的计算机中分成运算器和控制器两部分，由于电路集成度的提高，现在已把它们集成在一个芯片中。存储器用来存放程序和数据，是计算机各种信息的存储和交流中心。存储器可与CPU、输入输出设备交换信息，起存储、缓冲、传递信息的作用。输入设备用来输入原始数据和处理这些数据的程序、输入的信息有数字符、字母和控制符等。输出设备用来输出计算机的处理结果。可以是数字、字母、表格、图形等.5计算

4、机硬件构成演示6移位器ALU选择器通用寄存器组选择器运算器7移位器ALU选择器选择器通用寄存器组ALU:通过加法器实现运算操作（由全加器求和、由进位链传递进位信号）。选择器：选择操作数；选择控制条件，实现各种算法。通用寄存器组：提供操作数，存放运算结果。移位器：直接或者移位送出运算结果。8运算器组成功能演示9微命令发生器指令信息状态信息时序信号微命令序列逻辑条件时间条件控制器10控制器工作过程演示11存储体地址寄存器译码器读/写线路数据寄存器控制线路……………………存储器12存储器按“读命令”和“写命令”演示读写过程13输入/输出设备主机接

5、口输入/出设备14在计算机中各部件间来往的信号可分成三种类型，即地址、数据和控制信号。通常这些信号是通过总线传送的，CPU发出的控制信号，经控制总线送到存储器和输入输出设备，控制这些部件完成指定的操作。与此同时，CPU（或其他设备）经地址总线向存储器或输入输出设备发送地址，使得计算机各个部件中的数据能根据需要互相传送。ALUCPU主机I/OCU主存15计算机工作过程演示16计算机硬件的组成框图CPU（包括运算器和控制器）存储器ROMRAM输入/输出设备(I/O设备)总线D—BUSA—BUSC—BUS运算器和控制器CPU存储器输入输出设备地址

6、总线数据总线控制总线17硬软件界面与逻辑上的等价计算机系统以硬件为基础，通过软件扩充其功能，并以执行程序方式体现其功能。一般来说，硬件只完成最基本的功能，而复杂的功能则通过软件实现。在实际的具体实施中，许多功能即可直接由硬件实现，也可在硬件支持下靠软件实现，对用户来说在功能上是等价的。例如乘法运算就是一个例子。早期曾采用硬件软化的技术策略来降低造价，如依靠软件实现乘、除、浮点运算等更高级一些的功能。随着集成电路技术的飞速发展，于是又出现了另一种技术策略-软件硬化，如浮点运算器等。这样系统将有更高的处理速度，在软件的支持下具有更强的功能。18

7、与此同时，人们又采取了另一种策略—固件化。采用微程序控制技术使计算机结构和硬、软件功能分配发生了变化，对指令的解释与执行是通过运行微程序来实现的。而微程序是被固化在只读存储器中。从信息形态上讲，微程序类似于软件；从器件上讲它固化在硬件芯片内；在逻辑功能上讲它属于硬件CPU的范畴；因而称为固件。现在常采用软件固化的策略，将系统软件的核心部分固化在存储芯片之中。从用户看去，它们是系统硬件的一部分。如，微机系统将操作系统中的BIOS固化在系统板上，将存储管理功能集成于CPU芯片之内。191.3计算机系统的层次结构（从语言功能层次划分）虚拟机：通过

8、配置软件扩展功能后形成的与实际机无关的机器。它将提供给用户的功能抽象出来，脱离了物理机。由于站在不同层次上编程的程序员所看到的计算机属性也是个不相同的。例如，用高级语言编程的程序