计算机系统结构概述.ppt

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1、1.2功能模块级的计算机组成1.2.1计算机的Neumann体系结构1.2.2计算机系统的功能部件1.2.3计算机的工作过程计算机的主要工作是扩展和延伸人脑的功能。所以计算机又称为电脑。开关电路奠定了电子计算机的物理基础。基于这些电子器件，就可以用大规模集成电路技术制造计算机的有关构件。构建一个系统基本方法有两种：结构模拟法——如人脑主要由神经细胞，从制造神经细胞开始构建计算机，就是结构模拟法；功能模拟法——分析人脑的基本功能，分别制造能完成这些功能的模块，来模拟人脑的工作。现代计算机基本采用的是功能模拟法。这一节介绍如何划分计算机的功能模块以及

2、这些功能模块如何一起工作。1.2.1计算机的Neumann体系结构先从算盘这一古老的运算工具说起。假设给了一个算盘，一张带横格的纸和一支笔。现在已知A、X、B和C的值，要求利用以上器件计算Y=A·X+B-C那么，应该怎样进行计算呢？12435678910111312首先，将横格编上序号。其次，把四个已知数A、B、C和X写到横格纸上。接着，把解题步骤写到横格纸上。紧接着，按照写到横格纸上的解题步骤，在算盘上进行运算，得到最终结果，把最终结果写到纸上给人看。取数(9)算盘乘法(12)算盘加法(10)算盘减法(11)算盘存数Y(13)停止输出

3、(9)表示第9行数据A。下同完成A·X，结果在算盘上完成A·X+B，结果在算盘上完成A·X+B-C，结果在算盘上算盘上的Y值写到第13行把算盘上的Y值写出给人看运算完毕，暂停ABXC数据数据数据数据Y数据那么，在完成Y=A·X+B-C的计算过程中，我们用到了什么东西？首先，用到了带有横格且编有序号的纸，我们把原始数据和解题步骤记录在纸上，即纸“存储”了算题的原始信息。其次，我们用到了算盘。它用来对数据进行加、减、乘、除等算术运算。再次，用到了笔，利用笔把原始数据和解题步骤记录在纸上，还可以把计算结果告诉人。最后，用到了人本身。这主要包括人脑和手。

4、正是在人的控制下，按照解题步骤一步一步进行计算，直到完成全部运算。电子数字计算机进行解题的过程也完全和我们用算盘解题的情况相似。也必须有运算工具、解题步骤和原始数据的输入和存储、运算结果的数据以及整个计算过程的调度控制。和打算盘不同的是以上部分都是由电子线路和其他设备自动进行的。在电子计算机中，算盘运算器纸(具有记忆存储功能)存储器人脑(自动控制整个计算过程)控制器笔(把原始数据和解题步骤送到计算机或把运算结果显示出来)输入设备/输出设备在此基础上，美国科学家VonNeumann提出了计算机的基本设计思想,其中心意思是：将程序和原始数据事

5、先存放在主存储器中。其主要内容是：(1)采用二进制来表示数据和指令(2)将编写好的程序和原始数据送入主存储器中，然后启动计算机开始工作(3)计算机应该包括运算器、控制器、存储器、输入/输出设备五大部件，并且各自都有自己的功能据此，就形成了计算机的基本组成框图(如图1.15)1.运算器:一个对二进制数据进行加工处理的执行部件，它可以完成算术运算和逻辑运算。算术运算加、减、乘、除逻辑运算比较、移位、逻辑加、逻辑乘等通常，运算器由运算逻辑部件ALU、寄存器组及控制数据传送电路组成。其示意图(如图1.12)其中，ALU是具体完成算术与逻辑运算的部件；

6、寄存器用于存放运算操作数据；累加器除了存放运算操作数据以外，在连续运算中，还用于存放中间结果和最后结果。寄存器和累加器的数据均从存储器取得，累加器的最后结果也存入到存储器中。1.2.2计算机系统的功能部件2.控制器:全机的指挥中心，它是统一指挥和控制计算机各部件进行工作的中央机构，控制和协调其他部件的工作。其工作的实质是解释程序。它每次从存储器读取一条指令，经过分析译码，产生一串操作命令。这些操作命令发向各个部件，控制各个部件的动作，使整个机器连续地、有条不紊地进行工作。控制信息的发源地是控制器。其产生控制信息的依据来自以下三个方面(如图1.11

7、)：一是指令，它存放在指令寄存器中，是计算机操作的主要依据；二是各部件的状态触发器，其中存放反映机器运行状态的有关信息；三是时序电路，它能产生各种时序信号，使控制器的操作命令被有序地发送出去，以保证整个机器协调工作。控制器的基本任务就是按照计算程序所排的指令序列，先从存储器中取出一条指令放在控制器中，对指令的操作码由译码器进行分析判别；然后，根据指令性质，执行这条指令，进行相应的操作；接着，从存储器中再取出下一条指令，再执行这条指令；依次进行下去，直到计算程序执行完毕为止。3.存储器：用来存放程序和数据的部件，具有“记忆”功能。主要由地址寄存器、

8、数据寄存器、存储体以及读写控制电路组成。其示意图如图1.14。存储器的两个基本操作是读出和写入。不管进行那种操作，都应知道存储单元的地址