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1、大学计算机基础第三章计算机硬件系统组成本章学习重点计算机系统的组成及冯·诺依曼原理计算机硬件系统的基本结构和工作过程计算机各部分的作用和总线结构微型计算机的构成及部件冯诺依曼原理⑴计算机的硬件由五部分组成：运算器控制器存储器输入设备输出设备⑵计算机的内部数据是以二进制表示的;⑶程序存储在存储器后自动执行（存储程序原理）。计算机系统硬件系统软件系统主机外设微处理器(CPU)内存储器控制器运算器系统软件应用软件操作系统语言处理程序数据库管理系统网络通信管理程序应用软件包用户程序总线系统3.1.1计
2、算机系统3.1计算机系统外存储器输入设备输出设备计算机的层次结构计算机的硬件是通用的。在同样的硬件条件下，通过执行不同的软件，实现了计算机丰富多样的功能。软件系统运行于硬件系统之上，软件是需要处理的信息、以及信息处理规则、方法、文档等的集合，软件分为系统软件和应用软件。系统软件是为了提高硬件的使用效率并方便用户使用而专门设计的软件，其中最重要的是操作系统，操作系统包裹在硬件之外掩盖了计算机硬件的复杂特征，管理计算机的资源，增强计算机的易用性。应用软件是实现某个专门功能的软件。应用软件、用户程序都
3、是通过操作系统的调度进而通过硬件才能实现其功能。计算机系统结构图APPLICATIONOSHARDWARE二进制的计算机操作系统下的虚拟机USER管理计算机的硬件和软件资源提供用户使用计算机的接口3.1.2计算机硬件模型⒈计算机的硬件模型运算器和控制器的集合又称为中央处理单元CPU。(CentralProcessingUnit)运算器控制器存储器输入装置输出装置CPU中央处理器主机+外设（I/O设备）3.1.3计算机指令与程序⒉指令系统：指令系统是某种CPU能够执行的所有指令的集合，不同类型的C
4、PU结构其指令系统也不同。⒈指令：用来规定计算机的一个基本操作的二进制代码。一条指令对应着CPU的一种基本操作。一条指令一般由两个部分组成：操作码和操作数。操作码：操作码指明了操作的性质，如加、减等。操作数：操作数指明了操作的对象，如两个加数。计算机完成某个功能的过程实际是执行一个程序的过程，而程序是由一条条指示CPU完成某一个基本操作的指令组成。⒊程序：是计算机能够识别和执行的指令序列。是由一连串指令按一定顺序组成的能完成某种任务的指令序列。⒋软件：是计算机的程序、数据、方法、规则、文档的总称
5、。程序示例例：MOVR1，2;将2存放到CPU内部的寄存器R1中ADDR1，3;将R1的内容加上3，结果5再存放到R1中HLT;结束3.2计算机的主机2.3.1中央处理器(CPU)组成：ALU算术逻辑单元CU控制单元Register寄存器硬件系统Hardware主机外设CPU内存InputDeviceOutputDevice中央处理器(CPU)的构成⒈算术逻辑单元ALU(ArithmeticLogicalUnit)⒉通用寄存器(GeneralRegister)存放ALU运算的原始数据、中间结果、
6、最终结果等。⒊专用寄存器(SpecialRegister)①指令寄存器(IR)②程序计数器(PC)③标志寄存器(FR)⒋指令译码器（ID）翻译指令寄存器中的指令并发出控制信号CUP的模型及基本工作过程下面以一个简单的单总线模型机介绍CPU的工作过程CUP内部总线MAR存储器MDRALUTRTRFRGRAC运算器PC+1IRIDC命令信号时序发生控制器CPU的工作过程CUP内部总线MAR存储器MDRALUTRTRFRGRACPC+1IRIDC命令信号时序发生10001000100010001000
7、100010001000100010001000+[1]MOVAC,[2000]MOVAC,[2000]MOVAC,[2000]MOVAC,[2000]MOVAC,[2000]MOVAC,[2000]MOVAC,[2000]MOVAC,[2000]MOVAC,[2000]2000200020002000200020002000222222222221000：MOVAC,[2000]CPU的工作过程CUP内部总线MAR存储器MDRALUTRTRFRGRACPC+1IRIDC命令信号时序发生2100
8、110011001100110011001100110011001100110011001+[1]ADDAC,[2001]ADDAC,[2001]ADDAC,[2001]ADDAC,[2001]ADDAC,[2001]ADDAC,[2001]ADDAC,2001ADDAC,[2001]20012001200120012001200120012001200120012001200133333333333333323+55555555551001：ADDAC,[2001]CPU的工作过程CUP内部总
