【文档说明】第一章计算机系统概论(lxl)解析课件.ppt，共(42)页，1.422 MB，由小橙橙上传

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第１章计算机系统概论1.1计算机系统简介1.4本书结构1.3计算机硬件的主要技术指标1.2计算机的基本组成主要内容计算机系统中软件和硬件的基本概念计算机系统的层次结构冯诺依曼计算机的特点计算机硬件的基本组成计算机的工作过程计算机系统的性能指标重点及难点重点–冯诺依曼计算机的特

点–计算机硬件的基本组成难点–计算机系统的层次结构计算机是一种不需要人的直接干预，能够对各种数字化信息进行自动快速运算的通用处理装置。1.1计算机系统简介由具有各类特殊功能的信息（程序）组成1.计算机系统计算机系统计算机的实体，

如主机、外设等一、计算机的软硬件概念硬件软件事先编制的什么是计算机？按任务需要编制成的各种程序如：科学计算程序等。用来管理整个计算机系统语言处理程序操作系统服务性程序数据库管理系统网络软件软件1.1系统软件应用软件系统程序应用程序计算机硬件的功能和结构功能数据处理

数据存储数据传送控制1.1内部结构中央处理器（运算器）存储器组织输入/输出模块中央处理器（控制器）系统互连计算机高级语言程序目标程序结果翻译运行1.12.计算机的解题过程1.编译2.解释0、1代码二、计算机系统的层次结构1.1实际上，在计算机解题过程中，源程序进行翻译

变成目标程序，最后运行出结果，整个从细的方面来讲，还要分成很多很多很小的步骤，每一步工作都实际上是在层次化的计算机系统当中的某一层进行动作的，计算机的这种层次结构使得不同的用户在不同的层次上使用计算机。1.用Word写文档2.编写Word程序二、计算机系统的层次结构高级语言虚拟机器M3

汇编语言虚拟机器M2操作系统虚拟机器机器语言实际机器M1微指令系统微程序机器M01.11-10软件硬件由硬件直接执行微指令微指令系统-微程序机器M0逻辑设计员用编译程序翻译成汇编语言程序高级语言-虚拟机器M4高级语言程序员用汇编程序翻译成机器语言程序汇

编语言-虚拟机器M3汇编语言程序员用机器指令解释操作系统操作系统-虚拟机器M2操作员用微指令解释机器指令机器指令-实际机器M1机器语言程序员2、计算机系统的层次结构由软件实现的虚拟机器。由硬件实现的实际机器。是我们将要学习的！虚拟机：是一个由软件实现的抽象计算机，不同软件（

语言）角度获得不同层次的虚拟机。应用软件、系统软件、硬件构成了计算机系统的三个层次结构。除了硬件系统，其它层次称为虚拟机。从某一层次的观察者看来，他只通过该层次的语言来了解和使用计算机，不必关心下几层的机器是如何工作和实现各

自功能的。程序员所见到的计算机系统的属性即：概念性的结构与功能特性计算机体系结构计算机组成实现计算机体系结构所体现的属性有无乘法指令如何实现乘法指令（指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理）（具体指令的实现）1.1三、计算机体系结

构和计算机组成计算机系统结构（举办奥运会）主要研究软件硬件功能分配和对软硬件界面的确定。计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。（奥运村设计图）当一个计算机系统把软件和硬件功能划分完以后，它主要研究计算机各硬件部件的组成和它们之间的关系。计

算机实现是计算机组成的物理实现。（按照设计图施工）对各个部件的硬件物理实现技术。一个计算机系统结构有不同的计算机组成方法。一种计算机组成有不同的计算机实现技术。应用程序操作系统系统结构实现指令系统组成编译软件硬件计算机系统结构与计算机组成硬件硬件1.2计算机的基本组成

（1）由于计算机是一种机器，那么在机器中信息怎么表示？表示成什么形式，计算机才能对它进行处理？（2）采用什么样的工作方式才能使它自动的、连续的、快速的进行工作？（3）为了实现计算机强大的功能，在硬件上应该设置哪些部件来提供支持？冯·诺依曼思想的引入1.2计算机的基本组成1.

计算机由五大部件组成3.指令和数据用二进制表示4.指令由操作码和地址码组成6.以运算器为中心2.指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访5.存储程序一、冯·诺依曼计算机的特点5.存储程序算术运算逻辑运算存放数据和程序将信息转换成机器能识别的形式将结果转换成人们熟悉的形式指挥程序运行1.2

冯·诺依曼计算机硬件框图存储器输入设备运算器控制器输出设备数据线控制线和反馈线1.2冯·诺依曼计算机硬件框图存储器输入设备运算器控制器输出设备数据线控制线和反馈线二、计算机硬件框图1.21.以存储器为中心的计算机硬件框图程序存储器输出设备输入设备运算器控制器数据结果计算控制线反馈线数据线不改变

的：存储程序（精华）改变的是：以存储器为中心，总线结构，分散控制。ALU主存辅存CPU主机I/O设备硬件CU2.现代计算机硬件框图存储器输入设备运算器输出设备控制器1.2ALUCPU主机I/O设备CU主存I/O接口高速缓存I

/O接口Cache1.上机前的准备•建立数学模型-+-+-=!x9!x7!x5!x3xx9753sin…•编制解题程序•确定计算方法程序——运算的全部步骤0,1,2,)()(21nynxynx=+=√…指令

——每一个步骤1.2三、计算机的工作步骤取x至运算器中乘以x在运算器中乘以a在运算器中存ax2在存储器中取b至运算器中乘以x在运算器中加ax2在运算器中加c在运算器中=(ax+b)x+c取x至运算器中乘以a在运算器中

加b在运算器中乘以x在运算器中加c在运算器中计算ax2+bx+c1.2编程举例0000010000001000打印停机取数α[α]ACC存数β[ACC]β加γ[ACC]+[γ]ACC乘δ[ACC]×[δ]ACC指令格式举例1.2操作码地址码[]打印机累加器对应的

内容指令和数据存于主存单元的地址指令注释操作码地址码00000010000001000取数x至ACC10001000000001001乘a得ax,存于ACC中20000110000001010加b得ax+b,存于ACC中3000100000

0001000乘x得（ax+b)x,存于ACC中40000110000001011加c得ax2+bx+c,存于ACC50000100000001100将ax2+bx+c,存于主存单元60001010000001100打印7000110停机8x原始

数据x9a原始数据a10b原始数据b11c原始数据c12存放结果1.2计算ax2+bx+c程序清单存储体大楼存储单元存放一串二进制代码（一条指令或一个数据）存储字存储单元中二进制代码的组合存储字长存储单元中二进制代码的位数每个存储

单元赋予一个地址号主存的工作方式：按地址寻访–存储单元–存储元件（0/1）–房间–床位（无人/有人）(1)存储器的基本组成1.2MDR主存储器存储体MAR2.计算机的解题过程一个房间中的床位数MARMDR存储单元个数16存储字长8设MAR=4

位MDR=8位1.2存储器地址寄存器存放存储单元的地址存储器数据寄存器反映存储字长(1)存储器的基本组成MDR主存储器存储体MAR注意：MAR<>存储单元个数概念术语ALU（ArithmeticLogicUnit）：算术逻辑单元

ACC（Accumulator）：累加器MQ（Multiplier-QuotientRegister）：乘商寄存器X：操作数寄存器加［］表示部件中的内容例如：［ACC］表示累加器中的内容(2)运算器的基本组成及操作过程1.2运算器MQACCALUX•运算器的主要部件是ALU

•ALU可进行算术和逻辑运算•ALU运算的操作数总是来源于ACC和X寄存器里的内容•ACC和X的内容送到ALU计算后，结果会再放到ACC里•可以把ACC的值作为下一次运算的操作数再送到ALU进行运算ACCMQX(2)运算器的基本组成及操作过程1.2运算器MQACCALUX被加数被

减数被除数乘数商加数减数被乘数除数加法减法乘法除法和差余数乘积高位乘积低位运算器MQACCALUXACC被加数ACC初态①加法操作过程1.2[ACC]+[X]ALU[M]XXACCACC指令加M1.2②减法操作过程运算器MQACCALUX指令减MACC被减数ACC初态[M]XX

[ACC]-[X]ALUACCACC运算器MQACCALUXACCACC被乘数初态1.2MQ[M]MQ指令乘M③乘法操作过程X[ACC]XALU[X]×[MQ]00ACCACC∥MQACCMQ//表示两个

寄存器串接运算器MQACCALUXACC被除数ACC初态1.2[ACC]÷[X]ALUMQACCMQ余数在ACC中指令除M[M]XX④除法操作过程概念术语CU（ControlUnit）：控制单元PC（Pro

gramCounter）：程序计数器–又称指令计数器，用来存放指令的地址，以便准确地指出后继指令的存储单元地址。IR（InstructionRegister）：指令寄存器–用来保存当前正在执行的一条指令。取指令分析指令执行指令PCIRCUPCIRCU取指

执行PC存放当前欲执行指令的地址，具有计数功能（PC）+1PCIR存放当前欲执行的指令访存访存完成一条指令1.2(3)控制器的基本组成CU的输出是一个个控制信号CU的输入是指令的操作码12356789以取数指令为例（取x）4(4)主机完成一条指令的过程1.2CU控制单元主存储器MD

RMAR存储体CPUPC控制器IR…运算器MQACCALUXI/O设备12356798以存数指令为例（存x）41.2(4)主机完成一条指令的过程CU控制单元主存储器MDRMAR存储体CPUPC控制器IR…运算器MQACCALUXI/O设备(5)ax2+bx+c程序的运行

过程•将程序通过输入设备送至计算机•程序首地址•打印结果•分析指令•取指令…•停机•启动程序运行,(PC)+1PC•执行指令1.2MARMMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)MARMMDRACCPC1.3计算机硬件的

主要技术指标1.机器字长2.运算速度CPU一次能处理数据的位数与CPU中的寄存器位数有关=ni=1fitiTM吉普森法主频（时钟频率）每秒执行百万条指令MIPS执行一条指令所需时钟周期数CPI每秒浮点运算次数FLOPS最重要的性能指标，用来对计算机性能进行综合评测221=256KB213=1

KB如3.存储容量主存容量辅存容量存储单元个数×存储字长字节数通常用字节数表示例：80GB如MARMDR容量1081632存放二进制信息的总位数反映计算机能容纳信息的能力1.31K=2101B=23b1GB=230B1K×8位64K×32位例1

：假设存储单元个数为256，即256种状态，那么多少位能表示这256种状态呢？28＝256所以需要8根地址线例2：如果10根地址线，则能对210个存储单元寻址与地址码位数无关第１篇概论1.4本书结构计算机1.4本书结构第２篇计算机系统的硬件结构计算机I/O系统总线存储器CPU1.4

本书结构CPU内部互连ALUCU寄存器中央处理器第３篇CPU计算机I/O系统总线存储器CPU1.4本书结构CPU内部互连ALUCU寄存器中央处理器寄存器和解码器控制单元排队逻辑控制存储器第４篇CU计算机I/O系统总线存储器CPU