计算机组成原理第1章重点.ppt

* 计算机组成原理 长春工程学院 王文涛 Email: w_wtao2003@163.com 第1章 计算机系统概论 §1.1 计算机系统简介 一、计算机系统的软硬件 *电子计算机： 数据存储、数据传送、数据处理，过程控制 *计算机系统的组成： 具有特定功能的信息(程序)。 如系统程序、应用程序 计算机 系统 表示应用需求 是采用按位及跳动式计算、能够根据逻辑判断结果控制计算过程的电子式机器 *计算机的功能： 计算机的物理实体； 如主机、外设等 计算机硬件— 计算机软件— 功能的实现方式— *计算机系统功能的实现方式： 解题过程— 解题结果 ③ ③运行 *计算机系统组成的特性： 软件功能靠硬件实现，硬件性能靠软件反映 ①硬件具备数据的存储、传送及处理和过程控制功能 ②软件表示应用的数据处理及过程控制需求 └→程序(指令序列，硬件用不同指令表示不同功能) ③执行软件实现应用的数据处理及过程控制功能 用 户 输入设备 输出设备 处理设备 存储设备 目标程序 (机器语言) 源程序 (高级语言) ① ② ①编辑 ②编译 二、计算机系统的层次结构 直接执行机器指令 机器语言级机器 M2 用机器语言编程 汇编语言级机器 M4 用汇编语言编程 用汇编程序翻译 成机器语言程序 高级语言级机器 M5 用高级语言编程 用编译程序翻译 成汇编语言程序 或机器语言程序 操作系统级机器 M3 使用操作系统命令 用机器语言解释 操作系统命令 微程序级机器 M1 使用微指令系统 用微程序解释 机器指令 直接执行微指令 虚拟机器 实际机器 逻辑部件级 M0 §1.2 计算机系统基本组成 一、冯·诺依曼模型计算机 *结构与组成： 由运算器、存储器、控制器、输入及输出设备组成， 以运算器为中心； 输入设备 存储器 运算器 控制器 输出设备 注： 数据信息 指令信息 控制信息 状态信息 *数据表示与运算： 指令及数据均用二进制方式表示，运算亦采用二进制方式 *指令组成： 由操作码及地址码组成； 010 01000 10000 例：若加法运算的操作码用010表示，第01000号与第10000号两个存储单元内容相加的操作可表示为： 表示操作的性质 表示操作数在存储器中的位置 *存储程序原理—程序存储方式： 指令及数据预先存放(以等同地位)在存储器中； *存储器结构： 由定长单元构成的一维空间，存储器按地址访问； 操作码 地址码1 地址码2 二、计算机硬件的基本组成 1、计算机硬件的结构 现代计算机均在冯·诺依曼模型基础上进行改进 *采用以存储器为中心的结构： 使数据传送与数据处理并行，有利于提高系统性能 存储器 输出设备 输入设备 结果 程序 数据 控制器 运算器 直接存储器访问(DMA)技术 缓冲器 缓冲器 缓冲技术 8 *由多种存储器构成存储系统： 解决速度-容量-价格间的矛盾，有利于提高性能/价格 主存(内存) 辅存(外存) 计算机硬件 运算器 控制器 存储器 输入设备 输出设备 CPU 主机 I/O设备(外设) I/O设备 主 存 储 器 MM 控制单元CU CPU 算术逻辑单元ALU 主机 包含辅存(如DISK等) *采用总线互连形式： 实现部件操作标准化，有利于提高系统的可扩展性 CPU 主存 I/O接口1 … MEM总线 I/O设备1 I/O接口n I/O设备n 总线桥 I/O接口 I/O设备 … I/O接口 I/O设备 I/O总线 非标准格式 标准格式 按地址访问 min{所连I/O设备速度} 三、计算机软件的基本组成 1、计算机软件分类 软件分为系统软件及应用软件两大类。 语言处理程序 数据库管理系统 服务性程序 网络管理程序 操作系统 科学计算 信息管理 自动控制 人工智能 虚拟现实 实际机器 软硬件交界面 系统软件 应用软件 虚拟机器 应用语言环境 高级语言环境 汇编语言环境 操作系统环境 应用语言程序 高级语言程序 汇编语言程序 操作系统命令串 §1.3 计算机系统的性能指标 一、计算机系统的性能指标 *系统性能：指在计算机硬件上运行的计算机软件的性能 1、硬件性能参数 *机器字长：指CPU一次能处理的二进制位数。 └→指ALU一次能处理