第1章教案教程.doc

本课程主要内容 一、计算机的基本组成与发展应用 （第1、2章） 二、I/O系统、存储器、主存储器与CPU的连接、总线、I/O与主机之间通讯 （第3、4、5章） 三、CPU的结构、功能、特性及指令系统（第6、7、8章） 四、控制单元的结构、功能、设计(组合逻辑、微程序) （第9、10章） 重点掌握和要求 一、熟练掌握基本部件的构造和组织方式(总线、I/O接口、主存器、运算器、控制器) 二、掌握基本运算的操作原理（算术：定点、浮点；逻辑） 三、熟练掌握部件和单元的设计（进位链、控制器） 第一章 计算机系统概论 主要内容： 一、概念（硬件、软件、系统结构、组成原理） 二、计算机的层次结构 三、基本组成及解题过程（典型结构、现代模型） 四、主要技术指标（字长、容量、速度） 本章主要介绍计算机的组成概貌及工作原理，使读者对计算机的总体结构有一个概括性的了解，为深入学习以后的各章打下基础。 1.1 计算机系统简介 1.1.1计算机的软硬件概念 计算机系统由硬件和软件两大部分组成。 硬件是指计算机的实体部分，是由各种电子元器件、光、电、机设备构成的物理装置。它们是看得见、摸得着的实体。如集成电路芯片、印制电路板、磁盘驱动器、显示器、键盘等。它们组成了计算机的硬件系统，是计算机的物质基础。 软件是人们根据解决问题的方法、思路和过程编写的具有特殊功能的信息有序集合（程序）。 软件是一台计算机工作所必不可少重要组成，它极大地延伸计算机硬件的功能。计算机软件技术的发展使计算机硬件的功能得到充分发挥，提高了计算机的工作效率。软件已成为评价计算机系统好坏的重要标志。 计算机软件常常分为系统软件和应用软件两大类。 系统软件用于实现计算机系统的管理、调度、监视和服务等功能，其目的是方便用户，提高计算机使用效率，扩充系统的功能，通常将系统软件分为以下六类。 1）操作系统 操作系统是控制和管理计算机各种资料、自动调度用户作业程序，处理各种中断的软件。目前比较流行的操作系统有Dos操作系统、Unix操作系统和Windows操作系统。 2）语言处理程序 计算机能处理的语言与机器能直接执行的语言并不一致，计算机能处理的语言很多，如汇编语言、Basic语言、Fortran语言、C语言等，用这些语言编制的程序叫源程序。而计算机能识别和处理的语言成为机器语言，机器语言是用“0”或“1”代码按一定规则组成的信息组，用机器语言编制的程序能够在机器上直接运行（称为目标程序）。语言处理程序的任务，就是将源程序翻译成目标程序。不同语言的源程序，对应有不同的语言处理程序。 3）标准库程序 为方便用户编制程序，通常将一些常用的程序按照标准的格式预先编制好，组成一个标准程序库，存入计算机系统中，需要时由用户选择合适的程序段嵌入自己的程序中，既省事，又可靠。 4）服务性程序 也称工具软件，扩大了机器的功能，一般包括诊断程序、调试程序等。 5）数据库管理系统 6）计算机网络软件 总之，软件系统是在硬件系统的基础上，为有效地使用计算机而配置的，没有系统软件，计算机系统无法正常地、有效地运行，没有应用软件，计算机就不能发挥效能。 应用软件是用户为解决某种应用问题而编制的程序。如科学计算程序、自动控制程序等、数据库应用软件等。 1.1.2 计算机系统的层次结构 计算机解题过程： 图1.1 计算机解题过程 计算机能够和处理的语言是机器语言，是由“0”和“1”组成的有序的信息组。早期的计算机只有机器语言，用户必须用机器语言编制程序。我们把能够执行直接执行机器语言的实际机器成为M1。 机器语言程序可以 直接在M1上运行 图1.2 实际机器M1 机器语言的缺点：程序员必须对指令系统十分熟悉，程序编写难度大，极易于出错，调试困难。 20世纪50年代出现了符号式的编程语言，即汇编语言，它实际上是用ADD、SUB、MUL、DIV等符号来分别代表机器语言的加、减、乘、除等操作，以便于记忆和阅读。汇编语言指令一般与机器语言指令能够建立一一对应的关系。但汇编语言源程序也必须翻译成机器语言程序后才能在实际机器M1上运行，翻译过程也可以在计算机上进行，我们把具备汇编语言翻译功能的计算机称为M2 ,可以认为M2在M1之上。相对与实际机器M1 ,我们把M2成为虚拟机器。 把汇编语言程序翻译成 机器语言程序，再由M1执行 机器语言程序 直接在M1上执行 图1.3 具有两级层次结构的计算机系统 汇编语言的缺点：仍是一种面向机器的语言，无法摆脱实际机器M1的指令系统，同时汇编语言程序不具备移植性。 20世纪60年代出现了各种面向问题的高级语言，如FORTRAN、PASCAL、BASIC、C等，这类语言的语法接近于自然语言，而且具备可移植性。但所