第六章 计算机组成原理.ppt

计算机组成原理：计算机系统概论 计算机组成原理 课程性质 “计算机组成原理”是计算机科学与工程技术专业以及相关电子类专业（如集成电路专业）的一门核心课程，是必修的专业基础课。 本课程特点是涉及的知识面广、内容多、更新快，在基础课和专业课之间起着承上启下的重要作用。 课程的目标 在单机系统范围内，讨论计算机各部件和系统的组成原理及其内部工作机制。通过学习，熟练掌握计算机各大部件的组成原理、设计方法、逻辑实现、及其相互连接构成整机系统的技术。 教学内容 第1章 计算机概论 第2章 数据的机器表示 第3章 指令系统 第4章 数值的机器运算 第5章 存储系统 第6章 中央处理器CPU 第7章 外部设备 第8章 输入输出系统（包括总线） 教材与参考书、考核方式 教材与参考书 蒋本珊，计算机组成原理，清华大学出版社，2004.3 王闵，计算机组成原理，电子工业出版社，2001.1 考核方式 考试方式：闭卷考试 成绩计算：总成绩=作业20% + 期终考试80% 第一章 计算机系统概论 主要内容: 计算机的设计思想(存储程序与程序控制) 计算机的硬件组成 计算机的层次结构(在不同人眼中的计算机) 计算机的工作过程 一、什么是计算机？ 二、计算机的分类 计算机从总体上分为： 模拟计算机 数字计算机 （电脑） 计算机从用途上分为： 专用机 通用机 数字计算机按性能进一步分为： 巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、单片机。 主要区别在于体积、功耗、性能指标、存储容量、指令系统、机器价格。 不同数字计算机的差别 三、计算机的应用 科学计算 自动控制 测量与测试 信息处理 教育和卫生 家用电器 人工智能 四、计算机的设计思想 计算机如此神奇，那它到底是如何工作的？又是怎么构成的？ 世界上第一台计算机ENIAC 冯·诺依曼型计算机 在研制ENIAC的同时，以美籍匈牙利数学家冯·诺依曼为首的研制小组提出了“存储程序、程序控制”的计算机设计思想，体现该设计思想的计算机EDVAC在1951年问世。 冯·诺依曼的存储程序控制概念概括起来为： 计算机硬件应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。 计算机内部采用二进制来表示指令和数据。 将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后启动计算机工作。这一点最为重要，即存储程序控制的思想。 目前绝大多数计算机仍然建立在存储程序、程序控制概念的基础上，称为冯·诺依曼型计算机。 五、信息的数字化表示 数字代码可以表示信息 用数字代码表示数值型数据 用数字代码表示指令 用数字代码表示图像 数字信号可以表示数字代码 电平的高低 ：高表示1，低表示0 脉冲的有无 ：有表示1，无表示0 ——信息可以数字化表示，可以用1、0表示 六、存储程序的工作方式 根据求解问题事先编制程序 将程序存入计算机中 启动计算机自动执行程序 ——体现了用计算机求解问题的过程 七、计算机的硬件组成 存储器 1、运算器 运算器的功能是执行算术运算、逻辑运算以及数据转换。 通常采用二进制数进行运算，1和0可以用电压的高和低、脉冲的有和无来表示 。 二进制数的运算规则简单，容易用电子线路来实现、可靠性高。 2、控制器 控制器的作用是协调计算机各部件自动地进行工作。具体讲，从内存中取出解题步骤(指令)，加以分析后执行某种操作。 指令的作用是告诉控制器做什么操作，数从哪里来、结果到哪里去。指令由两大部分构成： 指令用二进制表示、并预先存放在存储器中，称为存储程序。 控制器依据存储的程序来控制计算机完成计算任务，称为程序控制。 存储程序、程序控制是冯·诺依曼型计算机的重要设计思想。 3、存储器 存储器的功能是用来存放程序和数据。 存储器由半导体器件构成，一个触发器表示1位二进制，16位需要16个触发器。 保存一个数的所有触发器合起来称为一个存储单元 。每个单元都有编号，这个编号叫地址。 存储器的所有存储单元的总数称为存储容量，一般用KB、MB、GB表示。存储容量越大，表示能记忆的信息越多。 ４、输入设备 输入设备的任务是把编好的程序和原始数据送到计算机中去，并把它们转换成计算机能识别、能接受的信息形式 。 输入设备的种类非常多，比如鼠标、键盘、扫描仪等是输入设备。 ５、输出设备 输出设备的任务是把计算机的处理结果以人或者其它设备能接受的形式送出计算机 。 输出设备的种类也非常多，比如显示器、打印机等是输出设备。 CPU、主机、外设 中央处理器CPU： CPU = 运算器 + 控制器 计算机主机： 主机 = 中央处理器 + 主存储器 外部设备： 主机以外的硬件装置 八、计算机总线结构 总线是一组能够为多个功能部件分时共享的信息传输的公共