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1计算机组成原理

第一章计算机概述

1.1计算机的基本结构

1.1.1冯诺依曼计算机基本结构

提出存储程序的思想

基本内容:

1、计算机应由运算器控制器存储器输入设备输出设备组成

2、数据和程序均以二进制代码形式不加区别的存放在存储器中,存储位置由存储器的地址

指定。

3、计算机在工作时能够自动地从存储器中取出指令加以执行。

1.1.2计算机的基本组成及功能

运算器和控制器合称为中央处理器centralprocessingunit(CPU)。CPU和存储器构成主机,

输入输出设备称为外部设备。

集成CPU称为微处理器microprocessor。

1.存储器

存储器是用来存放程序和数据信息的记忆装置。

发展:电子管或继电器→水银延迟线→磁芯→半导体存储器

分类:主存储器也叫主存或内存外存储器(外存):硬盘磁盘磁带等

主存储器通常由存储体和有关的逻辑控制电路组成。

存储体是由存储元件(磁芯半导体电路等)组成的一个存储信息的阵列。存储体被分为若

干存储单元,每个单元都有自己的地址。

CPU访问某个存储单元时,先给出地址送入存储器的地址寄存器(MAR),然后经过译码电

路选取相应的存储单元。读出的信息先送入数据寄存器(MDR),在送入目标部件,写入信

息先进入MDR,再根据地址送入相应位置。

2.运算器

执行加减乘除和逻辑运算。

包括:加法器和能在运算开始是提供一个操作数,并在运算结束时存放运算结果的累加

寄存器、通用寄存器以及相关的输入输出控制逻辑电路。

3.控制器

控制器指挥和控制计算机各部件协调工作。

从存储器中逐条取出指令,并翻译成代码,产生各种控制信号。

计算机的各个功能部件按照统一的时钟或节拍信号工作,通常将一条指令的整个执行时

间定义为一个指令周期(instructioncycle),每个指令周期划分为几个机器周期,每个机

器周期分为几个时钟周期。时钟周期由主频决定。

控制器的基本任务就是根据各种指令的要求,综合有关的逻辑条件和时间条件产生相应

的微命令。

分类:

组合逻辑控制器:早期,直接由组合逻辑电路产生微操作控制信号

微程序控制器:微程序设计技术,将指令执行所需的微命令变成微程序,事先存放在控

制存储器中。

4.输入设备

5.输出设备

1.2计算机系统的组成

1.2.1硬件与软件

硬件:计算机的设备实体

软件:各类程序和文档。实际上是由特定算法及其在计算机中的表示所构成。软件包括系统

程序应用程序各类文档。

固件:介于软件和硬件之间的实体。

1.2.2计算机系统的基本组成

1.3微型计算机的发展

1.3.1第一台微型计算机

1.3.2微型计算机的发展阶段

微型计算机以微处理器为核心,再配上大规模集成电路制作的存储器、输入输出接口电路以

及系统总线,组成微型机。

1、第一代微型计算机inter8008

2、第二代微型计算机inter8080inter8085

3、第三代微型计算机inter8086/8088

4、第四代微型计算机inter80386

5、第三代微型计算机Pentium……

1.4微型计算机的特点与分类

1.4.1微型计算机的特点

体积小重量轻功耗低,可靠性高环境要求低,软件丰富,结构设计灵活便于组装,价格便宜

1.4.2分类

按微处理器位数(字长)48163264位

按组装形式:单片单板(可以输入输出)多板(普通电脑)

1.4.3微型计算机的主要技术指标

1.字长:参与运算的数的基本位数。决定了寄存器加法器数据总线的位数。也反映计算精

度。

2.主存容量:主存储器所能存储的信息总量。(内存)

3.运算速度:综合折算(加减乘除按比例折算)。目前普遍采用每秒钟执行的机器指令条数作

为指标。MIPS(millioninstructionpersecond)作为计量单位。

4.主频率:在计算机内部有一个按某一频率产生的时钟脉冲信号,称为主时钟信号。

主时钟信号的频率称为主频,表征运算速度。

5.平均无故障运行时间

6.允许配置的外设

7.能价格比

1.5微型计算机的基本结构

主要由微处理器存储器I/O接口电路等部件组成。各部件之间通过地址总线(addressbus),

数据总线(databus)控制总线(controlbus)相互连接通信。

1、微处理器(微处理机)

执行程序命

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