计算机组成原理1.1-1.4
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1、计算机组成原理计算机组成原理 SWPU1第一章 概论计算机的诞生和发展 1.1计算机系统的组织1.2计算机的特点与性能1.3计算机的基本概念1.41 1、信息如何表示，才能被计算机识别？、信息如何表示，才能被计算机识别？2 2、采用什么工作方式，才能使计算机自动、采用什么工作方式，才能使计算机自动地对信息进行处理？地对信息进行处理？3 3、采用什么部件，使计算机完成相应的功能？、采用什么部件，使计算机完成相应的功能？计算机组成原理计算机组成原理 SWPU3计算机之父计算机之父： 冯冯 诺依曼诺依曼 美籍匈牙利美籍匈牙利人人John von Neumann 冯诺依曼体制计算机：按存储方式工作的计
2、算机统称为冯诺依曼体制计算机。 19461946年6 6月由冯诺依曼等人首次提出。 计算机的体系结构发生了许多变化，但冯诺依曼提出的二进制、程序存储和程序控制，依然是普遍遵循的原则。计算机组成原理计算机组成原理 SWPU4冯诺依曼体制的主要思想诺依曼体制的主要思想 1. 采用二进制代码表示数据和指令。采用二进制代码表示数据和指令。 2. 采用存储程序工作方式（采用存储程序工作方式（核心核心）。）。 3. 计算机硬件系统由五大部件构成。计算机硬件系统由五大部件构成。 （运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备）（运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备）计算机组成原理计算机组成原理 SWPU
3、5将程序存将程序存储于计算储于计算机的机的存储存储器中器中事先编制事先编制程序程序运行时自运行时自动、连续动、连续地从存储地从存储器中依次器中依次取出指令取出指令并执行并执行程序员程序员存储器存储器计算机计算机1.1.2 冯诺依曼结构计算机采用存储程序 工作方式： 任何要计算机完成的工作都要先被编写成程序，然后将程序和原始数据送入主存并启动执行。一旦程序被启动，计算机应能在不需操作人员干预下，自动完成逐条取出指令和执行指令的任务。冯诺依曼结构是怎样的？l应该有个主存，用来存放程序和数据l应该有一个自动逐条取出指令的部件l还应该有具体执行指令（即运算）的部件l程序由指令构成l指令描述如何对数据进
4、行处理l应该有将程序和原始数据输入计算机的部件l应该有将运算结果输出计算机的部件你还能想出更多吗？IAS计算机结构西南石油大学西南石油大学 SWPU冯冯诺依曼计算机硬件框图诺依曼计算机硬件框图7算术运算算术运算逻辑运算逻辑运算存放数据存放数据和程序和程序将信息转换成机将信息转换成机器能识别的形式器能识别的形式将结果转换成将结果转换成人们熟悉的形式人们熟悉的形式控制程序控制程序运行运行存储器存储器输入设备输入设备运算器运算器控制器控制器输出设备输出设备实线为数据线虚线为控制线和反馈线西南石油大学西南石油大学 SWPU冯冯诺依曼计算机的特点诺依曼计算机的特点81. 计算机由五大部件组成计算机由五大
5、部件组成3. 指令和数据用二进制表示指令和数据用二进制表示4. 指令由操作码和地址码组成指令由操作码和地址码组成6. 以运算器为中心以运算器为中心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. 存储程序存储程序5. 存储程序存储程序计算机组成原理计算机组成原理 SWPU9 控制信息 计算机中的信息 数据信息控制信息：控制信号（微命令）序列，控制计算机的工作。控制信息：控制信号（微命令）序列，控制计算机的工作。数据信息：计算机加工处理的对象，分为数值型和非数值型。数据信息：计算机加工处理的对象，分为数值型和非数值型。信息的数字化表示包含两层含义：
6、信息的数字化表示包含两层含义： 用用数字代码数字代码表示各种信息表示各种信息 用用数字信号数字信号表示数字代码表示数字代码计算机组成原理计算机组成原理 SWPU10 一、 用数字代码表示各种信息 二进制代码二进制代码例例1 用数字代码表示数据用数字代码表示数据 5 - 5 表示为表示为 00000101 表示为表示为 10000101 计算机组成原理计算机组成原理 SWPU11例例2 2 用数字代码表示用数字代码表示字符字符(ASCII(ASCII码）码） A A B B 表示为表示为 100 0001100 0001 41H 41H表示为表示为 100 0010100 0010 42H 42
7、H例例3 3 用数字代码表示命令、状态用数字代码表示命令、状态 启动启动 停止停止 正在工作正在工作 工作结束工作结束 表示为表示为 00 00 表示为表示为 01 01 表示为表示为 10 10 表示为表示为 11 11 1 1 2 2 表示为表示为 011 011 00010001 31H31H表示为表示为 011 011 00100010 32H32H信息的数字化声音文字图像指令这些信息如何表示？计算机组成原理计算机组成原理 SWPU13二、 在物理机制上用数字信号表示数字代码 数字型电信号数字型电信号例例1 用电平信号表示数用电平信号表示数字代码字代码 高电平高电平 1 低电平低电平
8、0 并行传送信息并行传送信息1 0 1 1 计算机组成原理计算机组成原理 SWPU14二、 在物理机制上用数字信号表示数字代码 数字型电信号数字型电信号例例2 用脉冲信号表示数用脉冲信号表示数字代码字代码 有脉冲有脉冲无脉冲无脉冲 有脉冲有脉冲101串行传送信息串行传送信息10110计算机组成原理计算机组成原理 SWPU15 三. 用数字化方法表示信息的主要优点 （1）在物理上容易实现信息的表示与存储）在物理上容易实现信息的表示与存储（2）抗干扰能力强，可靠性高）抗干扰能力强，可靠性高 （3）数值的表示范围大，表示精度高）数值的表示范围大，表示精度高 （4）表示的信息类型极其广泛）表示的信息类
9、型极其广泛（5）能用）能用数字逻辑技术数字逻辑技术进行信息处理进行信息处理 计算机组成原理计算机组成原理 SWPU16第一章 概论计算机的诞生和发展 1.1计算机系统的组织1.2计算机的特点与性能1.3计算机的基本概念1.4计算机组成原理计算机组成原理 SWPU171.3.1 计算机硬件系统1.3.2 计算机软件系统1.3.3 系统组成的层次结构1.3.4 硬件、软件的逻辑等价计算机组成原理计算机组成原理 SWPU18计算机计算机系统系统软件硬件硬件“看得见、摸得着”的物理载体软件程序及其配套的数据、文档等计算机组成原理计算机组成原理 SWPU19ALUALU主存主存缓存缓存CacheCach
10、e辅存辅存CPUCPU主机主机I/OI/O硬件硬件CUCU存储器存储器输入设备输入设备运算器运算器输出设备输出设备控制器控制器ALUALUCPU主机主机I/OI/OCUCU主主存存计算机组成原理计算机组成原理 SWPU20总线：一组连接多个部件总线：一组连接多个部件分时共享分时共享的信息传输线。的信息传输线。地址总线地址总线：用于传输地址信息，比如：用于传输地址信息，比如：CPUCPU发向主存、外设发向主存、外设等。等。数据总线：数据总线：双向的多根信号线，用于传输数据双向的多根信号线，用于传输数据信息。信息。控制总线：控制总线：传输控制信息，包括传输控制信息，包括CPUCPU送出的控制命令和
11、主存送出的控制命令和主存 （或外设）返回（或外设）返回CPUCPU的反馈信号的反馈信号。何谓何谓I/OI/O接口？接口？计算机组成原理计算机组成原理 SWPU21在系统连接上分为四级：主机、通道、设备控制器、外部设备。在系统连接上分为四级：主机、通道、设备控制器、外部设备。第四级第四级第三级第三级第二级第二级主存主存CPU通道通道通道通道设备设备控制器控制器设备设备控制器控制器设备设备控制器控制器设备设备控制器控制器外设外设外设外设外设外设外设外设外设外设外设外设外设外设外设外设主机主机第一级第一级多多ALUALU多多存储体存储体交叉访问交叉访问计算机组成原理计算机组成原理 SWPU22CPU
