计算机组成原理电子教案第1章(22页珍藏版)

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计算机系统结构主要研究计算机系统硬件和软件功能的分布，确定硬件和软件之间的接口，研究提高计算机系统性能的方法。计算机组件根据计算机系统的结构分配给硬件。

2、 对子系统的功能和确定的概念结构、硬件子系统各个组成部分的内部结构和互连进行了研究，以实现机器指令级的各种功能和特性。也可以说计算机组合是计算机系统结构的逻辑实现。，计算机实现是计算机组合物的物理实现，即实际的计算机系统是按照计算机组合物所制定的计划制作的。,1.2 计算机硬件系统构成, 1.2.1 计算机基本硬件构成 一般电子数字计算机一般采用冯诺依曼系统结构。冯诺依曼计算机也称为存储程序计算机。冯诺依曼结构计算机由运算单元、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个主要部件组成，它们通过总线相互连接。，算术单元是计算机的数据处理中心，完成各种算术运算、逻辑运算、移位运算等。存储器是计算机的存储装置，按它。

3、 在计算机工作过程中的作用不同，可分为主（内）存和辅（外）存。主存储器（简称主存）存储计算机正在执行的程序和正在处理的数据。辅助存储器（简称辅助存储器）以文件的形式存储大量等待执行的程序和等待处理的数据。，控制器是计算机的控制中心。它按照严格的时间关系发出各种控制信号，控制计算机中其他部分的协调，完成各种操作任务。控制器根据人编写的解题程序的要求进行控制，程序由指令组成。计算机所拥有的所有指令构成了计算机的指令系统。控制器的基本任务是按照程序指令在内存中的存储顺序依次读取、分析和控制每条指令的执行，直到程序结束。，输入输出设备是电脑。

4、 外围设备是计算机系统与其用户进行通信的必要设备。系统总线连接计算机的各个部件，实现各部件之间的信息传递。系统总线是一组信号线的集合，它包括传输数据信息的数据总线、传输地址信息的地址总线和传输控制或状态信息的控制总线。外围设备需要通过特殊的适配器（接口电路）连接到系统总线。适配器的作用是进行速度缓冲、信息格式和信号转换。,1.2.2 计算机的主要性能指标吞吐量：指计算机在一定的时间间隔内可以处理的信息量。响应时间：指输入有效和系统产生响应之间的时间度量。利用率：指系统在给定的时间间隔内实际使用的时间的比率。处理器字长：指处理器运算单元中的一次。

5、可以完成二进制操作的位数。总线宽度：一般是指CPU中运算单元与存储器互连的内部总线的二进制位数。，内存容量：内存中所有存储单元的总数。内存带宽：内存在单位时间内访问的信息量，通常以位/秒或字节/秒为单位。主频/时钟周期：CPU的工作节拍由主时钟控制，是CPU内部所有工作的时间参考。主时钟的频率f称为CPU的主频率，主频率的倒数称为CPU的时钟周期T。CPU执行时间：指CPU执行一般程序所占用的CPU时间。有 CPU 执行时间。CPU时钟周期 CPU时钟周期，CPI：指执行一条指令所需的平均时钟周期数。执行某个程序所需的 CPI 时钟周期 执行的指令数 MIPS：每秒 100 条。

基本元素是机器指令（简称指令）。优点：程序执行速度快，存储空间小。缺点：语言难掌握，程序调试难，需要掌握较多的硬件知识。汇编语言：机器语言 符号化产品，使用。

7、 助记符代表每条指令。用汇编语言编写的程序在执行前需要用汇编程序转换成机器语言程序。, 高级语言：一种更接近人类自然语言的计算机语言。优点：易于描述复杂的程序控制结构和处理功能；增强了描述问题解决算法的能力；基本上不直接涉及计算机硬件的概念，比较容易掌握和使用。缺点：用高级语言编写的程序需要通过特殊的编译器转换成机器语言程序才能被计算机执行。而且转换得到的目标代码往往是多余的，执行效率低。,1.3. 2 计算机软件 计算机软件是各种计算机程序的统称。一个完整的、实际工作的计算机系统是计算机硬件系统和计算机软件系统的有机结合。计算机软件一般分为两大类，即系统软件和应用软件。应用软。

8、 Pieces 是人们为了用计算机完成某些特定任务而编写的程序。如科学计算程序、数据处理程序、自动控制程序、信息管理程序、工程设计程序等。系统软件是各种工具软件的统称。系统软件可以帮助人们更方便、更高效地使用计算机，也可以让计算机更好地发挥其功能和潜力。系统软件包括：操作系统的各种服务程序，如诊断程序、调试程序等编译器、解释器、汇编器等数据库管理系统。1.4 计算机系统的层次结构特征，在不同层次的人眼中，计算机系统具有不同的功能和组成，这使得同一计算机系统具有多层次的结构特征。，第0层是硬件设计和维护人员眼中的计算机，也就是计算机的硬件系统。第一层是微系统结构。

9、计算机，通过微程序控制各个组件之间的信息传递，提供各种机器指令所需的操作控制。此级别的逻辑设计人员和级别 0 的硬件设计人员通常处于同一级别。第二层是机器语言程序员眼中的计算机，即实现机器指令系统功能的机器。第三层是操作系统机，是操作系统命令用户（即操作员）眼中的计算机。它可以看作是各种操作系统命令的解释器。第四层是汇编语言程序员眼中的计算机，也就是汇编语言的解释器。, 第五层是高级语言程序员眼中的计算机，也就是高级语言解释器。除第 0 层外，其他每一层都需要下层的支持。从学科领域来看，大致可以认为0级到2级为计算机组织结构讨论范畴，3级及以上为纯软件范畴。

10、。除了第 0 层和第 1 层直接面向计算机的硬件实体外，其他所有层次的机器都是由软件实现的，称为虚拟机。按照层次结构看计算机系统计算机原理教案下载，一是有助于我们正确理解计算机系统的工作，二是有助于理解各种语言的本质和实现。,1.5 电子计算机发展简史。世界上第一台电子计算机是1946年宾夕法尼亚大学研制的电子数字积分器和计算机ENIAC。ENIAC采用十进制数据表示，存储容量小。没有存储过程的概念。冯·诺依曼首先提出用二进制数表示代替十进制数表示，程序也以二进制数和数据一起的形式在计算机内存中表示。这就是著名的存储程序方案。冯诺依曼的团队开发了世界上第一台存储程序计算机 IAS（属于 E.

11、DVAC电子离散变量自动计算机）。根据冯诺依曼存储程序方案设计的计算机称为冯诺依曼机。从器件发展来看，电子计算机的发展历程可分为五代： 第一代：电子管计算机时代（19461957)。在此形成的存储程序方案和冯诺依曼体系结构阶段成为后来计算机设计的基础。第二代：晶体管计算机时代（19581964)。使用高级语言为计算机提供系统软件；一系列计算机的萌芽诞生；高级高速大型计算机系统出现。第三代。：中小型集成电路计算机时代（1965197< @1)。开发了小型计算机系统，计算机产品已形成通用化、系列化、标准化。半导体存储器问世，微处理器诞生。第四代：大规模集成电路的计算机时代（19721977)。个人计算机（一种独立的微机系统）在这一时期出现。第五代：VLSI（Very Large Scale Integration，Very Large Scale Integration）计算机时代（1978)。在各种高性能超级计算机和超级计算机得到极大发展的同时，个人计算机成为这个时代的主角。著名的摩尔定律指出计算机原理教案下载，存储芯片和超级计算机的集成度微处理器芯片大约每 18 个月就翻一番。