同学们大家好！同学们大家好！谢谢大家的支持和协作！谢谢大家的支持和协作！7/27/20241 计算机组成原理计算机组成原理 华中科技大学计算机学院华中科技大学计算机学院 7/27/20242计算机组成原理计算机组成原理 华中科技大学出版社华中科技大学出版社教材：教材：计算机组成原理计算机组成原理 高建生高建生 莫正坤莫正坤 谭志虎谭志虎 编著编著主讲老师：计算机科学与工程系主讲老师：计算机科学与工程系 李汉菊李汉菊7/27/20243参考书目：参考书目：1. 1. 计算机组成原理题解，题库与实验计算机组成原理题解，题库与实验 科学出版社科学出版社 第三版第三版 白中英白中英 杨春武杨春武 主编主编2. 2. 计算机组成原理计算机组成原理 第三版第三版 白中英白中英 主编主编3. 3. 计算机组成与结构计算机组成与结构 清华大学出版社清华大学出版社 王爱英王爱英 主编主编4. 4. 计算机原理与系统结构计算机原理与系统结构 清华大学出版社清华大学出版社 候炳辉候炳辉 主编主编5. 5. 计算机原理计算机原理 李勇李勇 主编主编7/27/20244 实验安排：实验安排：3 3个实验个实验1212学时学时n1. 1. 运算器组成实验运算器组成实验 1 1次次 7418174181芯片芯片n2. 2. 半导体存储器实验半导体存储器实验 61166116芯片芯片2K*82K*8位位n3. 3. 时序电路时序电路n实验指导书：实验指导书：n计算机组成原理实验指导书计算机组成原理实验指导书 王晓兰王晓兰 编编n实验指导老师：实验指导老师： nTELTEL：8754378587543785n实验地址：实验地址：南一楼南一楼 8078077/27/20245课程安排：课程安排：5252学时学时第一章第一章 计算机系统概论计算机系统概论 4 4 学时学时第二章第二章 计算机中数据的表示法计算机中数据的表示法 4 4 学时学时第三章第三章 运算方法与运算器运算方法与运算器 1212学时学时第四章第四章 存储系统存储系统 1010学时学时第五章第五章 指令系统指令系统 2 2 学时学时第六章第六章 中央控制器中央控制器 8 8学时学时第七章第七章 系统总线系统总线 2 2 学时学时第八章第八章 输入输入/ /输出系统输出系统 2 2 学时学时第九章第九章 输入输入/ /输出原理输出原理 6 6 学时学时复习复习 2 2 学时学时7/27/20246教学要求教学要求： 计算机组成原理是计算机科学与工程系计算机组成原理是计算机科学与工程系的一门核心必修课，在先导课和后继课之间起的一门核心必修课，在先导课和后继课之间起着承上启下的作用。学习这门课要求概念清晰着承上启下的作用。学习这门课要求概念清晰, ,有较广的知识面，注重培养自学能力有较广的知识面，注重培养自学能力, ,分析问题分析问题及动手设计及动手设计, ,计算能力。计算能力。 每人准备每人准备2 2个作业本个作业本, , 闭卷闭卷。 7/27/20247 第一章第一章 计算机系统概论计算机系统概论计算机的分类计算机的分类 电子计算机从总体上分为两大类电子计算机从总体上分为两大类: :电子模拟电子模拟计计算机算机和和电子数字电子数字计算机计算机。 数字计算机分为数字计算机分为: : 两类两类 专用专用计算机和计算机和通用通用计算机计算机。 通用计算机分为通用计算机分为: : 六类六类巨型机巨型机, ,大型机大型机, ,中型机中型机, ,小型机小型机, ,微型机和单片机微型机和单片机。7/27/20248 数字计算机和模拟计算机的数字计算机和模拟计算机的主要区别主要区别比较内容比较内容 数字计算机数字计算机 模拟计算机模拟计算机数据表示方式数据表示方式 数字数字0 0和和1 1 电压电压 计算方式计算方式 数字计数数字计数 电压组合和测值电压组合和测值 控制方式控制方式 程序控制程序控制 盘盘上上连线连线 精度精度 高高 低低 数据存储量数据存储量 大大 小小逻辑判断能力逻辑判断能力 强强 无无7/27/20249通用计算机分类及比较通用计算机分类及比较 单片机单片机 微型机微型机 小型机小型机 中型机中型机 大型机大型机 巨型机巨型机低低高高高高低低体积体积功耗功耗数据存储量数据存储量指令系统指令系统价格价格简易性简易性7/27/2024101.1. 1.1. 计算机的发展与应用计算机的发展与应用1.1.1 1.1.1 计算机的发展计算机的发展 1. 1. 19461946年年美国宾夕法尼亚大学研制成功美国宾夕法尼亚大学研制成功ENIACENIAC，使用了使用了1800018000多电子管，占地多电子管，占地170170平方米平方米, ,总重总重量量3030吨吨, ,耗电耗电140140千瓦，每秒可以作千瓦，每秒可以作5 5千次加减千次加减运算。运算。2. 2. 在在ENIACENIAC计算机研制的同时，计算机研制的同时，冯冯若依曼若依曼等人等人合作研制了合作研制了EDVACEDVAC计算机。设计原理和思想在计算机。设计原理和思想在现代计算机中仍在使用，现代的一般计算机现代计算机中仍在使用，现代的一般计算机被称作被称作冯冯若依曼结构计算机。若依曼结构计算机。7/27/202411世界第一台电子计算机：世界第一台电子计算机：ENIACENIACn19461946年年2 2月在月在美国宾夕法尼亚大学美国宾夕法尼亚大学研制成功。研制成功。n电子管：电子管： 1880018800多个多个n重量：重量： 36 36 吨吨n继电器：继电器： 15001500只只n电阻器：电阻器： 70007000只只n电容器：电容器： 1000010000只只n功耗：功耗： 150 k W150 k Wn体积：体积： 8585立方米立方米n占地：占地： 170170平方米平方米7/27/202412 第一代第一代 计算机计算机46.2-5046.2-50年代末年代末 第二代第二代 5050末末-60-60年代初年代初 第三代第三代 6060年代中期年代中期-70-70年代初年代初 从第一台计算机的诞生到现在计算机从第一台计算机的诞生到现在计算机的发展经历了的发展经历了4 4个阶段，习惯上称为个阶段，习惯上称为4 4代。代。第四代第四代 7070年代中期以后大规模超大规年代中期以后大规模超大规 模集成电路模集成电路7/27/202413第一代计算机第一代计算机 （1946 1946 19581958） 特征：特征：（1 1）以电子管为基本电子器件）以电子管为基本电子器件. .（2 2）使用机器语言和汇编语言）使用机器语言和汇编语言. .（3 3）应用领域主要为科学计算）应用领域主要为科学计算. .（4 4）运算速度每秒几千几万次）运算速度每秒几千几万次. .（5 5）体积大）体积大, ,功耗大功耗大, ,价格昂贵且可靠性差价格昂贵且可靠性差. .7/27/202414第二代计算机（第二代计算机（1958 1958 19641964）特征：特征：（1 1）晶体管取代电子管）晶体管取代电子管. .（2 2）软件技术上出现算法语言及操作系统）软件技术上出现算法语言及操作系统. .（3 3）应用领域从科学计算扩展到数据处理）应用领域从科学计算扩展到数据处理. .（4 4）运算速度每秒几万几十万次）运算速度每秒几万几十万次. .（5 5）体积缩小）体积缩小, ,功耗降低功耗降低, ,可靠性提高可靠性提高. .7/27/202415第三代计算机第三代计算机 （1964 1964 19711971） 特征：特征：（1 1）采用集成电路）采用集成电路（2 2）运算速度每秒几十万几百万次）运算速度每秒几十万几百万次（3 3）体积）体积, ,功耗显著减小功耗显著减小, ,可靠性大大提高可靠性大大提高（4 4）出现向大型和小型化两极发展趋势）出现向大型和小型化两极发展趋势（5 5）软件技术与计算机外围设备发展迅速，应用）软件技术与计算机外围设备发展迅速，应用领域不断扩大领域不断扩大7/27/202416第四代计算机（第四代计算机（19711971至今）至今）特征：特征：（1 1）中，大及超大规模集成电路（）中，大及超大规模集成电路（VLSIVLSI）成成 为计算机的主要器件。为计算机的主要器件。（2 2）运算速度从）运算速度从MIPSMIPS级提高到级提高到GIPSGIPS级乃至级乃至 TIPSTIPS级。级。（3 3）采用了多机并行处理与网络化技术。）采用了多机并行处理与网络化技术。（4 4）系统软件的发展正向工程化及智能化发）系统软件的发展正向工程化及智能化发 展。展。 7/27/202417计算机的发展经历了五代计算机的发展经历了五代：第一代第一代: 1946: 1946年年 电子管计算机电子管计算机第二代第二代: 1958: 1958年年 晶体管计算机晶体管计算机第三代第三代: 1965: 1965年年 中小规模集成电路计算机中小规模集成电路计算机第四代第四代: 1971: 1971年年 大规模和超大规模计算机集成电路大规模和超大规模计算机集成电路第五代第五代: 1986: 1986年巨大规模集成电路计算机年巨大规模集成电路计算机7/27/202418 大规模集成电路的迅速发展，使计算机大规模集成电路的迅速发展，使计算机 进入大发展时期，通用机，巨型机，小型机，进入大发展时期，通用机，巨型机，小型机，微型机都得到迅速发展。微型机都得到迅速发展。 1.1.通用机通用机 这是计算机工业中的重要产品，这是计算机工业中的重要产品，兼容性是通用机迅速发展的关键。兼容性是通用机迅速发展的关键。 2.2.巨型机巨型机 现代科学技术和国防技术发展需现代科学技术和国防技术发展需要很高的远算速度，很大的存储容量，一般大型通要很高的远算速度，很大的存储容量，一般大型通用计算机满足不了这种需求。用计算机满足不了这种需求。 3.3.小型机小型机 小型机以它成本低，容易维护，小型机以它成本低，容易维护， 容易操作的特点得到广泛使用和迅速推广。容易操作的特点得到广泛使用和迅速推广。 4.4.微型机微型机 微型机的出现和发展，掀起了计微型机的出现和发展，掀起了计算机大普及的浪潮算机大普及的浪潮。 7/27/202419我国电子计算机的研究从我国电子计算机的研究从19531953年开始，年开始，19581958年研制出第一台计算机。年研制出第一台计算机。4040多年来多年来, ,相继研制出第二代相继研制出第二代, ,第三代计算机。第三代计算机。从从1982 1982 年开始年开始, ,我国研制出每秒我国研制出每秒1 1亿次的巨型机亿次的巨型机银河银河,型型, ,中型机中型机,32,32位超级小型系列机。位超级小型系列机。19951995年年5 5月月, ,由中科院计算机研究所国家智能计算由中科院计算机研究所国家智能计算机研究中心研制的机研究中心研制的“曙光曙光1000”1000”大规模并行处理大规模并行处理机宣布诞生。机宣布诞生。我国计算机的发展概况：我国计算机的发展概况：7/27/202420我国首台万亿次计算机诞生：我国首台万亿次计算机诞生：n联想深腾联想深腾18001800大规模计算机系统研制成功大规模计算机系统研制成功. .n20022002年年8 8月月2929日日 6 6位院士位院士,7,7位专家鉴定会通过。位专家鉴定会通过。n使用使用512512个处理机求解个处理机求解153600153600阶线性方程组阶线性方程组, ,实测性能达实测性能达到每秒到每秒1.0271.027万亿次浮点运算。万亿次浮点运算。n万亿次计算机机身总长万亿次计算机机身总长1414米米, ,包含包含2020个机柜个机柜,256,256个计算功个计算功能节点机能节点机,526,526个高性能至强处理器个高性能至强处理器n万亿次计算机内存容量万亿次计算机内存容量272GB272GB系统总硬盘空间为系统总硬盘空间为6TB6TBn实际运算速度排世界第实际运算速度排世界第2424位位n为国内第一个实测速度超过万亿次的计算机产品为国内第一个实测速度超过万亿次的计算机产品7/27/202421n中国计算机之父中国计算机之父： 1917年年10月月5日出生于安徽省安庆市枞阳县。日出生于安徽省安庆市枞阳县。 1938年年 西南行联大航学习。西南行联大航学习。 1942年年 毕业考入清华毕业考入清华 1957年年 研制担当快艇指挥仪哈工程。研制担当快艇指挥仪哈工程。 1958年年 研发计算机研发计算机 1990年年.7月月 。 73岁岁n中国计算机发展史中国计算机发展史： 1956年年 周总理主持下由中科院开始研制。周总理主持下由中科院开始研制。 1958年年9月月 代号代号901电子管计算机样机。电子管计算机样机。 1961年年 设计设计441B晶体管通用计算机。晶体管通用计算机。 1964年年10月底月底 441B成功运转成功运转268个小时。个小时。441B-、 生产生产5050多台，多台，重点科研单位使用。重点科研单位使用。 n 7/27/2024221966年 聂帅提出搞百万次、千万次计算机。1974年 生产样机1978年10月 百万次通过鉴定、登上运生一号飞船。1980年5月18号 1.运生船队完成我国第一次向南太平洋预定海域发射洲际导弹 试验测验。 2.完成第一次核潜艇水下导弹试验和第一颗同步通讯试验卫星的发射与定点测量任务。1978年 邓小平把研制巨型机的任务下达国防科委-国防科大计算机研究所长，慈云桂决定6年完成，提前15天完成了任务。1983年 考核各项指标，主机运转288小时。7/27/202423运算速度：运算速度： MIPSMIPS级级: :每秒每秒10106 6条指令条指令 GIPSGIPS级级: :每秒每秒10109 9条指令条指令 TIPSTIPS级级: :每秒每秒10101212条指令条指令 VLSIVLSI：超大规模集成电路超大规模集成电路小规模小规模 门电路小于门电路小于1010个个中规模中规模 门电路小于门电路小于100100个个大规模大规模 门电路小于门电路小于10001000个个超大规模超大规模 门电路大于几千个门电路门电路大于几千个门电路7/27/2024241 .1 .科学计算科学计算 科学计算主要是对数值进行运算处理，是计算机最科学计算主要是对数值进行运算处理，是计算机最 早早使用的领域。使用的领域。2.2.数据处理数据处理 数据处理具有输入数据处理具有输入/ /输出信息量大而计算但比较简输出信息量大而计算但比较简 单的特点。单的特点。3.3.计算机的控制计算机的控制 工业生产过程控制是计算机应用的又一领域。工业生产过程控制是计算机应用的又一领域。4. 4. 计算机辅助技术计算机辅助技术5. 5. 人工智能人工智能 研究领域包括：模式识别、景物分析、自然语言的理解研究领域包括：模式识别、景物分析、自然语言的理解和生成、专家系统和机器人等。和生成、专家系统和机器人等。1.1.21.1.2计算机的应用计算机的应用7/27/202425计算机发展的总趋势：计算机发展的总趋势： 计算机工业是当今世界发展最快的工业之一。计算机工业是当今世界发展最快的工业之一。 9090年代，微型计算机已迈入年代，微型计算机已迈入6464位的新时代位的新时代. . 精减指令计算机（精减指令计算机（RISCRISC） 复杂指令计算机（复杂指令计算机（CISCCISC） 随机存储器随机存储器, ,光盘光盘,Cache,Cache等信息存储技术正已惊人等信息存储技术正已惊人的速度发展的速度发展, ,网络技术从传统的高速网络技术向异步传网络技术从传统的高速网络技术向异步传输模式（输模式（ATMATM）发展发展, ,多媒体计算机正在国际范围内推广多媒体计算机正在国际范围内推广使用使用, ,大规模并行处理系统（大规模并行处理系统（MPPMPP）的处理速度已达到的处理速度已达到TFLOPSTFLOPS级级, ,超立方体计算机超立方体计算机, ,神经网络计算机神经网络计算机, ,光计算机光计算机等高性能的计算机正在加紧研究等高性能的计算机正在加紧研究, ,试制之中。试制之中。7/27/202426计算机发展总趋势计算机发展总趋势四化四化n微型化微型化n巨型化巨型化n网络化网络化n智能化智能化7/27/2024271.2.1 1.2.1 计算机的硬件系统计算机的硬件系统 计算机的主要组成结构计算机的主要组成结构系统总线 BUS适配器控制器存储器运算器输入设备 I输出设备 OCpu=运+控1.2 1.2 计算机系统计算机系统7/27/202428n存储器 M：Memory staorage 更诺依曼特英存储程序 巨型机：1亿次以上/S 顺序执行 大型机：IBM 390 访问存储器 取读R 写W（存） 小型机：DEC 公司POP-11系列 VAX 11/780 微型机：PC机 70年代以后 cs R w 低电平有效 R W 高电平有效 ROM 只读 RAM 随机 7/27/2024291.运算器运算器 运算器是计算机中对数据进行运运算器是计算机中对数据进行运算处理的部件，好像一个由电子线算处理的部件，好像一个由电子线路构成的算盘路构成的算盘 主要功能主要功能： 加，减，乘，除，逻辑运算加，减，乘，除，逻辑运算。 有时作为数据通道有时作为数据通道。 例：例：MOV R1,R2MOV R1,R2 在运算中位数越多在运算中位数越多, ,计算的精度就越计算的精度就越高，但花费的电子器件也越多高，但花费的电子器件也越多. .目前目前运算长度一般是运算长度一般是: : 8 8位，位，1616位，位，3232位或位或6464位位. . 图1.1 运算器示意图7/27/202430 2.2.存储器存储器图图1.2 1.2 主存储器结构框图主存储器结构框图7/27/202431存储器的功能：保存信息存储器的功能：保存信息 0/10/1保存或保存或“记忆记忆”解题的原始数据和解题步骤解题的原始数据和解题步骤信息：信息： 程序和和数据都是以二进制形式存放在程序和和数据都是以二进制形式存放在 存储器中它们统称为信息。存储器中它们统称为信息。存储单元存储单元: : 把保存一个数的把保存一个数的8/168/16个触发器叫个触发器叫存存 储单元储单元存储地址存储地址: : 存储器中的存储单元的编号。存储器中的存储单元的编号。存储容量存储容量: : 存储器中存储单元的总数。存储器中存储单元的总数。外存储器外存储器: : 磁盘存储器和光盘存储器。磁盘存储器和光盘存储器。内存储器内存储器: : 半导体存储器。半导体存储器。7/27/202432存储器是具有记忆功能的部件存储器是具有记忆功能的部件操作一般有两种：存信息和取信息。操作一般有两种：存信息和取信息。两种操作统称为访问存储器。两种操作统称为访问存储器。存操作的操作称为写操作，存操作的操作称为写操作，取信息的操作称为读操作。取信息的操作称为读操作。外存储器外存储器常用的外存储常用的外存储: : 磁盘，光盘，磁带等。磁盘，光盘，磁带等。磁盘又分为磁盘又分为: : 硬盘和软盘硬盘和软盘1.1.硬盘的容量大的多目前硬盘的容量一般是硬盘的容量大的多目前硬盘的容量一般是60-100G60-100G以上以上2.2.软盘一般使用的软盘一般使用的3.53.5寸软盘容量为寸软盘容量为1.44MB1.44MB3.3.光盘简称光盘简称CD-ROMCD-ROM容量为容量为650MB650MB4.4.移动闪存简称移动闪存简称U U盘容量一般盘容量一般32-128MB32-128MB以上以上7/27/2024333.3.控制器控制器 控制器是控制计算机各部件有条不紊工作的部件控制器是控制计算机各部件有条不紊工作的部件（1 1）计算程序）计算程序 指令：每一个基本操作就叫一条指令。指令：每一个基本操作就叫一条指令。 计算程序：解释某一个问题的一串指令序列。计算程序：解释某一个问题的一串指令序列。（2 2）指令的形式）指令的形式 存储程序存储程序: : 将解题的程序将解题的程序( (指令序列指令序列) )存放到存存放到存 储器中。储器中。 程序控制程序控制: : 控制器依据存储的程序来控制全机控制器依据存储的程序来控制全机 协调的完成计算任务。协调的完成计算任务。 操作码地址码7/27/202434控制器结构简图控制器结构简图（3 3）控制器的基本任务：）控制器的基本任务： 按照计算机程序所安排按照计算机程序所安排的指令序列，从存储器取出的指令序列，从存储器取出一条指令放到控制器中，对一条指令放到控制器中，对该指令的操作码进行分析判该指令的操作码进行分析判断，然后根据指令性质，执断，然后根据指令性质，执行这条指令行这条指令, ,进行相应的操进行相应的操作。接着从存储器中取第二作。接着从存储器中取第二条指令条指令, ,再执行。再执行。 把取指令的一段时间把取指令的一段时间叫做叫做取指周期取指周期，执行指令的一段时间执行指令的一段时间叫做叫做执行周期执行周期。7/27/202435 4.4.输入设备输入设备： 能够把人们用文字或语言所表达的问题直接送到计算机能够把人们用文字或语言所表达的问题直接送到计算机内部处理。（如键盘，鼠标，扫描仪）内部处理。（如键盘，鼠标，扫描仪）5.5.输出设备输出设备： 把计算机处理的结果变换为人或其他机器设备所能接受把计算机处理的结果变换为人或其他机器设备所能接受 和识别的信息形式。（如打印机，显示器）和识别的信息形式。（如打印机，显示器） 计算机的输入输出设备通常称为计算机的输入输出设备通常称为外围设备外围设备 一个典型的计算机系统具有各种类型的外围设备，有各种一个典型的计算机系统具有各种类型的外围设备，有各种类型的适配器，它使得被连接的外围设备通过系统总线与主类型的适配器，它使得被连接的外围设备通过系统总线与主机进行联系，使主机和外围设备协调的工作。机进行联系，使主机和外围设备协调的工作。 适配器适配器的作用：保证外围设备用计算机系统特性所要求的作用：保证外围设备用计算机系统特性所要求的形式发送或接受信息。的形式发送或接受信息。7/27/202436图图1.4 1.4 硬件系统结构图硬件系统结构图 计算机的工作过程计算机的工作过程1.1.人们通过输入设备将解题的程序和数据送入主存；形成目人们通过输入设备将解题的程序和数据送入主存；形成目标程序。标程序。2.2.控制器根据程序中指令的序列从主存中逐条取出指令，并控制器根据程序中指令的序列从主存中逐条取出指令，并控制实现指令功能。控制实现指令功能。3.3.在指令功能实现过程中，由运算器完成对数据的运算处理。在指令功能实现过程中，由运算器完成对数据的运算处理。4.4.将运算结果送主存将运算结果送主存 。5.5.通过输出设备将程序运行的结果反馈给人们通过输出设备将程序运行的结果反馈给人们7/27/202437问题：问题：n冯冯若依曼若依曼基本原理是什么？n计算机与计算器的区别？计算机与计算器的区别？n我国计算机计算机是什么时侯研发的？7/27/202438答：答：我国电子计算机的研究从我国电子计算机的研究从19531953年开始，年开始，19581958年研年研制出第一台计算机。制出第一台计算机。 4040多年来多年来, ,相继研制出第二代相继研制出第二代, ,第三代计算机。从第三代计算机。从1982 1982 年开始年开始, ,我国研制出每秒我国研制出每秒1 1亿亿次的巨型机次的巨型机银河银河,型型, ,中型机中型机,32,32位超级小型系位超级小型系列机。列机。 19951995年年5 5月月, ,由中科院计算机研究所国家智能由中科院计算机研究所国家智能计算机研究中心研制的计算机研究中心研制的“曙光曙光1000”1000”大规模并行处理大规模并行处理机宣布诞生机宣布诞生。3 3、我国计算机是什么时侯研发的？、我国计算机是什么时侯研发的？7/27/202439 计算机能得到广泛的应用与它的特殊性能分不开的。计算机能得到广泛的应用与它的特殊性能分不开的。（1 1）快速性快速性： 电子计算机采用高速电子器件。电子计算机采用高速电子器件。 采用了存储程序的设计思想。采用了存储程序的设计思想。将要解决的问题和解决的方法及步骤预先存入计算机。将要解决的问题和解决的方法及步骤预先存入计算机。 计算机的特性计算机的特性（2 2）通用性通用性： 计算机处理的信息是：计算机处理的信息是：数值数据，和非数值数据数值数据，和非数值数据。 这些非数值数据都可以用数字化编码表示。这些非数值数据都可以用数字化编码表示。 任何复杂信息都可以分解成基本操作，编制相应任何复杂信息都可以分解成基本操作，编制相应 的程序，通过执行程序完成任务。的程序，通过执行程序完成任务。 7/27/202440（3 3）准确性准确性： 一是计算精度高，二是计算方法科学。精度取决于运一是计算精度高，二是计算方法科学。精度取决于运算中数的位数，位数越多越精确。还与计算方法有关。算中数的位数，位数越多越精确。还与计算方法有关。（4 4）逻辑性逻辑性： 逻辑判断与逻辑运算是计算机的基本功能之一。逻辑判断与逻辑运算是计算机的基本功能之一。 上述的上述的四大特性四大特性是从计算机的外部角度来认识的，是从计算机的外部角度来认识的，它们与计算机内部的固有特点相关，下图给出了两者之它们与计算机内部的固有特点相关，下图给出了两者之间的关系。间的关系。 7/27/202441 外部特征 内部特征 计算机外部特征和内部特点的对应关系计算机外部特征和内部特点的对应关系快速性准确性数字化信息通用性存储程序逻辑性逻辑判断高速电子器件7/27/202442存储器的单位存储器的单位2 21010=1KB =1KB bitbit 位位 : : 最小单位：最小单位：0 0、1 12 22020=1MB =1MB ByteByte字节：八个二进制位。字节：八个二进制位。2 23030=1GB=1GB2 24040=1TB =1TB WordWord字：计算机一个字与机器字长有关。字：计算机一个字与机器字长有关。 数字电子计算机的完整定义：数字电子计算机的完整定义： 数字电子计算机是一种能自动地高速地对各种数字化信数字电子计算机是一种能自动地高速地对各种数字化信息进行运算处理的电子设备。息进行运算处理的电子设备。 自动的含义是指程序执行时，不再需要人的干预，程序自动的含义是指程序执行时，不再需要人的干预，程序能连续发出各种命令，控制计算机完成预定的操作任务。能连续发出各种命令，控制计算机完成预定的操作任务。它区别于过去的计算工具。它区别于过去的计算工具。7/27/2024431.2.2 计算机的软件计算机的软件 软件的组成和分类软件的组成和分类 系统系统软件软件：用来简化程序设计，简化使用方用来简化程序设计，简化使用方 法，提高计算机的使用效率，发法，提高计算机的使用效率，发 挥和扩大计算机的功能和用途。挥和扩大计算机的功能和用途。 应用程序：应用程序：是用户利用计算机来解决某些问是用户利用计算机来解决某些问 题而编制的程序。题而编制的程序。软件软件7/27/202444 系统软件分为：系统软件分为：六类六类（1 1）操作系统：）操作系统：（2 2）语言处理程序：）语言处理程序： 一般分为解释程序与编译程序两类。一般分为解释程序与编译程序两类。（3 3）标准库程序：）标准库程序：（4 4）服务性程序：）服务性程序： 提供各种运行所需的服务，是一种辅助计算机工提供各种运行所需的服务，是一种辅助计算机工作程序。作程序。（5 5）数据库管理系统：）数据库管理系统： 用来管理系统中所有的文件，实现数据共享。用来管理系统中所有的文件，实现数据共享。（6 6）计算机网络软件：）计算机网络软件： 是为计算机网络配置的系统软件。是为计算机网络配置的系统软件。 7/27/202445 计算机系统的功能由硬件或由软件实现，在逻计算机系统的功能由硬件或由软件实现，在逻辑功能上是等价的。辑功能上是等价的。 计算机系统的软件与硬件可以相互转化，互为补充。计算机系统的软件与硬件可以相互转化，互为补充。 固件固件：程序固定在程序固定在ROMROM中组成的部件中组成的部件。 固件的特点固件的特点： 具有软件的灵活性、具有硬件的快速性。具有软件的灵活性、具有硬件的快速性。 软件的发展演变软件的发展演变 源程序翻译成机器语言通常有两种方法：源程序翻译成机器语言通常有两种方法： 通过通过编译程序编译程序翻译成目标程序然后执行。翻译成目标程序然后执行。 通过通过解释程序解释程序逐条翻译，立即执行逐条翻译，立即执行 手编程序（机器语言）汇编程序（汇编语言）源程序（算法语言）7/27/2024461.3 1.3 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构从功能上分为从功能上分为: 5: 5个层次级别个层次级别 (1)(1)微程序级微程序级 (2)(2)机器指令级机器指令级 (3)(3)操作系统级操作系统级 (4)(4)语言处理程序和其它系统软件级语言处理程序和其它系统软件级 (5)(5)应用程序级应用程序级7/27/2024475. 应用程序级4.语言处理程序级2. 机器指令级计算机系统层次结构计算机系统层次结构1.微程序级3. 操作系统级7/27/202448说明:一：一： 1 1，2 2，3 3级是面向机器的，是为支持高层的需级是面向机器的，是为支持高层的需要而设置的，要而设置的，4 4，5 5级是面向程序员而设置的。其级是面向程序员而设置的。其中中4 4，5 5级采用的语言必须被翻译成级采用的语言必须被翻译成1 1，2 2，3 3数字化数字化语言，才能被机器识别。语言，才能被机器识别。二：二：层次之间的关系十分密切，上层是下层功能的层次之间的关系十分密切，上层是下层功能的扩展，下层是上层的基础。扩展，下层是上层的基础。三：三：层次的划分不是绝对的，它是动态变的。层次的划分不是绝对的，它是动态变的。 7/27/202449小结小结 本章从计算机的发展和应用出发，本章从计算机的发展和应用出发，介绍了计算机系统的作用；介绍了计算机系统的作用；从从组组成成计计算算机机系系统统的的硬硬件件系系统统和和软软件件系系统统出出发发，介绍了计算机单机系统组成的基本知识；介绍了计算机单机系统组成的基本知识；为深化读者对计算机系统的认识，为深化读者对计算机系统的认识，讨论了计算机系统的层次结构；讨论了计算机系统的层次结构；为本课程的学习作了铺垫。为本课程的学习作了铺垫。本章的重点内容是本章的重点内容是1.21.2节。节。 7/27/202450习题：p11n第 4. 5. 8.题7/27/2024511 1、冯冯 诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？包括哪些主要组成部分？ 答：冯答：冯 诺依曼型计算机的主要设计思想是：诺依曼型计算机的主要设计思想是：存储程序存储程序并按地址顺序执行并按地址顺序执行，它由存储器、控制器、适配器和输，它由存储器、控制器、适配器和输入输出设备组成。入输出设备组成。练练 习习 一一2 2、什么是存储容量？什么是单元地址？什么是存储容量？什么是单元地址？ 什么是数据什么是数据字？什么是指令字？字？什么是指令字？答：存储器所有存储单元的总数称为存储容量。存储器由许答：存储器所有存储单元的总数称为存储容量。存储器由许多存储单元组成。每个存储单元都有编号，称为单元地址。多存储单元组成。每个存储单元都有编号，称为单元地址。用某字代表要处理的数据称为数据字；如果某字为一条指令，用某字代表要处理的数据称为数据字；如果某字为一条指令，则称为指令字。则称为指令字。7/27/2024523 3、什么是内存？什么是外存？什么是、什么是内存？什么是外存？什么是CPUCPU？什么什么 是适配器？什么是指令？是适配器？什么是指令？答：答： 半导体存储器称为内存储器，简称内存。其功能是保存半导体存储器称为内存储器，简称内存。其功能是保存或或“记忆记忆”解题的原始数据和解题步骤。半导体存储器的解题的原始数据和解题步骤。半导体存储器的存储容量毕竟有限，因此计算机又配备了存储容量更大的存储容量毕竟有限，因此计算机又配备了存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器，称为外存储器，简称外存。磁盘存储器和光盘存储器，称为外存储器，简称外存。 通常把运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称通常把运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称CPUCPU。运算器的主要功能是进行加、减、乘、除等算术运算，运算器的主要功能是进行加、减、乘、除等算术运算，除此以外，还可以进行逻辑运算，控制器的任务是从内存除此以外，还可以进行逻辑运算，控制器的任务是从内存中取出解题步骤加以分析，然后执行某种操作。中取出解题步骤加以分析，然后执行某种操作。 将外围设备与主机相连的部件，称为适配器，其主要功将外围设备与主机相连的部件，称为适配器，其主要功能是：相当于一个转换器，保证外围设备用计算机系统特能是：相当于一个转换器，保证外围设备用计算机系统特征所要求的形式发送或接收信息征所要求的形式发送或接收信息 7/27/202453