計算機組成原理白中英主編科學(xué)出版社計算機核心專業(yè)課程主要參考書主教材：計算機組成原理白中英主編科學(xué)出版社參考教材：1．計算機組織與結(jié)構(gòu)William

Stallings高等教育出版社2．計算機組成與結(jié)構(gòu)王愛英主編清華大學(xué)出版社3.

計算機組成原理薛勝軍華中科技大學(xué)出版社目錄

第一章計算機系統(tǒng)概論第二章運算方法和運算器

第三章存儲系統(tǒng)

第四章指令系統(tǒng)

第五章中央處理器

第六章

總線系統(tǒng)

第七章外圍設(shè)備

第八章輸入輸出系統(tǒng)第九章操作系統(tǒng)

第一章計算機系統(tǒng)概述簡介計算機的發(fā)展計算機體系結(jié)構(gòu)和組織計算機的硬件結(jié)構(gòu)計算機軟件計算機的層次結(jié)構(gòu)按用途分類通用機：通用性強，綜合能力強，解決各種問題專用機：特殊配置，功能單一，解決特定問題按綜合性能指標(biāo)分類巨型機：速度最快、處理能力最強

已達十幾萬億次浮點運算

“銀河Ⅲ”

達每秒130億次大型機：大型、通用、較快、較強

作“客戶機/服務(wù)器”的服務(wù)器 作“終端/主機”的主機小型機：規(guī)模小，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計試制周期短

工藝先進、使用維護簡單

工作站：介于PC與小型機之間

高分辨率、大容量內(nèi)外存，圖形功能較強微型計算機：小、巧、輕、使用方便、價格便宜

中央處理器：一個芯片網(wǎng)絡(luò)計算機：基于Java技術(shù)的瘦客戶機系統(tǒng)

計算機的分類計算工具的發(fā)展1642BlaisePascal加法器CharlesBabbage1822差分機1833分析機MARKIENIAC電子數(shù)字計算機簡介電子數(shù)字計算機是一種能夠自動、快捷，準(zhǔn)確地實現(xiàn)信息存放數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理過程控制等多種功能的電子機器，其基本功能是進行數(shù)字化信息處理。世界上第一臺計算機ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）誕生于1946年2月15日，是美國賓夕法尼亞大學(xué)摩爾理工學(xué)院的摩切利和?？ㄌ匕l(fā)明的。計算機應(yīng)用于科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制、實時控制、人工智能、虛擬現(xiàn)實、遠程教育、電子商務(wù)等多種領(lǐng)域。

計算機的發(fā)展——第一臺電子計算機（ENIAC）5000次加法/秒體重28噸占地170M218800只電子管1500個繼電器7000個電阻10000個電容耗電150KW計算機總發(fā)展

年

代

邏輯元件

主

存

輔

存

語言處理

速

度

代表機種

第一代

1946-1957

電子管

磁芯、磁鼓

磁帶

機器語言

匯編語言

1萬次/秒

ENICA、IBM650

IBM709

第二代

1958-

1964

晶體管

磁芯、磁鼓

磁帶、磁盤

高級語言

編譯語言

操作系統(tǒng)

幾萬次

幾百萬次/秒

IBM7094

DTS-121

X-2

第三代

1965-

1971

集成電路和大規(guī)模集成電路

半導(dǎo)體存儲器

磁帶、磁盤

多道程序?qū)崟r處理

百萬次千萬次

IBM360

DJS-100

第四代

1972--

超大規(guī)模集成電路

半導(dǎo)體存儲器

高速磁盤

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

千萬次

1億次/秒

VAX-11

INTEL系列

時代機型產(chǎn)地一ENIAC1946EDSAC19491031953美.賓州大學(xué)英.劍橋大學(xué)二IBM70901958DJS-21,108,X-2,441BIBM中國三IBM360/370系列CDC6000/7600,STAR-100,NOVA,PDP-11DJS-130/200IBMCDC中國四微型機APPLE,IBM-PCVAX系列長城0520,…………….計算機的應(yīng)用

計算機的應(yīng)用類型

1.科學(xué)計算

2.過程控制

3.CAD/CAM/CAT

4.數(shù)據(jù)處理

5.電子商務(wù)

6.多媒體技術(shù)

7.人工智能

計算機的主要應(yīng)用領(lǐng)域

1.工商：電子商務(wù)、CAD/CAM

2.教育：多媒體教育、遠程教育

3.醫(yī)藥：CAT、MRI、遠程醫(yī)療

4.政府：電子政府

5.娛樂：虛擬現(xiàn)實、電影特技

6.科研：數(shù)據(jù)采集、計算分析

7.家庭：家庭信息化

計算機的技術(shù)指標(biāo)字長：參與運算的基本位數(shù)，它決定了寄存器、加法器、存儲單元和數(shù)據(jù)總線的位數(shù)。它標(biāo)志著計算精度。主存容量：存儲器可以容納的二進制信息量。運算速度：單位時間內(nèi)執(zhí)行指令的平均條數(shù)。軟、硬件配置：外部設(shè)備的配備和功能強大的操作系統(tǒng)和程序設(shè)計語言。性能價格比：性能和價格之比是衡量計算機的綜合指標(biāo)。計算機的技術(shù)指標(biāo)以性能/價格比為核心性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)時間、基準(zhǔn)程序、硬件測量工具價格的因素集成電路的工藝、產(chǎn)品的生產(chǎn)過程、銷售過程計算機體系結(jié)構(gòu)和組織

計算機體系結(jié)構(gòu)概念的實質(zhì)是計算機系統(tǒng)中軟硬件界面的確定，其界面之上的是軟件的功能，界面之下的是硬件和固件的功能。指令集（instructionset）軟件硬件電子計算機的設(shè)計思想存儲程序控制“存儲程序”是把指令以代碼的形式事先輸入到計算機的主存儲器中，即用記憶數(shù)據(jù)的同一裝置存儲執(zhí)行運算的命令，這些指令按一定的規(guī)則組成程序；“程序控制”是當(dāng)計算機啟動后，程序就會控制計算機按規(guī)定的順序逐條執(zhí)行指令，自動完成預(yù)定的信息處理任務(wù)。馮諾依曼型計算機的設(shè)計思想：存儲程序并按地址順序執(zhí)行。輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸入輸出接口和總線外存設(shè)備主存儲器高速緩存控制器運算器第三單元第四單元第二單元第一單元計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—計算機的硬件結(jié)構(gòu)運算器計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—計算機的硬件結(jié)構(gòu)運算器計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—計算機的硬件結(jié)構(gòu)

運算器部件是計算機中進行數(shù)據(jù)加工的部件，其主要功能包括：1.執(zhí)行數(shù)值數(shù)據(jù)的算術(shù)加減乘除等運算，

執(zhí)行邏輯數(shù)據(jù)的與或非等邏輯運算，

由一個被稱為ALU的線路完成。2.暫時存放參加運算的數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，

由多個通用寄存器來承擔(dān)。3.運算器通常也是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐贰?/p>

運算器算術(shù)運算和邏輯運算在計算機中參與運算的數(shù)是二進制的運算器的長度一般是16、32或64位控制器運算器計算機硬件系統(tǒng)

控制器運算器計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—計算機的硬件結(jié)構(gòu)

控制器是計算機中控制執(zhí)行指令的部件：一.正確執(zhí)行每條指令1.首先是取來一條指令，2.接著分析這條指令，3.再按指令格式和功能執(zhí)行這條指令二.保證指令按規(guī)定序列自動連續(xù)地執(zhí)行。三.對各種異常情況和請求及時響應(yīng)和處理。說到底，控制器要向計算機各功能部件提供每一時刻協(xié)同運行所需要的控制信號外存設(shè)備主存儲器高速緩存控制器運算器計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—計算機的硬件結(jié)構(gòu)

外存設(shè)備主存儲器高速緩存控制器運算器計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—計算機的硬件結(jié)構(gòu)

由高速緩沖存儲器，主存儲器，外存儲器所組成的多級（層）存儲器系統(tǒng)，是計算機中用于存儲程序和數(shù)據(jù)的子系統(tǒng)。這三級存儲器所用的存儲介質(zhì)的工作原理和特性各不相同。將作為三個部分分別講解。

存儲器存儲數(shù)據(jù)和程序（指令）容量（存儲單元、存儲單元地址、容量單位）分類內(nèi)存（ROM、RAM）、外存存儲器單位：210byte＝1K210K＝1M210M＝1G210G＝1T輸入設(shè)備外存設(shè)備主存儲器高速緩存控制器運算器計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—計算機的硬件結(jié)構(gòu)輸入設(shè)備是向計算機中送入程序和數(shù)據(jù)的有一定獨立功能的設(shè)備，通過接口和總線與計算機主機連通，用于人—機交互聯(lián)系,如計算機鍵盤和鼠標(biāo)等。輸入設(shè)備外存設(shè)備主存儲器高速緩存控制器運算器計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—計算機的硬件結(jié)構(gòu)輸入設(shè)備輸出設(shè)備外存設(shè)備主存儲器高速緩存控制器運算器計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—計算機的硬件結(jié)構(gòu)輸入設(shè)備輸出設(shè)備外存設(shè)備主存儲器高速緩存控制器運算器計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—計算機的硬件結(jié)構(gòu)

輸出設(shè)備是計算機中用于送出計算機內(nèi)部信息的設(shè)備,例如打印機,顯示器等。輸入設(shè)備輸出設(shè)備外存設(shè)備主存儲器高速緩存控制器運算器計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—計算機的硬件結(jié)構(gòu)這些部件和設(shè)備通過總線和接口連接在一起,構(gòu)成計算機整機系統(tǒng),協(xié)同運行.輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸入出接口和總線外存設(shè)備主存儲器高速緩存控制器運算器第三單元第四單元第二單元第一單元計算機的硬件結(jié)構(gòu)計算機基本工作原理1.指令:讓計算機完成某個操作發(fā)出的命令。（用二進制代碼來表示）3.指令的執(zhí)行有序的指令集合。2.程序內(nèi)存指令取指周期：執(zhí)行周期：控制信號有關(guān)部件動作CPU譯碼CPU4.程序的執(zhí)行CPU不斷地取指令，執(zhí)行指令。操作碼操作數(shù)1.4計算機的軟件軟件分類系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng) 語言處理程序 實用程序應(yīng)用軟件辦公軟件包數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)軟件實時控制軟件診斷程序反病毒程序備份程序文件壓縮程序卸載程序圖形圖像處理軟件其它應(yīng)用軟件 (1)操作系統(tǒng)

管理和控制計算機系統(tǒng)的所有資源(包括硬件和軟件)

統(tǒng)一管理和調(diào)度資源，提高使用效率和經(jīng)濟效益用戶不需了解軟硬件細(xì)節(jié)，提高工作效率目的 (2)實用程序

診斷程序：SCANDISK反病毒程序：KV300、金山毒霸備份程序：Windows2000中的備份程序文件壓縮程序:ARJWinZip卸載程序：Windows中的添加/刪除程序操作系統(tǒng)自己帶一些第三方開發(fā) (3)語言處理程序源程序可執(zhí)行程序目標(biāo)程序編輯程序匯編或編譯程序聯(lián)接程序機器語言高級語言匯編語言面向過程：BASIC、Pascal、FORTRAN、C等面向?qū)ο螅篊++、

Java、VisualBasic等面向問題的語言計算機的發(fā)展—Pentium和PowerPC發(fā)展概述Pentium系列微處理器的發(fā)展概況8080、8086、80286、80386、80486、Pentium、PentiumPro、PentiumII、PentiumIII、PentiumIV、Merced、PrescottCISCPowerPC系列微處理器的發(fā)展概況601、603、604、620RISC計算機的發(fā)展——發(fā)展趨勢計算機應(yīng)用的發(fā)展趨勢程序及數(shù)據(jù)所使用存儲器容量的不斷增大：程序所需的存儲器容量平均每年遞增1.5~2%，也就是說計算機的地址位以每年1/2~1位的速度遞增。編譯器的重要性日益突出。編譯器已逐漸成為用戶與計算機的主要界面。摩爾定律

早在1964年，英特爾公司創(chuàng)始人戈登.摩爾（GordonMoore）在一篇很短的論文里斷言：每18個月，集成電路的性能將提高一倍，而其價格將降低一半。這就是著名的摩爾定律。作為迄今為止半導(dǎo)體發(fā)展史上意義最深遠的定律，摩爾定律被集成電路近40年的發(fā)展歷史準(zhǔn)確無誤地驗證著。摩爾定律有另外一種表述方法，即每過10年計算機系統(tǒng)性能將會增加100倍，通訊帶寬也會提高100倍，而花費的資金不會增加。我們完全有理由相信，這種趨勢在今后20年還會持續(xù)下去，我們還沒有達到物理上造成計算機性能停滯不前的任何限制。計算機的發(fā)展——發(fā)展趨勢計算機系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢單機系統(tǒng)資源共享資源重復(fù)時間重疊計算機的發(fā)展——發(fā)展趨勢（資源共享）多道程序分時系統(tǒng)多終端、遠程終端智能終端分布處理系統(tǒng)局域網(wǎng)通信處理機，廣域網(wǎng)多機系統(tǒng)計算機的發(fā)展——發(fā)展趨勢（資源重復(fù)）多操作部件，多存儲體并行處理機多處理機計算機的發(fā)展——發(fā)展趨勢（時間重疊）先行控制指令（操作）流水線向量處理機異構(gòu)型多處理機數(shù)據(jù)庫處理機外圍處理機1.5計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計算機的層次結(jié)構(gòu)第一層：微程序設(shè)計級硬件級，由機器硬件直接執(zhí)行微指令。

它由機器硬件直接執(zhí)行微指令。如果某一應(yīng)用程序直接用微指令來編寫，那么可在這一級上運行應(yīng)用程序。計算機的層次結(jié)構(gòu)第二層：一般機器級，也稱機器語言級，它由微程序解釋機器指令系統(tǒng)。這一級也是硬件級。計算機的層次結(jié)構(gòu)第三層：操作系統(tǒng)級，也稱為機器語言級，由操作系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。操作系統(tǒng)是由機器指令和廣義的指令組成。廣義指令是操作系統(tǒng)定義和解釋的軟件指令，所以這一級也稱為混合級。計算機的層次結(jié)構(gòu)第四層：匯編語言層，它由匯編程序支持和執(zhí)行。它給程序人員提供一種符號形式語言，以減少程序編寫的復(fù)雜性。這一級由匯編程序支持和