計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言

北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系

內(nèi)今

□第一章緒4^

□第二章數(shù)據(jù)信息表示

□第三章數(shù)值運(yùn)算及運(yùn)算器

□第四章指令系統(tǒng)

□第五章中央處理器CCPUJ

□第六章存儲(chǔ)系統(tǒng)

□第七章輸入輸出條統(tǒng)及外圍設(shè)備

□第八章匯編語(yǔ)言

第~章緒論

參考教材

?《計(jì)算機(jī)組成原理》（第2版J唐麗飛

高等教育出版社2008年

?《計(jì)算機(jī)組成原理》蔣本珊請(qǐng)華大學(xué)出版社2004年

?：?《討算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》

俸逅禎等電子工業(yè)出版社1999年

?《計(jì)算機(jī)組成和設(shè)計(jì)硬件/軟件接口》（第2版）

DavidA.Patterson等著請(qǐng)華大學(xué)出版社2003年

?《計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)》（第3版網(wǎng)絡(luò)版）

右中美科學(xué)出版社2006年

第~章緒論

第一章緒論

口第一節(jié)計(jì)算機(jī)的分類和應(yīng)用

□第二節(jié)計(jì)算機(jī)的基本組成

□第三節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

□第四節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件

□第五節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

□第六節(jié)計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)分析

□第七節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組織和結(jié)構(gòu)的發(fā)展

E第~章緒論

第一節(jié)計(jì)算機(jī)的分類和應(yīng)用

一、計(jì)算機(jī)的分類

?電子模擬計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)：

參與運(yùn)算的數(shù)值由不間斷的連續(xù)量表示，其運(yùn)

全過(guò)程是連續(xù)的。

?也子數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)：

參與運(yùn)算的數(shù)值用新續(xù)的數(shù)字量表示，其運(yùn)算

過(guò)程按數(shù)字住進(jìn)行。

第~章緒論

數(shù)學(xué)討算機(jī)分類

數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)樓用途分為：專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)。

□專用討算機(jī)：為解決某類問(wèn)題而設(shè)討。

□通用討算機(jī)：適應(yīng)性很強(qiáng)，可以斛決各類應(yīng)用。

專用和通用是根據(jù)計(jì)算機(jī)的效率、速度、價(jià)格、運(yùn)行的經(jīng)

濟(jì)性和適應(yīng)性來(lái)劃分的。

通用計(jì)算機(jī)按其規(guī)模、速度和功能等又可分為巨型機(jī)、大型

機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)以及單片機(jī)。

積

低體…高,

能

功

據(jù)

數(shù)

令

指微型機(jī)\S

格

價(jià)小型機(jī)\

中型機(jī)\

大型機(jī)\

巨型機(jī)

高V低

第~章緒論

第一節(jié)計(jì)算機(jī)的分類和應(yīng)用

、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

（-）科學(xué)討算——數(shù)值計(jì)算

（二）計(jì)算機(jī)控制——A/D、D/A

（三）信息處理——非數(shù)值計(jì)算

（田）教育和衛(wèi)生

（五）彖用也器

（六）人工智能

第~章緒論

第二節(jié)計(jì)算機(jī)的基本組成

存儲(chǔ)程序的概念

□采用二進(jìn)制形式表示計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)和指令。

□把編好的程序和原始數(shù)據(jù)預(yù)先存入主存儲(chǔ)器

中，使計(jì)算機(jī)在工作時(shí)能夠連續(xù)、自動(dòng)、高速

地從存儲(chǔ)器中取出一條條指令并且執(zhí)行之。

（存儲(chǔ)程序概念）

□由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出

設(shè)備五大基本部件組成計(jì)算機(jī)條統(tǒng)。

第~章緒論

馮?諾依曼計(jì)算機(jī)硬件框圖

存放數(shù)據(jù)〕

算術(shù)運(yùn)算

I和程序;^=7右儲(chǔ)器

Ioi___2屬運(yùn)算/

/輸入設(shè)備運(yùn)算器輸出設(shè)備

將信息轉(zhuǎn)痰或布->Y<—-將結(jié)果轉(zhuǎn)換成

器能識(shí)別的形式控制器人們熟悉的形式

指揮程序〕

第~章緒論運(yùn)行

y=ax+b-c

行數(shù)解題步驟和數(shù)據(jù)說(shuō)明

1取數(shù)（9）一算盤(pán)（9）表示第9行的數(shù)a,下同

2乘法（12）一算盤(pán)完成a*x,結(jié)果在算盤(pán)上

3加法（10）一算盤(pán)完成ax+b,結(jié)果在算盤(pán)上

4減法（11）一算盤(pán)完成ax+b-c,結(jié)果在算盤(pán)上

5存數(shù)y-13算盤(pán)上的y值記到第13行

6輸出把算盤(pán)上的y值寫(xiě)出給人看

7停止運(yùn)算完畢，暫停

8

9a數(shù)據(jù)

10b數(shù)據(jù)

11c數(shù)據(jù)

12X數(shù)據(jù)

13y數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)的基本組成框

I

＞輸岫備

命

令1I

第~章緒論

第二節(jié)計(jì)算機(jī)的基本組成

二、計(jì)算機(jī)的主要部件

（一）輸入設(shè)備：

□功能：向機(jī)器輸入操作員提供的原始信息，并將

這些信息變換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的形式。

（二）輸出設(shè)備：

□功能：將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果，以人們參易接受的

形式或?yàn)槠渌麢C(jī)器所能接受的形式輸送出來(lái)。

（三）存儲(chǔ)器

口功能：存儲(chǔ)程序和各種數(shù)據(jù)信息。

□存儲(chǔ)條統(tǒng)通常分為三級(jí)存儲(chǔ)體條。

第~章緒論

存儲(chǔ)系統(tǒng)的三級(jí)存儲(chǔ)體系

主存儲(chǔ)器（內(nèi)存儲(chǔ)器）、輔助存儲(chǔ)器（外存儲(chǔ)

器）、高速緩沖存儲(chǔ)器。

第~章緒論

皿gUWM同乃仔W2硼.

第二節(jié)計(jì)算機(jī)的基本組成

（8）運(yùn)算器

□功能：執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和建科運(yùn)算的部

件，對(duì)信息進(jìn)行加工處理。

r五）控制器

□功能：產(chǎn)生一條列控制信號(hào)以指揮整個(gè)

計(jì)算機(jī)條統(tǒng)有條不紊的自動(dòng)運(yùn)行。（即

決定做某種動(dòng)作的時(shí)間和條件。）

口控制器的結(jié)構(gòu)有兩種類型：即組合其客

控制器和微程序控制器。

第~章緒論

a&jlgu州gHWEg*啊

第三節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)_______

一、總線

總線：一組公共信息傳輸線路，能為多個(gè)部件服

務(wù)，可分時(shí)地發(fā)送與接收各個(gè)部件的信息。

口總線的數(shù)據(jù)通路寬度：指能夠一次并行傳送的教

據(jù)傳

□總線分為單向總線和雙向總線。

單向總線：掛在總線上的一些部件將信息有

選擇地傳向另~些部件,卻不能反向傳送；

第~章緒論

總線的概念

雙向總線：

掛在總線上的任何?個(gè)部件或設(shè)備都可以從忍線

上有選擇地接受其他部件或設(shè)備的信息，而且能

通過(guò)總線有選擇的向其他部件或設(shè)備發(fā)送信息。

口總線傳送信息的類別：

數(shù)據(jù)總線：傳送操作數(shù)或程序。

地址總線：傳送主存儲(chǔ)器地址碼或外圍設(shè)備碼。

控制總線：傳送各種控制信息。

第~章緒論

皿gUWM同乃仔硼.

第三節(jié)計(jì)算機(jī)余統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

二、小型機(jī)與微型機(jī)的典型結(jié)構(gòu)

1、以CPU為中心的雙總線結(jié)構(gòu)

、以CPU為中心的雙卷線結(jié)構(gòu)

□結(jié)構(gòu)特點(diǎn)----兩組總線

存儲(chǔ)總線、輸入輸出總線

優(yōu)點(diǎn)：同一時(shí)間只能進(jìn)行一種傳送，控制線路

簡(jiǎn)單，時(shí)間關(guān)條易于處理，可以采用同

步控制方式。

缺點(diǎn)：I/0設(shè)備與存儲(chǔ)器交換需要cpu控制，

cpu效率降低。

第~章緒論

皿gUWM同乃仔W2硼.

2、單總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

單總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

第~章緒論

E如gu州W刑小吟仍啊，

、單總線條統(tǒng)結(jié)構(gòu)

□結(jié)構(gòu)特點(diǎn)------組總線實(shí)現(xiàn)cpu,I/O,MEM

間通信

中央處理機(jī)可以看作單總線上的?個(gè)子系統(tǒng)。

各部件可通過(guò)單總線遂行雙向信息傳送。

優(yōu)點(diǎn)：允許1/0與MEM直接交換信息，MEM可

以和1/0設(shè)備統(tǒng)~編址

缺點(diǎn)：不允許兩個(gè)設(shè)備同時(shí)使用總線。

所有設(shè)備連在一個(gè)總線上，數(shù)據(jù)量大時(shí)今

易達(dá)到飽和，造成系統(tǒng)性能下降。

第~章緒論

3、面向存儲(chǔ)器的雙總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

所有部件和設(shè)備都可通過(guò)總線交換信息，但在CPU

與主存之間又專門(mén)設(shè)置了一組高速的壽儲(chǔ)總線。

第~章緒論

、面向存儲(chǔ)器的雙總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

口優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)專用總線與存儲(chǔ)器連接，提嵩了

cpu速度，減輕了系統(tǒng)總線的負(fù)擔(dān)。

□主存與輸入輸出設(shè)備交換，不需要通過(guò)cpu

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由cpu為中心轉(zhuǎn)為存儲(chǔ)器為中心

第~章緒論

4、典型微機(jī)總線舉例：基于PQ總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

CPU

LANI/OMODEM

控制器控制器

軟盤(pán)鍵盤(pán)串行口并行口聲頻

主板與總線

主板：支撐著CPLL內(nèi)存條以及I/。接口之間進(jìn)行

數(shù)據(jù)傳送，是總線技術(shù)的集成化、模塊化的結(jié)果。

股入在主板上的總線是多層次的，包含了系統(tǒng)總線、

局部總線以及外設(shè)總線等。

第~章緒論

皿gUWM同乃仔W2硼.

主板舉例

電源叱芯片

DIMM插槽

USB2.0

IDE2-------

ocket478

i845GE/PE芯片

AGP插槽

ICH4芯片

AC97聲貳片

IDE3

PCI插槽

第~章緒論

第三節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

二、中、大型計(jì)算機(jī)的典型結(jié)構(gòu)

第三節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

□整機(jī)條統(tǒng)分成主機(jī)、通道、1/0控制器和1/。設(shè)

備等四級(jí)。

□通道：是?種控制設(shè)備，它能保證CPU中的教

據(jù)處理與1/0設(shè)備交換信息兩項(xiàng)任務(wù)同時(shí)執(zhí)

行，完成1/。操作管理。

第~章緒論

第四節(jié)討算機(jī)余統(tǒng)的軟件

一、系統(tǒng)軟件

口操作系統(tǒng)

□語(yǔ)言處理程序

□管理程序

□服務(wù)程序

二、應(yīng)用軟件

□科學(xué)計(jì)算類

□工程設(shè)計(jì)類

□信息管理類

第~章緒論

第五節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

一、硬軟組成的層次結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)模型/算法--------系統(tǒng)分析級(jí)

用戶程序---------------用戶程序級(jí)

應(yīng)用軟件---------------用戶工具級(jí)

語(yǔ)言處理程序--------算法實(shí)現(xiàn)級(jí)

操作系統(tǒng)---------------軟件接口級(jí)

機(jī)器語(yǔ)言---------------指令級(jí)

硬核---------------微程序級(jí)

第~章緒論

第五節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

、從語(yǔ)言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu)

第~章緒論

第五節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

二、從語(yǔ)言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu)

專用語(yǔ)言虛擬機(jī)-----------專用語(yǔ)言斛將程序

高級(jí)語(yǔ)言虛擬機(jī)————高級(jí)語(yǔ)T編譯程序

匯編語(yǔ)言虛擬機(jī)----匯編程序

機(jī)器語(yǔ)言物理機(jī)----指令系統(tǒng)

第~章緒論

第六節(jié)計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)分析

一、計(jì)算機(jī)的主要特性

(-)在程序控制下自動(dòng)連續(xù)工作

(二)運(yùn)算速度快

(三)精度高、通用性強(qiáng)

二、計(jì)算機(jī)的主要指標(biāo)

(-)基本學(xué)長(zhǎng)：

□參與計(jì)算機(jī)運(yùn)算的操作教的基本住教。

第~章緒論

第六節(jié)計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)分析

（二）主存儲(chǔ)器今量

□以字（Word）為單住的討算機(jī)常用字?jǐn)?shù)乘以

李長(zhǎng)來(lái)表示點(diǎn)儲(chǔ)器參量，如8192X16表

示有8192個(gè)字存儲(chǔ)單元。

□以字節(jié)（Byte=8bit）為單核的計(jì)算機(jī)則常

以字節(jié)教索示存儲(chǔ)器參量。如1024B

C1KBJo

□主存儲(chǔ)器袞量通常受可直接訪問(wèn)的地址碼

長(zhǎng)度的喔制。如地址碼長(zhǎng)度為16優(yōu)，則可

直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元藪為216=65536。

（三）外存今量：

□計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中聯(lián)機(jī)的外存儲(chǔ)器今量。

第~章緒論

第六節(jié)計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)分析

（四）運(yùn)算速度:

每抄鐘平均執(zhí)行的機(jī)器指令條數(shù)。（IPS）

執(zhí)行?條（機(jī)器）指令所需的時(shí)間。

（五）外囹設(shè)備的配置

（六）指令系統(tǒng)的功能

（七）系繞軟件的配置

診斷功能與宏錯(cuò)能力

（九）綠色電腦和制作工藝

第~章緒論

第七節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組織和結(jié)構(gòu)的發(fā)展

一、提高余統(tǒng)性能

1.價(jià)格

2,速度

3.參量

二、智能化

萋擲》孝卻望第~章緒論

三地WfeU師附的崢S恪啊,

計(jì)算機(jī)的發(fā)展

世界上第一臺(tái)句子計(jì)算機(jī)EN1AC(1946)

第~章緒論

皿嶺州叩刑?m做喻，

硬件技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的影響

代時(shí)間硬件技術(shù)速度（次/秒）

1946?1957包子管40000

1958?1964晶體管200000

中小規(guī)模

■

■

—一1965?19711000000

集成電路

大規(guī)模

四1972?1977

集成也路10000000

超大規(guī)模

1978~現(xiàn)在100000000

集成包路

第一臺(tái)vonNeumann系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)

第~章緒論

IBMSystem/360

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