計算機組成原理第一講(引言)

1、計算機組成原理第一講：引言課程介紹學習本課程的目的本課程與其它專業(yè)課程的層次關系課程的主要內(nèi)容教學安排教材與參考書其它信息成績計算2學習本課程的目的目的之一： 從硬件的角度，學習計算機的工作過程，掌握計算機最基本的工作原理?！坝嬎銠C內(nèi)部究竟是怎么工作的？”目的之二： 為培養(yǎng)在計算機硬件系統(tǒng)的分析、研究、開發(fā)等方面的能力打下堅實基礎。3學習本課程的目的目的之三： 了解硬件在計算機系統(tǒng)中的地位。以硬件為核心，疊加不同層次的軟件，構成一個計算機系統(tǒng)，如下圖所示：4計算機硬件機器語言匯編語言操作系統(tǒng)其它系統(tǒng)軟件應用程序應用程序5本課程與其它專業(yè)課的層次關系本課程的基礎課程計算機導論數(shù)字邏輯匯編語言程序

2、設計本課程的性質(zhì)：具有專業(yè)基礎課和專業(yè)課雙重性質(zhì)。6 計算機組成原理 微機原理操作系統(tǒng)編譯原理編程語言 軟件工程 計算機網(wǎng)絡 數(shù)據(jù)庫人工智能 程序設計理論 模擬/ 數(shù)字電路 匯編語言基礎課程硬件層系統(tǒng)軟件專業(yè)課7課程主要內(nèi)容計算機系統(tǒng)硬件組成包括五大功能部件：運算器控制器存儲器輸入系統(tǒng)輸出系統(tǒng)學習各部分的工作原理、邏輯實現(xiàn)、設計方法及相互之間的連接并構成整機的方法。8教學安排教學內(nèi)容：引言及緒論：4學時計算機中信息表示：10學時CPU子系統(tǒng)：18學時存儲器子系統(tǒng)：8學時輸入/輸出系統(tǒng)：6學時9教學安排本課程重點：中央處理器 (CPU) 特別是: 通路結構、指令流程存儲器部分：存儲器邏輯設計I/

3、O系統(tǒng)部分：中斷機制及其接口設計。 10教材與參考書教材：計算機組成原理 羅克露等編 電子工業(yè)出版社參考書：計算機組成原理 白中英主編 科學出版社計算機組成原理與匯編語言程序設計 俸遠楨等編 電子工業(yè)出版社11其它信息學時：課內(nèi)56學時，其中實驗8學時。課外56學時。開課時間：2009年春季， 119周主講教師：顏俊華聯(lián)系方式：Email: QQ：652758191Phone: 12成績計算期末考試：70平時成績：15%，主要包括作業(yè)、隨堂測驗和考勤實驗成績：15%，主要包括實驗課考勤、做實驗情況和實驗報告質(zhì)量考勤：隨時抽查作業(yè)要求：作業(yè)不能抄襲。做錯不扣分，態(tài)度差要扣分。（作業(yè)的題目不用抄，

4、寫題號就可以。）13第一章：概論 本章學習主要內(nèi)容：基本組成特點系統(tǒng)層次結構硬件系統(tǒng)組織性能指標目的是通過本章的學習能建立計算機系統(tǒng)的整體概念。 14計算機基礎理論計算機的基礎理論：圖靈論題 1936年圖靈（英國）發(fā)表論文： 論應用于決定問題的可計算數(shù)字 論文中心思想： 人類的工作可以分解成簡單動作機器需要：存儲器：用于存儲計算結果；15計算機基礎理論一種語言：表示運算和數(shù)字；掃描：對運算和數(shù)字進行識別；計算意向：計算過程中的下一步做什么；執(zhí)行下一步計算這種理想機器被稱為：“圖靈機”著名的圖靈論題：凡可計算的函數(shù)都可用這樣的機器來實現(xiàn) 論題為計算機的產(chǎn)生打下了理論基礎16計算機發(fā)展簡史第一臺計

5、算機的產(chǎn)生第一臺計算機：ENIAC “埃尼阿克”(ElectronicNumerical Integrator And Computer電子數(shù)字積分計算機)于1946年在美國誕生 (由賓夕法尼亞大學莫爾學院制成） 十進制運算 18000多個電子管、1500多個繼電器 150千瓦、30噸、170平方米 5000次加法秒（或400次乘法秒） 用手工搬動開關和拔插電纜來編程 17計算機發(fā)展簡史第一臺計算機的產(chǎn)生作用：計算火箭、炮彈等的彈道軌跡ENIAC的兩大缺點：沒有內(nèi)部存儲器不同的計算需要重新搭配組件計算 1計算3計算 218計算機發(fā)展簡史1946年由美國賓夕法尼亞大學研制 ENIAC（Elect

6、ronic Numerical Integrator And calculator），運算速度 5000次/秒，功耗150kw/h，占地170m2 ，造價100萬美元。19計算機發(fā)展簡史世界上第一臺電子計算機 ENIAC(1946于美國)20計算機發(fā)展簡史英國人的觀點：第一臺計算機英國于1940年研制的“巨人” 計算機作用：破譯德國“謎式”密碼“ENIAC”與“巨人”的共同點: 專用不具有現(xiàn)代計算機特征21計算機發(fā)展簡史現(xiàn)代計算機原型馮.諾依曼：存儲程序式通用計算機結構 該結構明確規(guī)定：計算機由5個部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備EDVAC1952年研制成功(Electro

7、nic Discrete Variable Automatic Computer) （馮.諾依曼體系結構） 第一臺商用計算機: IBM 701 (1952年)22計算機與諾依曼體制計算機軟、硬件由具有各類特殊功能的信息（程序）組成計算機的實體如主機、外設等硬件：軟件：計算機系統(tǒng)23計算機與諾依曼體制 輸入設備 控制器 輸出設備狀態(tài)命令請求命令命令請求數(shù)據(jù)結果地址指令 存儲器 運算器計算機組成示意圖24計算機與諾依曼體制工作過程如下:(1) 編程、并組織相應數(shù)據(jù)存儲器(3) 執(zhí)行程序(2) 程序和數(shù)據(jù)輸入 按地址取第一條指令指令譯碼發(fā)出操作命令根據(jù)操作結果設置狀態(tài)位, 如：25為0 1 Z為1

8、0 Z為正 0 S為負 1 S標志位(4) 取下一條指令, 重復上述過程操作結果 指令i結果為0 指令knoyes 指令m計算機與諾依曼體制26結合框圖和工作過程 結論:從體系結構的角度: 以存儲器為中心的結構(符合馮諾依曼體系結構思想)從控制的角度: 以控制器為中心的結構(操作性質(zhì)和時間關系)計算機與諾依曼體制27計算機工作原理的實質(zhì)：信息以電信號形式流動流動過程是受控的受控的表現(xiàn)是: 流動方向 流動時機 流動時間控制過程的實現(xiàn): 電子開關器件控制的依據(jù)：程序中的指令計算機與諾依曼體制28Intel 8086系統(tǒng)的典型結構Intel 8086處理器Intel 8087浮點數(shù)處理器地址鎖存器數(shù)

9、據(jù)收發(fā)器總線控制器器 RAM存儲器 輸入輸出接口 輸入輸出設備 ROM存儲器29諾依曼體制主要思想：采用二進制代碼形式表示信息（數(shù)據(jù)、指令）；采用存儲程序工作方式（這是諾依曼思想最核心的概念）；計算機硬件系統(tǒng)由五大部件（存儲器、運算器、控制器、輸入設備、輸出設備）組成。計算機與諾依曼體制30信息的數(shù)字化表示計算機是通過執(zhí)行程序（指令序列）來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的加工處理的。計算機中的各種信息可分為兩大類:控制信息,數(shù)據(jù)信息控制信息：指令代碼序列以此為基礎產(chǎn)生的控制信號(微命令)序列，控制計算機的工作。數(shù)據(jù)信息: 計算機加工處理的對象,分為數(shù)值型和非數(shù)值型(字符,文字,圖像,聲音,邏輯信息等)31信息的數(shù)字化表示包含兩層含義：用數(shù)字代碼表示各種信息用數(shù)字信號表示數(shù)字代碼用數(shù)字代碼表示各種信息：數(shù)值型數(shù)據(jù)、字符、圖像、聲音和指令等。在物理機制上用數(shù)字信號表示數(shù)字代碼 電平的高低，脈沖的有無等信息的數(shù)字化表示3