《计算机组成原理》第3版PPT电子课件教案-第一章 计算机系统概论.ppt

第一章第一章 计算机系统概论计算机系统概论 1.11.1计算机的分类和应用：计算机的分类和应用： 1. 1.计算机的分类：计算机的分类：1)1)数字计算机数字计算机 2) 2)模拟计算机模拟计算机 2. 2.数字计算机数字计算机( (通用计算机通用计算机) )：p2 p2 图图1.1 1.1 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 巨型机型机 体积体积 功耗功耗 性能性能 数据存贮量数据存贮量 指令系统指令系统 价格价格 简易性简易性 低低 高高 低低 高高 3. 3.计算机应用：计算机应用： 1) 1) 科学计算科学计算 2)2)自动控制自动控制 3) 3) 测量和测试测量和测试 4)4)信息处理信息处理( (商务处理和管理应用商务处理和管理应用) ) 5) 5)教育和卫生教育和卫生 6) 6) 家用电器家用电器 7) 7)人工智能人工智能 1.2 1.2 计算机硬件：计算机硬件： 1. 1. 计算计算y=ax+by=ax+bc c 用算盘进行解题过程：见用算盘进行解题过程：见p8 p8 表表1.51.5。 见计算机动画演习：见计算机动画演习：y=ax+b-cy=ax+b-c。 2. 2. 数字计算机的主要组成结构：见数字计算机的主要组成结构：见p8p8图图1.21.2。 存贮器存贮器 运算器运算器 控制器控制器 适配器与输入设备适配器与输入设备/ /输出设备输出设备 系统总线系统总线 见计算机动画演习：数字计算机的主要组成结构。见计算机动画演习：数字计算机的主要组成结构。 中央处理机中央处理机( (cpu)cpu) 运算器：运算器： 1) 1) 功能：执行加、减、乘、除等算术运算功能：执行加、减、乘、除等算术运算/ /逻辑运算。逻辑运算。 2) 2)运算器结构示意图：见运算器结构示意图：见p9 p9 图图1.31.3 运算器：运算器：alualu, ,寄存器，累加器，总线等组成。寄存器，累加器，总线等组成。 3)3)见计算机动画演习：运算器结构示意图。见计算机动画演习：运算器结构示意图。 4) 4) 二进制数运算规则：二进制数运算规则： 加法规则：加法规则： 0+0=0 0+0=0 0+1=1+0=1 0+1=1+0=1 1+1=0 1+1=0，向高位有进位，向高位有进位1. 1. 乘法规则：乘法规则： 0 0 0=00=0 0 0 1=11=1 0=00=0 1 1 1=11=1。 存贮器存贮器 1)1)功能功能: :保存或记忆解题原始数据和解题步骤保存或记忆解题原始数据和解题步骤( (程序和数据程序和数据) ) 2)2)存贮器结构示意图：见存贮器结构示意图：见p9 p9 图图1.41.4 存贮体，地址码寄存器存贮体，地址码寄存器, ,数据码寄存器，读写线路等组成数据码寄存器，读写线路等组成 。 3)3)见计算机动画演习：存贮器结构示意图。见计算机动画演习：存贮器结构示意图。 4 4）存贮容量：存贮器所有存贮单元总数。）存贮容量：存贮器所有存贮单元总数。 8 8bit=1b(bit=1b(字节字节) ) 2 210 10b=1024b=1kb b=1024b=1kb 2 220 20b=1024kb=1mb b=1024kb=1mb 2 230 30b=1024mb=1gb b=1024mb=1gb 2 240 40b=1024gb=1tb b=1024gb=1tb 5)5)存贮器：存贮器： 内存贮器内存贮器( (主存贮器主存贮器) )：用半导体存贮器构成。用半导体存贮器构成。 外存贮器外存贮器( (辅存贮器辅存贮器) )：磁盘存贮器磁盘存贮器( (硬盘和软盘硬盘和软盘) )， 光盘存贮器。光盘存贮器。 控制器：控制器： 1)1)功能：控制计算机各个部件有条不紊工作。从内存顺序取出一条功能：控制计算机各个部件有条不紊工作。从内存顺序取出一条 指令，执行这条指令。解题步骤加以分析，然后完成某种操作。指令，执行这条指令。解题步骤加以分析，然后完成某种操作。 2)2)指令的形式：指令的形式： op:op:操作码，决定指令操作的类型。操作码，决定指令操作的类型。n n位位二进制，共有二进制，共有2 2 n n 种类型指令种类型指令 ；例如；例如p11p11表表1.71.7，n=3,n=3,共有共有8 8种不同的指令类型。种不同的指令类型。 d:d:地址码，决定操作数的地址地址码，决定操作数的地址( (主存或通用寄存器的地址主存或通用寄存器的地址) )。 3)3)见计算机动画演习：指令和数据在存贮器中二进制存贮形式。见计算机动画演习：指令和数据在存贮器中二进制存贮形式。 4)4)指令系统指令系统：一台计算机全部指令的集合。：一台计算机全部指令的集合。 5) 5) 主机主机：cpu+cpu+主存运算器控制器主存。主存运算器控制器主存。 6) 6) 指令流指令流：从主存中读出的指令信息。：从主存中读出的指令信息。 数据流数据流：从主存中读出的数据信息。：从主存中读出的数据信息。 opop d d 适配器与输入设备适配器与输入设备/ /输出设备输出设备 1)1)输出设备：例如：各类打印机，绘图仪，输出设备：例如：各类打印机，绘图仪，crtcrt显示器，声卡等显示器，声卡等 。 2)2)输入设备：例如：键盘，鼠标等。输入设备：例如：键盘，鼠标等。 磁盘既是输入设备，又是输出设备。磁盘既是输入设备，又是输出设备。 输入设备、输出设备一定通过适配器才能和主机连接。输入设备、输出设备一定通过适配器才能和主机连接。 系统总线：系统总线： 多个系统部件之间进行数据传送的公共通路。包括地址，数据，多个系统部件之间进行数据传送的公共通路。包括地址，数据， 控制信息。控制信息。 3. 3.计算机发展历史：计算机发展历史： 第一台电子数字计算机：第一台电子数字计算机：19461946年美国。年美国。 从计算机制造用器件角度讲，计算机发展经历五代：从计算机制造用器件角度讲，计算机发展经历五代： 第一代：第一代：19461946年年, , 电子管；电子管； 第二代：第二代： 1958 1958年年, ,晶体管；晶体管； 第三代：第三代：19651965年年, ,中小规模集成电路；中小规模集成电路； 第四代：第四代：19711971年年, ,大规模和超大规模集成电路；大规模和超大规模集成电路； 第五代：第五代：19861986年，巨大规模集成电路。年，巨大规模集成电路。 计算机系统发展趋势：网络化，智能化，模块化，多媒体技术。计算机系统发展趋势：网络化，智能化，模块化，多媒体技术。 1.3 1.3 计算机软件计算机软件 1. 1.软件：软件：程序程序和和数据数据。 2. 2.软件分类：软件分类： 1) 1)系统程序系统程序：各种服务程序，语言程序：各种服务程序，语言程序( (汇编、编译、解汇编、编译、解 释释) )，操作系统管理计算机硬件和软件资源，数据库操作系统管理计算机硬件和软件资源，数据库 管理系统。管理系统。 2) 2)应用程序应用程序：为解决某些问题而编制的程序。：为解决某些问题而编制的程序。 3. 3. 软件发展：软件发展： 手编程序手编程序汇编程序汇编程序算法语言算法语言( (编译、编译、解释解释) ) 目标程序目标程序( (目的程序，二进制程序目的程序，二进制程序) )：机器语言编写程序。机器语言编写程序。 机器能执行。机器能执行。 源程序：用算法语言编写的程序。机器不能执行。源程序：用算法语言编写的程序。机器不能执行。 1.41.4计算机系统层次结构计算机系统层次结构 1. 1.多级组成的计算机系统：多级组成的计算机系统：p16p16图图1.61.6, , 见计算机动画演示见计算机动画演示 ：一：一6. 6.计计 算机系统结构。算机系统结构。 (1)(1)若计算机是若计算机是微程序设计的计算机微程序设计的计算机, ,计算机系统是计算机系统是5 5级：级： 微程序设计级，一般机器级，操作系统级，汇编语言级微程序设计级，一般机器级，操作系统级，汇编语言级 ，高级语言级。，高级语言级。 (2)(2)若计算机是若计算机是布线逻辑设计的计算机布线逻辑设计的计算机, ,计算机系统是计算机系统是4 4级级 ： 一般机器级，操作系统级，汇编语言级，高级语言级。一般机器级，操作系统级，汇编语言级，高级语言级。 1.5 1.5 补充：补充：数制转换数制转换 1. 1.十进制数十进制数r r进制数（例如：进制数（例如：r=2,8,16):r=2,8,16): r= 2, 0, 1 r= 2, 0, 1 r= 8, 0, 1, 2, 3 , 4, 5, 6, 7 r= 8, 0, 1, 2, 3 , 4, 5, 6, 7 r=16, 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a,b,c,d,e,f r=16, 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a,b,c,d,e,f 方法：方法： 整数部分整数部分：把十进制整数，不断地用把十进制整数，不断地用r r除，余数法除，余数法 。 小数部分小数部分：把十进制小数，不断地用把十进制小数，不断地用r r乘，取整法乘，取整法 。 25.7525.75d=? d=? 2 25 2 25 1 1 8 25 8 25 1 1 16 25 16 25 9 9 2 12 2 12 0 0 8 3 8 3 3 3 16 16 1 1 1 1 2 6 2 6 0 0 0 0 0 0 2 3 2 3 1 1 2 1 2 1 1 1 0 0 25d=25d=1100111001b b 25d= 25d=3131qq 25d= 25d=1919hh 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 2 8 16 2 8 16 1 1.50 .50 6 6.00 .00 12 12.00 .00 2 2 1 1.00 .00 c c 0.75=0.11b b 0.75=0.6q 0.75=0.ch 25.75=25.75=11001.1111001.11b b 25.75= 25.75=31.631.6qq 25.75=25.75=19.c19.chh 2 2. .把任何一个把任何一个r r进制数如何转换成十进制数进制数如何转换成十进制数 ？ a a n-1n-1a a 0 0.a .a -1-1 a a-m -m n=an=an-1 n-1r rn-1 n-1+ +a + +a 1 1 r r 1 1 +a+a 0 0 r r0 0 +a +a-1 -1 r r-1 -1+a +a-m -mr r -m-m 例如：例如： 11.111.1b b= =1 1 2 2 1 1 + +1 1 2 2 0 0 + +1 1 2 2-1 -1=3.5 =3.5 11.111.1qq= = 1 1 8 8 1 1 + +1 1 8 8 0 0 + +1 1 8 8-1 -1=9.125 =9.125 11.111.1hh= = 1 1 1616 1 1 + +1 1 1616 0 0 + +1 1 1616-1 -1=17.0625 =17.0625 3. 3. 二进制数二进制数 和和 八进制，八进制，1616进制的转换方法：进制的转换方法： 3 3位二进制数可写成位二进制数可写成 4 4位二进制数可写成位二进制数可写成 一个八进制数字一个八进制数字 一个十六进制数字一个十六进制数字 000- 000-0 0 0000- 0000- 0 0 001 - 001 -1 1 0001- 0001- 1 1 010- 010- 2 2 011- 011-3 3 1001- 1001- 9 9 100- 100-4 4 1010- 1010- a a 101-101-5 5 1011 1011- b b 110-110-6 6 1100 1100- c c 111- 111- 7 7 1101 1101- d d 1110- 1110- e e 1111 1111- f f （1 1） 如何把一个二进制数转换成八进制数（或十六进制数）如何把一个二进制数转换成八进制数（或十六进制数） 以小数点为基准，以小数点为基准，整数部分的二进制数字整数部分的二进制数字，从最低位开始，从右，从最低位开始，从右 向左，向左，3 3位一组（十六进制为位一组（十六进制为4 4位），若最高位的组不满位），若最高位的组不满3 3位（或位（或4 4 位），在它的左面添位），在它的左面添0 0；小数部分二进制数字小数部分二进制数字，从小数最高位开，从小数最高位开 始，从左向右始，从左向右3 3位一组（或位一组（或4 4位），若最低位的组不满位），若最低位的组不满3 3位（或位（或4 4位位 ），在它的右面添），在它的右面添0 0。把每组的。把每组的3 3位（或位（或4 4位）二进制数写成一位位）二进制数写成一位 八进制（或八进制（或1616进制）数字即可。进制）数字即可。 例如例如: : 0 01111 011011. .11110 0 b b 0000001 1 10111011. .11110000 b b 3 3 . 63 3 . 6qq 1 b . c 1 b