计算机组成教案一(概论).doc

(一) 存储器是计算机中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据指定的位置存入和取出信息。（1） 按照用途来分：主存储器（内存）、辅助存储器（外存）内存：指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据就会丢失。内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。 内存（Memory）也被称为内存储器，其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。外存：通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。（2） 组成介质主要采用半导体器件和磁性材料。l 存储体：存放信息的实体最小单位为存储元，可以存储一个二进制代码。由若干的存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成存储体。存储体包含许多存储单元，每个存储单元可存放一个字节（按字节编址）。每个存储单元的位置都有一个编号，即地址，一般用十六进制表示。一个存储器中所有存储单元可存放数据的总和称为它的存储容量。刚刚提到的存储地址，如何根据存储地址找到存储单元，这就需要讲到存储器的另外一个部分，即寻址系统。l 寻址系统包括地址寄存器、译码器，主要功能是实现对存储单元地址的译码，找到所对应的存储单元。当CPU要访问存储器的时候，首先要把要访问的存储单元的地址送给地址寄存器，由地址寄存器把地址送到译码器进行译码，译码器经过译码后找到相应的存储单元，然后通过读写线路多该存储单元进行读写操作。l 读写线路和数据寄存器（解决实际意义上的数据信息的输入输出）读写线路主要是完成对存储单元的读写操作。数据寄存器主要是用来暂时存放要读出和写入的数据。eg：如何向存储单元写入一个数据，读出一个数据。l 控制线路从某种意义上讲，存储器的其他部件都是在控制线路的工作下来完成的，也就是说：在什么时候根据地址寄存器中的地址进行译码，找到相应的存储单元？在什么时候通过读写线路写入或读出数据？这些都是由控制线路完成的，因为存储器与CPU的工作速度不同，因此存储器需要有自己的时序线路来产生读/写时序，用存储器自身产生的读写信号来控制读写操作。（3） 讨论以上就是存储器的基本组成进行了简单的介绍，对于存储器这一部分的深入讨论我们主要放在第三章进行详细讲解。这一部分主要解决什么问题呢？我们首先来看一下：1、 讨论存储单元的读写原理也就是说怎么向存储单元写入或读取数据（0101的二进制代码），它的基本读写原理是什么？这是我们主要要了解的。2、 讨论存储器的逻辑设计这块是我们这门课程的重点之一，主要讨论如何把若干个存储芯片连接起来，组成一个计算机可以访问的存储器。这是我们需要深入学习掌握的。(二) 运算器设计运算器的初衷就是为了进行运算，包括美国的最早的人口普查、以及第二次世界大战时对导弹航程的计算等等，都需要计算，正是因为人们的这些需求，所以诞生了计算机，用它来进行各种运算处理。（1） 功能：计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作，亦称算术逻辑部件（ALU）。（2） 组成l ALU：通过加法器实现运算操作（由全加器求和，由进位链传递进位信号），它的核心就是一个加法器。加法器是怎么回事呢？我们来看下，将两个二进制数字相加，实际上是从两个层面上来实现的：一个求和，一个进位。举例子说明。所以我们说可以这样说算术逻辑运算部件的核心是加法器，而加法器由全加器求和，由进位链进位。l 通用寄存器组：向ALU提供操作数，并存放运算结果。它是由若干个通用寄存器组成，它们的功能主要是用来向ALU提供操作数，然后送往ALU进行处理，通过移位器送出，或者送回通用寄存器把结果存放起来。l 一对选择器：我们刚刚讲到了，通用寄存器是向ALU提供操作数，进行运算处理，那为什么还要在他们那之间加一对选择器呢？大家想想看。主要是因为，在运算处理过程中，ALU接受到的操作数并不是只来自两个固定的通用寄存器，而是在多个通用寄存器中进行选择符合指令要求的操作数来进行加工处理的，因此在通用寄存器和ALU之间需要有一对选择器，来对通用寄存器组来进行选择。这是其中的一个方面，一对选择器还有一个功能就是选择控制条件，来实现各种运算。我们刚刚讲到，ALU的核心部件就是加法器，而加法器只能进行加法求和运算，但是如果要进行减法、乘法等怎么办？怎么通过ALU来实现各种运算？这就要求我们对操作数进行一定转换。而这个转换就是通过一对选择器来实现的，也就是说通过选择器选择控制条件，来把这些运算转换成加法运算，最后通过ALU来实现运算处理。关于这个问题，我们来举个例子说明一下：对于处理后的结果，接下来怎么处理呢？这就要讲到移位器了。l 移位器：直接或者移位送出运算结果。（3） 讨论我们把运算器放在第二章进行详细的讨论，这章的主要内容是：几种典型的运算器组成几种主要的运算方法（定，浮）(三) 控制器控制器是计算机中发号施令的部件，它控制计算机各个部件有条不紊的进行工作。更具体讲，控制器的任务是从存储器，内存中取程序，加以分析然后执行某种操作。在了解控制器工作原理前我们首先得弄明白几个概念：我们之前讲过运算器只能进行简单的四则运算和逻辑运算，对于复杂的运算必须将它转换成简单的加法等基本操作，对于每一个基本操作，我们就称之为一条指令。而对于解决一个复杂问题转换后的一串指令，我们称之为程序。前面我们举过例子。有了指令的概念，接下来看下指令的具体结构：操作码+地址码构成。接下来看看控制器是如何控制计算机的各个部件工作的。计算机在进行计算时，指令必须按照一定的顺序一条一条地进行。控制器的基本任务就是按照计算程序所排的指令序列，先从存储器中取出一条指令放到控制器中，对该指令的操作码由译码器进行分析判别，然后根据指令性质，执行这条指令，进行相应的操作。接着从存储器中取第二条指令，第三条指令等等。计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。 (四) 输入/输出设备、适配器l 功能：进行信息的转换。l 适配器就是一个接口转换器，以保证外围设备用计算机系统特性所要求的形式发送或者接受信息。它可以是一个独立的硬件接口设备，允许硬件或电子接口与其它硬件或电子接口相连，也可以是信息接口。比如：电源适配器、三角架基座转接部件、USB与串口的转接设备等。以上是我们所讲的计算机的五大功能部件，我们知道了它们的具体功能后，有同学会问它们之间是怎么进行有机的工作的呢？这就提到了总线这个概念。(五) 总线总线是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。借组与总线的连接，计算机在各个系统功能部件之间实现地址、数据、控制信息的交换。(六) 计算机性能指标一台微型计算机功能的强弱或性能的好坏，不是由某项指标来决定的，而是由它的系统结构、指令系统、硬件组成、软件配置等多方面的因素综合决定的。但对于大多数普通用户来说，可以从以下几个指标来大体评价计算机的性能。 l 字长一般说来，计算机在同一时间内处理的一组二进制数称为一个计算机的“字”，而这组二进制数的位数就是“字长”。在其他指标相同时，字长越大计算机处理数据的速度就越快，计算机精度越高、指令功能越强。举例子，早期的微型计算机的字长一般是8位和16位。目前586（Pentium， Pentium Pro， Pentium，Pentium，Pentium 4）大多是32位，现在的大多装人都装64位的了。 l 内存储器的容量内存储器，也简称主存，是CPU可以直接访问的存储器，需要执行的程序与需要处理的数据就是存放在主存中的。内存储器容量的大小反映了计算机即时存储信息的能力。随着操作系统的升级，应用软件的不断丰富及其功能的不断扩展，人们对计算机内存容量的需求也不断提高。目前，运行Windows 95或Windows 98操作系统至少需要 16 M的内存容量，Windows XP则需要128 M，256M，512M，上G以上的内存容量。内存容量越大，系统功能就越强大，能处理的数据量就越庞大。 l 外存储器的容量外存储器容量通常是指硬盘容量（包括内置硬盘和移动硬盘）。外存储器容量越大，可存储的信息就越多，可安装的应用软件就越丰富。目前，硬盘容量一般为10 G至60 G，有的甚至已达到120 G。 l 运算速度运算速度是衡量计算机性能的一项重要指标。通常所说的计算机运算速度（平均运算速度），是指每秒钟所能执行的指令条数，一般用“百万条指令秒”（mips，Million Instruction Per Second）来描述。同一台计算机，执行不同的运算所需时间可能不同，因而对运算速度的描述常采用不同的方法。常用的有CPU时钟频率（主频：指的是数字脉冲在CPU中的震荡速度）、每秒平均执行指令数(ips)等。微型计算机一般采用主频来描述运算速度，例如，Pentium/133的主