计算机组成原理第一章

计算机组成原理第一章1.1计算机系统简介由具有各类特殊功能的信息（程序）组成1.计算机系统计算机系统计算机的实体如主机、外设等一、计算机软、硬件的概念硬件软件第2页,共29页，2024年2月25日，星期天按任务需要编制成的各种程序用来管理整个计算机系统系统软件应用软件语言处理程序操作系统服务性程序数据库管理系统网络软件软件1.1第3页,共29页，2024年2月25日，星期天计算机高级语言程序目标程序结果翻译运行1.12.计算机的解题过程第4页,共29页，2024年2月25日，星期天二、计算机系统的层次结构高级语言虚拟机器M3汇编语言虚拟机器M2操作系统虚拟机器机器语言实际机器M1微指令系统微程序机器M01.1第5页,共29页，2024年2月25日，星期天用编译程序翻译成汇编语言程序用汇编程序翻译成机器语言程序用机器语言解释操作系统用微指令解释机器指令由硬件直接执行微指令软件硬件1.1虚拟机器M4虚拟机器M3虚拟机器M2实际机器M1微程序机器M0第6页,共29页，2024年2月25日，星期天程序员所见到的计算机系统的属性概念性的结构与功能特性计算机体系结构计算机组成实现计算机体系结构所体现的属性有无乘法指令如何实现乘法指令（指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理）（具体指令的实现）1.1三、计算机体系结构和计算机组成第7页,共29页，2024年2月25日，星期天1.2计算机的基本组成1.计算机由五大部件组成3.指令和数据用二进制表示4.指令由操作码和地址码组成6.以运算器为中心2.

指令和数据以同等地位存于存储器

可按地址寻访5.存储程序一、冯·诺依曼计算机的特点5.存储程序第8页,共29页，2024年2月25日，星期天算术运算逻辑运算存放数据和程序将信息转换成机器能识别的形式将结果转换成人们熟悉的形式指挥程序运行1.2冯·诺依曼计算机硬件框图存储器输入设备运算器控制器输出设备第9页,共29页，2024年2月25日，星期天1.2冯·诺依曼计算机硬件框图存储器输入设备运算器控制器输出设备第10页,共29页，2024年2月25日，星期天二、计算机硬件框图1.21.以存储器为中心的计算机硬件框图程序存储器输出设备输入设备运算器控制器数据结果计算第11页,共29页，2024年2月25日，星期天ALU主存辅存CPU主机I/O硬件CU2.现代计算机硬件框图存储器输入设备运算器输出设备控制器1.2ALUCPU主机I/OCU主存第12页,共29页，2024年2月25日，星期天1.上机前的准备建立数学模型-+-+-=!x9!x7!x5!x3xx9753sin…编制解题程序确定计算方法程序—运算的全部步骤0,1,2,)()(21nynxynx=+=√…指令—每一个步骤1.2三、计算机的工作步骤第13页,共29页，2024年2月25日，星期天取x

至运算器中乘以x

在运算器中乘以a在运算器中存ax2在存储器中取b至运算器中乘以x

在运算器中加ax2

在运算器中加c在运算器中=(ax+b)x+c取x

至运算器中乘以a在运算器中加b在运算器中乘以x

在运算器中加c在运算器中计算ax2+bx+c1.2编程举例第14页,共29页，2024年2月25日，星期天0000010000001000打印

停机取数α[α]ACC存数β[ACC]

β加γ[ACC]+[γ]

ACC乘δ[ACC]×[δ]ACC指令格式举例1.2操作码地址码

[

]打印机第15页,共29页，2024年2月25日，星期天指令和数据存于主存单元的地址指令注释操作码地址码00000010000001000取数x至ACC10001000000001001乘a得ax存于ACC中20000110000001010加b得ax+b,存于ACC中30001000000001000乘x得（ax+b)x,存于ACC中40000110000001011加c得ax2+bx+c,存于ACC50000100000001100将ax2+bx+c存于主存单元60001010000001100打印7000110停机8

x原始数据x9

a原始数据a10

b原始数据b11

c原始数据c12存放结果1.2计算ax2+bx+c程序清单第16页,共29页，2024年2月25日，星期天ACCMQX2.计算机的解题过程(1)运算器的基本组成及操作过程1.2运算器MQACCALUX被加数被减数被除数乘数商加数减数被乘数除数加法减法乘法除法和差余数乘积高位乘积低位第17页,共29页，2024年2月25日，星期天运算器MQACCALUXACC被加数ACC初态①加法操作过程1.2[ACC]+[X]ALU[M]XXACCACC指令加M第18页,共29页，2024年2月25日，星期天1.2②减法操作过程运算器MQACCALUX指令减MACC被减数ACC初态[M]XX[ACC]-[X]ALUACCACC第19页,共29页，2024年2月25日，星期天运算器MQACCALUXACCACC被乘数初态1.2ACCMQ[M]MQ指令乘M③乘法操作过程X[ACC]X00ACCALU[X]×[MQ]ACC∥MQACCMQ第20页,共29页，2024年2月25日，星期天运算器MQACCALUXACC被除数ACC初态1.2[ACC]÷[X]ALUMQACCMQ余数在ACC中指令除M[M]

XX④除法操作过程第21页,共29页，2024年2月25日，星期天存储体大楼存储单元存放一串二进制代码存储字存储单元中二进制代码的组合存储字长存储单元中二进制代码的位数每个存储单元赋予一个地址号按地址寻访–存储单元–存储元件（0/1）–

房间–

床位（无人/

有人）(2)存储器的基本组成1.2主存储器存储体MARMDR第22页,共29页，2024年2月25日，星期天MARMDR存储单元个数

16存储字长

8

设MAR

=

4

位

MDR

=

8

位1.2存储器地址寄存器反映存储单元的个数存储器数据寄存器反映存储字长(2)存储器的基本组成主存储器存储体MARMDR第23页,共29页，2024年2月25日，星期天取指令分析指令执行指令PCIRCUPCIRCU取指执行PC存放当前欲执行指令的地址具有计数功能（PC）+

1PCIR存放当前欲执行的指令访存访存完成一条指令1.2(3)控制器的基本组成第24页,共29页，2024年2月25日，星期天12356789以取数指令为例4(4)主机完成一条指令的过程1.2CU控制单元主存储器MDRMAR存储体CPUPC控制器IR…运算器MQACCALUXI/O第25页,共29页，2024年2月25日，星期天12356798以存数指令为例41.2CU控制单元主存储器MDRMAR存储体CPUPC控制器IR…运算器MQACCALUXI/O(4)主机完成一条指令的过程第26页,共29页，2024年2月25日，星期天(5)ax2+bx+c程序的运行过程将程序通过输入设备送至计算机程序首地址打印结果分析指令取指令…停机启动程序运行,(PC

)+

1PC执行指令

1.2MARMMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)MARMMDRACCPC第27页,共29页，2024年2月25日，星期天1.3计算机硬件的主要技术指标1.机器字长2.运算速度CPU

一次能处理数据的位数与

CPU

中的

寄存器位数

有关=ni

=1fi

tiTM∑吉普森法主频每秒执行百万条指令MIPS执行一条指令所需时钟周期数CPI每秒浮点运算次数FLOPS第28页,共29页，2024年2月25日，星期天2