第01章 计算机系统概论.ppt

1、第一章 计算机系统概论,1.1 计算机的语言 1.2 计算机的硬件 1.3 计算机系统的层次结构 1.4 电子计算机的发展简史 1.5 计算机的应用,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,2,2020年10月2日星期五,本章学习目标,了解计算机发展历史、分类、应用领域； 初步了解计算机系统的层次结构； 熟悉冯诺依曼体系结构及其特点； 熟悉计算机硬件系统的组成。,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,3,2020年10月2日星期五,计算机系统构成,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,4,2020年10月2日星期五,1.1 计算机的语言 机器语言与机器指令,机器语言与机器指令 由二进制形式

2、的机器指令组成的语言 机器指令的格式：（详见P128） 操作码：规定指令的操作或运算 操作数（地址码）：操作或运算的对象或其地址，一条指令中可以有0个或多个。 指令集：所有机器指令的集合。,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,5,2020年10月2日星期五,1.1 计算机的语言 汇编语言,汇编语言 汇编语言为每条二进制机器指令规定了助记符，方便记忆与使用。 汇编语言源程序由指令助记符及其它符号组成。 汇编：将汇编语言源程序翻译为二进制机器语言程序的过程。,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,6,2020年10月2日星期五,1.1 计算机的语言 高级语言,高级语言： 能被计算机理解并尽量

3、接近自然语言的计算机语言。 常用计算机高级语言： Ada、ALGOL、BASIC、C、C+、C#、COBOL、LISP、JAVA、PASCAL、PROLOG等。,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,7,2020年10月2日星期五,1.1 计算机的语言 高级语言,高级语言： 高级语言的翻译： 计算机高级语言源程序必须翻译为机器语言才能执行。 编译型高级语言： 如C+。 解释型高级语言： 如JAVA。,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,8,2020年10月2日星期五,1.2 计算机的硬件 硬件系统结构,运 算 器,控 制 器,外存储器,主存储器,高速缓存,输入设备,输出设备,I/O接 口

4、,I/O接口,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,9,2020年10月2日星期五,1.2 计算机的硬件 CPU,中央处理器CPU CPU由运算器与控制器组成，是计算机系统的核心。 运算器： 对信息或数据进行处理和运算的部件。 算术及逻辑运算部件ALU 控制器： 实现计算机运行过程的自动化，即程序的自动执行。,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,10,2020年10月2日星期五,1.2 计算机的硬件 存储器,存储器 用于存放程序与数据，是计算机中各种信息存储和交流的中心。 存储器分类： 主存储器（内存）与辅助存储器（外存） 随机存储器RAM与只读存储器ROM 存储器编址：存储单元的编号

5、定长、顺序、线性（一维）、唯一,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,11,2020年10月2日星期五,1.2 计算机的硬件 I/O设备,I/O设备 输入设备： 将外部数据转化为计算机可以处理的（二进制）形式，并输入到计算机。 键盘、鼠标、扫描仪、话筒、手写板、摄像头、触摸屏等 输出设备： 以各种形式输出计算机的处理结果，如数值、文本、图形、声音等。 显示器、打印机、绘图仪、投影仪、音箱等,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,12,2020年10月2日星期五,1.2 计算机的硬件 总线,总线BUS 计算机内部信号类型： 地址信号：内存或I/O端口的地址 数据信号：传送的数据 控制信号：控

6、制各部件完成指定的操作 总线BUS： 计算机部件与部件之间传输信息的公共通路，它能分时地发送和接收各部件的信息。 总线分类：地址总线、数据总线、控制总线,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,13,2020年10月2日星期五,1.2 计算机的硬件 微机硬件结构图,微机硬件结构图,接口电路,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,14,2020年10月2日星期五,1.3 计算机系统的层次结构 解题过程,现代计算机的解题过程 用户用高级语言编写程序，连同数据一起送入计算机； 由计算机将源程序翻译成机器语言程序（目标程序）； 运行目标程序，输出结果。,源程序,目标程序,计算机组成原理 第一章 计算

7、机系统概论,15,2020年10月2日星期五,1.3 计算机系统的层次结构 层次结构,高级语言虚拟机器的层次结构 虚拟机器M3： 高级语言机器，运行高级语言程序。 虚拟机器M2： 汇编语言或中间语言机器，运行汇编语言程序或中间语言程序。 实际机器M1： 机器语言机器（硬件裸机），运行可执行的二进制机器语言代码。,汇编语言或中间语言程序,机器语言程序,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,16,2020年10月2日星期五,1.4 电子计算机的发展简史 诞生,计算机的诞生 ENIAC：电子数字积分器和计算机 1946年由宾夕法尼亚大学研制成功 最早问世的电子数字计算机 EDVAC（Electro

8、nic Discrete Variable Automatic Computer 电子离散变量计算机） 由冯诺依曼(Von Neumann)与莫尔小组合作提出的计算机构想。,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,17,2020年10月2日星期五,1.4 电子计算机的发展简史 冯诺依曼计算机框图,冯诺依曼计算机模型 冯诺依曼计算机模型组成框图,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,18,2020年10月2日星期五,1.4 电子计算机的发展简史 冯诺依曼计算机特点,冯诺依曼计算机模型：特点 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。 采用存储程序的方式，程序与数据存储在同一

9、个存储器中，程序也可以修改。 指令通常按照在存储器中的存储顺序执行，程序分支由转移指令实现。 数据以二进制码表示。 指令由操作码和操作数（地址码）组成。 机器以运算器为中心。 运算器、存储器、I/O设备的操作以及它们之间的联系都由控制器集中控制。,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,19,2020年10月2日星期五,1.4 电子计算机的发展简史 冯诺依曼计算机的改进,冯诺依曼计算机模型：改进 技术的发展和新应用领域的开拓，促进了计算机模型的改进。 改进后的计算机模型基本原理变化不大，仍然称为冯诺依曼计算机。 程序与数据存放在不同的存储器。 程序不允许修改。 以存储器为中心。 程序并行执行

10、,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,20,2020年10月2日星期五,1.4 电子计算机的发展简史 计算机的发展,电子计算机的发展历史 计算机发展的四个阶段（以物理器件划分）： 第一代：电子管计算机时代 时间：1946 1950年代后期 采用电子管作为基本器件 第二代：晶体管计算机时代 时间：1950年代中期 1960年代后期 采用晶体管做为基本器件 第三代：集成电路计算机时代 时间：1960年代中期 1970年代早期 以集成电路作为基本器件,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,21,2020年10月2日星期五,1.4 电子计算机的发展简史 计算机的发展,电子计算机的发展历史 第四代

11、：大规模集成电路计算机时代 时间：1970年代初至今 采用大规模或超大规模集成电路作为基本器件 电子计算机的发展趋势 集成度更高 体积更小、功耗更低 速度更快、更可靠 性能更高、价格更低,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,22,2020年10月2日星期五,1.4 电子计算机的发展简史 计算机的分类,电子计算机的分类 巨型机 大型机 小型机 微型机 最早的微机MCS-4：1971年，采用Intel4004CPU IBM PC及其兼容机系列 Apple Macintosh系列机 IBM PS/2系列 工程工作站 联机系统与计算机网络,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,23,2020年10月2日星期五,1.5 计算机的应用,科学计算 最早的应用领域 如：天气预报、天文学计算、高能物理计算 特点：计算量大、数值变化范围大 数据处理 目前范围最广的应用领域： 如财务管理、酒店预定、办公自动化 特点：I/O数据量大、计算简单,计算机组成原理 第一章 计算机系统概论,24,2020年10月2日星期五,1.5 计算机的应用,计算机控