计算机组成原理
计算机组成原理
习题1.11.1.1 超级计算机是用于运行大规模问题，并通常通过网络访问的计算机。
1.1.2 petabyte 是1510或502字节。
1.1.3 服务器是由成百上千处理器和若干terabyte 级内存组成的计算机。
1.1.4 虚拟世界是目前尚为科学幻想的应用，但是很有可能即将成为现实。
1.1.5 RAM 是一种称为随机访问内存的内存。
1.1.6 CPU 是一种称为中央处理器的计算机部件。
1.1.7 数据中心是上千个处理器形成的大集群。
1.1.8 多核处理器是在同一个芯片中含有几个处理器的微处理器。
1.1.9 低端服务器是没有显示器和键盘的桌面计算机，通常通过网络访问。
1.1.10 嵌入式计算机是当季最大的一类计算机，运行一个应用或一组相关的应用。
1.1.11 VHDL 是用于描述硬件部件的特殊语言。
1.1.12 桌面计算机是对单用户以低成本提供高性能的个人计算机。
1.1.13 编译程序讲高级语言语句翻译成汇编程序的程序。
1.1.14 汇编程序将符号指令翻译成二进制指令的程序。
1.1.15 Cobol 是商业数据处理用的高级语言。
1.1.16 机器语言是处理器能够理解的二进制语言。
1.1.17 指令是处理器能够理解的命令。
1.1.18 Fortran 是科学计算用的高级语言。
1.1.19 汇编语言是机器指令的符号语言。
1.1.20 操作系统是用户程序和硬件之间的接口，能提供许多服务和监视功能。
1.1.21 应用软件是用户开发的软件/程序。
1.1.22 位是二进制位（值为0或1）。
1.1.23 系统软件是应用软件和硬件之间的软件层，包括操作系统和编译程序。
1.1.24 C 语言是用于编写应用程序和系统软件的高级语言。
1.1.25 高级语言是由字和代数符号组成的可移值语言，在计算机中运行前必须翻译成汇编语言。
1.1.26 terabyte 是1210或402字节。
习题1.21.2.1一个彩色显示器中的每个像素由三种基本（红、绿、蓝）构成，每种基色用8位表示，分辨率为1280×800像素。
计算机组成原理-(完整版)
计算机组成原理-完整版前言计算机组成原理是计算机科学中最基础的课程之一，它主要研究计算机系统的各个组成部分的原理和关系。
它是计算机科学中最基础的课程之一，也是理解其他计算机科学领域的必备基础。
本文将介绍计算机组成原理中涉及的各个方面，从处理器到内存，再到输入输出系统，以及操作系统和应用层，详细解释它们的工作原理和相互关系。
此外，我们还将介绍一些实际的例子，以帮助读者更好地理解这些概念。
计算机硬件组成处理器处理器是计算机的大脑，它是计算机中最为关键的部分之一。
处理器的任务是执行指令，它通过解码指令，再根据指令来执行相应的操作。
处理器包括控制单元和算术逻辑单元两部分。
控制单元是处理器的主控制中心，它决定了处理器要执行的操作，以及操作的顺序。
由于处理器的速度非常快，因此它能够在一个时钟周期内执行多个操作。
算术逻辑单元（ALU）则用于执行运算操作，例如加减乘除、位移等。
ALU从寄存器中读取数据，并根据指令进行相应的计算和操作。
存储器存储器用于存储计算机中的数据和指令。
存储器被分为两种类型：内存和外存。
内存是指计算机中直接可访问的存储，例如DRAM。
它是用于临时存储程序和数据的地方。
内存的访问速度非常快，但只能存储有限的数据量。
外存则是指计算机中不直接可访问的存储，例如硬盘。
它用于长期存储数据和程序。
虽然外存的访问速度相对较慢，但它能够存储大量的数据和程序。
输入输出设备输入输出设备是与计算机交互的途径，例如键盘、鼠标和显示器等。
输入设备用于将数据输入到计算机中，输出设备则用于从计算机中输出数据。
计算机系统架构冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是计算机系统的经典架构，它由储存器、算术逻辑单元、控制单元和输入输出设备组成。
程序存储在内存中，并通过控制单元来控制执行。
该体系结构具有良好的扩展性和通用性，适用于大多数计算机系统。
哈佛体系结构哈佛体系结构是一种采用不同存储器分别用于程序和数据存储的计算机系统。
计算机组成原理(本全)课件
目录
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出(I/O)系统 • 计算机的体系结构 • 计算机的软件系统
01 计算机系统概述
计算机的发展历程
第一代计算机
电子管计算机，20世纪40年代 中期至50年代末期，主要用于
军事和科学研究领域。
CPU每个时钟周期执行的指令数，是 衡量CPU性能的重要指标。
03 存储器系统
存储器的分类和作用
分类
根据存储器的功能和位置，可以分为内存和外存两大类。内存是计算机内部存储器，用 于存放运算数据和程序代码；外存则是计算机外部存储器，用于长期保存大量数据和程
序。
作用
存储器是计算机的重要组成部分，它负责存储程序运行过程中所需的数据、指令等信息 ，使得CPU能够快速、准确地读取和写入数据，从而完成程序的执行。
软件系统
包括系统软件和应用软件两大类。
操作系统
是计算机的软件系统中最基本、最重要的部分，负责 管理和调度计算机的软硬件资源。
计算机的工作原理
二进制数制
计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。
指令和程序
计算机按照程序中预定的指令序列进行自动执 行。
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部，根据指令从存储器中取出数据和指令进行运 算和传输。
内存的工作原理和组织结构
工作原理
内存由多个存储单元组成，每个单元可以存储一个二进制数 。当CPU需要读取或写入数据时，会通过地址总线发送地址 信号，内存控制器根据地址信号找到对应的存储单元，完成 数据的读取或写入操作。
组织结构
内存的组织结构通常采用线性编址方式，即将内存单元按照 一定顺序排列，每个单元都有一个唯一的地址。内存的容量 大小由地址总线的位数决定，地址总线位数越多，可访问的 内存单元数量就越多。
计算机组成原理
第一章：1、存储程序概念（1946.6）：计算机应由运算器、存储器控制器输入设备和输出设备组成；计算机内部采用二进制来表示指令和数据；存储的基本定义：将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作。
计算机的主要部件：输入设备，输出设备，存储器，运算器，控制器。
，2，计算机的各大基本部件之间是用总线（Bas）连接起来的。
3总线电路由三态门组成。
逻辑“0”，逻辑“1”和浮空状态。
地址总线是单向总线，数据总线是双向总线。
4、一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。
二进制（B）、八进制（Q）、十进制（D）、十六进制（H）4、将十进制数100.25转换成段浮点数格式解；1，把十进制数转换成为二进制数（100.25）10 = （11001100.01）22，规格化二进制数1100100.01= 11001100.01 * 2^63，计算出阶码的移码（偏置值+阶码真值）111111+110=100001014，以段浮点数格式存储该数以为，符号位=0阶码=10000101尾数=100100010000 0000 0000 0000所以段浮点数的代码为：0；10000101；100100010000 0000 0000 0000表示为十六进制的代码：42C88000H。
5、把段浮点数C1C90000H转换成为十六进制数解；1，将十六进制代码写成二进制形式，并分离出符号位阶码和尾数。
C1C90000H=1100001110010000 0000 0000 0000所以，符号位=1阶码 = 10000011尾数=10010010000 0000 0000 00002，计算出阶码真值（移码减去偏置值）10000011-1111111=1003，以规格化二进制数形式写出此数1.1001001 X 2的4次方4，写成非规格化二进制数形式。
1001.0015，转换成十进制数，并加上符号位（11001.001）底2 ==（25.125）底10所以，该浮点数=-25.1256、字符串的存放：字符串是指一串连续的字符。
计算机组成原理(本全PPT)
用作固件存储，如BIOS、固件等。
外存储器
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
分类
机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。
外存储器
应用
作为计算机的主要存储设备。
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
外存储器
分类
CD、DVD和蓝光光盘等。
应用
用于数据备份和存储。
高速缓存(Cache)
址和控制信号。
总线按照传输信号类型可以分为 数据总线、地址总线和控制总线。
总线按照连接部件可以分为内部 总线和外部总线，内部总线连接 计算机内部各部件，外部总线连
接计算机与外部设备。
主板的结构与功能
主板的结构包括
处理器插座、内存插槽、扩展插槽、硬盘接口、电源接 口等。
主板的功能包括
提供各部件之间的连接，实现数据传输和控制信号传递 ；保障系统的稳定性和可靠性；提供系统扩展能力。
I/O数据传输方式
优点
CPU可以执行其他任务，适用于高速I/O 设备。
VS
缺点
需要设置中断控制器，实现起来较为复杂 。
I/O数据传输方式
优点
CPU不直接参与数据传输，适用于大数据块 传输。
缺点
需要设置DMA控制器，成本较高。
I/O设备控制方式
要点一
优点
简单、易于实现。
要点二
缺点
CPU效率低下，适用于慢速I/O设备。
计算机组成原理(本全ppt)
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出系统(I/O) • 总线与主板 • 计算机系统性能评价与优化
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
计算机组成原理
计算机组成原理计算机组成原理是指计算机硬件和软件的组成以及它们之间的工作原理。
计算机硬件主要包括中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备和总线等。
计算机软件则由系统软件和应用软件组成。
在计算机中，中央处理器是计算机的核心，它负责执行计算机程序中的指令。
中央处理器由控制器和运算器组成。
控制器用于解码和执行指令，而运算器用于进行数据运算。
存储器用于存储数据和指令，其主要有两种类型：主存储器和辅助存储器。
主存储器一般是随机存取存储器(RAM)，用于存储当前正在执行的程序和数据。
辅助存储器一般是固态硬盘(SSD)或磁盘，用于长期存储数据和程序。
输入输出设备负责将数据和指令输入计算机，并将计算结果输出到外部设备或显示器上。
常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪，而输出设备有显示器、打印机和音频设备等。
总线是计算机各个组件之间进行通信的路径。
总线分为地址总线、数据总线和控制总线。
地址总线用于指示存储器或I/O设备的地址，数据总线用于传输数据，而控制总线用于传输与控制操作有关的信息。
系统软件是计算机操作系统的核心部分，它管理计算机的资源和提供用户与计算机硬件之间的接口。
应用软件则是由用户使用的各种程序，如办公软件、图像处理软件和游戏等。
在计算机工作原理方面，计算机是按照指令的顺序执行程序的。
计算机从存储器中读取指令和数据，存储在寄存器中，并通过总线传递信息。
控制器解码指令并控制算术逻辑单元(ALU)进行数据运算。
运算结果再存储在寄存器中，最后输出到输出设备或存储器中。
总之，计算机组成原理是计算机硬件和软件的组成和工作原理的总称。
通过了解计算机的组成和工作原理，可以更好地理解计算机的工作方式，从而进行计算机系统的设计和优化。
计算机组成原理 大纲
计算机组成原理大纲
一、计算机组成原理概述
1. 计算机组成原理的定义和目标
2. 计算机的基本组成部分和功能
二、数字电路基础
1. 逻辑门和布尔代数
2. 组合逻辑电路和时序逻辑电路
三、数字系统与算术运算
1. 进位制和数字编码
2. 布尔代数运算和逻辑运算
3. 二进制加法器和减法器
4. 乘法器和除法器
四、存储器和存储系统
1. 存储器层次结构
2. RAM和ROM存储器
3. 高速缓存和虚拟存储器
五、指令集体系结构
1. CISC和RISC体系结构
2. 数据表示方法和指令格式
3. 寻址方式和数据处理指令
六、中央处理单元（CPU）
1. 控制单元和存储器单元
2. 指令执行过程和数据通路
3. 流水线技术和乱序执行
七、输入输出系统
1. 输入输出设备和接口
2. 数据传输和数据交换方式
3. 中断和异常处理
八、总线和通信
1. 总线的基本概念和分类
2. 总线传输方式和时序控制
3. 总线错误控制和总线仲裁
九、计算机性能评价和优化
1. 计算机性能指标
2. 提高计算机性能的方法
3. 并行计算和分布式计算
十、计算机安全与可靠性
1. 计算机系统的安全威胁
2. 安全措施和安全策略
3. 可靠性评估和故障处理。
计算机组成原理
计算机组成原理一、选择1、数的大小2、存储单元存储单元一般应具有存储数据和读写数据的功能，一般以8位二进制作为一个存储单元，也就是一个字节。
每个单元有一个地址，是一个整数编码可以表示为二进制整数。
程序中的变量与主存储器的存储单元相对应。
变量的名字对应存储单元的地址，变量的内容对应单元所存储的数据。
3、冯.诺依曼体系结构以二进制的形式将程序存放到存储器中，控制器依据存储器的程序来控制全机协调地完成计算任务。
存储程序并按地址顺序执行，这就是冯诺依曼型计算机的体系结构，该结构由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成。
4、寻址范围存储器的容量=存储字长*存储单位5、CPU模型中各器件的功能控制器：（1）从指令cache中取出一条指令，并指出下一条指令在指令cache中的位置。
（2）对指令进行译码或测试，并产生相应的操作和控制信号，以便启动规定的动作。
（3）指挥并控制CPU、数据cache和输入/输出设备之间数据流动的方向。
运算器：（1）执行所有的算术运算。
（2）执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试。
存储器：（1）数据缓冲寄存器（DR）①作为ALU运算结果和通用存储器之间信息传送中时间上的缓冲。
②补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。
（2）指令寄存器（IR）用来保存当前正在执行的一条指令。
（3）程序计数器（PC）保证程序能够连续地执行下去。
（4）数据地址寄存器（AR）用来保存当前CPU所访问的数据cache存储器中（简称数存）单元的地址。
（5）通用寄存器(R0__R3)通用寄存器共4个，当算术逻辑单元（ALU）执行算数或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。
（6）状态字寄存器（PSW）保存由算数指令和逻辑指令运算或测试结果建立的各种条件代码。
6、指令的分类数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、程序控制指令、输入输出指令、字符串处理指令、特权指令、其他指令7、指令周期的含义指令周期是指取出一条指令并执行这条指令的时间。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
计算机组成技术原理
1.21
现代电子计算机的发展
电子管计算机 (1946—1958) 晶体管计算机 (1958—1965) 集成电路计算机 (1965—1970) 超大规模集成 电路计算机 (1970—至今 至今) 至今
计算机组成技术原理
用机器语言、 用机器语言、汇编语言编写程 用于军事和国防尖端技术 开始使用高级语言 开始用于工程技术、 开始用于工程技术、数据处理和 其它科学领域 采用微程序、流水线等技术， 采用微程序、流水线等技术， 提高运行速度 出现操作系统、 出现操作系统、诊断程序等软件 采用半导体存储器 采用图形界面操作系统 器件速度更快, 软件、 器件速度更快 软件、外设更加丰富 主 要 特 点
计算机组成原理
主讲 邓 革 王晓品
自我介绍
姓 电 名：邓 革 话：87818093 15:00－ 15:00－17:00 15:00－ 15:00－17:00 星期四
办公地点： 办公地点：电子系 答疑时间： 答疑时间：星期二
E-mail： dg@ ：
计算机组成技术原理
1.2
下载课件
计算机组成技术原理
1.6
课程内容
第1章 绪 论 章 第2章 电子计算机的基本结构 章 第3章 电子计算机中信息的表示与运算 章 第4章 处理器 章 5章 第5章 总线技术 第6章 存储系统 章 第7章 8086/8088汇编语言程序设计 章 汇编语言程序设计 第8章 输入 输出接口与中断系统 章 输入/输出接口与中断系统 第9章 计算机外部设备 章
1.22
现代电子计算机的发展
第五代计算机 ？
计算机组成技术原理
1.23
第5代计算机的特点
智能计算机？ 智能计算机？
具有各种类型的专家系统组成的知识库： 具有各种类型的专家系统组成的知识库： 理解、 具有理解 联想、推理、学习、 具有理解、联想、推理、学习、判断和 决策能力 能力？ 决策能力？
计算机组成技术原理
计算机组成技术原理
1.28
1.2 微处理器与微型电子计算机的产生与发展 第四代（ 第四代（1984- ） 32位的微处理器和微型电子计算机 位的微处理器和微型电子计算机 代表机型： 代表机型： Motorola MC68020 Intel 80386, 486, Pentium X IBM PowerPC
ftp:///或 ftp:///或 ftp://172.16.3.240 帐号和密码都是: 帐号和密码都是:kjdown 找到电子系 在目录“邓革” 在目录“邓革” 下载相应的课件
计算机组成技术原理
1.3
课程介绍
课程名称： 计算机组成原理》 课程名称：《计算机组成原理》 课程代码： 课程代码：LM1001 课程学时： 课程学时：68 学 分：4 课程性质： 课程性质：专业基础 先修课程： 先修课程：数字电路与逻辑设计 同修课程： 同修课程：无
计算机组成技术原理
1.29
1.2 微处理器与微型电子计算机的产生与发展 摩尔定律 Moore’s Law 每18个月微处理器内部的晶体管数量扩大 个月微处理器内部的晶体管数量扩大 一倍，计算机的性能将翻一番， 一倍，计算机的性能将翻一番，而芯片的 价格保持事业的发展历程 1956年 1956年，“12年科技发展规划”。同年， 12年科技发展规划” 同年， 年科技发展规划 哈工大、清华大学创建“计算机专业” 哈工大、清华大学创建“计算机专业” 1973年，中国第一台百万次集成电路电子 1973年 计算机“150机 计算机“150机”研制成功 1983年 银河I号巨型计算机研制成功， 1983年，银河I号巨型计算机研制成功，运 算次数达到每秒1 算次数达到每秒1亿次 1984年 第一台国产16位微机---长城0520 1984年，第一台国产16位微机---长城0520 16位微机---长城 正式推出
计算机组成技术原理
1.9
第1章 绪论
1. 1 电子计算机的产生与发展 1. 2 微处理器与微型计算机的产生与发展 1. 3 中国电子计算机事业的发展历程 1. 4 电子计算机的应用
计算机组成技术原理
1.10
1.1电子计算机的产生与发展 1.1电子计算机的产生与发展 计算工具扩展并延伸了人脑的功能 手动计算工具： 手动计算工具：算盘 机械式计算工具： 机械式计算工具：手摇台式计算机
诺依曼是20世纪 冯·诺依曼是 世纪 诺依曼是 最伟大的全才之一
计算机组成技术原理
1.16
现代电子计算机的发展
第一代计算机（1946-1958） 第一代计算机（1946-1958）电子管时代 ENIAC（ ENIAC（Electronic Numerical Calculator） Integrator and Calculator） EDVAC（Electronic Discrete Variable EDVAC（ Computer） Automatic Computer） 运算速度：每秒几千次。 运算速度：每秒几千次。 1954年 1954年，第1个高级程序设计语言Fortran问 个高级程序设计语言Fortran问 Fortran 世
计算机组成技术原理
1.20
现代电子计算机的发展
第四代计算机（1970第四代计算机（1970代 ）大规模集成电路时
现代计算机技术基本成熟，并行计算机 现代计算机技术基本成熟， 得到广泛的重视。 得到广泛的重视。 基于向量并行处理技术的Cray基于向量并行处理技术的Cray-1是人类 Cray 首次获得每秒1亿次的运算速度。 首次获得每秒1亿次的运算速度。 微处理器和微型计算机问世。 微处理器和微型计算机问世。
1. 1642年，法数学家Pascal 始创 1642年 法数学家Pascal
1673年 德数学家Leibnitz 2. 1673年，德数学家Leibnitz 改进 1812年 英数学家Babbage 3. 1812年，英数学家Babbage 差分机 机电式计算工具：1944年IBM公司MARK 机电式计算工具：1944年IBM公司MARK 公司 I(电动 齿轮、继电器构成) 电动、 I(电动、齿轮、继电器构成)
计算机组成技术原理
1.19
现代电子计算机的发展
第三代计算机（1965-1970） 第三代计算机（1965-1970）集成电路时代 集成电路(Integrated IC)代替 集成电路(Integrated Circuits, IC)代替 分立元件。 分立元件。 IBM System 360 系列机问世。 系列机问世。 操作系统( Operating System )日益成熟。 )日益成熟 日益成熟。 操作系统( 磁芯存储器。 半导体存储器 开始替代 磁芯存储器。 小型计算机走进市场。 小型计算机走进市场。 计算机的运算速度最高可达： 计算机的运算速度最高可达：几千万次每秒
计算机组成技术原理
1.11
1.1电子计算机的产生与发展 1.1电子计算机的产生与发展
早期的计算机器
古老的计算工具—算盘 古老的计算工具 算盘 帕斯卡的加法机 巴贝奇差分机
莱布尼兹的演算机 计算机组成技术原理
1.12
巴贝奇分析机
现代电子计算机的发展
第一代计算机： 第一代计算机：电子管计算机 第二代计算机： 第二代计算机：晶体管计算机 第三代计算机： 第三代计算机：集成电路计算机 第四代计算机： 第四代计算机：大规模集成电路计算机
教材： 教材：
计算机组成技术教程》 编著， 《计算机组成技术教程》，李 东、黄庆成 编著， 电子工业出 版社， 版社，2009.10
参考书： 参考书：
唐硕飞主编，高等教育出版社， 《计算机组成原理 》，唐硕飞主编，高等教育出版社，2008.1 微机原理与接口技术》 ），朱晓华等编著 朱晓华等编著， 《微机原理与接口技术》（第2版），朱晓华等编著，电子工 业出版社， 业出版社，2008.5 微机原理、汇编语言及接口技术》 周杰英等编， 《微机原理、汇编语言及接口技术》，周杰英等编，人民邮电 出版社， 出版社，2011.3
1.24
第5代计算机的特点
计算机未来发展方向
网络化 智能化 新材料技术
计算机组成技术原理
1.25
1.2 微处理器与微型电子计算机的产生与发展 第一代（ 第一代（1971-1972） ） 4位的微处理器和微型电子计算机 位的微处理器和微型电子计算机 开山之作：Intel 4004 开山之作： 通用微处理器： 通用微处理器：Intel 4040
计算机组成技术原理
1.4
本课程的性质、 本课程的性质、地位和作用
《计算机组成原理》课程是电子、计算机、 计算机组成原理》课程是电子、计算机、 自动控制与通信专业学生的必修课程， 自动控制与通信专业学生的必修课程，是一门理 论和实践都很强的课程。理解计算机的体系结构， 论和实践都很强的课程。理解计算机的体系结构， 从计算机系统的角度进一步加强对计算机整机概 念的理解， 念的理解，为后续的专业课程的学习以及日后的 求职做好铺垫。 求职做好铺垫。
计算机组成技术原理
1.26
1.2 微处理器与微型电子计算机的产生与发展 第二代（ 第二代（1972-1977） ） 8位的微处理器和微型电子计算机 位的微处理器和微型电子计算机 代表机型： 代表机型： Intel 8008 ， 8080 Motorola M6800 ，6809 Zilog Z80
计算机组成技术原理
1.15
两位杰出的计算机科学家
1944年到1945年间，冯·诺依曼主持设计了 EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)方案，它明确了计算机由五个部分组 成，包括：运算器、逻辑控制装置、存储器、输 入和输出设备，并描述了这五部分的职能和相互 关系。 1946年，冯·诺依曼和戈尔德斯廷、勃克斯等人 在EDVAC方案的基础上，提出了《电子计算机 逻辑设计初探》的设计报告，标志着电子计算机 时代的真正开始。