计算机组成原理-第1章 绪论
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1.2计算机发展简史
一、计算机的五代变化 ❖ 第一代为1946—1957年，电子管计算机：数据处理 ❖ 第二代为1958—1964年，晶体管计算机：工业控制 ❖ 第三代为1965—1971年，中小规模集成电路计算机：
小型计算机 ❖ 第四代为1972—1990年，大规模和超大规模集成电路
片1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、 4MB、16MB、64MB、256MB、GB。 ❖ 其中1K=210,1M=220,1G=230
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1.2计算机发展简史
三、微处理器的发展
❖ 1971年Intel公司开发出Intel 4004。这是第一个将CPU的所有元件都 放入同一块芯片内的产品，于是，微处理器诞生了。
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1.1计算机的分类
数字计算机
数据表示方式 数字0/1
计算方式
数字计数
控制方式
程序控制
精度
高
数据存储量
大
逻辑判断能力 强
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模拟计算机 电压 电压组合和测量值 盘上连线 低 小 无
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1.1计算机的分类
二、数字计算机分类 数字计算机根据计算机的效率、速度、价格、
运行的经济性和适应性来划分，可以划分为两类：
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ATX 架构主板
Micro ATX 架构主板
BTX 架构主板（未来趋势）
一、主板的工艺
主板的平面是一块PCB印刷电路板，它实际是由几层树脂材 料粘合在一起的，内部采用铜箔走线。一般的PCB线路板分 有四层和六层，四层板分别是主信号层、接地层、电源层 、次信号层。而六层板增加了辅助电源层和中信号层。而 一些要求较高的主板的线路板可达到6-8层或更多。在电路 板上面，是错落有致的电路布线；在PCB印刷电路板上面， 则为棱角分明的各个部件：插槽、芯片、电阻、电容等。 芯片包括BIOS芯片，南北桥芯片，RAID控制芯片等；插槽 包括CPU插座，内存插槽，PCI插槽，ISA插槽等；接口包括 IDE接口，软驱接口，COM接口(串口)，PS/2接口，USB接口 ，IEEE1394接口，LPT接口(并口)，MIDI接口等。
▪ 专用计算机：专用机是最有效、最经济和最快速的计 算机，但是它的适应性很差。
▪ 通用计算机：通用计算机适应性很大，但是牺牲了效 率、速度和经济性。
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1.1计算机的分类
三、通用计算机分类 通用计算机根据体积、简易性、功率损耗、性能
指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等可 以分为： ❖ 超级计算机 ❖ 大型机 ❖ 服务器 ❖ 工作站 ❖ 微型机 ❖ 单片机
接执行微指令。如果某一个应用程序直接用微指令来编写，那么可 在这一级上运行应用程序。 ❖ 第二级是一般机器级，也称为机器语言级，它由微程序解释机器指 令系统。这一级也是硬件级。 ❖ 第三级是操作系统级，它由操作系统程序实现。这些操作系统由机 器指令和广义指令组成，广义指令是操作系统定义和解释的软件指 令，所以这一级也称为混合级。 ❖ 第四级是汇编语言级，它给程序人员提供一种符号形式语言，以减 少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持和执行。如果应用程 序采用汇编语言编写时，则机器必须要有这一级的功能；如果应用 程序不采用汇编语言编写，则这一级可以不要。 ❖ 第五级是高级语言级，它是面向用户的，为方便用户编写应用程序 而设置的。这一级由各种高级语言编译程序支持和执行。
• 210 byte＝1K • 210 K＝1M • 210 M＝1G • 210 G＝1T
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1.3计算机的硬件
六、控制器
❖ 指令和程序:指令的形式（操作和地址码、存储程序的概 念、指令中程序和数据的存放、指令系统）
❖ 指令和数据存储
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ16
1.3计算机的硬件
七、控制器的基本任务
❖ 这一发展趋势中的另一阶段是在1981年，贝尔实验室和HP公司开发 出了32位单片微处理器。
❖ Intel于1985年推出了32位微处理器Intel 80386。
❖ 到现在的64
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1.3计算机的硬件
一、硬件组成要素 通过一个例子我们来了解数字计算机的主要组
成和工作原理。 ❖ 假设给一个算盘、一张带有横格的纸和一支笔，
❖ 实体硬件机功能的扩大
❖ 固件的概念（功能上是软件，形态上是硬件）
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第一章小结
❖计算机系统的 基本概念 ▪ 构成：硬件和软件 ▪ 层次结构
❖ 计算机系统的基本工作原理 ❖ 计算机的基本组成部分
▪ 五大部件 ❖ 冯·诺依曼型计算机特点 ❖ 计算机发展特点
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第一章 计算机系统概论
1.1计算机的分类 1.2计算机发展简史 1.3计算机的硬件 1.4计算机的软件 1.5计算机系统的层次结构
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1.1计算机的分类
一、电子计算机从总体上来说分为两大类。 ❖ 电子模拟计算机。“模拟”就是相似的意思。
模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运
❖ 电子数字计算机，它是在算盘的基础上发展起 来的，是用数目字来表示数量的大小。数字计 算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳 动计算。
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1.3计算机的硬件
四、运算器
❖ 算术运算和逻辑运算
❖ 在计算机中参与运算的 数是二进制的
运算电路单元
❖ 运算器的长度一般是8、 16、32或64位
寄存器B
累加器A
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1.3计算机的硬件
五、存储器
❖存储数据和程序（指令） ❖容量（存储单元、存储单元地址、容量单位） ❖分类内存（ROM、RAM）、外存 ❖存储器单位：
计算机：微型计算机 ❖ 第五代为1991年开始，巨大规模集成电路计算机：单
片机
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1.2计算机发展简史
二、半导体存储器的发展 ❖ 20世纪50～60年代，所有计算机存储器都是由微
小的铁磁体环 ❖ 1970年，仙童半导体公司生产出了第一个较大容
量半导体存储器 ❖ 从1970年起，半导体存储器经历了11代：单个芯
要求我们计算y=ax+b-c这样一个题目。 ❖ 解题步骤和数据记录在横格纸上，请看过程。
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手工模仿计算机工作（1）
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1.3计算机的硬件
二、数字计算机基本组成 ❖ 控制器：人的大脑的操作控制功能 ❖ 运算器：人的大脑的计算功能 ❖ 存储器：人的大脑记忆功能 ❖ 输入设备：交互接口，笔 ❖ 输出设备：交互接口，纸
❖ 系统软件：用来简化程序设计，简化使用方法，提高 计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能及用途。 它包括以下四类：
①各种服务性程序，如诊断程序、排错程序、练习程序等 ②语言程序，如汇编程序、编译程序、解释程序等 ③操作系统 ④数据库管理系统
❖ 应用软件：用户利用计算机来解决某些问题而编制的 程序，如工程设计程序、数据处理程序、自动控制程 序、企业管理程序、情报检索程序、科学计算程序等
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硬 件
计算机的
基 主要组成部
础 分介绍
电脑主机的组成
❖ 一台电脑是由许许多多的零部件组成，只有这些 零部件组合在一起协调的工作，才能称之为电脑 。电脑发展到现在，其零部件都有了很大的变化 ，但其工作原理却没有变，其中包括主板、CPU、 内存、硬盘、显卡、声卡等等。下面将简单的介 绍组成电脑的各个零部件。
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1.3计算机的硬件
三、冯·诺依曼型计算机
▪ 存储程序 ▪ 按地址自动执行 ▪ 五大部件：包括控制器、运算器、存储器、输入
设备、输出设备 ▪ 以运算器为中心
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1.3计算机的硬件
冯·诺依曼型计算机
输入
存储器 运算器
控制器
数据信号 控制信号
输出 地址信号
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❖二、主板的结构
❖ 1、ATX结构 由于Baby AT主板市场的不规范和AT主板结构过于陈旧，英特 尔在1995年1月公布了扩展AT主板结构，即ATX（AT extended ）主板标准。这一标准得到世界主要主板厂商支持，目前已经 成为最广泛的工业标准。1997年2月推出了ATX2.01版。它的布 局是"横"板设计，就象把Baby-AT板型放倒了过来，这样做增 加了主板引出端口的空间，使主板可以集成更多的扩展功能。 主板外形在Baby AT的基础上旋转了90度，其几何尺寸改为 30.5cm×24.4cm。 采用7个I/O插槽，CPU与I/O插槽、内存插 槽位置更加合理。 优化了软硬盘驱动器接口位置。 提高了主 板的兼容性与可扩充性。 采用了增强的电源管理，真正实现 电脑的软件开/关机和绿色节能功能。
❖ 控制器的基本任务：按照一定的顺序一条接着一条取指令、 指令译码、执行指令。取指周期和执行周期
❖ 控制器完全可以区分开哪些是指令字，哪些是数据字。一般来 讲，取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器； 而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流，它由内存流 向运算器。
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❖ 微处理器演变中的另一个主要进步是1972年出现的Intel 8008，这是 第一个8位微处理器，它比4004复杂一倍。
❖ 1974年出现了Intel 8080。这是第一个通用微处理器，而4004和8008 是为特殊用途而设计的。8080是为通用微机而设计的中央处理器。
❖ 20世纪70年代末才出现强大的通用16位微处理器，8086便是其中之 一。
计算机组成原理第1章---绪论
人才是培养出来的
《计算机组成原理》--- 计算思维(Computational Thinking)
指运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计及人类
行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。 计算思维的核心是抽象(Abstraction)和自动化(Automation)。
人才这是也是培冯养.诺出依曼来第的一次将自己的设想完全付诸实现。
人才是培养出来的
EDVAC(1951)
第1章 绪论--1.1计算机的产生与发展
√ 现代电子计算机的发展--第二代计算机（1958-1965）晶体管时代
主要 特点
①所使用的逻辑元件为晶体管；普遍采用磁芯作为主存储器； ②采用磁带或磁盘作为辅助存储器； ③出现了Fortran、Cobol等高级语言，并出现了机器内部的管理程序
《计算机组成原理》---课堂要求
人才是培养出来的
《计算机组成原理》---课程基本信息
课程基本信息描述
授课学时
总学时：64 实验学时
50学时 12学时
上课安排
授课时间 周2第3大节/周5第4大节 授课地点 N223/N114
实验时间 待定…
实验地点 待定
成绩计算 总成绩 笔试（80）＋平时成绩（20）
1.9 计算机的发展
学习目标
人才是培养出来的
第1章 绪论--1.1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：算盘 √ 机械式计算工具：手摇台式计算机
1. 1642年，法数学家Pascal 始创 2. 1673年，德数学家Leibnitz 改进 3. 1812年，英数学家Babbage 差分机
计算机组成原理第1章
１.２ 计算机系统的组成
• 这就是“存储程序”和“程序控制”（简称存储程序控制）的概念。 • ③指令的执行是顺序的，即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行
，程序分支由转移指令实现。 • ④计算机由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五大基本
部件组成，并规定了五部分的基本功能。 • 冯·诺依曼原理的基本思想奠定了现代计算机的基本架构，并开创了
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１.２ 计算机系统的组成
• 运算器的性能是影响整个计算机性能的重要因素，精度和速度是运算 器重要的性能指标。
• （３）控制器 • 控制器是整个计算机的控制核心。它的主要功能是读取指令、翻译指
令代码并向计算机各部分发出控制信号，以便执行指令。当一条指令 执行完以后，控制器会自动地去取下一条将要执行的指令，依次重复 上述过程直到整个程序执行完毕。 • （４）输入设备 • 人们编写的程序和原始数据是经输入设备传输到计算机中的。
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１.１ 计算机的发展
• 归根结底，４０多年的实践证明摩尔定律有利于工业的发展及人类的 需求。直至今日，半导体工业还是按照ＤＲＡＭ每１８个月、微处理 器每２４个月集成度翻倍的规律发展着。
• 如果按照旧有方式制造电路，即将晶体管、电阻器和电容器安装在电 路板上构成电子设备，那么个人计算机、移动电话、计算机辅助设计 等都是不可能问世的。
• 主存储器主要由存储体、存储器地址寄存器（ＭｅｍｏｒｙＡｄｄｒ ｅｓｓＲｅｇｉｓｔｅｒ，ＭＡＲ）、存储器数据寄存器（Ｍｅｍｏ ｒｙＤａｔａＲｅｇｉｓｔｅｒ，ＭＤＲ）以及读写控制线路构成。
• （２）运算器 • 运算器是对信息进行运算处理的部件。它的主要功能是对二进制编码
进行算术（加减乘除）和逻辑（与或非）运算。运算器的核心是算术 逻辑运算单元（ＡｒｉｔｈｍｅｔｉｃＬｏｇｉｃＵｎｉｔ，ＡＬＵ ）。
《计算机组成原理》教程第1章概述
第三代计算机
集成电路计算机，进一步提高 了运算速度和可靠性，并开始 应用于各个领域。
第四代计算机
超大规模集成电路计算机，体积进 一步减小、运算速度飞速提升，功
能更加强大且应用领域广泛。
计算机系统组成
硬件系统
包括中央处理器（CPU）、存储器、 输入输出设备等，是计算机系统的 物质基础。
软件系统
包括操作系统、应用软件等，是 计算机系统的灵魂，负责管理和 控制硬件系统的工作。
运算方法与运算器
01
基本运算方法
包括加法、减法、乘法、除法等基本算术运算，以及逻辑运算和移位运
算等。
02
运算器的组成
运算器是实现算术运算和逻辑运算的部件，它由算术逻辑单元（ALU）、
累加器、寄存器等部件组成。
03
运算器的功能
根据指令的要求，从存储器或寄存器中取出操作数进行运算，并将结果
存回存储器或寄存器中。同时，运算器还可以执行一些与运算相关的操
01
输入设备
02
输出设备
输入设备用于将外部信息输入到计算 机中，常见的输入设备有键盘、鼠标 、扫描仪等。
输出设备用于将计算机处理后的信息 输出到外部，常见的输出设备有显示 器、打印机等。
03
输入输出设备接口
为了连接输入输出设备和计算机主机 ，需要使用相应的输入输出接口。接 口的类型和规格因设备而异，常见的 接口类型有USB、HDMI、VGA等。
执行
根据操作码调用相应部件执行操作。
03
02
译码
对指令进行解析，确定操作码和操 作数地址。
写回
将执行结果写回到存储器或寄存器 中。
04ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CPU性能指标及发展趋势
计算机组成原理1.1-1.4
你还能想出更多吗？
IAS计算机结构
西南石油大学 SWPU
冯·诺依曼计算机硬件框图
存放数据 将信和息程转序换成机 器能识别的形式
存储器
算将术结运果算转换成 逻人辑们运熟算悉的形式
输入设备
运算器
输出设备
控制器
实线为数据线 虚线为控制线和反馈线
7
控制程序 运行
西南石油大学 SWPU
冯·诺依曼计算机的特点
- 5 表示为 10000101
10
SWPU
1.1.2 信息的数字化表示
例2 用数字代码表示字符(ASCII码）
A 表示为 100 0001 41H
B 表示为 100 0010 42H
1
表示为 011 0001 31H
2
表示为 011 0010 32H
例3 用数字代码表示命令、状态
启动 停止 正在工作 工作结束
不会因为增减指令而需要修改其他指令
不需记忆指令码，编写方便
可读性比机器语言强
不过，这带来新的问题，是什么呢？
需将汇编语言转 换为机器语言！
人容易了，可机器不认识这些指令了！ 用汇编程序转换
在第4条指令 前加指令时 不用改变 add、jxx和 sub指令中的 地址码！
进一步认识机器级语言
❖ 汇编语言源程序由汇编指令构成
SWPU
计算机组成原理
1.1.2 信息的数字化表示
二、 在物理机制上用数字信号表示数字代码
例2 用脉冲信号表示数字代码 数字型电信号 10 1
有脉冲 无脉冲 有脉冲
串行传送信息
1
01 1
0
14
SWPU
计算机组成原理
1.1.2 信息的数字化表示
计算机组成原理与汇编语言
十进 十六进 8 8 9 9 10 A 11 B 12 C 13 D 14 E 15 F
计 算 机 组 成 原 理 与 汇 编 语 言
二进 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
十进 0 1 2 3 4 5 6 7
二进 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
计 算 机 组 成 原 理 与 汇 编 语 言
基本字长 指参与运算的操作数的 基本位数；决定通用寄存器、加法 器和数据总线等部件的宽度。
位 字节 字
主存容量 主存储器所能够存储的全 部信息总量。
K=1024 M=1024K G=1024M
计 算 机 组 成 原 理 与 汇 编 语 言
(1101.1101)2
综合结果为
(13.8125)10
计 算 机 组 成 原 理 与 汇 编 语 言
二进,八进,十六进
按N展开式求和
例 :
十进
(11001.101)2
(27451.12)8 (2AD.1C)16
计 算 机 组 成 原 理 与 汇 编 语 言
(11001.101)2
＝１＊２ ４ ＋１＊２ ３ ＋０＊２ ２
十进 8 9 10 11 12 13 14 15
计 算 机 组 成 原 理 与 汇 编 语 言
数制间转换 原则:整数变整数,小数变小数;
十进
二进
整数部分:除2取余倒排,直到商为0
; 小数部分:乘2取整,直到小数位为0 ; 例: (13.8125)10
计 算 机 组 成 原 理 与 汇 编 语 言
计算机组成原理 第1章 绪论
超级计算机——天河一号
运算速度 “天河一号”峰值运算速度为每秒4700 万亿次。做个换算对比：“天河一号”运 算1小时，相当于全国13亿人同时计算340 年以上的时间；“天河一号”运算1天， 相当于1台双核的高档桌面电脑运算620年 以上的时间。 存储容量 “天河一号”存储容量为两千万亿个字节。 做个换算对比：一个汉字平均为两个字节， “天河一号”可在线存储一千万亿个汉字， 相当于存储100万汉字的书籍10亿册。
电子数字计算机以离散量即数字量表示数据，应
用算术运算法则实现运算。 由于具有很强的逻辑判断功能、庞大的存储能力，以及 计算、模拟、分析问题、操作机器、处理事务等能力， 因而得到了极其广泛的应用。
电子计算机的诞生
• 第一台电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer）于1946年在美国诞生。 ① 每秒5000次加法运算； ② 每秒50次乘法运算；
1.1.1 更新换代的计算机硬件
（1） 电子管时代（1946年－1959年） （2） 晶体管时代（1959年－1964年） （3） 中、小规模集成电路时代（1964年－1975年）
（4） 超、大规模集成电路时代（1975年－1990年）
（5） 超级规模集成电路时代（1990年－现在）
代
一 二 三
1.1.2 日臻完善的计算机软件
汇编语言阶段（20世纪50年代）
程序批处理阶段（20世纪60年代）
分时多用户阶段（20世纪70年代）
分布式管理阶段（20世纪80年代）
软件重用阶段（20世纪90年代）
Web服务阶段（21世纪初期－现在）
计算机组成原理目录
计算机组成原理目录目录如下：第1篇概论第1章计算机系统概论1.1 计算机系统简介1.1.1 计算机的软硬件概念1.1.2 计算机系统的层次结构1.1.3 计算机组成和计算机体系结构1.2 计算机的基本组成1.2.1 冯·诺依曼计算机的特点1.2.2 计算机的硬件框图1.2.3 计算机的工作步骤1.3 计算机硬件的主要技术指标1.3.1 机器字长1.3.2 存储容量1.3.3 运算速度1.4 本书结构思考题与习题第2章计算机的发展及应用2.1 计算机的发展史2.1.1 计算机的产生和发展2.1.2 微型计算机的出现和发展2.1.3 软件技术的兴起和发展2.2 计算机的应用2.2.1 科学计算和数据处理2.2.2 工业控制和实时控制2.2.3 网络技术的应用2.2.4 虚拟现实2.2.5 办公自动化和管理信息系统2.2.6 CAD/CAM/CIMS2.2.7 多媒体技术2.2.8 人工智能2.3 计算机的展望思考题与习题第2篇计算机系统的硬件结构第3章系统总线3.1 总线的基本概念3.2 总线的分类3.2.1 片内总线3.2.2 系统总线3.2.3 通信总线3.3 总线特性及性能指标3.3.1 总线特性3.3.2 总线性能指标3.3.3 总线标准3.4 总线结构3.4.1 单总线结构3.4.2 多总线结构3.4.3 总线结构举例3.5 总线控制3.5.1 总线判优控制3.5.2 总线通信控制思考题与习题第4章存储器4.1 概述4.1.2 存储器的层次结构4.2 主存储器4.2.1 概述4.2.2 半导体存储芯片简介4.2.3 随机存取存储器4.2.4 只读存储器4.2.5 存储器与CPU的连接4.2.6 存储器的校验4.2.7 提高访存速度的措施4.3 高速缓冲存储器4.3.1 概述4.3.2 Cache—主存地址映射4.3.3 替换策略4.4.1 概述4.4.2 磁记录原理和记录方式4.4.3 硬磁盘存储器4.4.4 软磁盘存储器4.4.5 磁带存储器4.4.6 循环冗余校验码4.4.7 光盘存储器思考题与习题附录4A 相联存储器第5章输入输出系统5.1 概述5.1.1 输入输出系统的发展概况5.1.2 输入输出系统的组成5.1.3 I/O设备与主机的联系方式5.1.4 I/O设备与主机信息传送的控制方式5.2 I/O设备5.2.1 概述5.2.2 输入设备5.2.3 输出设备5.2.4 其他I/O设备5.2.5 多媒体技术5.3 I/O接口5.3.1 概述5.3.2 接口的功能和组成5.3.3 接口类型5.4 程序查询方式5.4.1 程序查询流程5.4.2 程序查询方式的接口电路5.5 程序中断方式5.5.1 中断的概念5.5.2 I/O中断的产生5.5.3 程序中断方式的接口电路5.5.4 I/O中断处理过程5.5.5 中断服务程序的流程5.6 DMA方式5.6.1 DMA方式的特点5.6.2 DMA接口的功能和组成5.6.3 DMA的工作过程5.6.4 DMA接口的类型思考题与习题附录5A ASCⅡ码附录5B BCD码附录5C 奇偶校检码第3篇中央处理器第6章计算机的运算方法6.1 无符号数和有符号数6.1.1 无符号数6.1.2 有符号数6.2 数的定点表示和浮点表示6.2.1 定点表示6.2.2 浮点表示6.2.3 定点数和浮点数的比较6.2.4 举例6.2.5 IEEE754标准6.3 定点运算6.3.1 移位运算6.3.2 加法与减法运算6.3.3 乘法运算6.3.4 除法运算6.4 浮点四则运算6.4.1 浮点加减运算6.4.2 浮点乘除法运算6.4.3 浮点运算所需的硬件配置6.5 算术逻辑单元6.5.1 ALU电路6.5.2 快速进位链思考题与习题附录6A 各种进位制6A.1 各种进位制的对应关系6A.2 各种进位制的转换附录6B 阵列乘法器和阵列除法器附录6C 74181逻辑电路第7章指令系统7.1 机器指令7.1.1 指令的一般格式7.1.2 指令字长7.2 操作数类型和操作类型7.2.1 操作数类型7.2.2 数据在存储器中的存放方式7.2.3 操作类型7.3 寻址方式7.3.1 指令寻址7.3.2 数据寻址7.4 指令格式举例7.4.1 设计指令格式应考虑的各种因素7.4.2 指令格式举例7.4.3 指令格式设计举例7.5 RISC技术7.5.1 RISC的产生和发展7.5.2 RISC的主要特征7.5.3 RISC和CISC的比较思考题与习题第8章 CPU的结构和功能8.1 CPU的结构8.1.1 CPU的功能8.1.2 CPU结构框图8.1.3 CPU的寄存器8.1.4 控制单元和中断系统8.2 指令周期8.2.1 指令周期的基本概念8.2.2 指令周期的数据流8.3 指令流水8.3.1 指令流水原理8.3.2 影响流水线性能的因素8.3.3 流水线性能8.3.4 流水线中的多发技术8.3.5 流水线结构8.4 中断系统8.4.1 概述8.4.2 中断请求标记和中断判优逻辑8.4.3 中断服务程序入口地址的寻找8.4.4 中断响应8.4.5 保护现场和恢复现场8.4.6 中断屏蔽技术思考题与习题第4篇控制单元第9章控制单元的功能9.1 微操作命令的分析9.1.1 取指周期9.1.2 间址周期9.1.3 执行周期9.1.4 中断周期9.2 控制单元的功能9.2.1 控制单元的外特性9.2.2 控制信号举例9.2.3 多级时序系统9.2.4 控制方式9.2.5 多级时序系统实例分析思考题与习题第10章控制单元的设计10.1 组合逻辑设计10.1.1 组合逻辑控制单元框图10.1.2 微操作的节拍安排10.1.3 组合逻辑设计步骤10.2 微程序设计10.2.1 微程序设计思想的产生10.2.2 微程序控制单元框图及工作原理10.2.3 微指令的编码方式10.2.4 微指令序列地址的形成10.2.5 微指令格式10.2.6 静态微程序设计和动态微程序程序设计10.2.7 毫微程序设计10.2.8 串行微程序控制和并行微程序控制10.2.9 微程序设计举例思考题与习题附录10A PC整机介绍10A.1 主板10A.1.1 主板的主要组成部件10A.1.2 CPU芯片及插座(插槽)10A.1.3 内存条插槽10A.1.4 扩展插10A.1.5 配套芯片和器件10A.1.6 主板结构的改进10A.2 芯片组10A.2.1 芯片组的功能10A.2.2 芯片组的组成《计算机组成原理》是2008年1月1日高等教育出版社出版的图书，作者是唐朔飞。
计算机组成原理(第三版)第一章ppt课件
主要内容：
• 计算机的基本概念
• 计算机系统硬、软件组成
• 层次结构模型
• 计算机的工作过程
• 计算机的性能指标 精选ppt课件2021
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生活中常见的计算机
计算机系统应该 包含些什么呢？
它们是如何工作的…？…?
对计算机我们 了解多少？
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计算机系统概述
计算机系统由硬件和软件两大部分组成
编译方式：将源程序输入计算机后，启动并执行这
种语言的编译程序（编译器），将源程序全部翻译成机 器语言程序（目标程序）后，才由硬件执行。如，汇编 器。
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3）各种软件平台
将开发及运行过程中所需的各种软件集成为一个综 合的软件系统，称为软件平台。如：以某种高级语言 编译系统为核心的开发平台。
I/O设备
用一组系统总线连接CPU、主存、多个输入/输出 设备，它们通过总线传送信息。
系统总线
地址总线 数据总线 控制总线
例如：CPU从主存单元精读选p取pt课件操202作1 数如何通过总线实2现1
系统总线
CPU
M
I/O接口
I/O接口
系输
统入
I/O设备
I/O设备 输
主机
出
5. I/O接口
系统总线与I/O设备之间的转换逻辑部件
功能：转换信息。 输入：原始信息 二进制代码，送入主机。 输出：处理结果 人所能接受的形式并输出。
例如：输入设备键盘，输出设备显示器。 硬盘等外部存储器只是I/O设备的一部分。
4. 总线
功能：一组能为多个部件分时共享的信息传送线
路。
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计算机组成原理唐朔飞
计算机组成原理唐朔飞计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门核心课程，主要研究计算机硬件及其在计算机系统中的作用和工作原理。
唐朔飞的《计算机组成原理》是该领域内一本经典的教材，综合了计算机硬件各个方面的内容。
下面将对该教材进行详细介绍。
《计算机组成原理》这本教材共分为14章，从计算机的基本概念开始，逐步引导读者了解计算机的原理、结构和工作方式。
以下是该教材的主要内容：第一章：绪论本章主要介绍了计算机的基本概念，包括计算机的基本组成部分、计算机的层次结构和计算机的发展历程。
同时还介绍了计算机系统的层次结构和计算机的性能指标。
第二章：数据的表示和运算这一章主要讲解了计算机中数据的表示方法，包括计算机中的数据类型、有符号数与无符号数的表示、以及各种数据表示方法之间的转换。
同时还介绍了计算机中的数制换算和数据的运算。
第三章：数据的存储和寻址本章主要讲解了计算机中数据的存储方式和寻址方法。
包括内存储器的层次结构、存储单元的编址方式以及存储器的地址映射等内容。
第四章：指令系统这一章主要介绍了计算机中的指令系统，包括指令的格式、指令的寻址方式、指令的执行过程以及指令的流水线处理等内容。
并且通过实例详细介绍了不同类型的指令系统。
第五章：中央处理器本章主要讲解了计算机的中央处理器(CPU)，包括CPU的功能、CPU 的结构、CPU的时钟脉冲、寄存器和指令执行过程等内容。
第六章：总线和I/O系统这一章主要介绍了计算机中的总线和I/O系统，包括总线的结构和功能、总线传输方式、中断系统、I/O接口和I/O设备等内容。
第七章：存储器本章主要讨论了计算机中的存储器系统，包括内存器件、存储器层次结构、存储器管理和虚拟存储器等内容。
第八章：输入输出设备这一章介绍了计算机中的输入输出设备，包括输入设备的种类、输出设备的种类、输入输出接口的功能以及输入输出设备的控制方法等内容。
第九章：计算机系统性能分析本章主要讲解了计算机系统的性能指标和性能分析方法，包括响应时间、吞吐率、效率、加速比等指标以及这些指标的计算方法。
第1章 概论 计算机组成原理
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第一台电子数字计算机ENIAC 第一台电子数字计算机 ENIAC的特点： 的特点： 的特点 – 采用十进制 – 20 个10位的累加器 位的累加器 – 用开关手动编程 – 18,000个电子管 个电子管 – 重30 吨 – 占地170平方米 占地 平方米 – 耗电 耗电140 KW – 5,000次/秒加法运算 次 秒加法运算
第1章 概论 章
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5.控制器 控制器 控制器是根据从存储器读来的指令， 控制器是根据从存储器读来的指令， 产生一系列控制信号， 产生一系列控制信号，控制其他部件完 成指令的功能。 成指令的功能。 在控制器的控制下，各部件协调工作， 在控制器的控制下，各部件协调工作， 完成指令的功能，这就是整机概念。 整机概念 完成指令的功能，这就是整机概念。
第1章 概论 章
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固件 固件是指那些存储在能永久保存信息 的器件（ 的器件（如ROM）中的程序，是具有软件 ）中的程序， 功能的硬件。 功能的硬件。固件的性能指标介于硬件与 软件之间，吸收了软、硬件各自的优点， 软件之间，吸收了软、硬件各自的优点， 其执行速度快于软件，灵活性优于硬件， 其执行速度快于软件，灵活性优于硬件， 是软、硬件结合的产物。 是软、硬件结合的产物。
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第1章 概论 章
存储程序概念（ 1.1.2 存储程序概念（续）
世界上第一台计算机ENIAC不是存储程序 不是存储程序 世界上第一台计算机 计算机。 计算机。 EDVAC 冯·诺依曼设计的存储程序计算机 诺依曼设计的存储程序计算机 1951年诞生。 年诞生。 年诞生 EDSAC 事实上的第一台存储程序计算机 1949年诞生 1949年诞生。 年诞生。 目前绝大多数计算机仍建立在存储程序概 念的基础上， 诺依曼型计算机。 念的基础上，称冯·诺依曼型计算机。 诺依曼型计算机 也出现了一些突破冯·诺依曼结构的计算机 诺依曼结构的计算机， 也出现了一些突破冯 诺依曼结构的计算机， 统称非冯结构计算机， 统称非冯结构计算机，如：数据驱动的数据流 计算机、需求驱动的归约计算机和模式匹配驱 计算机、 动的智能计算机等。 动的智能计算机等。