计算机系统概论讲义
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计算机系统概述PPT教案课件(计算机组装与维修实用教程)
(1) 显示器
显示器是计算机与用户沟通的窗口，是计算机必备的外部设备。目前，最常 见的显示器就是阴极射线（CRT）显示器，这也是几十年来显示器家族中的主力 成员。现17寸的纯平显示器已经成为市场的主流。经过多年的发展，现在液晶显 示器的技术已经比较成熟，液晶显示器与普通CRT显示器相比，屏幕尺寸更大， 体积却小得多，也更加美观。
(6) 音箱
在计算机系统中，音 箱已是不可缺少的设备。 声卡只提供对音频信号的 处理能力，而要让计算机 能输出声音，音箱则是关 键设备。
(7)摄像头
摄像头的功能与作用 1．网络视频
摄像头与电脑连接后， 再安装摄像头的驱动程序 后，摄像头可以结合相应 的网络聊天工具如：腾讯 QQ、Microsfot即时通讯软 件（Windows Messenger） 等。用于网络聊天。
2．静态照片拍摄 连接计算机并安装相应 的驱动软件以后，摄像头 可以拍摄数码照片。
3.其他设备
扩展设备是除上述设备外的其他计算机设备，是为了实现多媒 体和网络功能或其他功能的扩展而增加的设备。比如为了实现接入 Internet而增加的调制解调器或网卡，为了实现在显示器上看电视 而增加的电视卡等。这些扩展设备极大地丰富了多媒体计算机的各 种功能。这些设备在本节就不一 一介绍了，后面的章节中会有所 介绍。
第1章 计算机系统概述 1.1计算机的基础知识 1.2计算机硬件系统的组成
计算机外观:
1. 主机（内部设备）
主机箱内装有：电源、CPU、CPU风扇、主板、内存、显卡、 声卡、网卡、接收卡、DVD-ROM、CD-RW、DVD-RW、硬盘、软
驱等部件。 主机箱的前面板上有电源指示灯、硬盘工作指示灯、前置USB
(4) 鼠标
鼠标是计算机系统中的一种辅助 输入设备，它可增强或代替键盘上的光 标移动键和其他键（如回车键）的功能， 使用鼠标可在屏幕上更快速、更准确地 移动和定位光标，并可点击相应的命令 使其执行。
第1章 计算机系统概论
第1章计算机系统概论第1章计算机系统概论第一章计算机系统概论计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的，其功能是完成数据的输入、传送、存储、处理和输出。
本章介绍计算机系统的基本组成、层次结构和体系结构，认识计算机体系结构、组成和实现三者之间的关系。
1.1计算机系统的基本组成计算机系统的基本组成可以分为硬件和软件两部分。
硬件是其物质基础，是软件的载体；软件则是计算机系统的灵魂。
没有硬件，软件就不能运行；没有软件，硬件就发挥不了作用，从而失去存在的价值。
因此二者紧密相关，缺一不可。
1.1.1硬件组成一般来说，计算机的硬件组成可以用图1-1来表示。
对微型机来说，运算器和控制器集成在一块芯片上，称为中央处理部件(cpu)。
cpu和内存储器统称为主机。
输入设备和输出设备统称为外围设备。
所谓输入与输出，是相对于主机系统而言的。
磁盘系统既是输入设备，也是输出设备。
当保存一个文档时，磁盘就是一个输出设备；当打开一个文档时，磁盘就作为输入设备使用。
主机和外围设备组成了计算机的硬件系统。
各部件之间使用三条总线连接，各部件之间就通过这三条总线实现信息传送。
注意，所有外围设备都是通过接口线路和总线连接的。
通常，cpu只与接口打交道(传递信息)，而不与外围设备直接打交道。
数据总线(dbus)是双向总线，在不同时刻可以在不同方向上传递数据，但同一时刻只能在一个方向传递数据。
地址总线(abus)用来选择发送数据或接收数据的地址。
地址总线上的信息通常是由cpu提供的。
当cpu将总线控制权转交给dma控制器时，地址总线上的信息便由dma控制器提供，这时cpu对外表现为高阻态。
dma控制器通常用于控制主机(内存)和高速外围设备(如磁盘)之间的数据传送。
控制总线(cbus)中的大部分信息由cpu提供，也有一些由内存或外围设备提供，但它不是双向总线；在大多数情况下，任何一条控制总线上的信息总是向着一个方向传递。
计算机的主要功能是处理数据。
最新计算机组成原理第1章-计算机系统概论教学讲义PPT课件
(3)控制器 *功能：指挥及控制各部件协调地工作，以实现程序执行过程
*程序执行过程： ①循环的指令执行过程(取指令及执行指令)； ②下条指令地址由当前指令产生(按程序逻辑顺序)
取指阶段 取指令
分析指令
执行阶段 执行指令
指令地址 寄存器PC
指令内容 指令译码
寄存器IR
器ID
存储器
10
功能部件
+“1”
寄存器 组(堆)
ALU
Func
累加器型运算器
*(AC)+[Y]→AC的运算过程：
(0) (AC)为被加数
寄存器型运算器 存储器
(1) 加数[Y]→TEMP
TEMP
(2) (AC)＋(TEMP) (3) ALU结果→AC
AC
ALU
Func
△约定：(X)表示寄存器X中内容，[Y]表示存储单元Y中内容
15
……
*组成：
地 址 地址 译 码 器 命令
数据
存储阵列
…… I/O电路
0 1 … w-1
0 1
…
…
n-1
…
存储字长W
0
…
1
…
存储字 n-1
*术语：存储元件(存储元)—可存储一个二进制位的元件；
存储单元—可同时存储一串二进制位的元件； 存储字—存储单元内存储的二进制编码；
存储阵列—所有存储单元的集合 存储单元地址—每个存储单元被赋予的惟一编号 存储容量—存储阵列可存储的二进制位数
指令内容
程序 逻辑顺序
A+0
int nCount=0； ⑴
A+1
int nSum=0； ⑵
A+2 LP: nSum+=nCount； ⑶ ⑹ ⑼
计算机系统概论讲义共56页
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。如乐之者。——孔子
计算机系统概论讲义
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
56
《计算机系统概论》课件
100%
图像处理软件
如Adobe Photoshop、GIMP等 ，用于编辑、处理和优化图像。
80%
多媒体播放软件
如Windows Media Player、 VLC等，用于播放音频、视频文 件。
软件开发与维护
软件开发方法
包括结构化开发、面向对象开 发等，用于指导开发人员设计 和实现软件。
软件测试
物联网与智能家居
物联网
物联网是指通过网络技术将物理世界的 各种事物连接到互联网，实现智能化识 别和管理。物联网的应用领域包括智能 交通、智能医疗、智能工业等，能够提 高生产效率和生活质量。
VS
智能家居
智能家居是指利用先进的计算机技术、网 络通信技术、综合布线技术等，将家居生 活中的各种设备连接到一起，实现智能化 管理和控制。智能家居的应用包括智能照 明、智能安防、智能环境控制等，能够提 高居住的舒适性和安全性。
计算机系统的基本工作原理
总结词
计算机系统的基本工作原理是理解计算机如何工作的关键，它涉及到二进制数的使用、存储程序的概念以及计算 机的指令系统。
详细描述
计算机内部使用二进制数进行信息表示和计算，这使得计算机可以进行精确和可靠的信息处理。存储程序的概念 使得计算机的程序和数据可以存储在内存中，并通过指令进行执行。计算机的指令系统定义了计算机可以执行的 指令集，它是计算机硬件和软件之间的接口。
大数据与云计算
大数据
大数据是指数据量巨大、复杂度高、处理速度快的数据集合。大数据技术的应用包括数据挖掘、商业 智能、决策分析等。大数据技术的发展对于现代商业和社会具有重要意义，能够提高决策效率和准确 性。
云计算
云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算 机和其他设备。云计算提供了高度可扩展和灵活的计算服务，包括基础设施、平台和软件三个层次的 服务。
第1章计算机系统概论
▪ 上海超级计算中心的“曙光”5000A位列第15名。
2020/4/5
18
超级计算机世界500强 排行榜前十名榜单（2010.6）
1.美国克雷公司 美洲豹 1.75 petaflop/s
2.中国曙光公司 星云 1.27 petaflop/s
3.美国IBM公司 走鹊
1.105 petaflop/s
4.美国克雷公司 克拉肯
▪ 这是自2004年以来，日本制造的超级计算机第一 次成为全球速度最快的超级计算机。据悉，K Computer的计算性能高达10petaflop/s（千万亿 次/秒），远超去年11月时位于榜首的超级计算机。 去年11月时排在计算性能排行榜第一位的是中国 天津国家超级计算中心的天河-1A，它的计算性 能为2.6petaflop/s。
▪ –内存总容量98TB ；
▪ –点点通信带宽40Gbps ；
▪ –共享磁盘总容量为1PB
▪ 天河一号A
▪ –2048颗我国仿制sun公司的UltraSparc T2 处理器（飞腾FT-1000）八核心处理器
▪ –14336颗Intel Xeon X5670 2.93GHz六核心 处理器
▪ –7168块NVIDIA Tesla M2050高性能计算卡
27
▪ 差距不容忽视——
▪ 核心差距在软件和应用，任务长期而艰巨
▪ 在硬件方面，不论是“天河一号”A，还是 “曙光星云”，其主要核心芯片都采用的 是美国的产品。在专家眼里，这个差距虽 然明显，但不是核心差距，更大的差距在 软件和应用方面，欠缺更多的是“软实 力”。
2020/4/5
28
▪ 北京时间2011年6月20日消息，据国外媒体报道， 国际超级计算机组织在德国汉堡召开2011年年会 并公布今年6月份的全球超级计算机500强名单。 今年排在超级计算机500强名单首位的超级计算 机是日本RIKEN高级计算机科学研究所的K Computer。
计算机系统概论第三版中文版
计算机系统概论第三版中文版摘要：1.计算机系统的定义和分类2.计算机硬件系统的组成及其功能3.计算机软件系统的组成及其作用4.计算机系统的工作原理与应用领域5.计算机技术的发展趋势与挑战正文：一、计算机系统的定义和分类计算机系统是处理、存储和传输信息的电子设备的总称。
根据其应用领域和功能，计算机系统可分为个人计算机、服务器、嵌入式系统、超级计算机等。
此外，根据计算机的用途和规模，还可以将其划分为通用计算机和专用计算机。
二、计算机硬件系统的组成及其功能计算机硬件系统是计算机系统的实体部分，包括输入设备、输出设备、存储器、处理器等。
输入设备负责将数据和指令输入到计算机中，如键盘、鼠标等；输出设备则将计算机处理后的结果展示给用户，如显示器、打印机等；存储器用于存储数据和程序；处理器则是计算机的核心，负责执行指令和处理数据。
三、计算机软件系统的组成及其作用计算机软件系统是计算机系统中指导硬件完成各种任务的指令集合。
它包括操作系统、应用软件和编程工具等。
操作系统负责管理计算机硬件资源，提供用户与计算机硬件之间的接口；应用软件则根据用户需求，实现各种功能，如文字处理、电子表格、图像处理等；编程工具则帮助程序员编写和调试软件。
四、计算机系统的工作原理与应用领域计算机系统的工作原理主要包括输入、处理、存储和输出四个环节。
用户通过输入设备将指令和数据输入到计算机中，处理器对这些指令和数据进行处理，存储器用于暂时存储处理结果，最后通过输出设备将结果展示给用户。
计算机系统的应用领域广泛，包括科学计算、信息处理、工业控制、家庭娱乐等。
五、计算机技术的发展趋势与挑战随着科技的进步，计算机技术不断发展，主要趋势包括量子计算机、人工智能、物联网、大数据等。
然而，计算机技术的发展也带来了一些挑战，如信息安全、隐私保护、能耗问题等。
面对这些挑战，研究人员正努力寻求解决方案，以推动计算机技术的持续发展。
通过以上内容，我们对计算机系统有了更深入的了解。
1 计算机系统概论
输出设备用来输出计算机的处理结果。可以是数字、
字母、表格、图形等。
计算机硬件的组成框图
CPU（包括运算器和控制器） 存储器 ROM RAM 输入/输出设备(I/O设备) 运算器 和控制 总线 器 DB—DATA BUS CPU AB—ADDRESS BUS CB—CONTROL BUS
计算机硬件系统组成
22
1.3 什么是硬件?什么是软件?两者谁更重要? 为什么？ 答：硬件是计算机系统的实体部分，它由看得 见摸得着的各种电子元器件及各类光、电、机 设备的实物组成，包括主机和外部设备等。 软件是指用来充分发挥硬件功能，提高机器 工作效率，便于人们使用机器，指挥整个计算 机系统工作的程序集合，是无形的。 硬件和软件是不可分割的统一体，前者是后 者的物质基础，后者是前者的“灵魂"，它们 23 相辅相成，互相促进。
软件部分 硬、软界面 硬件部分
操作系统软件层（操作系统） 指令系统层（指令系统） 微体系结构层（微程序控制器） 数字逻辑层（硬件逻辑部件）
计算机系统的层次结构
站在不同层次上编程的程序员所看到的计算机属性各不相同。
计算机系统的层次结构 （2）软件和硬件逻辑上的等价性
计算机系统以硬件为基础，通过软件扩充其功能，并以执 行程序方式体现其功能。硬件完成最基本的功能，而复杂 的功能则通过软件实现。计算机是一个软件和硬件结合的 整体系统。
计算机的语言简介
自然语言：人类相互交流信息所用的语言。 高级语言：一种和自然语言接近并能为计算机接受 的语言，这种语言被称为计算机的高级语言。 汇编语言：符号式程序设计语言，属于低级语言。 机器语言：机器能执行的语言，这种语言被称为机器 语言（由二进制代码表示的指令组成）。
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输出设备：把计算机处理的结果变换为人或其他机器设备 所能接收和识别的信息形式
适配器：它使得被连接的外围设备通过系统总线与主机进 行联系，以便使主机和外围设备并行协调地工作
总线：构成计算机系统的骨架，是多个系统部件之间进行 数据传送的公共通路。
总之，现代电子计算机是由运算器、存储器、控制器、 适配器、总线和输入/输出设备组成的。这也是人们常说的 计算机硬件。
➢ 指令和数据存储
控制器的基本组成
完成 取指令 PC
CU
一条 分析指令 IR 指令 执行指令 CU
取指 访存 执行 访存
IR PC
PC 存放当前欲执行指令的地址 具有计数功能（PC）+ 1 PC
IR 存放当前欲执行的指令
1.3计算机的硬件
六、控制器的基本任务
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
1 MAR MDR 4
主存储器 8
1.4计算机的软件
一、软件的组成与分类 计算机软件相对计算机硬件来说是看不见，是计算机 系统中不可少的无形部件。主要有两大类：
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
运算电路单元
寄存器B
累加器A
运算器的基本组成及操作过程
ACC MQ ALU
X
运算器
ACC
MQ
加法 被加数 和
减法 乘法
被减数 差
乘积高位
乘数 乘积低位
被除数
除法 余数
商
X
加数 减数 被乘数 除数
① 加法操作过程
ACC MQ ALU
X
运算器
指令
加
初态 ACC [M]
[ACC]+[X]
M
被加数 X ACC
…
• 打印结果 • 停机
主机完成一条指令的过程
以取数指令为例
CPU
…5
存储体
ACC MQ
6
CU
ALU
IR
控制
27 3 8
I/O
X
运算器
单元 PC
控制器
1 MAR MDR 4
主存储器 9
主机完成一条指令的过程
以存数指令为例
CPU
…5
存储体
ACC MQ
6
CU
ALU
IR
控制
27 3 9
I/O
X
运算器
单元 PC
② 减法操作过程
ACC MQ ALU
X
运算器
指令
减
初态 ACC [M]
[ACC]-[X]
M
被减数 X ACC
③ 乘法操作过程
AC0 C MQ
AALUU
X
运算器
指令
乘M
初态 ACC [M]
[ACC]
0
[X]×[MQ]
被乘数 MQ X
ACC
ACC∥MQ
④ 除法操作过程
ACC MQ ALU
X
运算器
指令
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：
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。
1.1计算机的分类和应用
三、通用计算机分类 通用计算机根据体积、简易性、功率损耗、
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
1.3计算机的硬件
一、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
1.3计算机的硬件
计算机的解题步骤
• 建立数学模型
• 确定计算方法
sin x = x -
x3 3!
+
x5 5!
-
x7 7!
+
x9 9!
-
…
√x =
1 2
(
yn +
x yn
)
(
n
=
0,
1,
2,
…)
• 编制解题程序
程序 — 运算的 全部步骤
指令 — 每 一个步骤
编程举例
计算 ax2 + bx + c = (ax + b)x + c
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。
取x 至运算器中 乘以x 在运算器中
乘以a 在运算器中
取x 至运算器中
乘以a 在运算器中 加b 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c 在运算器中
乘以x 在运算器中 加ax2 在运算器中
加c 在运算器中
指令格式举例
操作码 地址码
取数 000001 存数 加 乘 打印 停机
（具体指令的实现）
如何实现乘法指令
1.1计算机的分类和应用
四、计算机的应用
科学计算 自动控制 测量和测试 信息处理 教育和卫生 家用电器 人工智能
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：
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
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。
1.1计算机的分类和应用
1.1计算机的分类和应用
7
000110
停机
8
x
原始数据x
9
a
原始数据a
10
b
原始数据b
11
c
原始数据c
12
存放结果
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
PC
• 启动程序运行
• 取指令 PC MAR M MDR IR ,(PC )+ 1 PC
• 分析指令 OP(IR) CU
• 执行指令 Ad(IR) MAR M MDR ACC
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。
1.3计算机的硬件
七、适配器与I/O设备
输入设备：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部 所能接收和识别的二进制信息形式
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
1.4计算机的软件
二、软件的发展演变 编程语言的发展
➢ 手编程序：机器语言程序，手工编高级语言，机器编译程序/解
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。 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
存储体 MAR MDR
主存储器
MAR 存储器地址寄存器
反映存储单元的个数
MDR 存储器数据寄存器
反映存储字长
设 MAR = 4 位
MDR = 8 位 存储单元个数 16
存储字长 8
1.3计算机的硬件
五、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）
小型计算机 第四代为1972—1990年，大规模和超大规模集成电
路计算机：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
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：单个芯片 1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、 16MB、64MB、256MB、GB。
其中1K=210,1M=220,1G=230
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。
释程序
系统软件的发展
➢ 操作系统 ➢ 分布式系统软件
1.1
系统软件 用来管理整个计算机系统
语言处理程序
软
操作系统 服务性程序
件
数据库管理系统
网络软件
应用软件 按任务需要编制成的各种程序
用层次的观点看到的计算机
用户
应 用
程
序
软件开发工具…
操
作
硬件
适配器：它使得被连接的外围设备通过系统总线与主机进 行联系，以便使主机和外围设备并行协调地工作
总线：构成计算机系统的骨架，是多个系统部件之间进行 数据传送的公共通路。
总之，现代电子计算机是由运算器、存储器、控制器、 适配器、总线和输入/输出设备组成的。这也是人们常说的 计算机硬件。
➢ 指令和数据存储
控制器的基本组成
完成 取指令 PC
CU
一条 分析指令 IR 指令 执行指令 CU
取指 访存 执行 访存
IR PC
PC 存放当前欲执行指令的地址 具有计数功能（PC）+ 1 PC
IR 存放当前欲执行的指令
1.3计算机的硬件
六、控制器的基本任务
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
1 MAR MDR 4
主存储器 8
1.4计算机的软件
一、软件的组成与分类 计算机软件相对计算机硬件来说是看不见，是计算机 系统中不可少的无形部件。主要有两大类：
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
运算电路单元
寄存器B
累加器A
运算器的基本组成及操作过程
ACC MQ ALU
X
运算器
ACC
MQ
加法 被加数 和
减法 乘法
被减数 差
乘积高位
乘数 乘积低位
被除数
除法 余数
商
X
加数 减数 被乘数 除数
① 加法操作过程
ACC MQ ALU
X
运算器
指令
加
初态 ACC [M]
[ACC]+[X]
M
被加数 X ACC
…
• 打印结果 • 停机
主机完成一条指令的过程
以取数指令为例
CPU
…5
存储体
ACC MQ
6
CU
ALU
IR
控制
27 3 8
I/O
X
运算器
单元 PC
控制器
1 MAR MDR 4
主存储器 9
主机完成一条指令的过程
以存数指令为例
CPU
…5
存储体
ACC MQ
6
CU
ALU
IR
控制
27 3 9
I/O
X
运算器
单元 PC
② 减法操作过程
ACC MQ ALU
X
运算器
指令
减
初态 ACC [M]
[ACC]-[X]
M
被减数 X ACC
③ 乘法操作过程
AC0 C MQ
AALUU
X
运算器
指令
乘M
初态 ACC [M]
[ACC]
0
[X]×[MQ]
被乘数 MQ X
ACC
ACC∥MQ
④ 除法操作过程
ACC MQ ALU
X
运算器
指令
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：
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。
1.1计算机的分类和应用
三、通用计算机分类 通用计算机根据体积、简易性、功率损耗、
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
1.3计算机的硬件
一、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
1.3计算机的硬件
计算机的解题步骤
• 建立数学模型
• 确定计算方法
sin x = x -
x3 3!
+
x5 5!
-
x7 7!
+
x9 9!
-
…
√x =
1 2
(
yn +
x yn
)
(
n
=
0,
1,
2,
…)
• 编制解题程序
程序 — 运算的 全部步骤
指令 — 每 一个步骤
编程举例
计算 ax2 + bx + c = (ax + b)x + c
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。
取x 至运算器中 乘以x 在运算器中
乘以a 在运算器中
取x 至运算器中
乘以a 在运算器中 加b 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c 在运算器中
乘以x 在运算器中 加ax2 在运算器中
加c 在运算器中
指令格式举例
操作码 地址码
取数 000001 存数 加 乘 打印 停机
（具体指令的实现）
如何实现乘法指令
1.1计算机的分类和应用
四、计算机的应用
科学计算 自动控制 测量和测试 信息处理 教育和卫生 家用电器 人工智能
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：
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
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。
1.1计算机的分类和应用
1.1计算机的分类和应用
7
000110
停机
8
x
原始数据x
9
a
原始数据a
10
b
原始数据b
11
c
原始数据c
12
存放结果
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
PC
• 启动程序运行
• 取指令 PC MAR M MDR IR ,(PC )+ 1 PC
• 分析指令 OP(IR) CU
• 执行指令 Ad(IR) MAR M MDR ACC
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。
1.3计算机的硬件
七、适配器与I/O设备
输入设备：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部 所能接收和识别的二进制信息形式
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
1.4计算机的软件
二、软件的发展演变 编程语言的发展
➢ 手编程序：机器语言程序，手工编高级语言，机器编译程序/解
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。 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
存储体 MAR MDR
主存储器
MAR 存储器地址寄存器
反映存储单元的个数
MDR 存储器数据寄存器
反映存储字长
设 MAR = 4 位
MDR = 8 位 存储单元个数 16
存储字长 8
1.3计算机的硬件
五、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）
小型计算机 第四代为1972—1990年，大规模和超大规模集成电
路计算机：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
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：单个芯片 1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、 16MB、64MB、256MB、GB。
其中1K=210,1M=220,1G=230
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。
释程序
系统软件的发展
➢ 操作系统 ➢ 分布式系统软件
1.1
系统软件 用来管理整个计算机系统
语言处理程序
软
操作系统 服务性程序
件
数据库管理系统
网络软件
应用软件 按任务需要编制成的各种程序
用层次的观点看到的计算机
用户
应 用
程
序
软件开发工具…
操
作
硬件