第二章计算机组成原理教材
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计算机组成原理第二章 第3讲 数的机器码表示.ppt
◊ 例：写出下列定点8位机器码的真值。 [x1]原＝0.0110101 [x2]原＝10000101 解： x1=0.0110101 x2=-101
◊ 例：写出下列定点8位机器码的真值。 [x3]反＝1.1010101 [x4]反＝0.0000101 解： X3= -0.0101010 X4= 0.0000101
2.1.2数的机器码表示
【例2.7】将十进制真值(－127,－1,0,＋1, ＋127)列表表示成二进制数及原码、反码、 补码、移码值。
补码形式的八位二进制 数的示数范围讨论：
符号位1位，数值位7位 即-27 ～ 27-1 -128～127 -128怎样表示？
原码 0111 1111 0111 1110 … … 0000 0011 0000 0010 0000 0001 0000 0000 1000 0000 1000 0001 1000 0010 1000 0011 … … 1111 1110 1111 1111
3 、补码
具体地，
在计算机中，机器能表示的数据位数是一 定的，其运算都是有模运算。如果是n位整数， 其模为2n+1。如果是n位小数，其模为2。
若运算结果超出了计算机所能表示的数值 范围，则只保留它的小于模的低n位的数值， 超过n位的高位部分就自动舍弃了。
3 、补码
定义：正数的补码就是正数的本身，负数 的补码是原负数加上模。
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原码表示定点小数的临界值
x=0.00...0 x=0 x=1.00...0
正0和负0都是0
x=0.11...1 x=0.00...01 x=1.00...01
x=1-2-n x=2-n x=-2-n
最大正数 最接近0的正数 最接近0的负数
计算机组成原理第二章(第三讲)
[例16] 参见图2.6，已知两个不带符号的二进制整 数A ＝ 11011，B ＝ 10101，求每一部分乘积项aibj 的值与p9p8……p0的值。 请同学们自己完成。
本讲总结
1. 溢出及其检测方法 2.基本的二进制加/减法器（难点，熟练掌握）
理解并熟练掌握图2.3
3.十进制加法器 4.原码并行乘法（难点，掌握） 理解并掌握图2.6
[ｘ]补＝0.1011 ， [ｘ ]补 ＋ [ｙ ]补
[ ｘ＋ｙ] 补
无进位
[ｙ]补＝0.1001 0.1011 0.1001 1.0100
有进位
两正数相加，结果为负，显然错误。
－－运算中出现了“上溢”
[又例] ｘ＝＋0.1011, ｙ＝＋0.0010， 求ｘ＋ｙ。
[解:]
[ｘ]补＝0.1011 ， [ｘ]补 ＋ [ｙ]补 无进位
计算机组成原理
3
2.2.3 溢出概念与检验方法
两个正数相加，结果为负（即：大于机器
所能表示的最大正数），称为上溢。 两个负数相加，结果为正（即：小于机器 所能表示的最小负数)，称为下溢。 运算出现溢出，结果就是错误的。
[例12] ｘ＝＋0.1011, ｙ＝＋0.1001，求ｘ＋ｙ。
[解:]
计算机组成原理?第一章计算机系统概论?第二章运算方法和运算器?第三章存储系统?第四章指令系统?第五章中央处理器?第六章总线系统?第七章外围设备?第八章输入输出系统?第九章并行组织目录计算机组成原理3?上一讲回顾1
计算机组成原理
目录
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第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
现在我们计算一个n位的行波进位加法器的时间延迟。 假如采用图2.3(a)所示的一位全加器并考虑溢出检测，那么n 位行波进位加法器的延迟时间ta为 ta＝n·2T＋9T＝(2n＋9)T (2.24) 9T为最低位上的两极“异或”门再加正溢出“异或”门 的总时间，2T为每级进位链的延迟时间。 当不考虑溢出检测时，有 ta＝(n-1)·2T＋9T (2.25) ta意味着加法器的输入端输入加数和被加数后，在最坏 情况下加法器输出端得到稳定的求和输出所需的最长时间。 显然这个时间越小越好。注意，加数、被加数、进位与和数 都是用电平来表示的，因此，所谓稳定的求和输出，就是指 稳定的电平输出。
北科大计算机组成原理课件第二章
5
2.2 数字化信息编码
6
编码
编码：就是用少量简单的基本符号的组合， 表示大量复杂多样的信息。 在计算机系统中，凡是要进行处理、存储和 传输的信息，都是用二进制进行编码的。
7
计算机内部采用二进制表示的原因
只有0、1两个数码，易于用物理器件表 示； 2. 电位的高低, 脉冲的有无, 电路通断, 磁 化方向等都比较容易区别，可靠性高； 3. 运算规则简单； 4. 二进制的0、1与逻辑命题中的真假相对 应，为计算机中实现逻辑运算和逻辑判 断提供有利条件。 缺点：书写冗长，难认，难记，不易发现错 误。
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数值数据的表示
三个要素： 1. 进位计数制； 2. 符号的数字化？带符号数的编码表示？ 3. 小数点？位置？定/浮点表示。 问题：计算机中的字可表示的最大的数是多 少？计算机中的字可表示的最小的数是 多少？运算结果超出怎么办？ 计算机的特性：离散性、有限性。
11
进位计数制
基数：允许使用的基本符号个数。 位权：不同数位的权值(数量级别)。 例：十进制数， 123.4 = 1102 + 2101+3100+410-1
15
机器数位的编号
一个字节：
7 6 5 4 3 2 1 0
0 0
最高位
0 0 1
0 1
0
最低位
问题：一个字节能表示几种码字(模式)? 能表示数的数量?
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数值数据的编码表示
计算机用数字表示正负，隐含规定小数点 (定点与浮点)。 计算机中常用的数据表示格式有两种： 定点格式：容许的数值范围有限，但要求的 处理硬件比较简单。 浮点格式：容许的数值范围很大，但要求的 处理硬件比较复杂。
1 1011
计算机组成原理 第2章
《计算机组成原理与实验》 冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
原码、反码与补码
• 例2：已知[x]补=11101110，求[-x]补、[x]反、[x]原及真值x。 解：[-x]补=00010010 （[x]补取反加1） [x]反=11101101 （[x]补减1） [x]原=10010010 （[x]原低7位取反） 真值x=-0010010B=-12H=-18D
《计算机组成原理与实验》 冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
补码表示法
• 对定点整数，补码的定义是： X [X]补= 2n > x 0 （mod 2n+1）
2n+1+x=2n+1-|x|
0 > x -2n
《计算机组成原理与实验》 冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
补码表示法
• 利用补码可以将减法运算变成加法运算来实现。但是 根据补码定义，求负数的补码要从2减去|X|。为了用加 法代替减法，结果还得在求补码时作一次减法，这显 然是不方便的。可以利用反码的方式解决负数的求补 问题。 • 另一方面，利用补码实现减法运算，可以和常规的加 法运算使用用一加法器电路，从而简化了计算机的设 计。
移码表示法
• 移码的定义：[X]移=2n +X （-2n = <x< 2n）n为阶码数值位 (除符号位)
• 移码的计算：先求出X的补码，再对其符号位取反或直接利用定 义计算。
《计算机组成原理与实验》 冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
移码的特点
（1）在移码中，最高位为“0”表示负数，最高位为“1”表示正数。 （2）移码为全0时，它所对应的真值最小，为全1时，它所对应的真 值最大。因此，移码的大小比较直观地反映了真值的大小，这有 助于比较两个浮点数阶码的大小。 （ 3 ） 真 值 0 在 移 码 中 的 表 示 形 式 是 唯 一 的 ， 即 [+0] 移 =[-0] 移 = 100…0。 （4）移码把真值映射到一个正数域，所以可将移码视为无符号数， 直接按无符号数规 则比较大小。 （5）同一数值的移码和补码除最高位相反外，其他各位相同。
计算机组成原理华科版第二章运算方法与运算器课件
4
计算机组成原理
⑵补码表示法
第二章 运算方法与运算器
• 由于补码在作二进制加、减运算时较方便,所以 在计算机中广泛采用补码表示二进制数。
• 补码运算中，可以用加法代替减法，节省元件， 降低成本。
5
计算机组成原理
第二章 运算方法与运算器
⑵补码表示法
原码求补码方法：正数不变（相同）。负数符号位不变， 数值位求反加1
第二种浮点表示的格式为
1，10001001，01111111110000000000000
17
计算机组成原理
⑶ 浮点数的表示举例
第二章 运算方法与运算器
某机用32b表示一个数，阶码部分占8b（含一位符号 位2格5式6）.。5，，尾x数2=1部27分/2占56，2 4试b（写含出一x1和位x符2的号两位种）浮。点数设表x1示=-
最小负数 最大负数
最小正数
最大正数
1.0000000 1.1111111
0.0000001
0.1111111
-1
-2－7
2－7
1-2－7
11
计算机组成原理
第二章 运算方法与运算器
定点整数的表示范围：
①设字长为8b，用原码表示时，其表示范围如下：
最小负数 最大负数 最小正数 最大正数
11111111 10000001 00000001 01111111
计算机组成原理
１．真值与机器数
第二章 运算方法与运算器
采用正、负符号加上二进制的绝对值，则这种 数值称为真值。
将正负号分别用一位数码0和1来代替，一般将 这种符号位放在数的最高位。这种在机器中使 用的连同数符一起数码化的数，称为机器数。
1
计算机组成原理
计算机组成原理课件第2章课件
压力测试
通过长时间运行高负载任务来 测试计算机的稳定性和可靠性 。
温度和散热测试
测试计算机在高温环境下的稳 定性和散热性能。
计算机性能优化
01
02
03
04
硬件优化
通过升级硬件配置，如 更快的处理器、更大的 内存和存储空间等，提 高计算机性能。
软件优化
通过优化软件算法、操 作系统和应用程序等， 提高计算机性能。
计算机安全重要性
随着计算机技术的快速发展，计算机安全问题日益突出，保护计算机安全对于保障国家安全、社会稳定和经济发展具 有重要意义。
计算机安全威胁
计算机安全面临的威胁包括病毒、木马、黑客攻击、网络钓鱼、拒绝服务攻击等，这些威胁可能导致数 据泄露、系统瘫痪、经济损失等严重后果。
计算机安全技术
防火墙技术
感谢您的观看
THANKS
Excel
电子表格软件，用于数据处理、图表制作和 数据分析。
应用软件
PowerPoint
演示文稿软件，用于制作幻 灯片、演示文稿和会议报告 等。
图像处理软件
用于处理和编辑图像，如 Photoshop等。
图像裁剪
对图像进行裁剪，保留需要 的部分。
应用软件
色彩调整
调整图像的色彩、亮度和对比度 等参数。
数据库管理系统
用于管理大量数据，提供数据存储、检索、更新和保护功能。
系统软件
数据模型
定义数据的组织方式和数据之间的关系。
数据操作语言
用于执行数据的插入、删除、更新和检索等 操作。
数据控制语言
用于控制对数据的访问权限和数据的安全性。
应用软件
Word
文本编辑软件，用于撰写文档、排版和打印。
计算机组成原理第2版01
有无乘法指令
计算机 程序员所见到的计算机系统的属性 体系结构 概念性的结构与功能特性
（指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理）
计算机 组成
实现计算机体系结构所体现的属性
（具体指令的实现）
如何实现乘法指令
1.2 计算机的基本组成 一、冯· 诺依曼计算机的特点
1. 计算机由五大部件组成
2. 指令和数据以同等地位存于存储器，
运算器
1.2
指令
减 M
MQ
初态 ACC [M] [ACC]-[X]
被减数
X ACC
③ 乘法操作过程
0 ACC ALU ALU X
运算器
1.2
指令
初态 乘 M
MQ
ACC
[M] [ACC]
被乘数
MQ X
0
[X]×[MQ]
ACC
ACC∥MQ
④ 除法操作过程
ACC ALU X
运算器
1.2
指令
初态 除 M
4位（4004） 8位 16位 32位 64位
存储器芯片 1970年 256位 1K位 4K位 16K位 64K位 256K位 1M位 4M位 16M位 64M位
Moore 定律
Intel 公司的缔造者之一 Gordon Moore 提出 微芯片上集成的 晶体管数目每三年翻两番
2.1
Intel 公司的典型微处理器产品
1.2
X 加数 减数
ACC
ALU
MQ
加法 被加数 和 被减数 减法 差 乘数 乘法 乘积高位 乘积低位
X
运算器
被乘数
被除数高位 被除数低位 除法 余数 除数 商
① 加法操作过程
ACC ALU X
计算机 程序员所见到的计算机系统的属性 体系结构 概念性的结构与功能特性
（指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理）
计算机 组成
实现计算机体系结构所体现的属性
（具体指令的实现）
如何实现乘法指令
1.2 计算机的基本组成 一、冯· 诺依曼计算机的特点
1. 计算机由五大部件组成
2. 指令和数据以同等地位存于存储器，
运算器
1.2
指令
减 M
MQ
初态 ACC [M] [ACC]-[X]
被减数
X ACC
③ 乘法操作过程
0 ACC ALU ALU X
运算器
1.2
指令
初态 乘 M
MQ
ACC
[M] [ACC]
被乘数
MQ X
0
[X]×[MQ]
ACC
ACC∥MQ
④ 除法操作过程
ACC ALU X
运算器
1.2
指令
初态 除 M
4位（4004） 8位 16位 32位 64位
存储器芯片 1970年 256位 1K位 4K位 16K位 64K位 256K位 1M位 4M位 16M位 64M位
Moore 定律
Intel 公司的缔造者之一 Gordon Moore 提出 微芯片上集成的 晶体管数目每三年翻两番
2.1
Intel 公司的典型微处理器产品
1.2
X 加数 减数
ACC
ALU
MQ
加法 被加数 和 被减数 减法 差 乘数 乘法 乘积高位 乘积低位
X
运算器
被乘数
被除数高位 被除数低位 除法 余数 除数 商
① 加法操作过程
ACC ALU X
计算机组成原理课程教学内容和教学要求
计算机组成原理课程教学内容和教学要求本教材共分为8章，重点需要学员掌握的是第二章数据表示和运算方法，第三章计算机的运算器部件以及第四章指令系统和第五章计算机的控制器部件。
（注：用红色标注的为每章重点掌握的内容）第一章计算机系统概述本章简要介绍计算机组成的五大功能部件及其相互连接关系，计算机系统组成的层次概念，计算机的发展进程等内容，要求学员从层次的观点初步认识完整计算机的基本组成，能够指出计算机的体系结构、计算机组成和计算机实现之间的联系与区别。
第二章数据表示和运算方法本章主要涉及到了很多设计与实现运算器部件的基础理论知识，例如信息的编码知识、数据表示和运算算法等。
二进制编码，数制转换，定点小数和整数的原、反、补码表示，补码加减运算，原码一位乘除运算是本章的重点内容。
学习过程中，要求学员掌握两种常用检错、纠错码的实现原理；掌握定点小数、整数、浮点数在计算机内的表示，补码加减法的运算规则，原码一位乘除法的实现算法和完成算术运算所用到的原理性逻辑电路；了解文字和多媒体信息的表示的基本概念。
教学要求:了解：数字化编码理解：检错纠错码掌握：数制及转换、数据表示、算术与逻辑运算、十进制数与浮点数间的转换运算第三章计算机的运算器部件运算器部件是学习计算机整机运行原理与系统设计的最为基础的一个环节，因此本章不仅仅是考试考查的重点，同时也是课程学习中的重中之重。
重点掌握定点运算器的功能、组成、设计和实现；了解主要完成浮点数算术运算的浮点运算器的运算规则和组成。
理解MIPS计算机的运算器实例的组成特点。
运算器，3大件，运算、暂存、乘除快，多路选通连起来。
第四章指令系统和汇编语言程序设计本章主要讲解指令系统设计和汇编语言程序设计的简单知识，这是设计与实现控制器部件的出发点和基本依据；学员在学习过程中应该掌握指令的功能、格式和常用的几种寻址方式；了解指令周期对计算机性能和硬件结构的影响；理解3个级别的计算机语言之间的关键区别和各自的应用场合；了解程序中常用到的几种流程结构及其相应的指令或语句。
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• 通常含有4、8、16、32个甚至更多个CPU; • 为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，作
为主服务器（企业级服务器）
计算机的组成与分类
小型计算机
• 为多个用户执行任务，但它没有大型机的高性能，支持 的用户较少
• 小型机的典型应用是帮助中小企业完成信息处理任务， 如库存管理、销售管理、文档管理等
使用计算机
计算机的组成与分类
计算机的应用模式
• 集中计算模式(50～70年代) • 分散计算模式(80年代) • 网络计算模式(90年代)
发展趋势：智能化
计算机的组成与分类
计算机的巨大作用
• 信息处理工具 • 应用于科学研究 • 应用于工农业生产 • 应用于社会服务 • 应用于社会文化 • 应用于办公室和家庭
计算机的组成与分类
计算机的组成
＋
硬件
软件
计算机的组成与分类
计算机的组成
硬件：计算机系统中所有实际物理装置的总称 软件：在计算机中运行的各种程序及其处理的数据 和相关文档
程序：用来向计算机指出应如何一步步地进行规定操作 数据：程序处理的对象 文档：提供给用户使用的操作说明、技术资料等
硬件是软件的工作基础，软件是硬件功能的扩充和完善。 两者相互依存，相互促进
• 微处理器: 简称μP或MP，通常指使用单片大规模集成电路 制成的、具有运算和控制功能的部件
• 中央处理器：承担系统软件和应用软件运行任务的处理器 • 并行处理：使用多个CPU实现超高速计算的技术
计算机的组成与分类
内存储器和外存储器
• 存储器：把程序和数据存储起来的部件
• 内存储器(简称内存或主存) 存取速度快、容量相对小、价格相对高； 直接与CPU相连接； 易失性；
计算机的组成与分类
总线与I/Oபைடு நூலகம்口
总线：用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间 传输信息并协调它们工作的一种部件 前端总线：连接CPU和内存的总线 I/O 总线：连接内存和I/O设备(包括外存)的总线
I/O接口：计算机系统中的I/O设备通过I/O接口与各自的 控制器连接，然后由控制器与总线相连
外存储器
计算机硬件的逻辑组成
计算机的组成与分类
输入设备 : 用来向计算机输入信息的设备 功能：把人可直接识别和感知的形式转换成计算机
中用“0” 和“1”表示的信息 常见的输入设备
键盘、鼠标器、扫描仪、麦克风、摄像头等
计算机的组成与分类
中央处理器
• 处理器：负责对输入信息进行各种处理（例如：计算、 排序、分类、检索等）的部件
计算机的组成与分类
计算机硬件的组成
中央处理器（CPU）
内存储器
计算机硬件 外存储器
系 统
总
输入设备
线
输出设备
CPU 主机 主存储器
总线
外围设备 （外设）
外存储器 输入设备 输出设备
计算机的组成与分类
中央处理器 系统总线
内存储器 存储控制器
控制器
控制器
I/O接口
输入设备
输出设备
控制器 外存储器接口
50 年 代 中 后 期 ～ 60 年 代 中期
60 年 代 中 期 ～ 70 年 代 初期
主要元器件 CPU：电子管 内存：磁鼓
CPU：晶体管 内存：磁芯
CPU：SSI，MSI 内存：SSI，MSI 半导体存储器
第4代 20 世 纪 70 年 CPU：LSI、VLSI 代中期以来 内存：LSI、VLSI 的半导体存储器
计算机的组成与分类
计算机的分类
1.按内部逻辑结构分为：
• 单处理机、多处理机(并行机)
2.按字长分为：
• 16位机、32位机或64位计算机等
3.按计算机的性能、用途和价格分为：
• 巨型计算机（Supercomputer） • 大型计算机（Mainframe） • 小型计算机（Minicomputer） • 个人计算机（Personal Computer）
计算机的组成与分类
个人计算机
台式机：一般在办公室或家庭中使用 便携机：便于外出携带
笔记本（膝上机） 手持式计算机（掌上机）
计算机的组成与分类
单片计算机（嵌入式计算机）
是一种把处理器、存储器、输入／输出控制与接口电路等都集成 在同一块芯片上的大规模集成电路
CPU的结构与原理
(1) 计算机的工作原理：
计算机的组成与分类
计算机的发展
世界上第一台计算机
时间：1946年 地点：美国宾夕法尼亚大学 名称：ENIAC 应用：为了计算弹道而研制
18000电子管，1500个继电器，重30吨，运算速度5000次/秒
计算机的组成与分类
第1～4代计算机的对比
代别 第1代
第2代
第3代
年代
20 世 纪 40 年 代 中 期 ～ 50 年代末期
存储程序控制-------冯.诺依曼
(2)主要内容：
• 指令与数据都用二进制编码形式存储、运行和运算 • 程序和数据预先存放在存储器内 • 计算机工作时，CPU从内存中一条一条地取出指令和和相应的数据，
按指令的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止
CPU的结构与原理
外存储器
①任务启动时，执行 该任务的程序和数据 从外存成批传送到内 存 ⑤任务完成后，将处 理得到的全部结果成 批传送到外存以长久 保存
配置的软件
主要应用
使用机器语言和汇 科学计算和工程 编语言编写程序 计算
使用FORTRAN等高级 开始广泛应用于
程序设计语言
数据处理领域
操作系统，数据库 在科学计算、数
管理系统等开始使 据处理、工业控
用
制等领域得到广
泛应用
软件工程、分布式 深入到各行各业，
计算、网络软件等 家庭和个人开始
开始广泛使用
• 外存储器(简称外存或辅存) 存取速度慢、容量相对大，价格相对低； 不直接与CPU相连接； 非易失性；
计算机的组成与分类
输出设备：完成信息输出的设备
功能：把计算机中用“0” 和“1”表示的信息转换成人可直 接
识别和感知的形式 常见的输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音 箱 等
输入设备＋输出设备 ＝ I / O（Input / Output）设备
计算机的组成与分类
巨型计算机
• 采用大规模并行处理的体系结构，由数以百计、千计、 万计 的CPU组成；
• 速度达到每秒数万亿次以上； • 多用在军事、科研、气象预报、 石油勘探等领域
NEC SX-6/64MB巨型计算机外形
计算机的组成与分类
大型计算机
• 运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性 高、安全性好、有丰富的系统软件和应用软件
为主服务器（企业级服务器）
计算机的组成与分类
小型计算机
• 为多个用户执行任务，但它没有大型机的高性能，支持 的用户较少
• 小型机的典型应用是帮助中小企业完成信息处理任务， 如库存管理、销售管理、文档管理等
使用计算机
计算机的组成与分类
计算机的应用模式
• 集中计算模式(50～70年代) • 分散计算模式(80年代) • 网络计算模式(90年代)
发展趋势：智能化
计算机的组成与分类
计算机的巨大作用
• 信息处理工具 • 应用于科学研究 • 应用于工农业生产 • 应用于社会服务 • 应用于社会文化 • 应用于办公室和家庭
计算机的组成与分类
计算机的组成
＋
硬件
软件
计算机的组成与分类
计算机的组成
硬件：计算机系统中所有实际物理装置的总称 软件：在计算机中运行的各种程序及其处理的数据 和相关文档
程序：用来向计算机指出应如何一步步地进行规定操作 数据：程序处理的对象 文档：提供给用户使用的操作说明、技术资料等
硬件是软件的工作基础，软件是硬件功能的扩充和完善。 两者相互依存，相互促进
• 微处理器: 简称μP或MP，通常指使用单片大规模集成电路 制成的、具有运算和控制功能的部件
• 中央处理器：承担系统软件和应用软件运行任务的处理器 • 并行处理：使用多个CPU实现超高速计算的技术
计算机的组成与分类
内存储器和外存储器
• 存储器：把程序和数据存储起来的部件
• 内存储器(简称内存或主存) 存取速度快、容量相对小、价格相对高； 直接与CPU相连接； 易失性；
计算机的组成与分类
总线与I/Oபைடு நூலகம்口
总线：用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间 传输信息并协调它们工作的一种部件 前端总线：连接CPU和内存的总线 I/O 总线：连接内存和I/O设备(包括外存)的总线
I/O接口：计算机系统中的I/O设备通过I/O接口与各自的 控制器连接，然后由控制器与总线相连
外存储器
计算机硬件的逻辑组成
计算机的组成与分类
输入设备 : 用来向计算机输入信息的设备 功能：把人可直接识别和感知的形式转换成计算机
中用“0” 和“1”表示的信息 常见的输入设备
键盘、鼠标器、扫描仪、麦克风、摄像头等
计算机的组成与分类
中央处理器
• 处理器：负责对输入信息进行各种处理（例如：计算、 排序、分类、检索等）的部件
计算机的组成与分类
计算机硬件的组成
中央处理器（CPU）
内存储器
计算机硬件 外存储器
系 统
总
输入设备
线
输出设备
CPU 主机 主存储器
总线
外围设备 （外设）
外存储器 输入设备 输出设备
计算机的组成与分类
中央处理器 系统总线
内存储器 存储控制器
控制器
控制器
I/O接口
输入设备
输出设备
控制器 外存储器接口
50 年 代 中 后 期 ～ 60 年 代 中期
60 年 代 中 期 ～ 70 年 代 初期
主要元器件 CPU：电子管 内存：磁鼓
CPU：晶体管 内存：磁芯
CPU：SSI，MSI 内存：SSI，MSI 半导体存储器
第4代 20 世 纪 70 年 CPU：LSI、VLSI 代中期以来 内存：LSI、VLSI 的半导体存储器
计算机的组成与分类
计算机的分类
1.按内部逻辑结构分为：
• 单处理机、多处理机(并行机)
2.按字长分为：
• 16位机、32位机或64位计算机等
3.按计算机的性能、用途和价格分为：
• 巨型计算机（Supercomputer） • 大型计算机（Mainframe） • 小型计算机（Minicomputer） • 个人计算机（Personal Computer）
计算机的组成与分类
个人计算机
台式机：一般在办公室或家庭中使用 便携机：便于外出携带
笔记本（膝上机） 手持式计算机（掌上机）
计算机的组成与分类
单片计算机（嵌入式计算机）
是一种把处理器、存储器、输入／输出控制与接口电路等都集成 在同一块芯片上的大规模集成电路
CPU的结构与原理
(1) 计算机的工作原理：
计算机的组成与分类
计算机的发展
世界上第一台计算机
时间：1946年 地点：美国宾夕法尼亚大学 名称：ENIAC 应用：为了计算弹道而研制
18000电子管，1500个继电器，重30吨，运算速度5000次/秒
计算机的组成与分类
第1～4代计算机的对比
代别 第1代
第2代
第3代
年代
20 世 纪 40 年 代 中 期 ～ 50 年代末期
存储程序控制-------冯.诺依曼
(2)主要内容：
• 指令与数据都用二进制编码形式存储、运行和运算 • 程序和数据预先存放在存储器内 • 计算机工作时，CPU从内存中一条一条地取出指令和和相应的数据，
按指令的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止
CPU的结构与原理
外存储器
①任务启动时，执行 该任务的程序和数据 从外存成批传送到内 存 ⑤任务完成后，将处 理得到的全部结果成 批传送到外存以长久 保存
配置的软件
主要应用
使用机器语言和汇 科学计算和工程 编语言编写程序 计算
使用FORTRAN等高级 开始广泛应用于
程序设计语言
数据处理领域
操作系统，数据库 在科学计算、数
管理系统等开始使 据处理、工业控
用
制等领域得到广
泛应用
软件工程、分布式 深入到各行各业，
计算、网络软件等 家庭和个人开始
开始广泛使用
• 外存储器(简称外存或辅存) 存取速度慢、容量相对大，价格相对低； 不直接与CPU相连接； 非易失性；
计算机的组成与分类
输出设备：完成信息输出的设备
功能：把计算机中用“0” 和“1”表示的信息转换成人可直 接
识别和感知的形式 常见的输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音 箱 等
输入设备＋输出设备 ＝ I / O（Input / Output）设备
计算机的组成与分类
巨型计算机
• 采用大规模并行处理的体系结构，由数以百计、千计、 万计 的CPU组成；
• 速度达到每秒数万亿次以上； • 多用在军事、科研、气象预报、 石油勘探等领域
NEC SX-6/64MB巨型计算机外形
计算机的组成与分类
大型计算机
• 运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性 高、安全性好、有丰富的系统软件和应用软件