第1章 平面設(shè)計基本

1、計計 算算 機(jī)機(jī) 組組 成成 原原 理理 主講主講 盧青華盧青華2 / 42計算機(jī)組成原理自我介紹自我介紹姓姓 名：盧青華名：盧青華辦公地點：軟件工程系辦公地點：軟件工程系答疑時間：星期二答疑時間：星期二15:0015:0017:0017:00星期四星期四15:0015:0017:00 17:00 E - mail： 3 / 42計算機(jī)組成原理課程介紹課程介紹課程名稱：課程名稱：計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理課程代碼：課程代碼：LM1001LM1001課程學(xué)時：課程學(xué)時：6868學(xué)學(xué) 分：分：4 4課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)4 / 42計算機(jī)組成原理本課程的性質(zhì)、地位和作用本課程的性質(zhì)

2、、地位和作用 計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理課程是計算機(jī)相關(guān)專業(yè)課程是計算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的必修課程，是一門理論和實踐都很強(qiáng)的課學(xué)生的必修課程，是一門理論和實踐都很強(qiáng)的課程。理解計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，從計算機(jī)系統(tǒng)的角程。理解計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，從計算機(jī)系統(tǒng)的角度進(jìn)一步加強(qiáng)對計算機(jī)整機(jī)概念的理解，為后續(xù)度進(jìn)一步加強(qiáng)對計算機(jī)整機(jī)概念的理解，為后續(xù)的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及日后的求職做好鋪墊。的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及日后的求職做好鋪墊。5 / 42計算機(jī)組成原理教學(xué)目的和要求教學(xué)目的和要求 通過課程的學(xué)習(xí)，了解計算機(jī)的組成、工通過課程的學(xué)習(xí)，了解計算機(jī)的組成、工作原理及應(yīng)用，掌握各組成部分之間的聯(lián)系，作原理及應(yīng)用，掌握

3、各組成部分之間的聯(lián)系，包含總線、存儲器和輸入輸出系統(tǒng)以及包含總線、存儲器和輸入輸出系統(tǒng)以及CPUCPU的內(nèi)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能。部結(jié)構(gòu)和功能。 對計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)有較好的理解，具有一對計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)有較好的理解，具有一定的靈活分析問題、解決問題的能力。定的靈活分析問題、解決問題的能力。 6 / 42計算機(jī)組成原理課程內(nèi)容課程內(nèi)容n第第1章章 計算機(jī)系統(tǒng)概論計算機(jī)系統(tǒng)概論n第第2章章 運(yùn)算方法和運(yùn)算器運(yùn)算方法和運(yùn)算器 n第第3章章 多層次的存儲器多層次的存儲器 n第第4章章 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)n第第5章章 中央處理機(jī)中央處理機(jī)n第第6章章 總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)n第第7章章 外圍設(shè)備外圍設(shè)備n第第8章章

4、輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)（ 第第9章了解章了解 ）7 / 42計算機(jī)組成原理課程考核標(biāo)準(zhǔn)課程考核標(biāo)準(zhǔn)考核內(nèi)容考核內(nèi)容分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)百分比百分比平平時時成成績績作業(yè)作業(yè)101010%10%實驗及課程設(shè)計實驗及課程設(shè)計101010%10%考勤考勤101010%10%期末考試期末考試707070%70%本門課程的最終成績?yōu)楦黜棾煽冎?。本門課程的最終成績?yōu)楦黜棾煽冎汀?8 / 42計算機(jī)組成原理課程采用的教材、參考書課程采用的教材、參考書教材：教材：計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，白中英，白中英 主編，主編， 科學(xué)出版社，科學(xué)出版社，2011.12參考書：參考書：計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理

5、，唐碩飛主編，高等教育出版社，唐碩飛主編，高等教育出版社，2008.12008.1計算機(jī)組成技術(shù)教程計算機(jī)組成技術(shù)教程，李，李 東、黃慶成東、黃慶成 編著，電子工業(yè)出版社，編著，電子工業(yè)出版社，2011.62011.69 / 42計算機(jī)組成原理下載課件下載課件ftp:/ :kjdownkjdown找到軟件工程系找到軟件工程系 在目錄在目錄“盧青華盧青華”下載相應(yīng)的課件下載相應(yīng)的課件10 / 42計算機(jī)組成原理11 / 42計算機(jī)組成原理1. 1 計算機(jī)的分類計算機(jī)的分類1. 2 計算機(jī)的發(fā)展簡史計算機(jī)的發(fā)展簡史1. 3 計算機(jī)的硬件計算機(jī)的硬件 1. 4 計算機(jī)的軟件計算機(jī)的軟件1. 5 計算

6、機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)12 / 42計算機(jī)組成原理n掌握計算機(jī)分類的主要準(zhǔn)則。掌握計算機(jī)分類的主要準(zhǔn)則。n理解解計算機(jī)的發(fā)展簡史、微處理器的發(fā)展歷程理解解計算機(jī)的發(fā)展簡史、微處理器的發(fā)展歷程。n掌握計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計算機(jī)組成的概念。掌握計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計算機(jī)組成的概念。n掌握馮掌握馮.諾依曼結(jié)構(gòu)，計算機(jī)硬件的五個主要部諾依曼結(jié)構(gòu)，計算機(jī)硬件的五個主要部分。分。n理解計算機(jī)軟件的組成與分類。理解計算機(jī)軟件的組成與分類。13 / 42計算機(jī)組成原理一、電子計算機(jī)從總體上來說分為兩大類。一、電子計算機(jī)從總體上來說分為兩大類。n電子模擬計算機(jī)。模擬計算機(jī)的特點是數(shù)值由連電子模擬計算機(jī)。模

7、擬計算機(jī)的特點是數(shù)值由連續(xù)量來表示，運(yùn)算過程也是連續(xù)的。續(xù)量來表示，運(yùn)算過程也是連續(xù)的。n電子數(shù)字計算機(jī)，它是在算盤的基礎(chǔ)上發(fā)展起來電子數(shù)字計算機(jī)，它是在算盤的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是用數(shù)目字來表示數(shù)量的大小。數(shù)字計算機(jī)的，是用數(shù)目字來表示數(shù)量的大小。數(shù)字計算機(jī)的主要特點是按位運(yùn)算，并且不連續(xù)地跳動計算的主要特點是按位運(yùn)算，并且不連續(xù)地跳動計算。14 / 42計算機(jī)組成原理二、數(shù)字計算機(jī)分類二、數(shù)字計算機(jī)分類 n數(shù)字計算機(jī)根據(jù)計算機(jī)的效率、速度、價格、運(yùn)數(shù)字計算機(jī)根據(jù)計算機(jī)的效率、速度、價格、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性來劃分，可以劃分為兩類：行的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性來劃分，可以劃分為兩類：n專用計算機(jī)：專用機(jī)

8、是最有效、最經(jīng)濟(jì)和最快速專用計算機(jī)：專用機(jī)是最有效、最經(jīng)濟(jì)和最快速的計算機(jī)，但是它的適應(yīng)性很差。的計算機(jī)，但是它的適應(yīng)性很差。n通用計算機(jī)：通用計算機(jī)適應(yīng)性很大，但是犧通用計算機(jī)：通用計算機(jī)適應(yīng)性很大，但是犧牲了效率、速度和經(jīng)濟(jì)性。牲了效率、速度和經(jīng)濟(jì)性。15 / 42計算機(jī)組成原理三、通用計算機(jī)分類三、通用計算機(jī)分類 n通用計算機(jī)根據(jù)體積、簡易性、功率損耗、性通用計算機(jī)根據(jù)體積、簡易性、功率損耗、性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)存儲容量、指令系統(tǒng)規(guī)模和機(jī)器能指標(biāo)、數(shù)據(jù)存儲容量、指令系統(tǒng)規(guī)模和機(jī)器價格等可以分為：價格等可以分為：超級計算機(jī)超級計算機(jī)大型機(jī)大型機(jī)服務(wù)器服務(wù)器工作站工作站微型機(jī)微型機(jī)單片機(jī)單片機(jī)16

9、 / 42計算機(jī)組成原理帕斯卡的加法機(jī)帕斯卡的加法機(jī)古老的計算工具古老的計算工具算盤算盤 萊布尼茲的演算機(jī)萊布尼茲的演算機(jī) 巴貝奇差分機(jī)巴貝奇差分機(jī)巴貝奇分析機(jī)巴貝奇分析機(jī)早期的計算機(jī)器早期的計算機(jī)器17 / 42計算機(jī)組成原理圖靈（圖靈（Turing）馮馮諾依曼諾依曼（John Von Neuman）18 / 42計算機(jī)組成原理n第一代為第一代為19461957年，電子管計算機(jī)：數(shù)據(jù)處年，電子管計算機(jī)：數(shù)據(jù)處理理n第二代為第二代為19581964年，晶體管計算機(jī)：工業(yè)控年，晶體管計算機(jī)：工業(yè)控制制n第三代為第三代為19651971年，中小規(guī)模集成電路計算年，中小規(guī)模集成電路計算機(jī)：小型計算機(jī)

10、機(jī)：小型計算機(jī)n第四代為第四代為19721990年，大規(guī)模和超大規(guī)模集成年，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機(jī)：微型計算機(jī)電路計算機(jī)：微型計算機(jī)n第五代為第五代為1991年開始，巨大規(guī)模集成電路計算機(jī)年開始，巨大規(guī)模集成電路計算機(jī)19 / 42計算機(jī)組成原理n第一代計算機(jī)（第一代計算機(jī)（1946-19571946-1957）電子管時代）電子管時代 ENIAC ENIAC（Electronic Numerical Electronic Numerical Integrator and CalculatorIntegrator and Calculator） EDVAC EDVAC（Electroni

11、c Discrete Variable Electronic Discrete Variable Automatic ComputerAutomatic Computer）運(yùn)算速度：每秒幾千次。運(yùn)算速度：每秒幾千次。19541954年，第年，第1 1個高級程序設(shè)計語言個高級程序設(shè)計語言FortranFortran問問世世20 / 42計算機(jī)組成原理世界上第一臺電子計算機(jī)世界上第一臺電子計算機(jī) ENIAC(1946)ENIAC(1946)21 / 42計算機(jī)組成原理n第二代計算機(jī)（第二代計算機(jī)（1958-19641958-1964）晶體管時代）晶體管時代n計算機(jī)的應(yīng)用從科學(xué)計算，擴(kuò)展到：數(shù)據(jù)處理

12、和計算機(jī)的應(yīng)用從科學(xué)計算，擴(kuò)展到：數(shù)據(jù)處理和過程控制。過程控制。n Algol 60 Algol 60 高級程序設(shè)計語言問世高級程序設(shè)計語言問世n計算機(jī)的運(yùn)算速度達(dá)到：幾萬到幾十萬次每秒。計算機(jī)的運(yùn)算速度達(dá)到：幾萬到幾十萬次每秒。22 / 42計算機(jī)組成原理n第三代計算機(jī)（第三代計算機(jī)（1965-19711965-1971）集成電路時代）集成電路時代集成電路集成電路(Integrated Circuits, IC)(Integrated Circuits, IC)代替分立元代替分立元件。件。IBM System 360 IBM System 360 系列機(jī)問世。系列機(jī)問世。操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)(

13、Operating System )( Operating System )日益成熟。日益成熟。半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器 開始替代開始替代 磁芯存儲器。磁芯存儲器。小型計算機(jī)走進(jìn)市場。小型計算機(jī)走進(jìn)市場。計算機(jī)的運(yùn)算速度最高可達(dá)：幾千萬次每秒計算機(jī)的運(yùn)算速度最高可達(dá)：幾千萬次每秒23 / 42計算機(jī)組成原理n第四代計算機(jī)（第四代計算機(jī)（1972-19901972-1990）大規(guī)模集成電路）大規(guī)模集成電路時代時代現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)基本成熟，并行計算機(jī)得到廣現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)基本成熟，并行計算機(jī)得到廣泛的重視。泛的重視?；谙蛄坎⑿刑幚砑夹g(shù)的基于向量并行處理技術(shù)的Cray-1Cray-1是人類首次獲是人類

14、首次獲得每秒得每秒1 1億次的運(yùn)算速度。億次的運(yùn)算速度。微處理器和微型計算機(jī)問世。微處理器和微型計算機(jī)問世。24 / 42計算機(jī)組成原理n第五代計算機(jī)（第五代計算機(jī)（1991-1991-至今）巨大規(guī)模集成電至今）巨大規(guī)模集成電路計算機(jī)路計算機(jī)每秒每秒1010億次的運(yùn)算速度。億次的運(yùn)算速度。25 / 42計算機(jī)組成原理n半導(dǎo)體存儲器的發(fā)展半導(dǎo)體存儲器的發(fā)展存儲器容量: 存儲器中所有存儲單元的總數(shù)目。存儲器容量越大，記憶的二進(jìn)制數(shù)越多。n微處理器的發(fā)展微處理器的發(fā)展處理機(jī)字長: 指處理機(jī)運(yùn)算器中一次能夠完成二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算的位數(shù)。字長越長，表示計算的精度越高。26 / 42計算機(jī)組成原理n每每18個月

15、微處理器內(nèi)部的晶體管數(shù)量擴(kuò)大個月微處理器內(nèi)部的晶體管數(shù)量擴(kuò)大一倍，計算機(jī)的性能將翻一番，而芯片的一倍，計算機(jī)的性能將翻一番，而芯片的價格保持不變價格保持不變27 / 42計算機(jī)組成原理n科學(xué)與工程計算（或數(shù)值計算）科學(xué)與工程計算（或數(shù)值計算） n數(shù)據(jù)處理（或信息處理）數(shù)據(jù)處理（或信息處理） n過程控制過程控制n輔助技術(shù)（輔助技術(shù)（ CAD/CAM/CIMS /CAE）n智能模擬智能模擬n網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)通信n圖形圖形/圖像處理圖像處理 28 / 42計算機(jī)組成原理1、電子計算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了哪幾代？每一代的特征、電子計算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了哪幾代？每一代的特征是什么？是什么？2、簡述微處理器和微型計算機(jī)發(fā)

16、展的五個階段及各、簡述微處理器和微型計算機(jī)發(fā)展的五個階段及各個階段的特征。個階段的特征。29 / 42計算機(jī)組成原理一、硬件組成要素一、硬件組成要素通過一個例子我們來了解數(shù)字計算機(jī)的主要通過一個例子我們來了解數(shù)字計算機(jī)的主要組成和工作原理。組成和工作原理。假設(shè)給一個算盤、一張帶有橫格的紙和一支筆，假設(shè)給一個算盤、一張帶有橫格的紙和一支筆，要求我們計算要求我們計算y=ax+b-cy=ax+b-c這樣一個題目。這樣一個題目。解題步驟和數(shù)據(jù)記錄在橫格紙上，請看過程。解題步驟和數(shù)據(jù)記錄在橫格紙上，請看過程。30 / 42計算機(jī)組成原理31 / 42計算機(jī)組成原理二、數(shù)字計算機(jī)基本組成二、數(shù)字計算機(jī)基本

17、組成n控制器：人的大腦的操作控制功能控制器：人的大腦的操作控制功能n運(yùn)算器：人的大腦的計算功能運(yùn)算器：人的大腦的計算功能n存儲器：人的大腦記憶功能存儲器：人的大腦記憶功能n輸入設(shè)備：交互接口，筆輸入設(shè)備：交互接口，筆n輸出設(shè)備：交互接口，紙輸出設(shè)備：交互接口，紙32 / 42計算機(jī)組成原理三、馮三、馮諾依曼型計算機(jī)諾依曼型計算機(jī) 存儲程序存儲程序按地址自動執(zhí)行按地址自動執(zhí)行 五大部件：包括控制器、運(yùn)算器、存儲器、輸五大部件：包括控制器、運(yùn)算器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備入設(shè)備、輸出設(shè)備以運(yùn)算器為中心以運(yùn)算器為中心33 / 42計算機(jī)組成原理馮馮諾依曼型計算機(jī)諾依曼型計算機(jī)存儲器輸出輸入運(yùn)算器控

18、制器數(shù)據(jù)信號控制信號地址信號34 / 42計算機(jī)組成原理四、運(yùn)算器四、運(yùn)算器n算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算n在計算機(jī)中參與運(yùn)算的數(shù)是二在計算機(jī)中參與運(yùn)算的數(shù)是二進(jìn)制的進(jìn)制的n運(yùn)算器的長度一般是運(yùn)算器的長度一般是8 8、1616、3232或或6464位位運(yùn)算電路單元寄存器B累加器A35 / 42計算機(jī)組成原理五、存儲器五、存儲器n存儲數(shù)據(jù)和程序（指令）存儲數(shù)據(jù)和程序（指令）n容量（存儲單元、存儲單元地址、容量單位）容量（存儲單元、存儲單元地址、容量單位）n分類內(nèi)存（分類內(nèi)存（ROMROM、RAMRAM）、外存）、外存n存儲器單位：存儲器單位：2 21010 1K1K2 21010 K K

19、1M1M2 21010 M M1G1G2 210 10 G G1T1T36 / 42計算機(jī)組成原理六、控制器六、控制器n控制器的基本任務(wù)：按照一定的順序一條接著一條控制器的基本任務(wù)：按照一定的順序一條接著一條取指令、指令譯碼、執(zhí)行指令。取指周期和執(zhí)行周取指令、指令譯碼、執(zhí)行指令。取指周期和執(zhí)行周期期n控制器完全可以區(qū)分開哪些是指令字，哪些是數(shù)據(jù)控制器完全可以區(qū)分開哪些是指令字，哪些是數(shù)據(jù)字。字。37 / 42計算機(jī)組成原理七、七、I/OI/O設(shè)備設(shè)備n輸入設(shè)備：把人們所熟悉的某種信息形式變換為機(jī)輸入設(shè)備：把人們所熟悉的某種信息形式變換為機(jī)器內(nèi)部所能接收和識別的二進(jìn)制信息形式器內(nèi)部所能接收和識別

20、的二進(jìn)制信息形式n輸出設(shè)備：把計算機(jī)處理的結(jié)果變換為人或其他機(jī)輸出設(shè)備：把計算機(jī)處理的結(jié)果變換為人或其他機(jī)器設(shè)備所能接收和識別的信息形式器設(shè)備所能接收和識別的信息形式n總線：構(gòu)成計算機(jī)系統(tǒng)的骨架，是多個系統(tǒng)部件之總線：構(gòu)成計算機(jī)系統(tǒng)的骨架，是多個系統(tǒng)部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。38 / 42計算機(jī)組成原理一、軟件的組成與分類一、軟件的組成與分類n計算機(jī)軟件主要有兩大類：計算機(jī)軟件主要有兩大類：n系統(tǒng)軟件：用來簡化程序設(shè)計，簡化使用方法，提系統(tǒng)軟件：用來簡化程序設(shè)計，簡化使用方法，提高計算機(jī)的使用效率，發(fā)揮和擴(kuò)大計算機(jī)的功能及高計算機(jī)的使用效率，發(fā)揮和擴(kuò)大計算機(jī)的功能及用途。用途。n它包括以下四類：各種服務(wù)性程序、語言程序它包括以下四類：各種服務(wù)性程序、語言程序、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)n應(yīng)用軟件：用戶利用計算機(jī)來解決某些問題而編制應(yīng)用軟件：用戶利用計算機(jī)來解決某些問題而編制的程序。的程序。39 / 42計算機(jī)組成原理一、多級計算機(jī)系統(tǒng)一、多級計算機(jī)系統(tǒng) 計算機(jī)