超棒 計算機組成原理課件 第一章概論

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 計算機的基本概念計算機的基本概念 系統(tǒng)硬件組成系統(tǒng)硬件組成（主要部件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）（主要部件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)） 計算機的性能指標(biāo)計算機的性能指標(biāo)第一章第一章 概論概論 第一節(jié)第一節(jié) 計算機的基本概念計算機的基本概念1.1.1 馮馮 諾依曼思想諾依曼思想1. 用二進(jìn)制代碼表示程序和數(shù)據(jù)；用二進(jìn)制代碼表示程序和數(shù)據(jù)；2. 計算機采用存儲程序的工作方式；計算機采用存儲程序的工作方式；3. 計算機硬件由存儲器、運算器、控制計算機硬件由存儲器、運算器、控制 器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成。器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成。1.1.2 信息的數(shù)字化表示信息的數(shù)字化表示 1. 在計算機中用數(shù)字代碼表示各

2、種信息在計算機中用數(shù)字代碼表示各種信息 二進(jìn)制代碼二進(jìn)制代碼例例1 用數(shù)字代碼表示數(shù)據(jù)用數(shù)字代碼表示數(shù)據(jù) 5 - 5 表示為表示為 0 101 表示為表示為 1 101 例例2 用數(shù)字代碼表示字符用數(shù)字代碼表示字符 A B 表示為表示為 1000001 表示為表示為 1000010 例例3 用數(shù)字代碼表示命令、狀態(tài)用數(shù)字代碼表示命令、狀態(tài) 啟動啟動 停止停止 正在工作正在工作 工作結(jié)束工作結(jié)束 表示為表示為 00 表示為表示為 01 表示為表示為 10 表示為表示為 11 2. 在物理機制上用數(shù)字信號在物理機制上用數(shù)字信號 數(shù)字型電信號數(shù)字型電信號例例1 用電平信號表示數(shù)字代碼用電平信號表示數(shù)

3、字代碼 高電平高電平 1 低電平低電平 高電平高電平 0 1 例例2 用脈沖信號表示數(shù)字代碼用脈沖信號表示數(shù)字代碼 有脈沖有脈沖無脈沖無脈沖 有脈沖有脈沖101 表示數(shù)字代碼表示數(shù)字代碼 實現(xiàn)并行實現(xiàn)并行操作操作實現(xiàn)串行實現(xiàn)串行操作操作1.1.3 存儲程序工作方式存儲程序工作方式 1.事先編制程序事先編制程序 3.自動、連續(xù)地執(zhí)行程序自動、連續(xù)地執(zhí)行程序 2.事先存儲程序事先存儲程序 傳統(tǒng)諾依曼機串行執(zhí)行指令。傳統(tǒng)諾依曼機串行執(zhí)行指令。 對傳統(tǒng)諾依曼機的改造：增加對傳統(tǒng)諾依曼機的改造：增加并并行處理行處理功能。功能。第二節(jié)第二節(jié) 計算機系統(tǒng)的硬件組成計算機系統(tǒng)的硬件組成1. 存儲器存儲器 1）

4、功能）功能: 存儲信息存儲信息。 2）組成（主存儲器）：）組成（主存儲器）：1.2.1 主要功能部件主要功能部件存儲體存儲體地址寄存器地址寄存器譯碼器譯碼器讀讀/ /寫線路寫線路數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器控制線路控制線路 存儲體存儲體: 存放信息的實體。存放信息的實體。 尋址系統(tǒng)尋址系統(tǒng)：對地址碼譯碼，：對地址碼譯碼，選擇存儲單元。選擇存儲單元。 讀讀/寫線路和數(shù)據(jù)寄存器寫線路和數(shù)據(jù)寄存器：完成讀：完成讀/寫寫操作，暫存讀操作，暫存讀/寫數(shù)據(jù)。寫數(shù)據(jù)。存儲體存儲體地址寄存器地址寄存器譯碼器譯碼器讀讀/ /寫線路寫線路數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器控制線路控制線路 控制線路控制線路：產(chǎn)生讀：產(chǎn)生讀/寫時序，控制

5、讀寫時序，控制讀/寫操作。寫操作。 3）討論）討論 存儲單元讀存儲單元讀/寫原理寫原理存儲器邏輯設(shè)計存儲器邏輯設(shè)計2. CPU由運算器、控制器組成。由運算器、控制器組成。（1） 運算器運算器 1）功能：）功能：加工信息加工信息。 2）組成：）組成：移位器移位器ALUALU選擇器通用寄存器組通用寄存器組選擇器移位器移位器ALUALU選擇器通用寄存器組通用寄存器組選擇器 ALU: ALU: 通過加法器實現(xiàn)運算通過加法器實現(xiàn)運算操作（由全加器求和、由進(jìn)位操作（由全加器求和、由進(jìn)位鏈傳遞進(jìn)位信號）。鏈傳遞進(jìn)位信號）。移位器移位器ALUALU選擇器通用寄存器組通用寄存器組選擇器 通用寄存器組：提供操作數(shù)

6、，通用寄存器組：提供操作數(shù)，存放運算結(jié)果。存放運算結(jié)果。移位器移位器ALUALU選擇器通用寄存器組通用寄存器組選擇器 選擇器：選擇操作數(shù)；選擇控選擇器：選擇操作數(shù)；選擇控制條件，實現(xiàn)各種算法。制條件，實現(xiàn)各種算法。移位器移位器ALUALU選擇器通用寄存器組通用寄存器組選擇器 移位器：直接或者移位移位器：直接或者移位送出運算結(jié)果。送出運算結(jié)果。 3）討論）討論 幾種典型的運算器組成幾種典型的運算器組成 幾種主要的運算方法（定、?。追N主要的運算方法（定、?。?）控制器）控制器 1）功能：）功能：產(chǎn)生控制命令產(chǎn)生控制命令(微命令微命令)， 控制全機操作控制全機操作。 2）組成：）組成：微命令發(fā)生

7、器微命令發(fā)生器指令信息指令信息狀態(tài)信息狀態(tài)信息時序信號時序信號微命令序列微命令序列微命令產(chǎn)生方式（指令執(zhí)行控制方式）：微命令產(chǎn)生方式（指令執(zhí)行控制方式）： 3）討論）討論 兩種控制器組成原理與控制機制；兩種控制器組成原理與控制機制； 模型機的模型機的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)和和指令執(zhí)行指令執(zhí)行過程過程。組合邏輯控制方式：組合邏輯控制方式：微程序控制方式：微程序控制方式：由組合邏輯電由組合邏輯電 路產(chǎn)生微命令路產(chǎn)生微命令由微指令產(chǎn)生由微指令產(chǎn)生微命令微命令 3. 輸入輸入/輸出設(shè)備輸出設(shè)備 1）功能：）功能：轉(zhuǎn)換信息轉(zhuǎn)換信息。 輸入輸入：原始信息：原始信息 代碼，送入主機代碼，送入主機輸出輸出：

8、處理結(jié)果：處理結(jié)果 人所能接受的形式，人所能接受的形式，并輸出并輸出（代碼）（代碼） 2）討論）討論 顯示器的工作原理和顯示器的工作原理和信息轉(zhuǎn)換信息轉(zhuǎn)換過程過程。1.2.2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1. 以總線為基礎(chǔ)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以總線為基礎(chǔ)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 總線總線：能為多個部件分時共享的：能為多個部件分時共享的一組信息傳送線路。一組信息傳送線路?？偪?線線部件部件部件部件部件部件總總 線線功能功能 內(nèi)總線內(nèi)總線 局部總線局部總線 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 外總線外總線信息信息 地址總線地址總線 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 控制總線控制總線時序時序 同步總線同步總線 異步總線異步總線格式格式 并行總線并行總線 串行總

9、線串行總線方向方向 單向總線單向總線 雙向總線雙向總線 （1）以）以CPU為中心的雙總線結(jié)構(gòu)為中心的雙總線結(jié)構(gòu)CPUCPUM M接口接口接口接口I/OI/OI/OI/OI/OI/O 總線總線M M 總線總線 （2）單總線結(jié)構(gòu)）單總線結(jié)構(gòu)CPUCPUM M接口接口接口接口I/OI/OI/OI/O系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線 （3）以）以M為中心的雙總線結(jié)構(gòu)為中心的雙總線結(jié)構(gòu)CPUCPUM M接口接口接口接口I/OI/OI/OI/O系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線 M M 總線總線 （4）多級總線結(jié)構(gòu)）多級總線結(jié)構(gòu)CPUCPURAMRAMROMROM公共接口公共接口總線控制邏輯總線控制邏輯M M擴展板擴展板I/O

10、I/O接口板接口板局部總線局部總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線2. 采用通道或采用通道或IOP的大型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的大型系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （1）帶通道的系統(tǒng)）帶通道的系統(tǒng)I/OI/O控制器控制器主機主機I/OI/O通道通道（2）帶）帶IOP的系統(tǒng)的系統(tǒng)CPUCPUM M接口接口I/OI/OIOPIOPLMLM接口接口I/OI/O系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線I/O總線總線3. 模型機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線CPUCPUM M公共接口公共接口接口接口接口接口I/OI/OI/OI/O4. 討論討論 接口：接口： 中斷接口中斷接口、DMA接口接口 總線：分類、信號組成總線：分類、信號組成第三節(jié)第三節(jié) 計算機系統(tǒng)的性能指標(biāo)計算機系統(tǒng)的性能指標(biāo)1. 基本字長基本字長 指操作數(shù)的基本位數(shù)。指操作數(shù)的基本位數(shù)。 它影響計算精度、指令功能。它影響計算精度、指令功能。2. 存儲容量存儲容量 （1）主存容量）主存容量 指存儲單元個數(shù)位數(shù)。指存儲單元個數(shù)位數(shù)。決定地址位數(shù)決定地址位數(shù)表明編址單位表明編址單位表示為：表示為：字?jǐn)?shù)字長字?jǐn)?shù)字長（按字編址）（按字編址）或或 字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)（按字節(jié)編址）（按字節(jié)編址）（2）外存容量）外存容量 常表示為常表示為字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)。 外存容量與地址碼位數(shù)無關(guān)外存容量與地址碼位數(shù)無關(guān)。3. 運算速度運算速度 （1）定點）定點/浮點四則運算時間浮點四則運算時間