第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

1、計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)王愛英（第四版）齊魯師范學(xué)院 梁晨目錄第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論 1.1 計(jì)算機(jī)的語言 1.2 計(jì)算機(jī)的硬件 1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 1.4 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡史 1.5 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1.1 計(jì)算機(jī)的語言 Computer & Language 語言是信息的載體（自然語言+非自然語言） 人們期望用接近自然語言的語言跟計(jì)算機(jī)交 互，因此產(chǎn)生了各種高級(jí)語言（面向人）及相 應(yīng)的編輯、編譯程序。 高級(jí)語言解題過程 程序員用高級(jí)語言編寫程序 將程序與數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)將程序編譯成機(jī)器語言程序，保存在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中 運(yùn)行程序，輸出結(jié)果1.2 計(jì)算機(jī)的硬件 計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、

2、控制器、存儲(chǔ)器、輸 入、輸出接口 五大部分組成 運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備外存儲(chǔ)器地址總線控制總線數(shù)據(jù)總線圖圖1-7 單總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)原理圖單總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)原理圖數(shù)據(jù)總線：用于傳輸數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)總線：用于傳輸數(shù)據(jù)；地址總線：用于傳輸內(nèi)存存儲(chǔ)單元的地址；地址總線：用于傳輸內(nèi)存存儲(chǔ)單元的地址；控制總線：用于傳輸控制信號(hào)?？刂瓶偩€：用于傳輸控制信號(hào)?？刂破鬏斎朐O(shè)備存儲(chǔ)器輸出設(shè)備運(yùn)算器計(jì)算步驟和原始數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果圖圖1.5 存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)應(yīng)用語言虛擬機(jī)M5（應(yīng)用語言）用應(yīng)用語言編寫的應(yīng)用語言程序經(jīng)應(yīng)用程序包翻譯成高級(jí)語言高級(jí)語言虛擬機(jī)

3、M4（高級(jí)語言）高級(jí)語言程序經(jīng)編譯程序翻譯成匯編語言（或某中間語言程序或機(jī)器語言程序）匯編語言虛擬機(jī)M3（匯編語言）匯編語言程序經(jīng)匯編程序翻譯成機(jī)器語言程序操作系統(tǒng)虛擬機(jī)M2(作業(yè)控制語言)由機(jī)器語言程序解釋操作系統(tǒng)命令傳統(tǒng)機(jī)器M1（機(jī)器語言）由微程序解釋機(jī)器指令微程序機(jī)器M0（微指令）由硬件直接執(zhí)行翻譯(應(yīng)用軟件包)翻譯(編譯程序)翻譯(匯編程序)部分解釋(操作系統(tǒng))解釋虛擬機(jī)虛擬機(jī)是一個(gè)抽象的計(jì)算機(jī)，是一個(gè)抽象的計(jì)算機(jī)，它它由軟件實(shí)現(xiàn)，并與實(shí)際機(jī)器由軟件實(shí)現(xiàn)，并與實(shí)際機(jī)器一樣一樣，都具有一個(gè)指令集并可都具有一個(gè)指令集并可使用不同使用不同的存儲(chǔ)區(qū)域。如，一的存儲(chǔ)區(qū)域。如，一臺(tái)機(jī)器上臺(tái)機(jī)器上配

4、有配有C C語言和語言和PascalPascal語言的編譯程序，對(duì)語言的編譯程序，對(duì)C C語言的語言的用戶來講，這臺(tái)機(jī)器就是以用戶來講，這臺(tái)機(jī)器就是以C C語言為機(jī)器語言的虛擬機(jī)，對(duì)語言為機(jī)器語言的虛擬機(jī)，對(duì)PascalPascal語言的用戶來講，這臺(tái)語言的用戶來講，這臺(tái)機(jī)器就是以機(jī)器就是以PascalPascal語言為機(jī)器語言為機(jī)器語言的虛擬機(jī)。語言的虛擬機(jī)。1.4 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡史 1946年ENIAC問世，中國1956年6月14日 國家領(lǐng)導(dǎo)人和一批專家在懷仁堂綠草坪規(guī)劃 計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)的建立， 1952年1月3日 華羅庚倡議建立一個(gè)計(jì)算機(jī)科研小組。 ENIACIntel4004Inte

5、l8080Intel8088 Intel80286Intel80386Intel80486Pentium Pentium4(1G/2.3G/3.8G) 馮馮. .諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)“存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)程序”的概念的概念: : 指令和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制碼表示。指令和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制碼表示。 指令由操作碼和地址碼組成，操作碼用來表示操作的性質(zhì)，指令由操作碼和地址碼組成，操作碼用來表示操作的性質(zhì)，地址碼用來表示操作數(shù)所在存儲(chǔ)器的位置。地址碼用來表示操作數(shù)所在存儲(chǔ)器的位置。 指令在存儲(chǔ)器內(nèi)按順序存放。通常，指令是順序執(zhí)行的，指令在存儲(chǔ)器內(nèi)按順序存放。通常，指令是順序執(zhí)行的，在特定條件下，可根據(jù)運(yùn)

6、算結(jié)果或根據(jù)設(shè)定的條件改變執(zhí)在特定條件下，可根據(jù)運(yùn)算結(jié)果或根據(jù)設(shè)定的條件改變執(zhí)行順序。行順序。馮諾依曼對(duì)計(jì)算機(jī)界的最大貢獻(xiàn)是：馮諾依曼對(duì)計(jì)算機(jī)界的最大貢獻(xiàn)是：首次提出并實(shí)現(xiàn)了首次提出并實(shí)現(xiàn)了“存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)程序”概念。概念。譯碼器PC操作碼操作數(shù)地址程序(指令)區(qū)數(shù)據(jù)區(qū)主存區(qū)指令寄存器+1讀指令讀寫存儲(chǔ)程序原理示意圖存儲(chǔ)程序原理示意圖19441944年參加年參加“ENIAC”ENIAC”計(jì)算機(jī)研計(jì)算機(jī)研究工作。究工作。19531953年年3 3月，他領(lǐng)導(dǎo)月，他領(lǐng)導(dǎo)的小組發(fā)表了全新的存儲(chǔ)程序的小組發(fā)表了全新的存儲(chǔ)程序式通用電子計(jì)算機(jī)方案式通用電子計(jì)算機(jī)方案電子電子離散變量自動(dòng)計(jì)算機(jī)離散變量自動(dòng)計(jì)算機(jī)EDVACEDVAC。19461946年與他人合作提出更完善年與他人合作提出更完善的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)報(bào)告，是以仙農(nóng)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)報(bào)告，是以仙農(nóng)提出的二進(jìn)制，程序內(nèi)存以及提出的二進(jìn)制，程序內(nèi)存以及指令和數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)為基礎(chǔ)，指令和數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)為基礎(chǔ)，