《計(jì)算機(jī)組成原理》第一章概述

1、1.1 計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代發(fā)展史1.2 計(jì)算機(jī)的分類(lèi)1.3 計(jì)算機(jī)的基本組成1.4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分級(jí)結(jié)構(gòu)1.5 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.6 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域第一章 概 述返回目錄開(kāi)始1一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生 # 1945年，美國(guó)數(shù)學(xué)家馮.諾依曼博士發(fā)表電子計(jì)算工具邏輯設(shè)計(jì)論文，提出二進(jìn)制表達(dá)方式和存儲(chǔ)程序控制計(jì)算機(jī)構(gòu)想。 # 1946年, 美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制成功電子數(shù)字計(jì)算機(jī) ENIACElectronic Numerical Integrator And Computer。重28噸，耗電150kW，占地170m2，用電子管18800個(gè)，繼電器1500個(gè)，每秒5000次加法。 # 同時(shí)， EDVA

2、CElectronic Discrete Variable Automatic Computer 確定計(jì)算機(jī)的五個(gè)基本部件：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出部分馮.諾依曼計(jì)算機(jī)。返回本章首頁(yè)1.1 計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代發(fā)展史2二、 計(jì)算機(jī)的發(fā)展第一代 電子管時(shí)代(1946-1958) 耗電高，體積大，運(yùn)算速度慢，機(jī)器語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言第二代 晶體管時(shí)代(1958-1965) 變集中處理為分級(jí)處理，浮點(diǎn)運(yùn)算、高級(jí)語(yǔ)言第三代 中小規(guī)模集成電路時(shí)代(1965-1970) 存儲(chǔ)容量大，運(yùn)算速度快，幾十至幾百萬(wàn)次/秒第四代 大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路時(shí)代(1971至今) 向大型機(jī)和微型機(jī)兩個(gè)方向發(fā)展現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展方

3、向 巨型化，微型化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，多媒體化3三、 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)發(fā)展的五個(gè)階段(以CPU劃分）第一階段 （1971-1973） 4/8位字長(zhǎng)，4004/8008 簡(jiǎn)單指令，低速，機(jī)器/匯編語(yǔ)言 第二階段 （1974-1978） 8位字長(zhǎng)，8080/8085/Z80 后期出現(xiàn)微機(jī)操作系統(tǒng)CP/M第三階段 （1978-1984） 16位字長(zhǎng)，8086/Z8000/80286 指令豐富，速度快8/16M，高級(jí)語(yǔ)言，DOS第四階段 （1985-1991） 32位字長(zhǎng)，80386/80486 速度25-100M，WINDOWS操作系統(tǒng)第五階段 （1992至今）準(zhǔn) 64位， Windows9

4、5/97/98/2000 Pentium， Pentium Pro ，PII，PIII，P4返回本節(jié)41.2 計(jì)算機(jī)的分類(lèi)巨型機(jī)世界幾家公司生產(chǎn)，最快1.4萬(wàn)億次，9千個(gè)CPU組成 Cray-1,Cray-2,Cray-3,國(guó)產(chǎn)銀河I, 銀河II, 銀河III小巨型機(jī)功能同巨型機(jī)相近，價(jià)格相對(duì)便宜，發(fā)展十分迅速 美國(guó)Convex公司的C系列機(jī)為其代表產(chǎn)品。大中型機(jī)大中型企事業(yè)單位作為計(jì)算中心的主機(jī)使用，統(tǒng)一 調(diào)度主機(jī)資源，代表產(chǎn)品有IBM360，370，4300等。小型機(jī)它可以滿(mǎn)足部門(mén)性的需求，供小型企事業(yè)單位使用， 典型產(chǎn)品有IBM-AS/400，DEC-VAX系列，國(guó)產(chǎn)太級(jí)工作站用于特殊的

5、專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，例如圖象處理和輔助設(shè)計(jì)等。 典型產(chǎn)品有HP-APOLLO，SUN工作站等。微型機(jī)個(gè)人或家庭使用，PC機(jī)/個(gè)人計(jì)算機(jī)，價(jià)格低廉51.3 計(jì)算機(jī)的基本組成一、計(jì)算機(jī)的基本功能數(shù)據(jù)源和目的設(shè)備數(shù)據(jù)傳送設(shè)備控制機(jī)制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)據(jù)處理設(shè)備數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)存儲(chǔ)6二、計(jì)算機(jī)的一般結(jié)構(gòu) 控制器：發(fā)布各種操作命令和控制信號(hào)等。運(yùn)算器：主要進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算。存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和運(yùn)算結(jié)果。I/O接口：計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間傳送程序、數(shù)據(jù)和結(jié)果等信號(hào)的通道。中央處理單元CPU（Central Processing Unit）：計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器和控制器。7三、總線(xiàn)1、總線(xiàn)作用：多個(gè)部件之間公

6、用的傳送信息的一組連線(xiàn)，負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)各部件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、控制信號(hào)、地址信號(hào)的發(fā)送和接收。2、總線(xiàn)組成：信號(hào)線(xiàn)、總線(xiàn)控制器、收發(fā)電路、轉(zhuǎn)換器等3、總線(xiàn)分類(lèi)：傳遞信息:并行總線(xiàn)、串行總線(xiàn)總線(xiàn)位置:器件總線(xiàn)、內(nèi)部總線(xiàn)、外部總線(xiàn)8(1) 并行總線(xiàn)：多條線(xiàn)同時(shí)傳遞所有的二進(jìn)制數(shù)位多位同時(shí)傳遞信息，速度快；結(jié)構(gòu)復(fù)雜。計(jì)算機(jī)部件之間大量采用。(2) 串行總線(xiàn)：多位二進(jìn)制信息公用一位信號(hào)線(xiàn)傳遞速度慢，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。部件之間距離較遠(yuǎn)時(shí)，采用串行總線(xiàn)可降低成本。（3）器件總線(xiàn)：大規(guī)模集成電路中采用的通信總線(xiàn)。（4）內(nèi)部總線(xiàn)：計(jì)算機(jī)機(jī)箱內(nèi)各部件之間的總線(xiàn)。（5）外部總線(xiàn)：主機(jī)與外部設(shè)備以及計(jì)算機(jī)與計(jì)算 機(jī)之間使用的總線(xiàn)

7、。9四、微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件由兩部分組成：主機(jī)和外設(shè)。1、微處理器MP(Micro-Processor)：是指CPU。計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器(ALU-算術(shù)邏輯單元)和控制器集成在一個(gè)芯片上，如：8086,80186,80286,80386,80486, Pentium,PII，PIII，P4等。102、總線(xiàn)（1）地址總線(xiàn)（AB-Address Bus)：用來(lái)指定尋址的存儲(chǔ)器單元或I/O口。單向，成組使用（8086有20根地址線(xiàn)）。（2）數(shù)據(jù)總線(xiàn)（DB-Data Bus):用來(lái)傳遞信息的通訊線(xiàn)。雙向，成組使用，計(jì)算機(jī)的位一般是指數(shù)據(jù)線(xiàn)的寬度（8086有16根數(shù)據(jù)線(xiàn)）。（3）控制總線(xiàn)（CB-Co

8、ntrol Bus):用以控制計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作。各自獨(dú)立，有發(fā)出，也有接收。（4）地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線(xiàn)：地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用，分時(shí)傳送地址信息和數(shù)據(jù)信息，這樣可以節(jié)省CPU引腳，但外部電路復(fù)雜。113、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（MCSMicro-Computer System）是以微型計(jì)算機(jī)（主機(jī)）為核心，配上外圍設(shè)備、電源和軟件等，能獨(dú)立工作的完整計(jì)算機(jī)。121.4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分級(jí)結(jié)構(gòu)一、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言1、機(jī)器語(yǔ)言：機(jī)器能識(shí)別的二進(jìn)制碼（EXE文件）。2、匯編語(yǔ)言：機(jī)器語(yǔ)言用助記符號(hào)表示，速度快，匯編程序小。3、高級(jí)語(yǔ)言：面向用戶(hù)，脫離具體機(jī)器，代碼效率低，執(zhí)行速度慢，對(duì)機(jī)器不直接，編譯程序龐大。1

9、3二、匯編、編譯和解釋程序1、匯編程序：把匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序（源程序）用機(jī)器翻譯成機(jī)器硬件能執(zhí)行的程序（目標(biāo)程序）的程序稱(chēng)為匯編程序。2、編譯程序：將高級(jí)語(yǔ)言源程序在計(jì)算機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)換成目標(biāo)程序的程序。3、解釋程序：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)逐條讀取用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序語(yǔ)句，每讀一條，就執(zhí)行與該條語(yǔ)句相對(duì)應(yīng)的一組機(jī)器指令，直到結(jié)束。不產(chǎn)生目標(biāo)碼。執(zhí)行該過(guò)程的程序稱(chēng)為解釋程序。14三、實(shí)際的多級(jí)計(jì)算機(jī)面向問(wèn)題的語(yǔ)言級(jí)匯 編 語(yǔ) 言 級(jí)操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)機(jī) 器 語(yǔ) 言 級(jí)微程序機(jī)器級(jí)數(shù) 字 邏 輯 級(jí)級(jí)0級(jí)1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)5編譯程序匯編程序操作系統(tǒng)微程序硬件電路151.5 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)基本字長(zhǎng)：CPU直接處理

10、的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)，常稱(chēng)為比特（bit） 字長(zhǎng)越長(zhǎng)，處理能力越強(qiáng)。 運(yùn)算速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)各類(lèi)指令的平均執(zhí)行條數(shù)，MIPS每秒百萬(wàn)條 指令數(shù)；MFLOPS（Million of FLOating-Point operrations Per Second) 。 計(jì)算機(jī)時(shí)鐘頻率主頻也可評(píng)價(jià)速度，主頻高則速度快。主存容量：主存儲(chǔ)器的容量,常以字節(jié)數(shù)表示,稱(chēng)Byte 1Byte=8 bit（8位二進(jìn)制代碼），縮寫(xiě)為B 1024B=1KB 1024KB=1MB（1MB=1048576B） 1024MB=1GB 1024GB=1TB存取周期：從內(nèi)存、外設(shè)讀出或?qū)懭氪a所需的全部時(shí)間 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的存取時(shí)間一般從幾至幾百