計(jì)算機(jī)組成原理-第一章

物理與電子學(xué)院通信工程教研室陳瑩計(jì)算機(jī)組成原理

上課要求第一：要求大家準(zhǔn)時(shí)上課，有事請(qǐng)假，我會(huì)點(diǎn)名第二：遵守課堂紀(jì)律，第三：提出問題之后，歡迎大家踴躍發(fā)言，提出建議

課程介紹：

《計(jì)算機(jī)組成原理》屬于專業(yè)基礎(chǔ)課。面向應(yīng)用、突出實(shí)踐、偏向硬件和理論。

《計(jì)算機(jī)組成原理》是計(jì)算機(jī)教學(xué)中的一門核心課程，是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)課程所要必修的主干課。通過教學(xué)，使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的各主要部分（運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備）的構(gòu)成及工作原理有一個(gè)深刻的、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，同時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢也有一個(gè)較為深入的了解。

主要講解簡單、單臺(tái)計(jì)算機(jī)的完整組成原理和內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制，包括運(yùn)算器部件、控制器部件、存儲(chǔ)器子系統(tǒng)、輸入/輸出子系統(tǒng)與輸入/輸出系統(tǒng)設(shè)備，圍繞各自的功能、組成、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、使用等知識(shí)進(jìn)行介紹；此外，該課程的工程性、實(shí)踐性、技術(shù)性比較強(qiáng)，還強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦能力、開創(chuàng)與創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)驗(yàn)技能，這些要求更多的是通過作業(yè)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)完成，要求學(xué)生有意識(shí)地主動(dòng)加強(qiáng)這些方面的練習(xí)與鍛煉。課程的基本要求

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述、計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示、運(yùn)算方法和運(yùn)算器、指令系統(tǒng)、隨機(jī)邏輯和微程序控制原理、存儲(chǔ)系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)外設(shè)簡介，要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)的組成和工作原理。

通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解計(jì)算機(jī)的組成原理及工作原理，以建立整機(jī)概念。本課程設(shè)有實(shí)驗(yàn)，以加深對(duì)課程內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。課程內(nèi)容第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論第二章運(yùn)算方法和運(yùn)算器

第三章內(nèi)部存儲(chǔ)器第四章指令系統(tǒng)第五章中央處理機(jī)課程內(nèi)容

第六章總線系統(tǒng)第七章外圍設(shè)備第八章輸入輸出系統(tǒng)第九章操作系統(tǒng)支持第十章安騰高性能處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)主教材：計(jì)算機(jī)組成原理白中英主編科學(xué)出版社參考教材：

1、計(jì)算機(jī)組成原理（第2版）唐朔飛高等教育出版社

2、計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)王愛英清華大學(xué)出版社

3、計(jì)算機(jī)組成原理薛勝軍華中科技大學(xué)出版社課程有多難，能不能學(xué)好？第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論1.1計(jì)算機(jī)的分類1.2計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史1.3計(jì)算機(jī)的硬件1.4計(jì)算機(jī)的軟件1.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)1.1計(jì)算機(jī)的分類一、電子計(jì)算機(jī)從總體上來說分為兩大類。電子模擬計(jì)算機(jī)。數(shù)值由連續(xù)的量來表示。電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)中的數(shù)值由不連續(xù)的數(shù)字來表示。數(shù)字計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)表示方式數(shù)字0/1電壓計(jì)算方式數(shù)字計(jì)數(shù)電壓組合和測量值控制方式程序控制盤上連線，模擬信號(hào)組合控制精度高低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大小邏輯判斷能力強(qiáng)無數(shù)字計(jì)算機(jī)與模擬計(jì)算機(jī)的主要區(qū)別二、數(shù)字計(jì)算機(jī)分類數(shù)字計(jì)算機(jī)根據(jù)計(jì)算機(jī)的效率、速度、價(jià)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：專用計(jì)算機(jī)：特殊配置，功能單一，解決特定問題。通用計(jì)算機(jī)：通用性強(qiáng)，綜合能力強(qiáng)，解決各種問題。三、通用計(jì)算機(jī)分類通用計(jì)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(chǔ)容量、指令系統(tǒng)規(guī)模和機(jī)器價(jià)格等可以分為：超級(jí)計(jì)算機(jī)大型機(jī)服務(wù)器工作站微型機(jī)單片機(jī)1642BlaisePascal加法器CharlesBabbage1822差分機(jī)1833分析機(jī)MARKIENIAC計(jì)算機(jī)發(fā)展史1.2計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)

（ENIAC）5000次加法/秒體重28噸占地170M218800只電子管1500個(gè)繼電器7000個(gè)電阻10000個(gè)電容耗電150KW1.2.1計(jì)算機(jī)的五代變化1、ENIAC概況1）數(shù)據(jù)表示——十進(jìn)制。2）工作存儲(chǔ)器——只有20個(gè)單元，用于存放數(shù)據(jù)。3）編程——先要人工對(duì)面板上6000多個(gè)電子開關(guān)進(jìn)行機(jī)械定位，然后通過轉(zhuǎn)插線插頭，插入與拔出方式來編制程序。4）ENIAC共用18000多個(gè)電子管，6000多個(gè)繼電器，耗電140KW，占地170平米，重630噸，運(yùn)算速度5000次/秒。計(jì)算機(jī)的發(fā)展：第一代為1946—1957年，電子管計(jì)算機(jī)：數(shù)據(jù)處理第二代為1958—1964年，晶體管計(jì)算機(jī)：工業(yè)控制第三代為1965—1971年，中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)：小型計(jì)算機(jī)第四代為1972—1990年，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)：微型計(jì)算機(jī)第五代為1991年開始，巨大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)：單片機(jī)類型時(shí)期主要器件重要特征第1代1946-1958電子管機(jī)器語言，匯編語言。速度低，體積大，價(jià)格昂貴，可靠性差，用于科學(xué)計(jì)算。速度達(dá)幾千次到幾萬次第2代1958-1964晶體管算法語言，操作系統(tǒng)。體積縮小，可靠性提高。從科學(xué)計(jì)算到數(shù)據(jù)處理。每秒幾萬次到幾十萬次第3代1964-1971中小規(guī)模集成電路體積小，可靠性大大提高，速度達(dá)幾百萬次，軟件技術(shù)和外設(shè)發(fā)展迅速應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。第4代1971-1986大/超大規(guī)模集成電路速度提高至幾千萬億次出現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)第5代1986-巨大規(guī)模集成電路速度提高至幾億次乃至上百億次。出現(xiàn)單片機(jī)大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，使計(jì)算機(jī)進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期，通用機(jī)，巨型機(jī)，小型機(jī)，微型機(jī)都得到迅速發(fā)展。

1.通用機(jī)。這是計(jì)算機(jī)工業(yè)中的重要產(chǎn)品，兼容性是通用機(jī)迅速發(fā)展的關(guān)鍵。

2.巨型機(jī)?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和國防技術(shù)發(fā)展需要很高的遠(yuǎn)算速度，很大的存儲(chǔ)容量，一般大型通用計(jì)算機(jī)滿足不了這種需求。

3.小型機(jī)。小型機(jī)以它成本低，容易維護(hù)，容易操作的特點(diǎn)得到廣泛使用和迅速推廣。

4.微型機(jī)。微型機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展，掀起了計(jì)算機(jī)大普及的浪潮。

計(jì)算機(jī)發(fā)展的總趨勢：計(jì)算機(jī)工業(yè)是當(dāng)今世界發(fā)展最快的工業(yè)之一。90年代，微型計(jì)算機(jī)已邁入64位的新時(shí)代。

隨機(jī)存儲(chǔ)器,光盤,Cache等信息存儲(chǔ)技術(shù)正已驚人的速度發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)從傳統(tǒng)的高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向異步傳輸模式（ATM）發(fā)展,多媒體計(jì)算機(jī)正在國際范圍內(nèi)推廣使用,大規(guī)模并行處理系統(tǒng)（MPP）的處理速度已達(dá)到TFLOPS級(jí),超立方體計(jì)算機(jī),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī),光計(jì)算機(jī)等高性能的計(jì)算機(jī)正在加緊研究,試制之中。我國首臺(tái)萬億次計(jì)算機(jī)誕生：聯(lián)想深騰1800大規(guī)模計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研制成功.2002年8月29日，6位院士,7位專家鑒定會(huì)通過。使用512個(gè)處理機(jī)求解153600階線性方程組,實(shí)測性能達(dá)到每秒1.027萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算。萬億次計(jì)算機(jī)機(jī)身總長14米,包含20個(gè)機(jī)柜,256個(gè)計(jì)算功能節(jié)點(diǎn)機(jī),526個(gè)高性能至強(qiáng)處理器萬億次計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量272GB系統(tǒng)總硬盤空間為6TB實(shí)際運(yùn)算速度排世界第24位為國內(nèi)第一個(gè)實(shí)測速度超過萬億次的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品我國電子計(jì)算機(jī)的研究從1953年開始，1958年研制出第一臺(tái)計(jì)算機(jī)。

40多年來,相繼研制出第二代,第三代計(jì)算機(jī)。從1982年開始,我國研制出每秒1億次的巨型機(jī)—銀河Ⅰ,Ⅱ型,中型機(jī),32位超級(jí)小型系列機(jī)。

1995年5月,由中科院計(jì)算機(jī)研究所國家智能計(jì)算機(jī)研究中心研制的“曙光1000”大規(guī)模并行處理機(jī)宣布誕生。我國計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況：計(jì)算機(jī)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)的應(yīng)用類型： 科學(xué)計(jì)算

過程控制

數(shù)據(jù)處理

電子商務(wù)

多媒體技術(shù)

人工智能主要應(yīng)用領(lǐng)域： 工商：電子商務(wù)、CAD/CAM

教育：多媒體教育、遠(yuǎn)程教育

醫(yī)藥：CAT、MRI、遠(yuǎn)程醫(yī)療

政府：電子政府

娛樂：虛擬現(xiàn)實(shí)、電影特技

科研：數(shù)據(jù)采集、計(jì)算分析

家庭：家庭信息化1.2.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的發(fā)展20世紀(jì)50～60年代，所有計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器都是由微小的鐵磁體環(huán)1970年，仙童半導(dǎo)體公司生產(chǎn)出了第一個(gè)較大容量半導(dǎo)體存儲(chǔ)器從1970年起，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器經(jīng)歷了11代：單個(gè)芯片1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB、64MB、256MB、GB。其中1K=210,1M=220,1G=230

1.2.3微處理器的發(fā)展微處理器（Microprocessor)又可稱為中央處理單元CPU。負(fù)責(zé)處理、運(yùn)算計(jì)算機(jī)內(nèi)部的所有數(shù)據(jù)，是計(jì)算機(jī)的核心，其重要性好比大腦對(duì)于人。微處理器的種類決定了操作系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件。Intel和AMD主流CPU和CPU插槽微處理器的生產(chǎn)廠商Intel公司

Intel是生產(chǎn)微處理器的老大哥，個(gè)人電腦市場占有75%的市場份額，Intel生產(chǎn)的微處理器成為x86微處理器技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。個(gè)人電腦平臺(tái)最新的酷睿２成為微處理器的首選，下一代酷睿3、酷睿i5、酷睿i7搶占先機(jī)，在性能上大幅領(lǐng)先其他廠商的產(chǎn)品。

Intel酷睿i7980x價(jià)格：8999元上市時(shí)間：2010年3月CPU核心：六核心12線程二級(jí)緩存容量：1536KB三級(jí)緩存容量：12288KB目前制造CPU的除了Intel公司外，最有力挑戰(zhàn)的就是AMD公司，最新的AMD速龍IIX2和羿龍II具有很好性價(jià)比，尤其采用了3DNOW+技術(shù)并支持SSE4.0指令集，使其在3D上有很好的表現(xiàn)。

AMD速龍IIX2AMD羿龍IIAMD公司intel

的CPU發(fā)展史1、20世紀(jì)70年代的處理器

Intel40041971年，英特爾公司推出了世界上第一款微處理器4004。隨后又推出了8008。

1974年，8008發(fā)展成8080,成為第二代微處理器。

1978年英特爾公司生產(chǎn)的8086是第一個(gè)16位的微處理器。這就是第三代微處理器的起點(diǎn)。1979年，英特爾公司又開發(fā)出了8088而且英特爾在后續(xù)CPU的命名上沿用了原先的x86序列，直到后來因商標(biāo)注冊(cè)問題，才放棄了繼續(xù)用阿拉伯?dāng)?shù)字命名。2、20世紀(jì)80年代的處理器1982年，英特爾公司在8086的基礎(chǔ)上，研制出了80286微處理器。80286，intel最后一塊16位cpu。

1985年10月17日，英特爾劃時(shí)代的產(chǎn)品——80386DX正式發(fā)布了。

1989年英特爾公司又推出準(zhǔn)32位微處理器芯片80386SX。

80386，intel第一代32位cpu

1989年，80486芯片由英特爾推出。2、20世紀(jì)90年代的處理器1993年，全面超越486的新一代586CPU問世pentium，傳說中的586pentiumpropentiumII1.2.4計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)吞吐量是指在一定時(shí)間內(nèi)由一處傳輸?shù)搅硪惶幓虮惶幚淼臄?shù)據(jù)量。即單位時(shí)間內(nèi)成功地傳送數(shù)據(jù)的數(shù)量(以比特、字節(jié)、分組等測量)。響應(yīng)時(shí)間

表征從輸入有效到系統(tǒng)產(chǎn)生響應(yīng)之間的時(shí)間度量，用時(shí)間單位來度量。利用率在給定的時(shí)間間隔內(nèi)系統(tǒng)被實(shí)際使用的時(shí)間所占的比率，用百分比表示。處理機(jī)字長之處理機(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)，如32位、64位。總線寬度一般指CPU中運(yùn)算器與存儲(chǔ)器之間進(jìn)行互連的內(nèi)部總線二進(jìn)制位數(shù)。存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)器中所有存儲(chǔ)單元的總數(shù)目，通常用KB、MB、GB、TB來表示。存儲(chǔ)器帶寬單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器讀出的二進(jìn)制數(shù)信息量，一般用字節(jié)數(shù)/秒來表示。主頻/時(shí)鐘周期

CPU的工作節(jié)拍受主時(shí)鐘控制，主時(shí)鐘不斷產(chǎn)生固定頻率的時(shí)鐘，主時(shí)鐘的頻率（f）叫CPU主頻，度量單位是MHz、GHz。主頻的倒數(shù)稱為CPU時(shí)鐘周期（T），T=1/f，度量單位是微秒、納秒。CPU執(zhí)行時(shí)間表示CPU執(zhí)行一般程序所占用的CPU時(shí)間。CPU執(zhí)行時(shí)間=CPU時(shí)鐘周期數(shù)×CPU時(shí)鐘周期CPI表示每條指令周期數(shù)，即執(zhí)行一條指令所需的平均周期數(shù)。CPI=執(zhí)行某段程序所需的CPU時(shí)鐘周期數(shù)÷程序包含的指令條數(shù)。MIPS每秒百萬指令數(shù)，即單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行的指令數(shù)。MIPS=指令數(shù)÷（程序執(zhí)行時(shí)間×10）。MFLOPS每秒百萬次浮點(diǎn)操作次數(shù)，用來衡量機(jī)器浮點(diǎn)操作的性能。MFLOPS=程序中浮點(diǎn)操作次數(shù)÷（程序執(zhí)行時(shí)間×10）。661.3計(jì)算機(jī)的硬件一、硬件組成要素通過一個(gè)例子我們來了解數(shù)字計(jì)算機(jī)的主要組成和工作原理。假設(shè)給一個(gè)算盤、一張帶有橫格的紙和一支筆，要求我們計(jì)算y=ax+b-c這樣一個(gè)題目。解題步驟和數(shù)據(jù)記錄在橫格紙上，請(qǐng)看過程。手工模仿計(jì)算機(jī)工作二、數(shù)字計(jì)算機(jī)基本組成控制器：人的大腦的操作控制功能運(yùn)算器：人的大腦的計(jì)算功能存儲(chǔ)器：人的大腦記憶功能輸入設(shè)備：交互接口，筆輸出設(shè)備：交互接口，紙CPU=運(yùn)算器+控制器系統(tǒng)總線BUS適配器控制器存儲(chǔ)器運(yùn)算器輸入設(shè)備I輸出設(shè)備O三、馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)

1)引進(jìn)存儲(chǔ)程序概念

2)計(jì)算機(jī)以運(yùn)算器為核心的集中式控制

3)指令由操作碼和地址碼兩部分組成，指令在計(jì)算機(jī)中最順序執(zhí)行的，并受PC的統(tǒng)一控制

4)提出計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)由：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。這些理論奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本思想，在到目前為止，大多數(shù)計(jì)算機(jī)仍沿用這一體制，人們稱其為馮·諾依曼體制。馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器輸出輸入運(yùn)算器控制器數(shù)據(jù)信號(hào)控制信號(hào)地址信號(hào)四、運(yùn)算器運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理的部件，好像一個(gè)由電子線路構(gòu)成的算盤。主要功能：算術(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除）和邏輯運(yùn)算在計(jì)算機(jī)中參與運(yùn)算的數(shù)是二進(jìn)制的運(yùn)算器的長度一般是8、16、32或64位五、存儲(chǔ)器功能：存放程序和數(shù)據(jù)裝置，并滿足計(jì)算機(jī)在執(zhí)行過程中能夠隨機(jī)訪問這些程序和數(shù)據(jù)。設(shè)置考慮：設(shè)置一個(gè)存儲(chǔ)體，并將存儲(chǔ)體分成若干個(gè)單元。存取數(shù)據(jù)一個(gè)一個(gè)地程序一條一條地如何解決？取出參與操作存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)：存儲(chǔ)容量單位：KB、MB210byte＝1K210K＝1M210M＝1G210G＝1T信息：程序和和數(shù)據(jù)都是以二進(jìn)制形式存放在存儲(chǔ)器中它們統(tǒng)稱為信息。存儲(chǔ)單元：把保存一個(gè)數(shù)的8/16個(gè)觸發(fā)器叫存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)地址：存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)單元的編號(hào)。存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)單元的總數(shù)。外存儲(chǔ)器：磁盤存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器。內(nèi)存儲(chǔ)器：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。外存儲(chǔ)器常用的外存儲(chǔ):磁盤，光盤，磁帶等。磁盤又分為:硬盤和軟盤硬盤的容量大的多目前硬盤的容量一般是60—100G以上軟盤一般使用的3.5寸軟盤容量為1.44MB光盤簡稱CD-ROM容量為650MB移動(dòng)閃存簡稱U盤容量一般32-128MB，2G以上六、控制器功能：全機(jī)指揮機(jī)構(gòu)，是控制計(jì)算機(jī)各部件有條不紊工作的部件。執(zhí)行方式有如下三種：◎按規(guī)定的操作去執(zhí)行◎自動(dòng)地去執(zhí)行◎有秩序地去執(zhí)行（1）計(jì)算程序指令：是計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令，通常一條指令對(duì)應(yīng)著一種基本操作。計(jì)算程序：解釋某一個(gè)問題的一串指令序列，即指令的有序集合。（2）指令的形式每條指令由兩部分組成：操作碼和地址碼。

操作碼：用來說明該指令所要完成的操作，如加、減、乘、除、取數(shù)、存數(shù)等。

地址碼：用來描述該指令的所要處理的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)的地址信息。操作碼地址碼計(jì)算y=ax+b-c的程序：電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想存儲(chǔ)程序，程序控制存儲(chǔ)程序：是把指令以代碼的形式事先輸入到計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器中，即用記憶數(shù)據(jù)的同一裝置存儲(chǔ)執(zhí)行運(yùn)算的命令，這些指令按一定的規(guī)則組成程序程序控制：是當(dāng)計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后，程序就會(huì)控制計(jì)算機(jī)按規(guī)定的順序逐條執(zhí)行指令，自動(dòng)完成預(yù)定的信息處理任務(wù)馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想：存儲(chǔ)程序并按地址順序執(zhí)行七、控制器的基本任務(wù)控制器的基本任務(wù)：按照計(jì)算程序所排的指令序列，先從存儲(chǔ)器取出一條指令放到控制器中，對(duì)該指令的操作碼由譯碼器進(jìn)行分析判別，然后根據(jù)指令性質(zhì)，執(zhí)行這條指令，進(jìn)行相應(yīng)的操作。接著從存儲(chǔ)器取出第二條指令，再執(zhí)行第二條指令，依次類推取指令的一段時(shí)間叫做取指周期執(zhí)行指令的一段時(shí)間叫做執(zhí)行周期執(zhí)行完成指令的時(shí)間，稱為指令周期指令字和數(shù)據(jù)字，指令流和數(shù)據(jù)流

某字為一條指令，則稱為指令字某字代表要處理的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)字在取指周期中從內(nèi)存讀出的信息是指令流，它流向控制器而執(zhí)行周期中從內(nèi)存讀出的信息流是數(shù)據(jù)流，它由內(nèi)存流向運(yùn)算器時(shí)間上：在取指周期中，CPU從內(nèi)存讀出的信息一定是指令；而執(zhí)行周期中從內(nèi)存讀出或?qū)懭氲男畔⒁欢ㄊ菙?shù)據(jù)?？臻g上：指令一定流向控制器；而數(shù)據(jù)則是在內(nèi)存（或寄存器）與運(yùn)算器之間流動(dòng)八、適配器與I/O設(shè)備輸入設(shè)備：是把程序和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能識(shí)別和處理的數(shù)據(jù)形式的設(shè)備，輸入的程序和數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中。（如鍵盤，鼠標(biāo)，掃描儀）輸出設(shè)備：輸出設(shè)備是將計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制信算轉(zhuǎn)化為用戶所需要的數(shù)據(jù)格式的設(shè)備。它將計(jì)算機(jī)中的信息（計(jì)算結(jié)果等）以十進(jìn)制或字符、圖形、表格等形式顯示或打印出來。（如打印機(jī)，顯示器）

適配器：它使得被連接的外圍設(shè)備通過系統(tǒng)總線與主機(jī)進(jìn)行聯(lián)系，以便使主機(jī)和外圍設(shè)備并行協(xié)調(diào)地工作。

總線：就是連接多個(gè)部件的一組共享信息傳送線路，它能夠分時(shí)接收和發(fā)送各部件信息。連接線要盡可能的少。必須有利于總線的擴(kuò)充。必須有利于外部設(shè)備的擴(kuò)充。計(jì)算機(jī)的工作過程

1.人們通過輸入設(shè)備將解題的程序和數(shù)據(jù)送入主存；形成目標(biāo)程序。

2.控制器根據(jù)程序中指令的序列從主存中逐條取出指令，并控制實(shí)現(xiàn)指令功能。

3.在指令功能實(shí)現(xiàn)過程中，由運(yùn)算器完成對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理。

4.將運(yùn)算結(jié)果送主存。

5.通過輸出設(shè)備將程序運(yùn)行的結(jié)果反饋給人們。一、軟件的組成和分類

系統(tǒng)軟件：用來簡化程序設(shè)計(jì)，簡化使用方法，提高計(jì)算機(jī)的使用效率，發(fā)揮和擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能和用途。

應(yīng)用程序：是用戶利用計(jì)算機(jī)來解決某些問題而編制的程序。軟件1.4計(jì)算機(jī)的軟件軟件分類系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng) 語言處理程序 實(shí)用程序應(yīng)用軟件辦公軟件包數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)時(shí)控制軟件診斷程序：SCANDISK反病毒程序：金山毒霸

備份程序：Windows2000中的備份程序文件壓縮程序：WinZip卸載程序：Windows中的添加/刪除程序圖形圖像處理軟件其它應(yīng)用軟件65二、軟件的發(fā)展演變1、編程語言的發(fā)展手編程序：機(jī)器語言程序，手工編譯二進(jìn)制碼匯編程序：符號(hào)語言程序，匯編程序匯編高級(jí)程序：算法語言/高級(jí)語言，機(jī)器編譯程序/解釋程序手編程序早期計(jì)算機(jī)中，人們直接用機(jī)器語言編寫程序，（又叫目的程序）計(jì)算機(jī)完全可以“識(shí)別”并能執(zhí)行，所以又叫做目的程序用機(jī)器語言編寫程序很繁瑣，又耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，容易出錯(cuò)，出錯(cuò)后尋找錯(cuò)誤也相當(dāng)費(fèi)事，大大限制了計(jì)算機(jī)的使用匯編程序?yàn)榱司帉懗绦蚍奖惴g和提高機(jī)器的使用效率，人們發(fā)明了匯編語言借助于匯編程序，計(jì)算機(jī)本身自動(dòng)地把符號(hào)語言表示的程序（稱為匯編源程序）翻譯成用機(jī)器語言表示的目的程序用約定的文字、符號(hào)和數(shù)字（助記符）按規(guī)定的格式來表示各種不同的指令匯編語言缺點(diǎn)：需熟悉具體機(jī)器的指令系統(tǒng)節(jié)省的人力時(shí)間有限和數(shù)學(xué)語言差異較大高級(jí)語言為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)化和便于程序交流，使不熟悉具體計(jì)算機(jī)的人也能很方便地使用計(jì)算機(jī)，人們又創(chuàng)造了各種接近于數(shù)學(xué)語言的算法語言（高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言）如C語言，VB等。算法語言是指按實(shí)際需要規(guī)定好的一套基本符號(hào)以及由這套基本符號(hào)構(gòu)成程序的規(guī)則。特點(diǎn)比較接近數(shù)學(xué)語言，直觀通用與具體機(jī)器無關(guān)，只要稍加學(xué)習(xí)就能掌握便于推廣使用計(jì)算機(jī)編譯程序用程序設(shè)計(jì)語言編寫的程序稱為源程序，這種源程序不能由機(jī)器直接識(shí)別和執(zhí)行，必須給計(jì)算機(jī)配備一個(gè)既懂算法語言又懂機(jī)器語言的“翻譯”，才能把源程序翻譯為機(jī)器語言通常采用下面兩種方法：編譯系統(tǒng)：用編譯程序?qū)⒃闯绦蚓幾g成機(jī)器語言形式的目的程序，然后利用運(yùn)行系統(tǒng)輔助程序來運(yùn)行，編譯程序和運(yùn)行系統(tǒng)合稱為編譯系統(tǒng)。解釋系統(tǒng)：逐個(gè)解釋并立即執(zhí)行源程序的語句，它不是編出目的程序后再執(zhí)行，而是直接逐一解釋語句并得出計(jì)算結(jié)果712、系統(tǒng)軟件的發(fā)展操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2、系統(tǒng)軟件的發(fā)展操作系統(tǒng)依靠計(jì)算機(jī)來管理自己和管理用戶操作系統(tǒng)的作用管理計(jì)算機(jī)資源（如：處理器、內(nèi)存等）自動(dòng)調(diào)度用戶的作業(yè)程序分類批處理操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)了有組織地、動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)大量相關(guān)數(shù)據(jù)。處理更方便檢索更迅速用戶使用更方便1.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)一、多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第1層微程序設(shè)計(jì)層第2層一般機(jī)器層第3層操作系統(tǒng)層第4層匯編語言層第5層高級(jí)語言層第一層：微程序設(shè)計(jì)級(jí)硬件級(jí)，由機(jī)器硬件直接執(zhí)行微指令。它由機(jī)器硬件直接執(zhí)行微指令。如果某一應(yīng)用程序直接用微指令來編寫，那么可在這一級(jí)上運(yùn)行應(yīng)用程序。第二層：一般機(jī)器級(jí)，也稱機(jī)器語言級(jí)，它由微程序解釋機(jī)器指令系統(tǒng)。這一級(jí)也是硬件級(jí)。第三層：操作系統(tǒng)級(jí)。也稱為機(jī)器語言級(jí)，由操作系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。操作系統(tǒng)是由機(jī)器指令和廣義的指令組成。廣義指令是操作系統(tǒng)定義和解釋的軟件指令，所以這一級(jí)也稱為混合級(jí)。第四層：匯編語言層，它由匯編程序支持和執(zhí)行。它給程序人員提供一種符號(hào)形式語言，以減少程序編寫的復(fù)雜性。這一級(jí)由匯編程序支持和執(zhí)行。如果應(yīng)用程序采用匯編語言編寫時(shí)，則機(jī)器必須要有這一級(jí)的功能；如果應(yīng)用程序不采用匯編語言編寫，則這一級(jí)可以不要。第五層：面向用戶的，由各種高級(jí)語言程序支持和執(zhí)行。它是面向用戶的，為方便用戶編寫應(yīng)用程序而設(shè)置的，這一級(jí)由各種高級(jí)語言編譯程序支持和執(zhí)行。說明：1，2，3級(jí)是面向機(jī)器的，是為支持高層的需要而設(shè)置的，4，5級(jí)是面向程序員而設(shè)置的。其中4，5級(jí)采用的語言必須被翻譯成1，2，3數(shù)字化語言，才能被機(jī)器識(shí)別。層次之間的關(guān)系十分密切，上層是下層功能的擴(kuò)展，下