计算机系统概述.ppt

计计算机组组成原理: 计计算机专业专业 基础课础课 程，学生必修的核心硬件课课程 起到了承上启下的作用：先修课课程：《数字电电路》（补补充知识识：前两周）《高级语级语 言设计设计 》后续课续课 程：《操作系统统》《接口与汇编语汇编语 言》《计计算机系统结统结 构》《计算机组成原理》课程1课程定位 2009年开始计算机专业考研统考：总分150分计算机网络25（数据传输原理）数据结构45（软件算法基础）操作系统35（操作系统原理）计算机组成45（硬件原理基础）计算机基本知识体系结构（四门基础理论课程）嵌入式开发（软） 系统程序开发 底层程序开发嵌入式开发（硬） 数字电路分析 数字电路设计完善知识 体系结构后续知识 理论基础软件开发硬件设计 2计算机系统结构（奥组委：完成举办奥运会）主要研究软件与硬件的功能分配，以及确定软硬件的分界面计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现建筑设计师：奥运村图）当一个计算机系统把软件和硬件功能划分完以后，组成主要研究计算机各硬部件的组成和它们之间的关系计算机实现是计算机组成的物理实现建筑工程队：按设计图施工）研究各硬部件的物理实现技术概念解释：计算机组成 与 计算机系统结构软件硬件硬件 硬件一个计算机系统结构 有不同的计算机组成方法。

一种计算机组成 有不同的计算机实现技术3计算机系统结构 Computer Architecture是从站在计算机系统外部的角度，来研究计算机的一门学科从程序员角度，观察到计算机的外特性 —— 概念性的属性和功能对不同虚拟机层次的程序员，看到计算机的外部特性不完全相同计算机组成 Computer Organization （是我们将要学习的）是从站在计算机系统内部的角度，来研究计算机构成的是从逻辑设计人员的角度，研究计算机各组成部分的构成和互联研究主要内容：运算方法、CPU组成、存储器、输入设备、输出设备、输入/输出接口等概念解释：计算机组成 与 计算机系统结构4我们将掌握计算机硬件系统的基本组成原理和简单的设计技术包括： 数字化信息编码与数据表示，数据运算算法和运算器部件的知识； 指令、指令系统和控制器部件的知识； 存储器系统的组成、运行原理； 输入输出系统的构成和运行原理将讲解单台计算机的完整硬件系统的基本组成原理与内部运行机制单台：讲单个简单的计算机系统，非多计算机系统，非多处理器结构 完整：计算机整机，全部的硬件功能部件 基本：是最基础的最必要的组成部分，不一定是最高性能最合理的组成。

《计算机组成原理》课程学习目标51、计算机系统概论（第1、2章）2、计算机的逻辑部件（数字电路补充课程）3、运算方法和运算部件（第6章）4、存储器系统（第4章）5、指令系统（第7章）6、CPU（第8、9、10章）7、系统总线（第3章）8、输入输出系统（第5章）以课件内容为知识主线《计算机组成原理》授课计划与教材6系 统 总 线存储器 运算器 控制器 接口与通信 输入/输出设备林楠办公室：211办公：0371-63888959电子邮件：linnan@《 计算机组成原理 》第一章 计算机系统概论7本章大纲：本章以概念为主，内容较少Ø 计算机的发展历程；Ø 冯诺依曼计算机的原理及基本组成；Ø 计算机的层次结构；Ø 计算机的常用性能指标：吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间；MIPS、MFLOPS第一章 计算机系统概论8第一章 计算机系统概论1、计算机系统的组成 2、计算机系统的层次结构 3、计算机的发展简史 4、计算机的应用范围应用软件系统软件硬件9计算机由硬件和软件两大部分组成，统称计算机系统。

即：单有计算机硬件或计算机软件，都不能称为计算机系统 硬件结构和性能 对 程序处理的速度 影响是很大的1、计算机系统的组成计算机系统硬件系统控制器主机CPU内存储器外设外存储器 输入设备 输出设备系统软件应用软件运算器软件系统软盘 硬盘 光盘操作系统网络系统软件……10Application softwareDevice driversOperating systemsSoftware Systems software系统软件包括： 1、操作系统 2、语言处理程序3、标准库程序 4、服务性程序5、数据库管理系统 6、计算机网络软件1、计算机系统的组成：软件系统计算机软件有两大类：系统软件（直接管理硬件资源）和 应用软件系统软件调用（管理）应用软件1100A20084 00821020 8DE20000 8E020004 AE020000 ADE20004 03E00008MIPS机器语言程序目标程序文件 （在计算机中运行）1、计算机系统的组成：软件系统源程序文件（人工编写） swap: sll $2,$5,2 add $2,$4,$2 lw $15,0($2) lw $16,4($2) sw $16,0($2) sw $15,4($2) jr $31MIPS汇编 语言程序汇编语言：面向机器 机器语言：面向机器 汇编语句与机器语句一一对应。

通过 汇编程序 翻译逻辑功能：计算 0 + 1 机器指令：001 00 01 汇编语言：ADD r1, r212汇编程序swap:sll $2,$5,2add $2,$4,$2lw $15,0($2)lw $16,4($2)sw $16,0($2)sw $15,4($2)jr $31MIPS 汇编 语言 程序编译程序00A20084008210208DE200008E020004AE020000ADE2000403E00008MIPS 机器 语言 程序目标程序文件 （在计算机中运行）swap(int v[],int k){ int temp;temp =v[k];v[k]=v[k+1];v[k+1]=temp;}高级语言 程序源程序文件（ 人工编写）1、计算机系统的组成：软件系统中间语言13计算机硬件系统包括：CPU（运算器、控制器、Cache）存储系统（高速缓存、主存储器、外存设备）输入/ 输出设备等主要组成部分它们总是通过总线和接口连接在一起， 构成一台完整的计算机系 统 总 线存储器 运算器 控制器 接口与通信 输入设备输出设备1、计算机系统的组成：硬件系统14计算机进行解题的过程完全和我们人用算盘解题的情况类似：运算器：相当于算盘，具有计算功能的部件。

存储器：相当于纸，具有记忆功能的部件输入设备或者输出设备：相当于笔，把原始解题数据送到计算机或者 把运算结果显示出来的设备控制器：相当与我们人的大脑，能够自动控制整个计算过程的和打算盘不同的是以上这些部分是 由电子线路和其他设备进行控制计算机是死的，人的大脑是灵活的1、计算机系统的组成：硬件系统15运算器: 是计算机中进行数据加工的部件其主要功能包括：1、执行数值数据的 加 减 乘 除 等算术运算，执行逻辑数据的 与 或 非 等逻辑运算，所有的运算功能由一个被称为ALU（算术逻辑单元）的电路完成功能强的ALU还能执行定点运算、浮点运算，甚至向量运算2、暂时存放参加运算的数据和中间结果由多个通用寄存器来完成）系 统 总 线存储器 运算器 控制器 接口与通信 输入设备输出设备1、计算机系统的组成：硬件系统16控制器：是计算机的管理机构和指挥中心人的大脑）控制计算机中其他各部件， 对运算器、存储器、输入/输出设备等部件发出有关操作命令功能：1、正确执行每条指令（单个指令）先取一条指令、分析这条指令、再按指令格式和功能执行这条指令。

2、保证指令按规定序列自动连续执行多个指令）3、对异常情况和请求及时响应和处理系 统 总 线存储器 运算器 控制器 接口与通信 输入设备输出设备1、计算机系统的组成：硬件系统17存储器：是存放程序和数据的部件，它具有记忆作用三级存储系统：高速缓冲存储器、 主存储器、 辅助存储器这三级存储器所用的存储介质 （半导体材料，磁性材料）， 工作原理和特性各不相同系 统 总 线存储器 运算器 控制器 接口与通信 输入设备输出设备1、计算机系统的组成：硬件系统18存储器是存储单元的集合存储器的基本操作：读/写，统称为访问 每个存储单元都有一个编号，称为“地址”存储器的容量：存储器所有存储单元的总数（通常以字节为单位） 例如：宾馆的房间号码是地址，每个房间里的床位相当于存储的一位数据1KB （210 字节 ） 1MB （220 字节） 1GB （230 字节） 1TB （240 字节） 存储单元地址：每个存储单元赋予一个地址 存储字： 存储单元中二进制代码的内容 存储字长：存储单元中二进制代码的位数8位；16位；32位；64位10110010存储单元 （房间）存储位（床位：有人/无人）存储器 （大楼）地址1、计算机系统的组成：硬件系统存储位 = 存储元件 = 存储基元 = 储存元重点19P214 ASCII字符编码表 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b00000010100111001011101110 0 0 0NULDLESP0＠P、p 0 0 0 1SOHDC1!1AQaq 0 0 1 0STXDC2″2BRbr 0 0 1 1ETXDC3＃3CScs 0 1 0 0EOTDC4 $￿￿4DTdt 0 1 0 1ENQNAK%5EUeu 0 1 1 0ACKSYN&6FVfv 0 1 1 1BELETB′7GWgw 1 0 0 0BSCAN(8HXhx 1 0 0 1HTEM)9IYiy 1 0 1 0LFSUB *￿￿：JZjz 1 0 1 1VTESC+；K［k{ 1 1 0 0FFFS，＜L＼l｜ 1 1 0 1CRGS-=M］m｝ 1 1 1 0SORS·＞N↑n~ 1 1 1 1SIUS/?O -￿￿oDEL表中编码符号的排列次序为 b7b6b5b4b3b2b1b0 b7恒等于“0”， b6b5b4为高位部分， b3b2b1b0为低位部分。

20输入设备：向计算机送入程序和数据的，有一定独立功能的设备它通过接口和总线与计算机连通，用于人机交互联系，把人们所熟悉 的某种数据变换成机器内部所能接收和识别的二进制数据例如：键盘、鼠标等理想的输入设备应是“会看”“会听” “会看”：摄像头，电子扫描笔 “会听”：麦克风系 统 总 线存储器 运算器 控制器 接口与通信 输入设备输出设备1、计算机系统的组成：硬件系统21输出设备：用于送出计算机内部数据的设备它把计算机的数据以人们能以识别的形式输出例如：显示器等理想的输出设备应是“会写”“会讲” “会写”：打印机，绘图仪等 “会讲”：音响设备等 系 统 总 线存储器 运算器 控制器 接口与通信 输入设备输出设备1、计算机系统的组成：硬件系统22接口：通过接口，主机和外设可以并行协调地工作输入/输出设备通常称为外围设备其种类繁多，数据传送方式和速 度差异也很大，因此它不能直接同主机相连接，而要通过接口与主 机相连接例如：网卡、声卡、显卡等系统总线：是构成计算机系统的骨架， 是多个系统部件之间进行数据传送的公 共通道。

借助系统总线的连接，计算机在各系统 部件之间实现地址、数据、控制数据的 传送例如：主板上的传。