《计算机组成原理》—概论

1、计算机的发展历史

    1.1  电子计算机  按其  信息的表达形式和处理方式   分为  电子模拟计算机、电子数字计算机;

            电子模拟计算机

                以连续变化的量(即模拟量)表示数据;

                通过电流(电压)的物理变化过程实现运算;

            电子数字计算机

                以离散量(即数字量)表示数据;

                应用算术运算法则实现运算;

    1.2  更新换代的计算机硬件

            电子管时代

            晶体管时代

            中、小规模集成电路时代

            超、大规模集成电路时代

            超级规模集成电路时代

    1.3  日趋完善的计算机软件

            机器语言

            汇编语言

            程序批处理阶段

                高级语言

            多时多用户阶段

                Unix系统、C语言

            分布式管理阶段

                DOS系统、数据库管理系统

            软件重用阶段

            Web服务阶段

2、计算机系统的硬件组成

    2.1  计算机的基本功能

              数据加工

                  对数据进行算术运算、逻辑运算;

              数据保存

                  在计算机进行数据处理时,将计算机的信息(数据、指令)保存起来;

              数据传送

              操作控制

    2.2  计算机的硬件组成部分

              I/O系统:输入设备输出设备

              主机系统:存储器、CPU(运算器控制器

           【注意】:

              存储器

                1、存储器分为   主存储器(内存储器)、辅助存储器(外存储器);

                2、CPU能够直接访问存储器是主存储器外存储器的信息必须调入主存储器中才能被CPU使用

                3、存储器  如同宾馆一样有很多个房间,每个房间称为一个存储单元

                  每个存储单元都有自己唯一的门牌号码,称为地址码

                  存储器是按地址进行访问的,若对存储器某个存储单元进行读写,必须先给出被访问存储单元的地址码;

                4、主存储器简图

                  

 

                  存储体

                    即存储单元;

                    作用:存放二进制信息

                  地址寄存器

                    作用:用于存放所要访问的存储单元的地址码;

                  数据寄存器

                    作用:主存与其他部件的接口,用于暂存从主存读出(向主存写入)的信息;

                  控制逻辑

                    作用:产生存储器操作所需的各种时序信号;

              运算器

                 1、计算机的执行部件,用于对数据进行加工处理,完成算术运算、逻辑运算;

                      算术运算:按照算术运算规则进行的运算,如加、减…

                      逻辑运算:与、或、比较、位移…

              控制器

                 1、程序按照指令序列存储在主存储器中,控制器根据程序实施控制,这种工作方式叫存储程序方式;

    2.3  冯诺依曼计算机

            a,存储程序思想

                1.1.1    把运算器、控制器称为CPU

                    把CPU、主存称为计算机主机

                    把输入设备、输出设备、外存称为IO设备

                1.1.2  采用二进制形式表示数据、指令

                      指令是程序的基本组成单位,由操作码、地址码组成:

                          操作码指明操作的性质;

                          地址码给出数据所占存储单元的地址编号;

                1.1.3  存储程序方式

                      冯诺依曼思想的核心;

                      存储程序指用计算机解题之前,事先编写好程序,并连同所需的数据预先存入主存储器中

                          在解题过程中(程序运行),由  控制器  按照事先编好并存入主存储器中的程序   自动地、连续地从  主存储器  中依次取出指令并执行;  

             b,早期的冯诺依曼计算机

                

 

            c,现代计算机组织机构

                

3、计算机的软件系统

      基本的软件系统应该包括系统软件、应用软件:

          系统软件:

              OS、数据库管理系统、语言处理程序、网络软件系统…

          应用软件

4、计算机系统的组织结构

      4.1  硬件与软件的关系

            a,一个计算机系统由硬件、软件组成,硬件与软件紧密相关、缺一不可;

            b,对于某一个具体的功能,既可以用硬件实现、也可以用软件实现,这就是硬件与软件在逻辑上的等效;

                                  任何由硬件实现的操作,原理上都可以使用软件实现;

                                  任何由软件实现的操作,原理上都可以使用硬件实现;

      4.2  计算机硬件系统的组织

            a,计算机由5大部件组成,5大部件之间,有大量的信息需要传送,现在的计算机普遍采用总线结构;

            b,总线

                1.1.1  一组   可为多个功能部件共享的   公共信息传送线路

                1.1.2  为保证总线上的信息不至于冲突,共享总线的各个部件必须分时使用总线发送信息,以保证总线上的信息每时每刻都是唯一的;

                1.1.3  总线上的各个部件同时接受总线上的信息

                1.1.4  总线的概念已经广泛应用于计算机各级硬件中,按其任务可分为:

                      CPU内部总线

                          用来连接CPU内部各寄存器、算术逻辑部件的总线;

                      部件内部总线

                          

                      系统总线

                          连接系统内各大部件(CPU、主存、IO设备等)的总线,连接整机系统的基础;

                      外总线

                          计算机系统之间(与其他系统之间)的通信总线;

                1.1.5  按总线信息传送放心分为     单向总线、双向总线

                        

 

5、计算机的性能指标

      5.1  基本字长

            a,指参与运算的  数 的基本位数; 

            b,也是硬件组织的基本单位

                  决定着寄存器等的位数,直接影响硬件的成本;如PC机16位、32位、64位;

      5.2  主存储器的容量

      5.3  运算速度

            a,目前使用    每秒平均执行的指令条数(IPS)   为运算速度单位

            b,有的计算机也使用   主时钟频率   反应速度的快慢:如CPU主频2.8GHZ…

      5.4  所配置的外部设备及性能指标

      5.5  系统软件的配置

6、计算机的分类

      6.1  按处理信息形式分

            模拟计算机、数字计算机

      6.2  按计算机字长分

            32位、64位…

      6.3  按应用范围分

            专用机、通用机  

      6.4  按计算规模分

                        

 

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