《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 总线上的各个部件可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: