第1章 计算机系统概论

计算机组成原理2014年9月

引 言电子计算机是一种用来对数据或信息 进行自动化计算和加工的电子设备。

冯.诺依曼计算机结构

引1.课程简介

言

“计算机组成原理”是计算机类课程学习的专业基

础，在公共基础课与专业方向课之间起着重要的承上启下作用。 硕士研究生入学考试必考课课程。

2.课程内容脱离具体的机型和具体的芯片，以计算机组成 结构为中心阐述基本概念和原理，具体讲述单处理 机计算机硬件系统中各大部分的基本原理、逻辑实 现、设计方法及互联构成整机的技术。

引3.关于教材

言

基本教材：《计算机组成与结构》王爱英主编

参考书： 《计算机组成原理》 唐朔飞编 《计算机组成原理》 白中英主编

4.授课方法与学习要求 课堂讲解重点概念和基本方法 部分内容自主学习，强调课前预习和课后复习 课下配套时间至少2倍以上

引5.学时安排

言

理论讲授60学时，实验20学时。 6.课程考核 期末笔试占50% 以期末笔试卷面成绩为准 作业占10% 以平时作业登记为准 实验成绩占30% 以预习报告、实验报告为准 平时讨论占10% 以自主学习和课堂讨论为准

计算机组成与结构 --课程单元 课程目录第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 计算机系统概论 计算机的逻辑部件 信息表示与运算方法 主存储器 指令系统 中央处理器

第7章第8章

存储系统输入输出系统

第1章 计算机系统概论本单元要求： 了解计算机系统 理解计算机解题过程 掌握计算机系统结构 掌握冯· 诺依曼计算机的特点

1.1 计算机系统简介一、 计算机软、硬件的概念 1. 计算机系统 计算机系统由硬件和软件两部分组成。 硬件是计算机的实体，是组成计算机的所有电子元器 件和所有机械部件的总和。 现代计算机的硬件系统 按功能分：运算器、控制器、存储器、输入设 备、输出设备 通过总线联接为一个有机整体

1.1 计算机系统简介一、 计算机软、硬件的概念 1. 计算机系统 软件是用户和硬件之间的接口界面，由具有各类特殊功能 的信息(程序)组成。 软件由“程序”和“文档”两部分组成。 程序：计算机任务的处理对象和处理规则的描述， 是为取得一定的结果而编写的计算机指令的有序结合。 文档：描述程序操作及使用的资料

1. 计算机系统 软件分为两类 系统软件 用来管理整个计算机系统监视服务，使得资源得到合理的 调度 。如操作系统，语言处理程序、数据库管理系统。 应用软件 又称为应用程序，用户根据任务需要编制成的各种程序。

2. 计算机的解题过程

高级

语 言程序 翻译

目标程序 运行

结果

最早的计算机 使用机器语言(用0/1代码表示的语言)编写的程序。 要求程序员对所用计算机的硬件及指令系统非常熟悉。 编写难度大，易出错，程序调试难。

二、计算机系统的层次结构高级语言经过编译程序 翻译成汇编语言 虚拟机器 M4 (高级语言机器) 虚拟机器 M3

本级语言程序经编译程 序翻译成机器语言程序 或操作系统语言 机器语言解释操作系统 语言

(汇编语言)虚拟机器M2

(操作系统)实际机器 M1 (机器语言机器)

由硬件或微程序执行机 器语言

虚拟机：通过配置软件扩展功能后形成的与实际机无关的机器。 它将提供给用户的功能抽象出来，脱离了物理机。

二、计算机系统的层次结构 具有多层次结构的计算机 实际机器与汇编语言虚拟机器之间由操作系统 软件构成的虚拟机器。

操作系统为用户使用提供方便条件 控制和管理所有的硬件和软件资源。 合理组织计算机的工作流程，以提高计算机资源 的利用率。 提供给用户良好的界面，使用户不用了解硬件和软件 的细节。

二、计算机系统的层次结构虚拟机器 M4 虚拟机器 M3用编译程序翻译 成汇编语言程序

软 件

用汇编程序翻译 成机器语言程序用机器语言解释操作系统

虚拟机器 M2

硬 件

实际机器 M1微程序机器 M0

用微指令解释机器指令

由硬件直接执行微指令

研本 究课 对程 象所

二、计算机系统的层次结构 翻译程序：把高级语言翻译成机器语言程序的软件

分为编译程序、解释程序两种。 编译程序：将编写的源程序中全部语言翻译 成机器语言程序后，再执行机器语言程序。 源程序不变，不需要重编译。 源程序转变成目标程序后再执行。 例如:C

解释程序：翻译一条，执行一条。 相同语句反复执行也需要重新翻译。 无需生成目标程序即可执行。 例如:Basic(编译和解释)

三、计算机体系结构和计算机组成有无乘法指令

计算机 体系结构

程序员所见到的计算机系统的属性 概念性的结构与功能特性(指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理)

计算机 组成

实现计算机体系结构所体现的属性(具体指令的实现)

如何实现乘法指令