第一章计算机系统概论(lxl)解析ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,章 计算机系统概论,1.1 计算机系统简介,1.4 本书结构,1.3 计算机硬件的主要技术指标,1.2 计算机的基本组成,第章 计算机系统概论1.1 计算机系统简介 1.4 本书,主要内容,计算机系统中,软件,和,硬件,的基本概念,计算机系统的,层次结构,冯诺依曼计算机,的特点,计算机,硬件的基本组成,计算机的工作过程,计算机系统的,性能指标,主要内容计算机系统中软件和硬件的基本概念,重点及难点,重点,冯诺依曼计算机的特点,计算机硬件的基本组成,难点,计算机系统的层次结构,重点及难点重点,计算机是一种不需要人的直接干预，能够对各种数字化信息进行自动快速运算的通用处理装置。,1.1 计算机系统简介,由具有各类特殊功能,的信息（,程序,）组成,1.,计算机系统,计算机系统,计算机的实体，,如主机、外设等,一、计算机的软硬件概念,硬件,软件,事先编制的,什么是,计算机？,计算机是一种不需要人的直接干预，能够对各种数字化信息,按任务需要编制成的各种程序,如：科学计算程序等。,用来管理整个计算机系统,语言处理程序,操作系统,服务性程序,数据库管理系统,网络软件,软,件,1.1,系统软件,应用软件,系统程序,应用程序,按任务需要编制成的各种程序用来管理整个计算机系统 语言处理程,计算机硬件的功能和结构,功能,数据处理,数据存储,数据传送,控制,1.1,内部结构,中央处理器（运算器）,存储器组织,输入,/,输出模块,中央处理器（控制器）,系,统,互,连,计算机硬件的功能和结构 功能数据处理数据存储数据传送控制1,计算机,高级语,言程序,目标,程序,结果,翻译,运行,1.1,2.计算机的解题过程,1.,编译,2.,解释,0,、,1,代码,计算机 高级语 言程序 目标 程序 结果翻译 运行 1.12,二、计算机系统的层次结构,1.1,实际上，在计算机解题过程中，,源程序,进行翻译变成,目标程序,，最后运行出,结果,，整个从细的方面来讲，还要分成很多很多很小的步骤，,每一步工作都实际上是在层次化的计算机系统当中的某一层进行动作的,，计算机的这种层次结构使得,不同的用户,在不同的层次上使用计算机。,1.,用,Word,写文档,2.,编写,Word,程序,二、计算机系统的层次结构1.1 实际上，在计算机解题过程,二、计算机系统的层次结构,高级语言,虚拟机器,M,3,汇编语言,虚拟机器,M,2,操作系统,虚拟机器,机器语言,实际机器,M,1,微指令系统,微程序机器,M,0,1.1,二、计算机系统的层次结构高级语言虚拟机器 M3汇编语言虚拟机,1-,10,软件,硬件,由硬件直接执行微指令,微指令系统,-,微程序机器,M,0,逻辑设计员,用编译程序翻译,成汇编语言程序,高级语言,-,虚拟机器,M,4,高级语言程序员,用汇编程序翻译,成机器语言程序,汇编语言,-,虚拟机器,M,3,汇编语言程序员,用机器指令解释操作系统,操作系统,-,虚拟机器,M,2,操作员,用微指令解释机器指令,机器指令,-,实际机器,M,1,机器语言程序员,2,、计算机系统的层次结构,由软件实现的,虚拟机器,。,由硬件实现的,实际机器,。,是我们将要学习的！,虚拟机：,是一个由软件实现的抽象计算机，,不同软件（语言）角度获得不同层次的虚拟机。,应用软件、系统软件、硬件,构成了计算机系统的三个层次结构。,除了硬件系统，其它层次称为,虚拟机,。从某一层次的观察者看来，他只通过该层次的语言来了解和使用计算机，不必关心下几层的机器是如何工作和实现各自功能的。,1-10软件硬件由硬件直接执行微指令微指令系统-微程序机,用编译程序翻译,成汇编语言程序,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,用微指令解释机器指令,由硬件直接执行微指令,软,件,硬,件,1.1,虚拟机器,M,4,虚拟机器,M,3,虚拟机器,M,2,实际机器,M,1,微程序机器,M,0,用编译程序翻译 用汇编程序翻译 用机器语言解释操作系统 用微,程序员所见到的计算机系统的属性,即：概念性的结构与功能特性,计算机,体系结构,计算机,组成,实现计算机体系结构所体现的属性,有无乘法指令,如何实现乘法指令,（指令系统、数据类型、寻址技术、,I/O,机理）,（具体指令的实现）,1.1,三、,计算机体系结构和计算机组成,程序员所见到的计算机系统的属性 计算机计算机 实现计算机体系,计算机系统结构,（举办奥运会）,主要研究软件硬件功能分配和对,软硬件界面,的确定。,计算机组成,是计算机系统结构的逻辑实现。（奥运村设计图）,当一个计算机系统把软件和硬件功能划分完以后，,它主要研究计算机各,硬件,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。（按照设计图施工）,对各个部件的硬件物理实现技术。,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。,软件,硬件,计算机系统结构 与 计算机组成,硬件,硬件,计算机系统结构（举办奥运会）软件硬件计算机系统结构 与 计算,1-,14,计算机系统结构,Computer Architecture,是从计算机系统的,外部,来研究计算机的一门学科。,从,程序员,角度观察到的计算机外特性,概念性的属性和功能。,对不同虚拟机层次程序员看到的外特性不完全相同。,计算机组成,Computer Organization,（,是我们将要学习的,）,是从计算机系统的,内部,来研究计算机构成的。,从,逻辑设计人员,的角度来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、主存储器、,输入,/,输出设备和输入,/,输出接口等。,计算机系统结构 与 计算机组成,1-14计算机系统结构 Computer Architect,1.2 计算机的基本组成,（,1,）,由于计算机是一种机器，那么在机器中,信息怎么表示,？表示成什么形式，计算机才能对它进行处理？,（,2,）,采用什么样的工作方式,才能使它自动的、连续的、快速的进行工作？,（,3,）,为了实现计算机强大的功能，在硬件上应该设置,哪些部件,来提供支持？,冯,诺依曼思想的引入,1.2 计算机的基本组成（1）由于计算机是一种机器，那么在,1.2 计算机的基本组成,1.,计算机由,五大部件,组成,3.,指令和数据用,二进制,表示,4.,指令由,操作码,和,地址码,组成,6.,以运算器为中心,2.,指令和数据,以,同等地位,存于存储器，,可,按地址,寻访,5.,存储程序,一、,冯,诺依曼计算机的特点,5.,存储程序,1.2 计算机的基本组成1.计算机由五大部件组成3.指令,算术运算,逻辑运算,存放数据,和程序,将信息转换成机,器能识别的形式,将结果转换成,人们熟悉的形式,指挥程序,运行,1.2,冯,诺依曼计算机硬件框图,存储器,输入设备,运算器,控制器,输出设备,数据线,控制线和反馈线,算术运算存放数据 将信息转换成机 将结果转换成指挥程序1.2,1.2,冯,诺依曼计算机硬件框图,存储器,输入设备,运算器,控制器,输出设备,数据线,控制线和反馈线,1.2冯诺依曼计算机硬件框图存储器 输入设备 运算器 控制,二、计算机硬件框图,1.2,1.以,存储器为中心,的计算机硬件框图,程序,存储器,输出设备,输入设备,运算器,控制器,数据,结果,计算,控制线,反馈线,数据线,不改变的：,存储程序,（精华）,改变的是：,以存储器为中心，总线结构，分散控制。,二、计算机硬件框图1.21.以存储器为中心的计算机硬件框图,ALU,主存,辅存,CPU,主机,I/O,设备,硬件,CU,2,.现代计算机硬件框图,存储器,输入设备,运算器,输出设备,控制器,1.2,ALU,CPU,主机,I/O,设备,CU,主,存,I/O,接口,高,速,缓,存,I/O,接,口,Cache,ALU主存CPU主机I/O设备硬件CU2.现代计算机硬件框图,1,.上机前的准备,建立数学模型,-,+,-,+,-,=,!,x,9,!,x,7,!,x,5,!,x,3,x,x,9,7,5,3,sin,编制解题程序,确定计算方法,程序,运算的,全部步骤,0,1,2,),(,),(,2,1,n,y,n,x,y,n,x,=,+,=,指令,每,一个步骤,1.2,三、计算机的工作步骤,1.上机前的准备 建立数学模型 -+-+-=!x9!,取,x,至运算器中,乘以,x,在运算器中,乘以,a,在运算器中,存,ax,2,在,存储器,中,取,b,至运算器中,乘以,x,在运算器中,加,ax,2,在运算器中,加,c,在运算器中,=,(,ax,+,b,),x,+,c,取,x,至运算器中,乘以,a,在运算器中,加,b,在运算器中,乘以,x,在运算器中,加,c,在运算器中,计算,ax,2,+,bx,+,c,1.2,编程举例,取x 至运算器中乘以x 在运算器中乘以a 在运算器中存a,000001,0000001000,打印,停机,取数,ACC,存数,ACC,加,ACC,+,ACC,乘,ACC,ACC,指令格式举例,1.2,操作码,地址码,打印机,累加器,对应的,内容,000001 0000001000打印 停机,指令和数据存于主存单元的地址,指令,注释,操作码,地址码,0,000001,0000001000,取数,x,至,ACC,1,000100,0000001001,乘,a,得,ax,存于,ACC,中,2,000011,0000001010,加,b,得,ax,+,b,存于,ACC,中,3,000100,0000001000,乘,x,得（,ax,+,b,),x,存于,ACC,中,4,000011,0000001011,加,c,得,ax,2,+,bx,+,c,存于,ACC,5,000010,0000001100,将,ax,2,+,bx,+,c,存于主存单元,6,000101,0000001100,打印,7,000110,停机,8,x,原始数据,x,9,a,原始数据,a,10,b,原始数据,b,11,c,原始数据,c,12,存放结果,1.2,计算,ax,2,+,bx,+,c,程序清单,指令和数据存于主存单元的地址 指,存储体,大楼,存储单元,存放一串二进制代码（一条指令或一个数据）,存储字,存储单元中二进制代码的组合,存储字长,存储单元中二进制代码的位数,每个存储单元赋予一个地址号,主存的工作方式：,按地址寻访,存储单元,存储元件,（,0/1,）,房间,床位,（无人/,有人）,(,1,),存储器的基本组成,1.2,MDR,主存储器,存储体,MAR,2,.计算机的解题过程,一个房间中的床位数,存储体大楼存储单元 存放一串二进制代码（一条指令或一个数据）,MAR,MDR,存储单元个数,16,存储字长,8,设,MAR,=,4,位,MDR,=,8,位,1.2,存储器地址寄存器,存放存储单元的地址,存储器数据寄存器,反映存储字长,(,1,),存储器的基本组成,MDR,主存储器,存储体,MAR,注意：,MAR,存储单元个数,MARMDR 存储单元个数 16存储字长 8 设 MAR,概念术语,ALU,（,Arithmetic Logic Unit,）：算术逻辑单元,ACC,（,Accumulator,）：累加器,MQ,（,Multiplier-Quotient Register,）：乘商寄存器,X,：操作数寄存器,加表示部件中的内容,例如：,ACC,表示累加器中的内容,概念术语ALU（Arithmetic Logic Unit）,(,2),运算器的基本组成及操作过程,1.2,运算器,MQ,ACC,ALU,X,运算器的主要部件是,ALU,ALU,可进行算术和逻辑运算,ALU,运算的操作数总是来源于,ACC,和,X,寄存器里的内容,ACC,和,X,的内容送到,ALU,计算后，结果会再放到,ACC,里,可以把,ACC,的值作为下一次运算的操作数再送到,ALU,进行运算,(2)运算器的基本组成及操作过程1.2运