经典：计算机组成原理第1章

11. 画一个具有双向传输功能的总线逻 辑图。 解：此题实际上是要求设计一个双向总 线收发器，设计要素为三态、方向、使能等 控制功能的实现，可参考74LS245等总线缓 冲器芯片内部电路。 逻辑图如下：（n位） 使能
控制 G
B1
Bn
…… …… …… ……
方向 控制 DIR
A1
An
错误的设计：
系统总线
• 9. 画出主机框图，分别以存数指令“STA M”和加法指令“ADD M”（ M均为主存地址）为例，在图中按序标出完成该指令（包括取指令阶 段）的信息流程（如→①）。假设主存容量为256M*32位，在指令字 长、存储字长、机器字长相等的条件下，指出图中各寄存器的位数。 • 解：主机框图如P13图1.11所示。 • （1）STA M指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR， MDR→IR， • OP(IR) →CU，Ad(IR) →MAR，ACC→MDR，MAR→MM，WR • （2）ADD M指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR， MDR→IR， • OP(IR) →CU，Ad(IR) →MAR，RD，MM→MDR， MDR→X，ADD，ALU→ACC，ACC→MDR，WR • 假设主存容量256M*32位，在指令字长、存储字长、机器字长相等的 条件下，ACC、X、IR、MDR寄存器均为32位，PC和MAR寄存器均 为28位。
存储总线
CPU MM I/O1 I/O2 …… I/On
这个方案的错误是： 不合题意。按题意要求应画出பைடு நூலகம்辑线路图而 不是逻辑框图。
12. 设数据总线上接有A、 B、C、D四个寄存器，要求 选用合适的74系列芯片，完 成下列逻辑设计： （1） 设计一个电路，在同 一时间实现D→A、D→B和 D→C寄存器间的传送； （2） 设计一个电路，实现 下列操作： T0时刻完成D→总线； T1时刻完成总线→A； T2时刻完成A→总线； T3时刻完成总线→B。

输出设备：显示器、 打印机、音响等
输入输出接口： USB、HDMI、 VG等
输入输出设备分类 ：输入设备、输出 设备、存储设备等
总线与接口
接口：连接总线和计算机内 部各部件的硬件设备
总线：计算机内部各部件之 间的信息传输通道
总线类型：数据总线、地址 总线、控制总线
接口类型：并行接口、串行接 口、USB接口、PCI接口等
添加标题
1960年代集成电路 计算机出现提高了计 算机的集成度和性能
添加标题
1970年代大规模集 成电路计算机出现提 高了计算机的性能和 可靠性
添加标题
1980年代个人计算 机出现使得计算机进 入家庭和办公室
添加标题
1990年代互联网和 万维网的出现使得计 算机成为信息交流的 重要工具
添加标题
2000年代云计算和大 数据技术的出现使得计 算机成为数据处理和分 析的重要工具
计算机组成原理(第三版) 第一章大纲
汇报人：
目录
添加目录标题
01
计算机系统概述
02
计算机硬件组成
03
计算机软件组成
04
计算机中的信息表示
05
添加章节标题
计算机系统概述
计算机的发展历程
添加标题
1946年第一台电子 计算机ENIC诞生
添加标题
1950年代晶体管计 算机出现提高了计算 机的性能和可靠性
数据校验码
校验码的作用： 检测数据传输 过程中的错误
校验码的类型： 奇偶校验码、 海明码、循环 冗余校验码等
校验码的生成 方法：根据数 据位生成校验
位
校验码的应用： 数据传输、数 据存储等领域
感谢您的观看
汇报人：

4、汇编语言层
汇编语言层及上层是 提供给解决应用问题的 程序员使用的。
汇编语言程序通过汇 编器翻译成机器语言程 序，再由微体系结构层 执行。
第5层 面向问题语言层
第4层
翻译(编译器)
汇编语言层
第3层
翻译(汇编器)
操作系统层
第2层
部分解释(操作系统)
指令系统层
直接执行/解释(微程序)
第1层 微体系结构层
指
状
时
令
态
序
信
信
信
息
息
号
微命令产生方式（指令执行控制方式）：
组合逻辑控制方式： 由组合逻辑电 路
产生微命令
微程序控制方式：由微指令产生微命令
2. 主存储器
1）功能: 存放需执行的程序及需要处理的
数据，CPU能直接读出或写入。
2）逻辑组成：由连续的单元组成。通常
每个单元存放8位二进制数即一个字节。每个单 元有一个惟一的地址。
•基本组成：寄存器、ALU、控制器及连接
1）寄存器
用于存放控制信息，如PC、IR、PSW 用于存放数据信息，如通用寄存器、暂 存器
2）算术逻辑部件ALU：按指令的要求对
有关数据进行指定的算术或逻辑运算。
3）控制器：主要根据指令信息产生控制信号
(微命令)序列， 控制全机操作。 微命令序列
微命令发生器
计算机组成原理(第三版) 第一章
生活中常见的计算机
计算机系统应 该包含些什么
呢？ 它们是如何工作的…？…?
对计算机我们 了解多少？
计算机系统概述
计算机系统由硬件和软件两大部分组成
硬件部分
典型PC机主板结构
磁盘接口

§3 计算机的硬件
1.3.1
1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5
硬件组成要素
运算器 存储器 控制器 适配器与输入输出设备
27
第一章 计算机系统概论
1.3.1
硬件组成要素
通过一个例子我们来了解数字计算 机的主要组成和工作原理。 假设给一个算盘、一张带有横格的 纸和一支笔，要求我们计算y=ax+b-c这 样一个题目。 解题步骤和数据记录在横格纸上， 请看过程，如表1.3所示。
第一章 计算机系统概论
第1章
home
计算机系统概论
1
第一章 计算机系统概论
第一章 计算机系统概论
§1 计算机的分类
§2 计算机的发展简史
§3 计算机的硬件
§4 计算机的软件
§5 计算机系统的层次结构
2
第一章 计算机系统概论
§1 计算机的分类
1.1.1
电子计算机的分类
1.1.2
1.1.3
数字计算机的分类
50
第一章 计算机系统概论
现代电子计算机组成
总之，现代电子计算机是由：
运算器、控制器、存储器、 适配器和输入/输出设备组成的。 并用系统总线连起来
51
第一章 计算机系统概论
§4 计算机的软件
1.4.1
1.4.2
软件的组成与分类
软件的发展演变
52
第一章 计算机系统概论
1.4.1
软件的组成与分类
计算机软件相对计算机硬件来说是 看不见，是计算机系统中不可少的无形 部件。主要有两大类：
5
第一章 计算机系统概论
数字计算机与模拟计算机的主要区别
数字计算机
数据表示方式 数字0/1

计算机的五大组成部分
中央处理器
负责执行计算机指令和控制计算机的操作。
存储器
用于存储程序和数据。
输入输出设备
与计算机进行信息交互的接口。
计算机总线
连接各个部件传输数据和信号。
第一章节的主要内容
1 计算机基础知识
了解计算机的基本概 念和术语。
2 计算机内部结构
3 指令执行过程
深入探讨计算机的各 个组成部分及其功能。
3 职业发展机会
掌握计算机底层原理， 可以编写更高效和可 靠的代码。
拥有计算机组成原理 知识的人才在计算机 行业有更广阔的发展 机会。
本章节总结和要点
本章节介绍了计算机组成原理的基本概念、计算机的发展历史以及计算机的 五大组成部分。学习计算机组成原理对于深入理解计算机工作原理和提升编 程能力至关重要。
学习计算机指令的执 行过程和控制流程。
为什么要学习计算机组成原理
学习计算机组成原理可以帮助你深入理解计算机的工作原理，提高编程和系统设计的能力，并打 下计算机科学的基础。
学习计算机组成原理的好处
1 深入了解计算机
系统
了解计算机内部的设 计和功能，可以更好 地使用计算机和解决章概述
计算机组成原理是研究计算机内部结构和功能的科学，本教程将带您深入了 解计算机组成原理的基本概念和重要性。
什么是计算机组成原理
计算机组成原理研究计算机的内部组成和运行原理，包括处理器、内存、存 储器、输入输出设备等关键组成部分，是计算机科学的基础。
计算机发展历史
计算机发展经历了多个阶段，从大型机到个人计算机，掌握计算机组成原理 能帮助你了解计算机的发展脉络和技术演进。

2020/6/11
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1.2计算机发展简史
一、计算机的五代变化 ❖ 第一代为1946—1957年，电子管计算机：数据处理 ❖ 第二代为1958—1964年，晶体管计算机：工业控制 ❖ 第三代为1965—1971年，中小规模集成电路计算机：
小型计算机 ❖ 第四代为1972—1990年，大规模和超大规模集成电路
片1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、 4MB、16MB、64MB、256MB、GB。 ❖ 其中1K=210,1M=220,1G=230
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1.2计算机发展简史
三、微处理器的发展
❖ 1971年Intel公司开发出Intel 4004。这是第一个将CPU的所有元件都 放入同一块芯片内的产品，于是，微处理器诞生了。
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1.1计算机的分类
数字计算机
数据表示方式 数字0/1
计算方式
数字计数
控制方式
程序控制
精度
高
数据存储量
大
逻辑判断能力 强
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模拟计算机 电压 电压组合和测量值 盘上连线 低 小 无
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1.1计算机的分类
二、数字计算机分类 数字计算机根据计算机的效率、速度、价格、
运行的经济性和适应性来划分，可以划分为两类：
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ATX 架构主板
Micro ATX 架构主板
BTX 架构主板（未来趋势）
一、主板的工艺
主板的平面是一块PCB印刷电路板，它实际是由几层树脂材 料粘合在一起的，内部采用铜箔走线。一般的PCB线路板分 有四层和六层，四层板分别是主信号层、接地层、电源层 、次信号层。而六层板增加了辅助电源层和中信号层。而 一些要求较高的主板的线路板可达到6-8层或更多。在电路 板上面，是错落有致的电路布线；在PCB印刷电路板上面， 则为棱角分明的各个部件：插槽、芯片、电阻、电容等。 芯片包括BIOS芯片，南北桥芯片，RAID控制芯片等；插槽 包括CPU插座，内存插槽，PCI插槽，ISA插槽等；接口包括 IDE接口，软驱接口，COM接口(串口)，PS/2接口，USB接口 ，IEEE1394接口，LPT接口(并口)，MIDI接口等。

1.4 计算机的性能指标
• 1.4.1 机器字长
• 机器字长是指CPU一次能处理数据的位数
– 目前，微型计算机的机器字长有8位、16位、32位几种档次，最 新推出的微处理器已达64位。
• 1.4.2 存储容量
• 存储容量表示存储器中存放二进制代码的总数，具 体表示有两种方法。
– （1）字节数 – （2）单元数（字数）×位数
1.3 计算机的层次结构
• 1.3.1 虚拟机的概念
• 虚拟机（Virtual Machine）是一个抽象的计算机，它将提供 给用户的功能抽象出来，使之脱离具体的物理机器，用户可 以不关心真实的计算机及其细节，它由软件实现，并与实际 机器一样，都具有一个指令集并可以使用不同的存储区域。
– 例如，一台机器上配有C语言和Pascal语言的编译程序，对C语 言用户来说，这台机器就是以C语言为机器语言的虚拟机，对 Pascal用户来说，这台机器就是以P 1.1.5 计算机的应用和发展趋势
– 1．科学计算 – 2．数据处理 – 3．过程控制 – 4．人工智能 – 5．计算机辅助工程 – 6．信息高速公路 – 7．电子商务
1.1 计算机系统简介
• 计算机的系统结构仍在继续发展，其 发展趋势是：
– ① 由于计算机网络和分布式计算机系统能为信息处理提 供廉价的服务，因此计算机系统进一步发展的最终目标， 是将有线电视、数据通信和电话“三网合一”，进入以通 信为中心的体系结构。
拟机。
1.3 计算机的层次结构
• 1.3.2 虚拟机的层次结构
应用语言虚拟机 M 5（应用语言） 用应用语言编写的应用语言程序经应用程序包翻译成高级语言程序
高级语言虚拟机 M 4（高级语言） 高级语言程序经编译程序翻译成汇编语言程序（或某种中间语言程序或机

(2) 指令的形式
操作码 地址码
指出指令所进行的 操作，如加、减、 乘、除、取数、存 数等
计算机组成原理
表示参加运算的数据 从存储器的哪个单元 取；运算的结果应存 到哪个单元
3. 控制器
操作的编码
操作 加法 减法 乘法 除法 取数 存数 停机
编码 001 010 011 100 101 110 000
器 计算机的运算器长度：
• 8位、16位、32位或64位
计算机组成原理
2. 存储器
功能：保存或“记忆”数据和运算过程
存储的是0或1表示的二进制代码
存储单元： 在存储器中保存一个n位二进制数的
n个触发器，组成一个存储单元
存储器地址：存储器是由许多存储单元组成，每
个存储单元的编号，称为地址
存储容量：存储器所有存储单元的总数。通常用
1985 386DX 27.5万
1999
P--III
1989 486DX 120万
1999.10 P-III-COP
管数 310万 550万 450万 750万 750万 950万 2800万
27.11.202பைடு நூலகம் 2:35
计算机组成原理
1.2.4 计算机的性能指标
吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能 够处理的信息量，单位是字节/秒（B/S）。
•计算机的基本结构；
•采用二进制；
•数据和程序都放在内存中。
主
• 冯.诺伊曼结构
机
冯·诺依曼计算机硬件框图
存放数据 将信息和转程换序成机 器能识别的形式
存储器
算将术结运果算转换成 逻人辑们运熟算悉的形式
输入设备
运算器
输出设备
计算机组成原理

表1.1 数字计算机与模拟计算机的主要区别
数字计算机 比较内容 模拟计算机
数据表示方式 计算方式 控制方式 精度 数据存储量 逻辑判断能力
数字0和1 数字计数 程序控制 高 大 强
电压 电压组功率损耗、性能指标、数据存 储容量、指令系统规模和机器价格等可以分为：又可分为 六类： 巨型机（Super-Computer）、大型机（Mainframe）、 • 中型机（Medium-size Computer）、小型机 （minicomputer）、微型机（microcomputer）、单片机 （Single-Chip Computer）六类，见图所示。 • 它们的区别在于体积、简易性、功率损耗、性能指标、 数据存储容量、指令系统规模和机器价格。巨型计算机主 要用于科学计算,其运算速度在每秒一万亿次以上,数据存 储容量很大,结构复杂,价格昂贵。单片计算机是只用一片 集成电路做成的计算机,体积小,结构简单,性能指标较低,价 格宜。介于巨型机和单片机之间的是大型机、中型机、小 型机和微型机,它们的结构规模性能指标依次递减。 随着 超大规摸集成电路的迅速发展,今天的小型机可能是明天 的微型机,而今天的微型机可能是明天的单片机。
1.1.2 计算机发展简史
5. 1986年开始的第五代巨大规模集成电路计算机: 运算速度提高到每妙几亿次至上百亿次。由一片巨大规 模集成电路实现的单片机开始出现。 总之,从1946年计算机诞生以来,大约每隔五年运算速度 提高10倍,可靠性提高10倍,成本降低10倍,体积缩小10倍。 而70年代以来,计算机的生产数量每年以25%的速度递增。 随着社会需求和微电子技术的不断发展,计算机的系统结 构仍在继续发展,其发展趋势是： 将进入以通信为中心的体系结构。 计算机智能化将进一步发展,进入知识处理阶段。 不仅用多处理机技术来实现并行计算机,而且会出现计算 机的动态结构。 多媒体技术将有重大突破和发展。