清华大学：计算机组成原理课件

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计算机组成原理(本全)课件

计算机组成原理(本全)课件
目录
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出(I/O)系统 • 计算机的体系结构 • 计算机的软件系统
01 计算机系统概述
计算机的发展历程
第一代计算机
电子管计算机，20世纪40年代中期至50年代末期，主要用于
军事和科学研究领域。
CPU每个时钟周期执行的指令数，是衡量CPU性能的重要指标。
03 存储器系统
存储器的分类和作用
分类
根据存储器的功能和位置，可以分为内存和外存两大类。内存是计算机内部存储器，用于存放运算数据和程序代码；外存则是计算机外部存储器，用于长期保存大量数据和程
序。
作用
存储器是计算机的重要组成部分，它负责存储程序运行过程中所需的数据、指令等信息，使得CPU能够快速、准确地读取和写入数据，从而完成程序的执行。
软件系统
包括系统软件和应用软件两大类。
操作系统
是计算机的软件系统中最基本、最重要的部分，负责管理和调度计算机的软硬件资源。
计算机的工作原理
二进制数制
计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。
指令和程序
计算机按照程序中预定的指令序列进行自动执行。
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部，根据指令从存储器中取出数据和指令进行运算和传输。
内存的工作原理和组织结构
工作原理
内存由多个存储单元组成，每个单元可以存储一个二进制数。当CPU需要读取或写入数据时，会通过地址总线发送地址信号，内存控制器根据地址信号找到对应的存储单元，完成数据的读取或写入操作。
组织结构
内存的组织结构通常采用线性编址方式，即将内存单元按照一定顺序排列，每个单元都有一个唯一的地址。内存的容量大小由地址总线的位数决定，地址总线位数越多，可访问的内存单元数量就越多。

计算机组成原理(本全PPT)

应用
用作固件存储，如BIOS、固件等。
外存储器
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
分类
机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。
外存储器
应用
作为计算机的主要存储设备。
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
外存储器
分类
CD、DVD和蓝光光盘等。
应用
用于数据备份和存储。
高速缓存(Cache)
址和控制信号。
总线按照传输信号类型可以分为数据总线、地址总线和控制总线。
总线按照连接部件可以分为内部总线和外部总线，内部总线连接计算机内部各部件，外部总线连
接计算机与外部设备。
主板的结构与功能
主板的结构包括
处理器插座、内存插槽、扩展插槽、硬盘接口、电源接口等。
主板的功能包括
提供各部件之间的连接，实现数据传输和控制信号传递；保障系统的稳定性和可靠性；提供系统扩展能力。
I/O数据传输方式
优点
CPU可以执行其他任务，适用于高速I/O 设备。
VS
缺点
需要设置中断控制器，实现起来较为复杂。
I/O数据传输方式
优点
CPU不直接参与数据传输，适用于大数据块传输。
缺点
需要设置DMA控制器，成本较高。
I/O设备控制方式
要点一
优点
简单、易于实现。
要点二
缺点
CPU效率低下，适用于慢速I/O设备。
计算机组成原理(本全ppt)
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出系统(I/O) • 总线与主板 • 计算机系统性能评价与优化
01
计算机系统概述
计算机的发展历程

清华计算机组成原理课件07存储系统

图7.3
主存主存字 cache 字块内地址块标记字块地址地址
不命中
t位
c位
计算机组成原理
m位
b位
…
字块2c+1-1 字块 2c+1
字块 2m-1 18
直接映象
t位 Cache存储体
主存储体
i = j mod C
0 标记
* 1 标记
字块 0 字块 1
字块0 字块1
…
…
比较器（t位）
=
≠
C－1 标记字块 2c－
CPU CACHE
主存（内存）
7/16/2020
计算机组成原理
辅存（外存）
2
1、主存和高速缓存之间的关系
Cache引入:
为解决CPU和主存之间的速度差距,提高整机的运算速度,在
CPU和主存之间插入的由高速电子器件组成的容量不大,但速
度很快的存储器演。示
Cache特点
存取速度最快，容量小，价格贵，存储控制和管理由硬件实现。
高速缓冲区内将其容量先分成以组为单位，然后每组内在包含若干页。
组相联映像方式的性能与复杂性介于直接映像与全相联映像两种方式之间。设r 为Cache中每组中包含2r 个字块数，这样当r = 0 时，它就成为直接映像方式,当r = c 时，就是全相联映像方式。也就是各组是直接映像方式，组内的页执行的是全相连映像方式。
0页 1页 … 15页 16页 17页 … 31页 … 2032页
7位 4位 9位 0组
主存 Cache 页内标记页号地址
1组主存页号
Cache地址
在访存时，只需比较
2033页 …
两7/1者6/202标0 记，如相同则命中 20计4算7机页组成原理

清华计算机组成原理课件06 中央处理部件CPU

②如转移条件成立，根据指令规定的寻址方式计算有效地址，转移指令经常采用相对寻址方式。此时转移地址=PC＋disp。此处PC是指本条指令的地址，而在上一机器周期已执行PC+1操作，因此计算时应取原PC值，或对运算进行适当修正。最后将转移地址送入PC。
本条指令只需要两个机器同期，如转移条件成立，在第二机器周期增加一个ALU PC信号；另外如为相对转移，则用 PC ALU信号取代加法指令第2周期中的（rs1） ALU信号，其他信号与加法指令的前两个机器周期中的信号相同。
当机器刚加电时，为保证正常工作，在机器内一般设置有存放固定程序的只读存储器（ROM），利用加电时硬件产生的一个复位（reset）信号使计算机处于初始状态，并从上述固定程序入口开始运行；接着，先对计算机各部件进行测试，然后进入操作系统环境，等候操作员从键盘送入命令或用鼠标器对显示屏上的图标进行选择。综上所述，计算机的工作过程可描述如下：
64KB)来管理，使用时以段为单位进行分配。段地址寄
存器即是在段式管理中用来存放段地址的寄存器。
2020/3/1
计算机组成原理
15
3、其他寄存器
——根据CPU结构特点而设置的专用寄存器。
Intel 80486设有下列专用寄存器：机器状态字寄存器MSW 描述符寄存器——保护方式下存储管理寻址。测试寄存器——用于存储管理。控制寄存器 –虚地址方式、实地址方式选择调试寄存器——用于程序调试。
工作脉冲时钟周期机器周期1222012计算机组成原理42clk时钟周期节拍状态机器周期机器周期92921222012计算机组成原理431222012计算机组成原理441222012计算机组成原理451222012计算机组成原理461222012计算机组成原理47jmp1222012计算机组成原理48clk机器周期机器周期机器周期取指令取有效地址执行指令指令周期机器周期机器周期取指令执行指令指令周期节拍状态节拍状态92921222012计算机组成原理498085的组成中断控制ac8tr8fr5ir8idal16pc16sp16机器周期编码alu定时和控制时钟控制状态dma复位abr8adbr88位内部数据总线io控制intaintrsidsodclkreadyrdwraleiomhldaresetad1222012计算机组成原理50sidsodholdreadyclkaleiomrdwr10111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221resetoutsodsidtraprst75rst65rst55intaadvssintrvccholdhldaclkoutrsestreadyiomrdwrale1222012计算机组成原理51cpu初始化intatrap重新启动中断resetoutvcc5vvss10111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221resetoutsodsidtraprst75rst65rst55intaadvssintrvccholdhldaclkoutrsestreadyiomrdwrale1222012计算机组成原理52pcoutpc1insirpcoutpc1portioportaccbytepcinstrpcioport3mhalerdwriom1222012计算机组成原理5364微程序设计技术在实际进行微程序设计时还应关心下面三个问题

《清华大学计算机组成原理课件》

3
搭建电路
学生将在仿真软件中搭建逻辑电路，提高学生动手实践的能力，并考验学生对逻辑门电路的设计和搭建技能。
组合逻辑电路
全加器
学习全加器的基本原理，确定输入输出的关系，并掌握组成全加器的基本电路。
译码器
介绍了译码器的应用及工作原理，教学生如何根据需要选择不同的译码器。
多路选择器
学习了多路选择器电路的基本概念和应用，测试了学生对多路选择器的掌握能力。
存储器与存储电路
1
组成原理
组成存储器的基本元件是触发器，讲述了静态触发器和动态触发器，它们各自的工作原理。
2
RAM和ROM
介绍了RAM和ROM的基本原理和应用，以及学习访问这两种存储器的原理与方式。
3
内存单元布局及地址控制
通过存储器系统的组成、存储器容量的理解，让学生掌握如何地址定位和数据存储等问题。
转入内核态处理流程
pe
cp
pc
cu
=s
ut
ta
vt
eu
cs
u.
cU
aI
uE
s=
eu
=s
ct
aa
ut
su
es
s
s.
.s
u.
i
Mt
Ss
U
多级中断系统
介绍了多级中断系统的实现原理和构架，以及多级中断系统如何解决中断优先级问题。
存储器系统性能分析
1
存储器性能参数
包括各种存储器的读取时间、写入时间，存储器的带宽等，还包括这些存储器的特点和使用方法。
转入 M 态处理流程
pc
cp
sc

《计算机组成原理》课件

指令结束
将结果存回内存或寄存器。
CPU的性能指标
速度
执行指令的速度，通常以MIPS（百万条指令每秒）表示。
功耗
CPU在工作时的能耗。
集成度
CPU中晶体管的数量和密度。
可靠性
CPU在正常工作条件下无故障运行的概率。
03
存储器
内存的分类与结构
分类
根据存储介质，内存可以分为RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）。RAM又可以分为DRAM（动态随机存取存储器）和SRAM（静态随机存取存储器）。
谢谢您的聆听
THANKS
《计算机组成原理》ppt课件
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器 • 存储器 • 输入输出系统 • 总线系统 • 计算机系统可靠性及安全性
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
机械计算机时代
1946年第一台电子计算机ENIAC诞生，占地170平方米，重30吨，运算速度5000次/秒。
晶体管计算机时代
20世纪50年代中期至60年代，计算机体积缩小，运算速度提高，可靠性增强。
集成电路计算机时代
20世纪60年代末至70年代初，微处理器出现，个人电脑开始进入市场。
大规模集成电路计算机时代
20世纪70年代中期至今，计算机体积更小，性能更高，应用领域更广泛。
计算机系统的组成
硬件系统
包括中央处理器、存储器、输入输出设备等物理部件。
结构
内存主要由存储单元阵列、地址译码器和数据输入/输出缓冲器组成。每个存储单元阵列负责存储数据，地址译码器负责将地址码转换为相应的存储单元的地址，数据输入/输出缓冲器则负责数据的读写操作。
内存的工作原理

清华计算机组成原理课件09输入输出设备

分类
输入输出设备可以根据其功能和用途分为多种类型，如键盘、鼠标、显示器、打印机、扫描仪、摄像头等。
输入输出设备在计算机系统中的地位与作用
地位
输入输出设备是计算机系统的重要组成部分，是实现人机交互的关键环节。
作用
输入输出设备的作用包括输入数据、命令等信息，输出处理结果、图形、图像等信息，使计算机能够更好地为人类服务。
显示器输出
通过显示器的电子枪发射电子束，在屏幕上形成像素点，再转换为图像。
音响输出
通过音响的扬声器将电信号转换为声音波，再通过空气传播产生声音。
打印机输出
通过打印机的喷头或激光器在纸张上形成像素点，再转换为文字或图像。
3D打印机输出
通过3D打印机的喷头或激光器在材料上形成层叠结构，再转换为三维实体。
清华计算机组成原理课件09输入输出设备
目录
• 输入输出设备概述 • 常见的输入设备 • 常见的输出设备 • 输入输出设备的工作原理 • 输入输出设备的未来发展
01 输入输出设备概述
输入输出设备的定义与分类
定义
输入输出设备是计算机系统中用于与外部环境进行信息交互的部件，能够将外部数据转换为计算机可识别的格式，或将计算机处理后的结果输出到外部环境。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
输入输出设备的发展趋势与未来展望
总结词
输入输出设备将朝着更加智能化、人性化、多样化的方向发展。
详细描述
随着人工智能、物联网等技术的不断进步，输入输出设备将更加智能化，能够更好地适应不同用户的需求，提高人机交互的效率和体验。同时，新型输入输出设备将更加多样化，为用户提供更多选择。
实例
智能家居控制系统可以通过语音、手势等多种方式控制家电，实现智能化管理。同时，随着虚拟现实、增强现实等技术的发展，未来将有更多新型输出设备出现，提供更丰富、更真实的感官体验。

《计算机组成原理》ppt课件

VS
挑战
在计算机组成原理的发展过程中，面临着许多挑战和问题，如处理器的性能和功耗问题、存储器的速度和容量问题、系统的可靠性和安全性问题等。这些问题需要不断研究和探索，以推动计算机组成原理的持续发展。
THANKS
感谢您的观看
解释定点数与浮点数的表示方法，包括整数和实数的表示。
逻辑代数基础
1 2
逻辑变量与逻辑函数
引入逻辑变量和逻辑函数的概念，为后续的逻辑运算打下基础。
基本逻辑运算
介绍与、或、非三种基本逻辑运算及其性质。
3
复合逻辑运算
阐述其他复合逻辑运算，如异或、同或等。
逻辑门电路
基本门电路
01
介绍与门、或门、非门等基本门电路的工作原理及实现。
01
03 02
I/O接口的功能和基本结构
数据传输寄存器
命令/状态寄存器
控制逻辑电路
I/O控制方式
优点
控制简单，易于实现
缺点
CPU利用率低，实时性差
I/O控制方式
优点
提高了CPU的利用率，实时性较好
缺点
中断次数多，开销大，数据丢失问题
I/O控制方式
优点
数据传输速度快，CPU干预少
缺点
需要专门的DMA控制器，硬件开销大
指令的执行过程
取指周期
从内存中读取指令，并放入指令寄存器IR中。
中断周期
在执行过程中，如果出现中断请求，则进入中断周期，保存现场信息，并转向中断服务程序。
分析周期
对取回的指令进行分析，确定指令的操作性质和操作数地址。
执行周期
根据分析结果，执行相应的操作，如算术运算、逻辑运算、数据传输等。

清华计算机组成原理课件12 计算机硬件设计和实现导论

2012-9-1
计算机组成原理
9
12．1．4 逆向工程的概念
上面对计算机的设计过程进行／简单介绍，这一过程称为正向设计过程。采用的是从上到下(或从顶到底)的设计方法。在设计计算机时，为了参考、借鉴或仿制的日的，有时需要根据实际机器画出印制电路板布线圈，逻辑图，进而推导出设计资料，这一过程称为逆向工程。计算机所用的集成电路，大部分是在市场上能买到的产品，其逻辑功能及性能是公开的，分析比较容易。但在微程序控制计算机中，要将微程序从控制存储器中读出，最好还能将它翻译成容易理解的微汇编语言(微反汇编程序完成这项工作)就比较困难了。因为微指令格式一般是不向用户透露的，所以微反汇编比指令级的反汇编要困难得多。在目前的计算机中，往往有若干块PAl，PLA或GAl电路，这些电路有保密功能，给分析带来一些麻烦。但国内一些研究单位有分析这些电路功能的软件。
2012-9-1
计算机组成原理

4
新机器的设计(包括指令系统在内)一般总是继承或吸取某些成功机器的设计经验，完全“从零开始”不值得提倡。如何验证指令系统的完整性、合理性及功能描述的正确性，为硬件设计提供正确依据，通常采取在计算机上进行模糊的方法。对于每—条指令的功能，用计算机语言进行描述，并在另一台计算机上进行模拟，这样在新机器还没有制造出来以前就能在已有的计算机亡验证指令功能的正确性。如有错误或不满足要求，可对指令系统进行修改。指令系统确定后，就要进行硬件设计和实施，这就是下面要谈到的几个过程。 4．系统设计和系统模拟这一阶段对计算机的硬件结构及组成进行设计，并模拟其功能，验证其正确性。也是对前面几个阶段的工作进行考核，在机器运算速度、硬件复杂程度及成本之间进行衡量，如感到不满意，则有可能重新修改机器的设计指标，或修改指令系统。 5．系统实现及测试模式的形成系统实现包括逻辑设计及电路的设计与选择，对于逻辑电路的设计和模拟(逻辑模拟、电路模拟)有专门的软件包可供使用。

计算机组成原理(本全)ppt课件(2024)

I/O设备的分类
按数据传输方式可分为字符设备和块设备；按设备共享属性可分为独占设备和共享设备。
I/O接口与I/O设备的连接方式
包括并行接口和串行接口，其中并行接口传输速度快，但传输距离短，而串行接口传输速度慢，但传输距离长。
I/O控制方式与中断技术
I/O控制方式
包括程序查询方式、中断方式和DMA方式。程序查询方式需要CPU不断查询I/O设备的状态，效率低下；中断方式可以在I/O设备准备好数据后主动通知CPU，提高了 CPU的利用率；DMA方式则允许I/O设备与内存直接交换数据，进一步提高了数据传输效率。
计算机的发展
计算机经历了从电子管、晶体管、集成电路到超大规模集成电路等多个发展阶段，性能和体积不断得到优化和改进。目前，计算机已广泛应用于各个领域，成为现代社会不可或缺的工具。
计算机系统的组成
要点一
硬件系统
计算机硬件是计算机系统的物质基础，包括中央处理器、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等部分。其中，中央处理器是计算机的核心部件，负责解释和执行指令；内存储器用于暂时存储数据和程序；外存储器用于长期保存数据和程序；输入设备用于将数据和信息输入到计算机中；输出设备则将计算机处理结果以人们能够识别的形式输出。
人们日常生活中最为熟悉的数制，每一位上的数码都是 0~9之间的数字。
十六进制表示法
在二进制基础上发展起来的一种数制，每一位上的数码由 0-9和A-F（对应十进制中的10-15）组成，常用于表示内存地址和机器码等信息。
数的定点表示与浮点表示
定点表示法
小数点固定在某一位置的数制表示方法，包括定点整数和定点小数，适用于表示范围较小的数值。
总线技术

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图1.3 高级语言虚拟机器的层次结构
翻译程序有编译程序和解释程序两种。翻译程序有编译程序和解释程序两种。编译程序是将编写的源程序中全部语句翻译成机器语言程序后，再执行机器语言程序。语言程序后，再执行机器语言程序。假如一个题目需要重复计算几遍，那么一旦翻译以后，需要重复计算几遍，那么一旦翻译以后，只要源程序不变，不需要再次进行翻译。序不变，不需要再次进行翻译。但源程序若有任何修改，都要重新经过编译。修改，都要重新经过编译。解释程序则是在将源程序的一条语句翻译成机器语言以后立即执行它，然后再翻译执行下一条语句。言以后立即执行它，然后再翻译执行下一条语句。它的特点是翻译一次只能执行一次，它的特点是翻译一次只能执行一次，当第二次重复执行该语句时，要重新翻译，因而效率较低。执行该语句时，要重新翻译，因而效率较低。 ALGOL，FORTRAN，PASCAL等语言是用编译，，等语言是用编译程序进行翻译的，语言有解释和编译两种。程序进行翻译的，BASIC语言有解释和编译两种。语言有解释和编译两种
中央处理器又叫CPU，在早期的计算机中分成运算，中央处理器又叫器和控制器两部分，由于电路集成度的提高，器和控制器两部分，由于电路集成度的提高，现在已把它们集成在一个芯片中。已把它们集成在一个芯片中。运算器是对信息或数据进行处理和运算的部件，运算器是对信息或数据进行处理和运算的部件，经常进行的是算术运算和逻辑运算，常进行的是算术运算和逻辑运算，所以在其内部有一个算术及逻辑运算部件(ALU)。算术运算是按照一个算术及逻辑运算部件。算术规则进行的运算，例如加、算术规则进行的运算，例如加、减、乘、除、求绝对值、求负值等。对值、求负值等。逻辑运算一般是指非算术性质的运算，例如比较大小、移位、逻辑乘、逻辑加等。运算，例如比较大小、移位、逻辑乘、逻辑加等。在计算机中，在计算机中，一些复杂的运算往往被分解成一系列算术运算和逻辑运算。算术运算和逻辑运算。
在计算机中能执行的程序是由指令组成的，在计算机中能执行的程序是由指令组成的，因此计算机执行程序的过程，算机执行程序的过程，实际上就是按照给定次序执行一组指令的过程。行一组指令的过程。一条指令通常分成两部分：一条指令通常分成两部分： (1) 操作码规定该指令执行什么样的运算或操作，操作码规定该指令执行什么样的运算(或操作或操作)，因此被命名为操作码。因此被命名为操作码。 (2) 地址码规定对哪些数据进行运算，通常表示的是地址码规定对哪些数据进行运算，数据地址，因此被称为地址码。数据地址，因此被称为地址码。由于二进制码不易辨认，由于二进制码不易辨认，因此往往用符号来表示一条指令。用机器语言编写程序，比用高级语言麻烦得多，用机器语言编写程序，比用弱很多。
1.3 计算机系统的层次结构
现代计算机解题的一般过程：现代计算机解题的一般过程：用户用高级语言编写程序，连同数据一起送入计算机(用户程序一般称程序，连同数据一起送入计算机用户程序一般称为源程序)，为源程序，然后由计算机将其翻译成机器语言程称为目标程序)，序(称为目标程序，在计算机上运行后输出结果，称为目标程序在计算机上运行后输出结果，其过程如图1.2所示所示。其过程如图所示。
1.2 计算机的硬件
组成计算机的基本部件有中央处理器CPU(运算器和运算器和组成计算机的基本部件有中央处理器控制器)、存储器和输入输出设备。控制器、存储器和输入输出设备。输入设备用来输入原始数据和处理这些数据的程序。输入设备用来输入原始数据和处理这些数据的程序。输入的信息有数字符、字母和控制符等，输入的信息有数字符、字母和控制符等，人们经常 8位二进制码来表示一个数字符位二进制码来表示一个数字符(0～9)、用8位二进制码来表示一个数字符(0～9)、一个字或其他符号，母(A，B，C，…，X，Y，Z)或其他符号，当前通，，，，，，或其他符号用的是ASCII码，它用七位二进制码来表示一个字用的是码最高的一位可用于奇偶校验或作其他用处。符，最高的一位可用于奇偶校验或作其他用处。在计算机中，一般把8位二进制码称为一个字节位二进制码称为一个字节。计算机中，一般把位二进制码称为一个字节。
图1.1 以总线连接的计算机框图
CPU发出的控制信号，经控制总线送到存储器和输发出的控制信号，发出的控制信号入输出设备，控制这些部件完成指定的操作。入输出设备，控制这些部件完成指定的操作。与此同时，或其他设备)经地址总线向存储器或输同时，CPU(或其他设备经地址总线向存储器或输或其他设备入输出设备发送地址，入输出设备发送地址，使得计算机各个部件中的数据能根据需要互相传送。据能根据需要互相传送。输入输出设备和存储器有时也向CPU送回一些信号，CPU可根据这些信号来送回一些信号，时也向送回一些信号可根据这些信号来调整本身发出的控制信号。调整本身发出的控制信号。现代计算机还允许输入输出设备直接向存储器提出读写要求，输出设备直接向存储器提出读写要求，控制数据传送。
可以把一台具有汇编程序的计算机看作是在实际机器级(硬件之上出现的一台虚拟机器，硬件)之上出现的一台虚拟机器器级硬件之上出现的一台虚拟机器，该机允许使用汇编语言编程。用汇编语言编程。称它为虚拟机器的原因是因为它依靠了软件(汇编程序才存在。汇编程序)才存在依靠了软件汇编程序才存在。由于汇编语言的语法、由于汇编语言的语法、语义结构仍然和机器语言基本一样，而与人的传统解题方法相差甚远，本一样，而与人的传统解题方法相差甚远，因而又出现了面向题目的高级语言。出现了面向题目的高级语言。随同研制出来的是这些语言的翻译程序，些语言的翻译程序，因此可以设想在汇编语言级之上又出现了高级语言级，上又出现了高级语言级，它的实现是先把高级语言程序翻译成汇编语言程序或中间语言程序，程序翻译成汇编语言程序或中间语言程序，然后再翻译成机器语言程序(图翻译成机器语言程序图1.3)。。
输出设备用来输出计算机的处理结果。最常用的输输出设备用来输出计算机的处理结果。入输出设备是显示终端和打印机，入输出设备是显示终端和打印机，终端设备采用键盘作为输入工具，处理结果显示在屏幕上，盘作为输入工具，处理结果显示在屏幕上，而打印机则将结果打印在纸上；除此以外，机则将结果打印在纸上；除此以外，为了监视人工输入信息的正确性，在用键盘输入信息时，输入信息的正确性，在用键盘输入信息时，将刚输入的信息显示在屏幕上，如有错误，可及时纠正。入的信息显示在屏幕上，如有错误，可及时纠正。存储器用来存放程序和数据，存储器用来存放程序和数据，是计算机各种信息的存储和交流中心。存储器可与CPU、输入输出设备存储和交流中心。存储器可与、交换信息，起存储、缓冲、传递信息的作用。交换信息，起存储、缓冲、传递信息的作用。存储器又有主存储器和辅助存储器之分。当前在计存储器又有主存储器和辅助存储器之分。算机上运行的程序和数据是存放在主存储器中的。算机上运行的程序和数据是存放在主存储器中的。
图1.2 计算机的解题过程
早期的计算机只有机器语言，用户必须用二进制码早期的计算机只有机器语言，表示的机器语言编写程序，工作量大，容易出错。表示的机器语言编写程序，工作量大，容易出错。而且对程序员的要求很高。于是在20世纪年代，世纪50年代而且对程序员的要求很高。于是在世纪年代，出现了符号式程序设计语言，称为汇编语言。对此，出现了符号式程序设计语言，称为汇编语言。对此，程序员可用ADD，SUB，MUL，DIV等符号分别程序员可用，，，等符号分别表示加法、减法、乘法、除法的操作码，并用符号表示加法、减法、乘法、除法的操作码，来表示指令和数据的地址。来表示指令和数据的地址。汇编语言程序的大部分语句是和机器指令一一对应的。语句是和机器指令一一对应的。用户用汇编语言编写程序后，依靠计算机将它翻译成机器语言(二进写程序后，依靠计算机将它翻译成机器语言二进制代码)，然后再在计算机上运行。制代码，然后再在计算机上运行。这个翻译过程是由汇编程序实现的。是由汇编程序实现的。
清华大学计算机系列教材
王爱英主编
计算机组成与结构 (第3 版 )
总目录
第1章章第2章章第3章章第4章章第5章章第6章章第7章章计算机系统概论计算机的逻辑部件运算方法和运算部件主存储器指令系统中央处理部件CPU 中央处理部件存储系统
总目录
第8章辅助存储器章第9章输入输出（I/O）设备章输入输出（）第10章输入输出（I/O）系统章输入输出（）第11章计算机系统章第12章计算机硬件设计和实现导论章
控制器主要用来实现计算机本身运行过程的自动化，控制器主要用来实现计算机本身运行过程的自动化，即实现程序的自动执行。在控制器控制之下，即实现程序的自动执行。在控制器控制之下，从输入设备输入程序和数据，并自动存放在存储器中，入设备输入程序和数据，并自动存放在存储器中，然后由控制器指挥各部件协同工作以执行程序，然后由控制器指挥各部件协同工作以执行程序，最后将结果打印输出。后将结果打印输出。作为控制用的计算机则直接控制对象。制对象。在计算机中，各部件间来往的信号可分成三种类型，在计算机中，各部件间来往的信号可分成三种类型，即地址、数据和控制信号。即地址、数据和控制信号。通常这些信号是通过总线传送的，如图1.1所示所示。线传送的，如图所示。
常用于科学计算和数据处理的高级语言有：常用于科学计算和数据处理的高级语言有： C,BASIC，FORTRAN，ALGOL，PASCAL，，，，， COBOL和Ada等。常用于人工智能的语言有和等常用于人工智能的语言有LISP 和PROLOG等。用这些语言编写的程序是由英文等字母、数字、字母、数字、运算符号等按照一定的语法规则组成的。然而目前的通用计算机不会直接执行用高级语言编写的程序，言编写的程序，而是先将其翻译成机器能执行的语称为机器语言(由二进制代码表示的指令组成由二进制代码表示的指令组成)，言，称为机器语言由二进制代码表示的指令组成，再在机器上运行，因此解题的过程可归结为：再在机器上运行，因此解题的过程可归结为：