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计算机组成原理第一讲(引言)

归档日期:07-03       文本归类:多带图灵机      文章编辑:爱尚语录

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  College of computer science, SWPU 计算机组成原理 主讲:颜俊华 主讲: 第一讲: 第一讲:引言 Computer Science 课程介绍 学习本课程的目的 本课程与其它专业课程的层次关系 课程的主要内容 教学安排 教材与参考书 其它信息 成绩计算 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 学习本课程的目的 目的之一: 目的之一: 从硬件的角度,学习计算机的工作过程, 从硬件的角度,学习计算机的工作过程, 掌握计算机最基本的工作原理。 掌握计算机最基本的工作原理。 “计算机内部究竟是怎么工作的?” 计算机内部究竟是怎么工作的? 目的之二: 目的之二: 为培养在计算机硬件系统的分析、研究、 为培养在计算机硬件系统的分析、研究、 开发等方面的能力打下坚实基础。 开发等方面的能力打下坚实基础。 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 学习本课程的目的 目的之三: 目的之三: 了解硬件在计算机系统中的地位。以硬 了解硬件在计算机系统中的地位。 件为核心,叠加不同层次的软件,构成 件为核心,叠加不同层次的软件, 一个计算机系统,如下图所示: 一个计算机系统,如下图所示: 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 应用程序 其它系统软件 汇编语言 计算机硬件 机器语言 操作系统 应用程序 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 本课程与其它专业课的层次关系 本课程的基础课程 计算机导论 数字逻辑 汇编语言程序设计 本课程的性质: 本课程的性质:具有专业基础课和专业 课双重性质。 课双重性质。 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 专 业 课 系统 软件 硬 件 层 基础 课程 数据库 人工智能 软件工程 编程语言 程序设计理论 计算机网络 操作系统 编译原理 计算机组成原理 模拟/ 模拟 数字电路 微机原理 汇编语言 College of Computer Science, SWPU 计算机组成原理 课程主要内容 计算机系统硬件组成包括五大功能部件: 计算机系统硬件组成包括五大功能部件: 运算器 控制器 存储器 输入系统 输出系统 学习各部分的工作原理、逻辑实现、 学习各部分的工作原理、逻辑实现、设 工作原理 计方法及相互之间的连接并构成整机的 方法。 方法。 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 教学安排 教学内容: 教学内容: 引言及绪论: 引言及绪论:4学时 计算机中信息表示:10学时 计算机中信息表示:10学时 CPU子系统:18学时 子系统: 子系统 18学时 存储器子系统:12学时 存储器子系统:12学时 输入/输出系统: 输入/输出系统:8学时 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 教学安排 本课程重点: 本课程重点: 中央处理器 中央处理器 (CPU) — 特别是: 通路结构、指令流程 特别是: 通路结构、 存储器部分:存储器逻辑设计 存储器部分: I/O系统部分 中断机制及其接口设计。 系统部分: I/O系统部分:中断机制及其接口设计。 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 教材与参考书 教材: 教材: 计算机组成原理 版社 罗克露等编 电子工业出 参考书: 参考书: 计算机组成原理 白中英主编 科学出版社 计算机组成原理与汇编语言程序设计 俸远 桢等编 电子工业出版社 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 其它信息 学时:课内64学时,其中实验12学时。 学时, 学时。 学时:课内64学时 其中实验12学时 课外52学时 学时。 课外52学时。 开课时间:2010年春季 年春季, 16周 开课时间:2010年春季, 1—16周 主讲教师: 主讲教师:颜俊华 联系方式: 联系方式: Email: QQ: Phone: 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 成绩计算 期末考试:70% 期末考试:70% 平时成绩:15%,主要包括作业、随堂测验和 平时成绩:15%,主要包括作业、随堂测验和 考勤 实验成绩:15%,主要包括实验课考勤、做实 实验成绩:15%,主要包括实验课考勤、做实 验情况和实验报告质量 考勤:随时抽查 课堂抽问不能简单回答不会,回答对错都不扣 分 作业要求:作业不能抄袭。做错不扣分,态度 差要扣分。(作业的题目不用抄,写题号就可 以。) 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 第一章:概论 第一章: 本章学习主要内容: 本章学习主要内容: 基本组成特点 系统层次结构 硬件系统组织 性能指标 目的是通过本章的学习能建立计算机系 统的整体概念。 统的整体概念。 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机基础理论 计算机的基础理论:图灵论题 计算机的基础理论: 1936年图灵 英国)发表论文: 年图灵( 1936年图灵(英国)发表论文: 《论应用于决定问题的可计算数字》 论应用于决定问题的可计算数字》 论文中心思想: 论文中心思想: 人类的工作可以分解成简单动作 机器需要: 机器需要: 存储器:用于存储计算结果; 存储器:用于存储计算结果; 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机基础理论 一种语言:表示运算和数字; 一种语言:表示运算和数字; 扫描:对运算和数字进行识别; 扫描:对运算和数字进行识别; 计算意向:计算过程中的下一步做什么; 计算意向:计算过程中的下一步做什么; 执行下一步计算 这种理想机器被称为: 图灵机” 这种理想机器被称为:“图灵机” —著名的图灵论题: 著名的图灵论题: 著名的图灵论题 凡可计算的函数都可用这样的机器来实现 论题为计算机的产生打下了理论基础 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机发展简史 第一台计算机的产生 第一台计算机: 埃尼阿克” 第一台计算机:ENIAC “埃尼阿克”(Electronic 埃尼阿克 Numerical Integrator And Computer 电子数字积分计 算机) 1946年在美国诞生 算机)于1946年在美国诞生 (由宾夕法尼亚大学莫尔学 院制成) 院制成) 十进制运算 18000多个电子管 1500多个继电器 多个电子管、 18000多个电子管、1500多个继电器 150千瓦 30吨 170平方米 千瓦、 150千瓦、30吨、170平方米 5000次加法 次加法/ 400次乘法 次乘法/ 5000次加法/秒(或400次乘法/秒) 用手工搬动开关和拔插电缆来编程 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机发展简史 第一台计算机的产生 作用:计算火箭、 作用:计算火箭、炮弹等的弹道轨迹 ENIAC的两大缺点: 的两大缺点: 的两大缺点 没有内部存储器 不同的计算需要重新搭配组件 计算 1 计算机组成原理 计算 2 计算3 计算3 College of Computer Science, SWPU 计算机发展简史 1946年由美国宾夕法尼亚大学研制 ENIAC( 1946年由美国宾夕法尼亚大学研制 ENIAC(Electronic calculator), ),运算速度 5000次 Numerical Integrator And calculator),运算速度 5000次/秒, 功耗150kw/h 占地170m 150kw/h, 造价100万美元。 100万美元 功耗150kw/h,占地170m2 ,造价100万美元。 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机发展简史 计算机组成原理 ENIAC(1946于美国 于美国) 世界上第一台电子计算机 ENIAC(1946于美国) College of Computer Science, SWPU 计算机发展简史 英国人的观点: 英国人的观点:第一台计算机 英国于1940年研制的“巨人” 英国于1940年研制的“巨人” 计算机 1940年研制的 作用:破译德国“谜式” 作用:破译德国“谜式”密码 “ENIAC”与“巨人”的共同点: 专用 与 巨人”的共同点: 不具有现代计算机特征 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机发展简史 现代计算机原型 诺依曼: 冯.诺依曼:存储程序式通用计算机结构 诺依曼 该结构明确规定:计算机由5个部分组成 个部分组成: 该结构明确规定:计算机由 个部分组成: 运算器、控制器、存储器、输入设备、 运算器、控制器、存储器、输入设备、输出 设备 EDVAC1952年研制成功 年研制成功(Electronic 年研制成功 Discrete Variable Automatic Computer) 诺依曼体系结构) (冯.诺依曼体系结构) 第一台商用计算机: (1952年 第一台商用计算机: IBM 701 (1952年) 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机与诺依曼体制 计算机软、硬件 计算机软、 计 算 机 系 统 硬件: 计算机的实体 硬件: 如主机、 如主机、外设等 软件: 软件: 的 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机与诺依曼体制 状态 运算器 数据 结果 命令 输入设 备 请求 命令 存储器 地址 指令 输出设 备 命令 请求 控制器 计算机组成示意图 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机与诺依曼体制 工作过程如下: 工作过程如下: 编程、 (1) 编程、并组织相应数据 (2) 程序和数据输入 (3) 执行程序 按地址取第一条指令 指令译码 发出操作命令 根据操作结果设置状态位, 根据操作结果设置状态位, 如: 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 存储器 计算机与诺依曼体制 操作结果 为0 为1 为正 为负 标志位 1→Z 0→Z 0→S 1→S 指令m 指令 取下一条指令, (4) 取下一条指令, 计算机组成原理 指令i 指令 结果为0 结果为 yes no 指令k 指令 重复上述过程 College of Computer Science, SWPU 计算机与诺依曼体制 结合框图和工作过程 结合框图和工作过程 — 结论: 结论: 从体系结构的角度: 从体系结构的角度: 的角度 以存储器为中心的结构 (符合冯 诺依曼体系结构思想) 符合冯 诺依曼体系结构思想) 从控制的角度: 控制的角度 以控制器为中心的结构 (操作性质和时间关系) 操作性质和时间关系) 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 计算机与诺依曼体制 计算机工作原理的实质: 计算机工作原理的实质: 信息以电信号形式流动 流动过程是受控的 受控的表现是: 受控的表现是: 流动方向 流动时机 流动时间 控制过程的实现: 控制过程的实现: 计算机组成原理 电子开关器件 控制的依据: 控制的依据:程序中的指令 College of Computer Science, SWPU 8086系统的典型结构 Intel 8086系统的典型结构 Intel 8086 处理器 地址锁 存器 数据收 发器 总线控 制器器 ROM 存储器 RAM 存储器 Intel 8087 浮点数处理器 计算机组成原理 输入输出接口 输入输出设备 College of Computer Science, SWPU 计算机与诺依曼体制 诺依曼体制主要思想: 诺依曼体制主要思想: 采用二进制代码形式表示信息(数据、 采用二进制代码形式表示信息(数据、指 令); 采用存储程序工作方式(这是诺依曼思想最 采用存储程序工作方式( 核心的概念); 核心的概念); 计算机硬件系统由五大部件(存储器、 计算机硬件系统由五大部件(存储器、运算 控制器、输入设备、输出设备)组成。 器、控制器、输入设备、输出设备)组成。 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 信息的数字化表示 计算机是通过执行程序(指令序列)来 计算机是通过执行程序(指令序列) 实现对数据的加工处理的。 实现对数据的加工处理的。 计算机中的各种信息可分为两大类: 计算机中的各种信息可分为两大类:控制 信息, 信息,数据信息 控制信息:指令代码序列以此为基础产生的 控制信息:指令代码序列以此为基础产生的 控制信号(微命令)序列,控制计算机的工作。 控制信号(微命令)序列,控制计算机的工作。 数据信息: 计算机加工处理的对象, 数据信息 : 计算机加工处理的对象 , 分为数 值型和非数值型(字符, 文字, 图像,声音, 值型和非数值型 ( 字符 , 文字 , 图像 , 声音 , 逻 辑信息等) 辑信息等) 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 信息的数字化表示 信息的数字化表示包含两层含义: 信息的数字化表示包含两层含义: 用数字代码表示各种信息 用数字信号表示数字代码 用数字代码表示各种信息:数值型数据、 用数字代码表示各种信息:数值型数据、 字符、图像、声音和指令等。 字符、图像、声音和指令等。 在物理机制上用数字信号表示数字代码 电平的高低, 电平的高低,脉冲的有无等 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 信息的数字化表示 用数字化表示信息的优点: 用数字化表示信息的优点: 在物理上容易实现信息的表示与存储 抗干扰能力强, 抗干扰能力强,可靠性高 数值的表示范围大,表示精度高 数值的表示范围大, 表示的信息类型广泛 能用数字逻辑技术进行信息处理 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 存储程序工作方式 存储程序是诺依曼思想的核心内容, 存储程序是诺依曼思想的核心内容,主 要包含3个要点: 要包含3个要点: 事先编制程序; 事先编制程序; 事先存储程序; 事先存储程序; 自动、连续地执行程序。 自动、连续地执行程序。 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU

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