计算机组成原理02-计算机系统概述.ppt
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《计算机组成原理02-计算机系统概述.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计算机组成原理02-计算机系统概述.ppt(58页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、1-1系系统统总总线线存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 接口与通信接口与通信 输入输入/输出设备输出设备计算机组成原理计算机组成原理第一章第一章计算机系统概论计算机系统概论1-2本章大纲:本章大纲:本章以概念为主,内容较少。本章以概念为主,内容较少。计算机的发展历程;计算机的发展历程;冯诺依曼计算机的原理及基本组成;冯诺依曼计算机的原理及基本组成;计算机的层次结构;计算机的层次结构;计算机的常用性能指标:计算机的常用性能指标:吞吐量、响应时间;吞吐量、响应时间;CPU时钟周期、时钟周期、主频、主频、CPI、CPU执行时间;执行时间;MIPS、MFLOPS。第一章第一章计算机系统概论计算
2、机系统概论1-3第一章第一章计算机系统概论计算机系统概论1、计算机系统的组成、计算机系统的组成2、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构3、计算机的发展简史、计算机的发展简史4、计算机的应用范围、计算机的应用范围应用软件应用软件系统软件系统软件硬件硬件1-4计算机由计算机由硬件硬件和和软件软件两大部分组成,统称两大部分组成,统称计算机系统计算机系统。即:即:单有计算机硬件或计算机软件,都不能称为计算机系统。单有计算机硬件或计算机软件,都不能称为计算机系统。硬件结构和性能硬件结构和性能 对对 程序处理的速度程序处理的速度 影响是很大的影响是很大的。1、计算机系统的组成、计算机系统的组成计算机
3、系统计算机系统硬件系统硬件系统控制器控制器主机主机CPU内存储器内存储器外设外设外存储器外存储器输入设备输入设备输出设备输出设备系统软件系统软件应用软件应用软件运算器运算器软件系统软件系统软盘软盘硬盘硬盘光盘光盘操作系统操作系统网络系统软件网络系统软件1-5ApplicationsoftwareDevice driversOperatingsystemsSoftware Systems software系统软件系统软件包括:包括:1、操作系统操作系统 2、语言处理程序语言处理程序 3、标准库程序标准库程序 4、服务性程序服务性程序 5、数据库管理系统数据库管理系统 6、计算机网络软件计算机网络
4、软件1、计算机系统的组成:软件系统、计算机系统的组成:软件系统计算机软件计算机软件有两大类:有两大类:系统软件(直接管理硬件资源)系统软件(直接管理硬件资源)和和 应用软件应用软件。系统软件系统软件调用(管理)调用(管理)应用软件。应用软件。1-600A20084008210208DE200008E020004AE020000ADE2000403E00008MIPS机器机器语言语言程序程序目标程序文件目标程序文件(在计算机中运行)(在计算机中运行)1、计算机系统的组成:软件系统、计算机系统的组成:软件系统源程序文件(人工编写)源程序文件(人工编写)swap:sll$2,$5,2add$2,$4
5、,$2lw$15,0($2)lw$16,4($2)sw$16,0($2)sw$15,4($2)jr$31MIPS汇编汇编语言语言程序程序汇编语言:面向机器汇编语言:面向机器机器语言:面向机器机器语言:面向机器汇编语句与机器语句一一对应。汇编语句与机器语句一一对应。通过通过 汇编程序汇编程序 翻译翻译逻辑功能:计算逻辑功能:计算 0+1机器指令:机器指令:001 00 01汇编语言:汇编语言:ADD r1,r21-7汇编程序汇编程序swap:sll$2,$5,2add$2,$4,$2lw$15,0($2)lw$16,4($2)sw$16,0($2)sw$15,4($2)jr$31MIPS汇编汇编
6、语言语言程序程序编译程序编译程序00A20084008210208DE200008E020004AE020000ADE2000403E00008MIPS机器机器语言语言程序程序目标程序文件目标程序文件(在计算机中运行)(在计算机中运行)swap(int v,int k)int temp;temp=vk;vk=vk+1;vk+1=temp;高级高级语言语言程序程序源程序文件源程序文件(人工编写)(人工编写)1、计算机系统的组成:软件系统、计算机系统的组成:软件系统中间语言中间语言1-8计算机硬件系统包括:计算机硬件系统包括:CPU(运算器运算器、控制器、控制器、Cache)存储系统存储系统(高速
7、缓存高速缓存、主存储器主存储器、外存设备外存设备)输入输入/输出设备输出设备等主要组成部分。等主要组成部分。它们总是通过它们总是通过总线总线和和接口接口连接在一起,连接在一起,构成一台完整的计算机。构成一台完整的计算机。系系统统总总线线存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 接口与通信接口与通信 输入设备输入设备输出设备输出设备1、计算机系统的组成:硬件系统、计算机系统的组成:硬件系统1-9计算机进行解题的过程完全和我们人用算盘解题的情况类似:计算机进行解题的过程完全和我们人用算盘解题的情况类似:运算器:运算器:相当于相当于算盘算盘,具有,具有计算计算功能的部件。功能的部件。存储器:存储器:
8、相当于相当于纸,纸,具有具有记忆记忆功能的部件。功能的部件。输入设备输入设备或者或者输出设备:输出设备:相当于相当于笔,笔,把原始解题数据送到计算机或者把原始解题数据送到计算机或者把运算结果显示出来的设备。把运算结果显示出来的设备。控制器:控制器:相当与我们人的相当与我们人的大脑大脑,能够自动控制整个计算过程的。,能够自动控制整个计算过程的。和打算盘不同的是以上这些部分是和打算盘不同的是以上这些部分是由电子线路和其他设备进行控制。由电子线路和其他设备进行控制。计算机是死的,人的大脑是灵活的。计算机是死的,人的大脑是灵活的。1、计算机系统的组成:硬件系统、计算机系统的组成:硬件系统1-10运算器
9、运算器:是计算机中进行数据加工的部件。是计算机中进行数据加工的部件。其主要功能包括:其主要功能包括:1、执行数值数据的、执行数值数据的 加加 减减 乘乘 除除 等等算术运算算术运算,执行逻辑数据的执行逻辑数据的 与与 或或 非非 等等逻辑运算逻辑运算,所有的运算功能由一个被称为所有的运算功能由一个被称为 ALU(算术逻辑单元)(算术逻辑单元)的电路完成。的电路完成。功能强的功能强的ALU还能执行还能执行 定点运算、定点运算、浮点运算,浮点运算,甚至向量运算。甚至向量运算。2、暂时存放暂时存放参加运算的数据和参加运算的数据和中间结果中间结果。(由多个通用寄存器来完成)(由多个通用寄存器来完成)系
10、系统统总总线线存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 接口与通信接口与通信 输入设备输入设备输出设备输出设备1、计算机系统的组成:硬件系统、计算机系统的组成:硬件系统1-11控制器:控制器:是计算机的管理机构和指挥中心。(是计算机的管理机构和指挥中心。(人的大脑人的大脑)控制计算机中其他各部件,控制计算机中其他各部件,对运算器、存储器、输入对运算器、存储器、输入/输出设备等部件发出有关操作命令。输出设备等部件发出有关操作命令。功能:功能:1、正确执行每条指令(单个指令)、正确执行每条指令(单个指令)先取一条指令、先取一条指令、分析这条指令、分析这条指令、再按指令格式和功能执行这条指令。再按指
11、令格式和功能执行这条指令。2、保证指令按规定序列自动连续执行。、保证指令按规定序列自动连续执行。(多个指令)(多个指令)3、对异常情况和请求及时响应和处理。、对异常情况和请求及时响应和处理。系系统统总总线线存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 接口与通信接口与通信 输入设备输入设备输出设备输出设备1、计算机系统的组成:硬件系统、计算机系统的组成:硬件系统1-12存储器:存储器:是存放程序和数据的部件,它具有是存放程序和数据的部件,它具有记忆记忆作用。作用。三级存储系统三级存储系统:高速缓冲存储器、高速缓冲存储器、主存储器、主存储器、辅助存储器辅助存储器。这三级存储器所用的存储介质这三级存储
12、器所用的存储介质(半导体材料,磁性材料),(半导体材料,磁性材料),工作原理和特性各不相同。工作原理和特性各不相同。系系统统总总线线存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 接口与通信接口与通信 输入设备输入设备输出设备输出设备1、计算机系统的组成:硬件系统、计算机系统的组成:硬件系统1-13存储器存储器是是存储单元存储单元的集合。的集合。存储器的基本操作:存储器的基本操作:读读/写写,统称为,统称为访问访问。每个存储单元都有一个编号,称为每个存储单元都有一个编号,称为“地址地址”。存储器的容量:存储器的容量:存储器所有存储单元的总数(通常以存储器所有存储单元的总数(通常以字节字节为单位)。为
13、单位)。例如:例如:宾馆的房间号码是地址,宾馆的房间号码是地址,每个房间里的床位相当于存储的一位数据。每个房间里的床位相当于存储的一位数据。1KB(210 字节字节)1MB(220 字节)字节)1GB(230 字节)字节)1TB (240 字节)字节)存储单元地址存储单元地址:每个存储单元赋予一个地址:每个存储单元赋予一个地址存储字:存储字:存储单元中二进制代码的内容存储单元中二进制代码的内容存储字长:存储字长:存储单元中二进制代码的位数存储单元中二进制代码的位数 8位;位;16位;位;32位;位;64位位10110010存储单元存储单元(房间)(房间)存储位(床位:有人存储位(床位:有人/无
14、人)无人)存储器存储器(大楼)(大楼)地址地址1、计算机系统的组成:硬件系统、计算机系统的组成:硬件系统存储位存储位=存储元件存储元件=存储基元存储基元=储存元储存元重点重点1-14P ASCII字符编码表字符编码表 b6 b5 b4b3 b2 b1 b00000010100111001011101110 0 0 0NULDLESP0P、p0 0 0 1SOHDC1!1AQaq0 0 1 0STXDC22BRbr0 0 1 1ETXDC33CScs0 1 0 0EOTDC4$4DTdt0 1 0 1ENQNAK%5EUeu0 1 1 0ACKSYN&6FVfv0 1 1 1BELETB7GWg
15、w1 0 0 0BSCAN(8HXhx1 0 0 1HTEM)9IYiy1 0 1 0LFSUB*:JZjz1 0 1 1VTESC+;Kk1 1 0 0FFFS,Ll1 1 0 1CRGS-=Mm1 1 1 0SORSNn1 1 1 1SIUS/?O -oDEL表中编码符号的排列次序为表中编码符号的排列次序为 b7b6b5b4b3b2b1b0 b7恒等于恒等于“0”,b6b5b4为高位部分为高位部分,b3b2b1b0为低位部分为低位部分。1-15输入设备:输入设备:向计算机向计算机送入程序和数据送入程序和数据的,有一定独立功能的设备。的,有一定独立功能的设备。它通过它通过接口接口和和总线总线
16、与计算机连通,用于人机交互联系,把人们所熟悉与计算机连通,用于人机交互联系,把人们所熟悉的某种数据变换成机器内部所能接收和识别的二进制数据。的某种数据变换成机器内部所能接收和识别的二进制数据。例如:例如:键盘、鼠标等。键盘、鼠标等。理想的输入设备应是理想的输入设备应是“会看会看”“会听会听”“会看会看”:摄像头,电子扫描笔:摄像头,电子扫描笔“会听会听”:麦克风:麦克风系系统统总总线线存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 接口与通信接口与通信 输入设备输入设备输出设备输出设备1、计算机系统的组成:硬件系统、计算机系统的组成:硬件系统1-16输出设备:输出设备:用于送出计算机内部数据的设备。
17、用于送出计算机内部数据的设备。它把计算机的数据以人们能以识别的形式输出。它把计算机的数据以人们能以识别的形式输出。例如:例如:显示器等显示器等理想的输出设备应是理想的输出设备应是“会写会写”“会讲会讲”。“会写会写”:打印机,绘图仪等:打印机,绘图仪等“会讲会讲”:音响设备等:音响设备等系系统统总总线线存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 接口与通信接口与通信 输入设备输入设备输出设备输出设备1、计算机系统的组成:硬件系统、计算机系统的组成:硬件系统1-17接口接口:通过接口,主机和外设可以并行协调地工作。:通过接口,主机和外设可以并行协调地工作。输入输入/输出设备通常称为输出设备通常称为
18、外围设备外围设备。其种类繁多,数据传送方式和速。其种类繁多,数据传送方式和速度差异也很大,因此它度差异也很大,因此它不能直接同主机相连接不能直接同主机相连接,而要通过,而要通过接口接口与主与主机相连接。机相连接。例如:例如:网卡、声卡、显卡等。网卡、声卡、显卡等。系统总线:系统总线:是构成计算机系统的骨架,是构成计算机系统的骨架,是多个系统部件之间进行数据传送的是多个系统部件之间进行数据传送的公公共通道共通道。借助系统总线的连接,计算机在各系统借助系统总线的连接,计算机在各系统部件之间实现部件之间实现地址、数据、控制数据地址、数据、控制数据的的传送。传送。例如:例如:主板上的传输线路主板上的传
19、输线路系系统统总总线线存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 接口与通信接口与通信 输入设备输入设备输出设备输出设备1、计算机系统的组成:硬件系统、计算机系统的组成:硬件系统1-18计算机硬件的三个主要性能指标:计算机硬件的三个主要性能指标:1、机器字长:、机器字长:CPU 一次一次能处理数据的位数,通常与能处理数据的位数,通常与 CPU 中中 寄存器的位数寄存器的位数 有关。有关。机器字长会影响机器的运算速度。机器字长会影响机器的运算速度。2、运算速度:、运算速度:主频:主频:机器内部主时钟的频率,衡量机器速度的重要参数。机器内部主时钟的频率,衡量机器速度的重要参数。它的倒数是它的倒数是C
20、PU时钟周期时钟周期。MIPS:每秒执行百万条指令每秒执行百万条指令 MFLOPS:每秒执行百万次浮点运算每秒执行百万次浮点运算 CPI:执行一条指令所需时钟周期数执行一条指令所需时钟周期数3、存储容量:、存储容量:存放二进制信息的总位数,通常用存放二进制信息的总位数,通常用字节字节表示,包括主存与辅存。表示,包括主存与辅存。存储单元个数存储单元个数 一个存储单元位数一个存储单元位数 例如:例如:64 K 32位位数据通路宽度:数据通路宽度:数据总线一次所能并行传送的位数,它关系到数据的传送能力。数据总线一次所能并行传送的位数,它关系到数据的传送能力。吞吐量:吞吐量:指流入、处理和流出系统的数
21、据的速率。指流入、处理和流出系统的数据的速率。主要取决于主存的存取周期。主要取决于主存的存取周期。响应时间:响应时间:计算机系统对特定事件的响应时间。计算机系统对特定事件的响应时间。1、计算机系统的组成:硬件系统、计算机系统的组成:硬件系统重点重点其它性能指标:其它性能指标:1-1916位操作系统位操作系统Windows 1.0(1985),),Windows 2.0(1987)。)。混合的混合的16/32位操作系统位操作系统Windows 95(1995、1996、1997),),Windows 98(1998、1999、2000),),Windows ME。32位操作系统位操作系统Wind
22、ows NT 3.1(1992年)、年)、NT 3.5、NT 3.51、NT 4.0、Windows 2000、Windows XP 32位位Windows Vista(Windows Vista同时有同时有32位的位的x86版本与版本与64位的位的x64版本)版本)64位操作系统位操作系统Windows XP 64位版、位版、Windows Server 2003 64位版、位版、Windows Vista 64位版位版机器字长机器字长一般体现在一般体现在寄存器的位数,不同字长的计算机安装不同的操作系统寄存器的位数,不同字长的计算机安装不同的操作系统64位电脑可以安装位电脑可以安装32位操作
23、系统,位操作系统,32位电脑绝对不能安装位电脑绝对不能安装64位操作系统。位操作系统。扩展内容:机器字长扩展内容:机器字长1-20第一章第一章计算机系统概论计算机系统概论1、计算机系统的组成、计算机系统的组成2、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构3、计算机的发展简史、计算机的发展简史4、计算机的应用范围、计算机的应用范围应用软件应用软件系统软件系统软件硬件硬件计算机系统按功能计算机系统按功能划分成多级层次。划分成多级层次。1-21软件软件硬件硬件由硬件直接执行微指令由硬件直接执行微指令微指令系统微指令系统-微程序机器微程序机器M0逻辑设计员逻辑设计员用编译程序翻译用编译程序翻译成汇编语
24、言程序成汇编语言程序高级语言高级语言-虚拟机器虚拟机器 M4高级语言程序员高级语言程序员用汇编程序翻译用汇编程序翻译成机器语言程序成机器语言程序汇编语言汇编语言-虚拟机器虚拟机器 M3汇编语言程序员汇编语言程序员用机器指令解释操作系统用机器指令解释操作系统操作系统操作系统-虚拟机器虚拟机器 M2操作员操作员用微指令解释机器指令用微指令解释机器指令机器指令机器指令-实际机器实际机器 M1机器语言程序员机器语言程序员2、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构由软件实现的由软件实现的虚拟机器虚拟机器。由硬件实现的由硬件实现的实际机器实际机器。是我们将要学习的!是我们将要学习的!虚拟机:虚拟机:是
25、一个由软件实现是一个由软件实现的抽象计算机,的抽象计算机,不同软件(语言)不同软件(语言)角度获得不同角度获得不同层次的虚拟机。层次的虚拟机。应用软件、系统软件、硬件应用软件、系统软件、硬件构成了计算机系统的三个层次结构。构成了计算机系统的三个层次结构。除了硬件系统,其它层次称为除了硬件系统,其它层次称为虚拟机虚拟机。从某一层次的观察者看来,他只通过该层次的语言。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。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。1-22第一章第一章计算机系统概论计算机系统概论1、计
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 计算机 组成 原理 02 计算机系统 概述
![提示](https://www.deliwenku.com/images/bang_tan.gif)
限制150内