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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,第一章 概論,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,計算機組成原理與 匯編語言程序設計,計算機組成原理與 匯編語言程序設計,參考教材,計算機組成與結構,，王愛英主編，清華大學出版社,計算機組成原理,，白中英編著，科學出版社,參考教材計算機組成與結構，王愛英主編，,課程性質、目的和任務,計算機組成原理與匯編語言課程是計算機專業(yè)的主干課程之一。,通過本課程的學習，可以深入理解計算機各功能部件的組成及實現(xiàn)原理，建立計算機整機概念，并且掌握匯編語言指令系統(tǒng)的功能、格
2、式、尋址方式及其程序設計基本技術，為其它相關課程的學習提供堅實的基礎。,課程性質、目的和任務 計算機組成原理與匯編語言課程,獲取課件方式,獲取課件方式,內容,第一章 概論,第二章機器指令級的組成,第三章數(shù)據(jù)信息表示與指令系統(tǒng),第四章 匯編語言,第五章 程序設計基本技術,第六章,CPU,的工作機理與微程序設計,第七章 數(shù)值運算,第八章 存儲系統(tǒng),第九章 接口與總線,內容第一章 概論,第一節(jié) 基本計算機的分類和應用,第二節(jié) 計算機的主要特性和指標,第三節(jié) 計算機的基本組成,第四節(jié) 計算機系統(tǒng)的硬件結構,第五節(jié) 計算機系統(tǒng)的軟件,第六節(jié) 計算機系統(tǒng)的層次結構,第七節(jié) 計算機系統(tǒng)組織和結構的發(fā)展,第一
3、章,概論,第一節(jié) 基本計算機的分類和應用第一章 概論,第一節(jié) 計算機的分類和應用,一、計算機的分類,電子模擬計算機的主要特點：,參與運算的數(shù)值由不間斷的連續(xù)量表示，其運算過程是連續(xù)的。,電子數(shù)字計算機的主要特點：,參與運算的數(shù)值用斷續(xù)的數(shù)字量表示，其運算過程按數(shù)字位進行。,第一節(jié) 計算機的分類和應用一、計算機的分類,數(shù)字計算機分類,數(shù)字計算機按用途分為：專用計算機和通用計算機。,專用計算機：為解決某類問題而設計。,通用計算機：適應性很強，可以解決各類應用。,專用和通用是根據(jù)計算機的效率、速度、價格、運行的經濟性和適應性來劃分的。,通用計算機按其規(guī)模、速度和功能等又可分為巨型機、大型機、中型機、
4、小型機、微型機以及單片機。,數(shù)字計算機分類數(shù)字計算機按用途分為：專用計算機和通用計算機。,二、計算機的應用,（一）科學計算,數(shù)值計算,（二）計算機控制,A/D、D/A,（三）信息處理,非數(shù)值計算,（四）教育和衛(wèi)生,（五）家用電器,（六）人工智能,第一節(jié) 計算機的分類和應用,二、計算機的應用第一節(jié) 計算機的分類和應用,一、計算機的主要特性,（一）在程序控制下自動連續(xù)工作,（二）運算速度快,（三）精度高、通用性強,二、計算機的主要指標,（一）基本字長：,參與計算機運算的操作數(shù)的基本位數(shù)。,第二節(jié)計算機的主要特性和指標,一、計算機的主要特性第二節(jié)計算機的主要特性和指標,（二）主存儲器容量,以字(,W
5、ord),為單位的計算機常用字數(shù)乘以字長來表示存儲器容量，如 8192,16,表示有 8192 個字存儲單元。,以字節(jié)(Byte=8 bit)為單位的計算機則常以字節(jié)數(shù)表示存儲器容量。如,1024B（1KB）。,主存儲器容量通常受可直接訪問的地址碼長度的限制。如地址碼長度為16位，則可直接訪問的存儲單元數(shù)為 2,16,=65536。,（三）外存容量：,計算機系統(tǒng)中聯(lián)機的外存儲器容量。,第二節(jié)計算機的主要特性和指標,（二）主存儲器容量第二節(jié)計算機的主要特性和指標,（四）運算速度：,每秒鐘平均執(zhí)行的機器指令條數(shù)。（,IPS）,執(zhí)行一條（機器）指令所需的時間。,（五）外圍設備的配置,（六）指令系統(tǒng)的
6、功能,（七）系統(tǒng)軟件的配置,（八）診斷功能與容錯能力,第二節(jié)計算機的主要特性和指標,（四）運算速度：第二節(jié)計算機的主要特性和指標,一、存儲程序的概念,采用二進制形式表示計算機中的數(shù)據(jù)和指令。,把編好的程序和原始數(shù)據(jù)預先存入主存儲器中，使計算機在工作時能夠連續(xù)、自動、高速地從存儲器中取出一條條指令并且執(zhí)行。（存儲程序概念）,由運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備五大基本部件組成計算機系統(tǒng)。,第三節(jié) 計算機的基本組成,一、存儲程序的概念第三節(jié) 計算機的基本組成,y=ax+b-c,行數(shù),解題步驟和數(shù)據(jù),說,明,1,取數(shù),(9),算盤,(9),表示第,9,行的數(shù),a,下同,2,乘法,(12),算
7、盤,完成,a*x,結果在算盤上,3,加法,(10),算盤,完成,ax+b,結果在算盤上,4,減法,(11),算盤,完成,ax+b-c,結果在算盤上,5,存數(shù),y(13),算盤上的,y,值記到第,13,行,6,輸出,把算盤上的,y,值寫出給人看,7,停止,運算完畢,暫停,8,9,a,數(shù)據(jù),10,b,數(shù)據(jù),11,c,數(shù)據(jù),12,x,數(shù)據(jù),13,y,數(shù)據(jù),y=ax+b-c 行數(shù)解題步驟和數(shù)據(jù)說 明1取數(shù)(9,輸入設備,存儲器,運算器,輸出設備,控制器,狀態(tài),數(shù)據(jù),結果,請求,命令,地址,指令,命令,請求,命令,程序,結果,計算機的基本組成框圖,輸入設備存儲器 運算器輸出設備控制器狀態(tài)數(shù)據(jù)結果請求命令
8、地址,二、計算機的主要部件,（一）輸入設備：,功能：向機器輸入操作員提供的原始信息，并將這些信息變換為計算機能夠識別的形式。,（二）輸出設備：,功能：將計算機的處理結果，以人們容易接受的形式或為其他機器所能接受的形式輸送出來。,（三）存儲器,功能：存儲程序和各種數(shù)據(jù)信息。,存儲系統(tǒng)通常分為三級存儲體系。,第三節(jié) 計算機的基本組成,二、計算機的主要部件第三節(jié) 計算機的基本組成,存儲系統(tǒng)的三級存儲體系,主存儲器（內存儲器）、輔助存儲器（外存儲器）、高速緩沖存儲器。,CPU,cache,主存,外存,存儲系統(tǒng)的三級存儲體系主存儲器（內存儲器）、輔助存儲器（外存,（四）運算器,功能：執(zhí)行算術運算和邏輯運
9、算的部件，對信息進行加工處理。,（五）控制器,功能：產生一系列控制信號以指揮整個計算機系統(tǒng)有條不紊的自動運行。（即決定做某種動作的時間和條件。）,控制器的結構有兩種類型：即組合邏輯控制器和微程序控制器。,第三節(jié) 計算機的基本組成,（四）運算器第三節(jié) 計算機的基本組成,總線：一組公共信息傳輸線路，能為多個部件服務，可分時地發(fā)送與接收各個部件的信息。,總線的數(shù)據(jù)通路寬度：指能夠一次并行傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)。,總線分為單向總線和雙向總線。,單向總線：掛在總線上的一些部件將信息有選擇地傳向另一些部件，卻不能反向傳送；,第四節(jié)計算機系統(tǒng)的硬件結構,一、總線,總線：一組公共信息傳輸線路，能為多個部件服務，可分時
10、地發(fā)送,雙向總線：掛在總線上的任何一個部件或設備都可以從總線上有選擇地接受其他部件或設備的信息，而且能通過總線有選擇的向其他部件或設備發(fā)送信息。,總線傳送信息的類別：,數(shù)據(jù)總線：傳送操作數(shù)或程序。,地址總線：傳送主存儲器地址碼或外圍設備碼。,控制總線：傳送各種控制信息。,總線的概念,雙向總線：掛在總線上的任何一個部件或設備都可以從總線上有選擇,二、小型機與微型機的典型結構,第四節(jié)計算機系統(tǒng)的硬件結構,1,、以,CPU,為中心的雙總線結構,CPU,主存,接口,I/O,接口,接口,I/O,I/O,二、小型機與微型機的典型結構 第四節(jié)計算機系統(tǒng)的硬件結構,結構特點,兩組總線,存儲總線、輸入輸出總線,
11、優(yōu)點：同一時間只能進行一種傳送，控制線路簡單，時間關系易于處理，可以采用同步控制方式。,缺點：,I/O,設備與存儲器交換需要,CPU,控制，,CPU,效率降低。,1,、以,CPU,為中心的雙總線結構,結構特點兩組總線1、以CPU為中心的雙總線結構,CPU,主存,公共接口,接口,接口,I/O,I/O,2,、單總線系統(tǒng)結構,單總線系統(tǒng)結構圖,CPU主存公共接口接口接口I/OI/O2、單總線系統(tǒng)結構單總,結構特點,一組總線實現(xiàn),CPU,，,I/O,MEM,中央處理機可以看作總線上的一個子系統(tǒng)。,各部件可通過單總線進行雙向信息傳送。,優(yōu)點：允許,I/O,與,MEM,直接交換信息，,MEM,可以和,I/
12、O,設備統(tǒng)一編址,缺點：不允許兩個設備同時使用總線。,所有設備連在一個總線上，數(shù)據(jù)量大時容易達到飽和，造成系統(tǒng)性能下降。,2,、單總線系統(tǒng)結構,結構特點一組總線實現(xiàn)CPU，I/O,MEM2、單總線系統(tǒng),所有部件和設備都可通過總線交換信息，但在,CPU,與主存之間又專門設置了一組高速的存儲總線。,2,、面向存儲器的雙總線系統(tǒng)結構,CPU,主存,公共接口,接口,接口,I/O,I/O,所有部件和設備都可通過總線交換信息，但在CPU與主存之間又,優(yōu)點：通過專用總線與存儲器連接，提高了,CPU,速度，減輕了系統(tǒng)總線的負擔。,主存與輸入輸出設備交換，不需要通過,CPU,計算機系統(tǒng)由,CPU,為中心轉為存儲
13、器為中心,2,、面向存儲器的雙總線系統(tǒng)結構,優(yōu)點：通過專用總線與存儲器連接，提高了CPU速度，減輕了系統(tǒng),二、中、大型計算機的典型結構,CPU,主存,通道,通道,I/O,控制器,I/O,控制器,I/O,控制器,I/O,控制器,I/O,I/O,I/O,I/O,I/O,I/O,I/O,I/O,帶通道的大中型計算機系統(tǒng)結構,第四節(jié)計算機系統(tǒng)的硬件結構,二、中、大型計算機的典型結構CPU主存通道通道I/O控制器I,整機系統(tǒng)分成主機、通道、,I/O,控制器和,I/O,設備等四級。,通道：是一種控制設備，它能保證,CPU,中的數(shù)據(jù)處理與,I/O,設備交換信息兩項任務同時執(zhí)行，完成,I/O,操作管理。,第四
14、節(jié)計算機系統(tǒng)的硬件結構,整機系統(tǒng)分成主機、通道、I/O控制器和I/O設備等四級。第四,第五節(jié)計算機系統(tǒng)的軟件,一、系統(tǒng)軟件,操作系統(tǒng),語言處理程序,管理程序,服務程序,二、應用軟件,科學計算類,工程設計類,信息管理類,第五節(jié)計算機系統(tǒng)的軟件一、系統(tǒng)軟件,一、硬軟組成的層次結構,數(shù)據(jù)模型/算法 系統(tǒng)分析級,用戶程序 用戶程序級,應用軟件 用戶工具級,語言處理程序 算法實現(xiàn)級,操作系統(tǒng) 軟件接口級,機器語言 指令級,硬核 微程序級,第六節(jié)計算機系統(tǒng)的層次結構,一、硬軟組成的層次結構第六節(jié)計算機系統(tǒng)的層次結構,二、從語言功能角度劃分層次結構,匯編語言虛擬機,實際機器（機器語言物理機）,專用語言虛擬機
15、,高級語言虛擬機,第六節(jié)計算機系統(tǒng)的層次結構,二、從語言功能角度劃分層次結構匯編語言虛擬機實際機器（機器語,專用語言虛擬機專用語言解釋程序,高級語言虛擬機 高級語言編譯程序,匯編語言虛擬機 匯編程序,機器語言物理機 指令系統(tǒng),第六節(jié)計算機系統(tǒng)的層次結構,二、從語言功能角度劃分層次結構,專用語言虛擬機專用語言解釋程序第六節(jié)計算機系統(tǒng),第七節(jié)計算機系統(tǒng)組織和結構的發(fā)展,一、提高系統(tǒng)性能,1.價格,2.速度,3.容量,二、智能化,第七節(jié)計算機系統(tǒng)組織和結構的發(fā)展一、提高系統(tǒng)性能,流水線,向量機,RISC,超標量方式：同時執(zhí)行多條指令,超長指令字（,VLIW）,多存儲體交叉訪問,多機系統(tǒng),提高系統(tǒng)性能
16、的若干技術：,流水線提高系統(tǒng)性能的若干技術：,Intel(,奔騰,)CPU,發(fā)展歷程,年代,名稱,處理器字寬,1971,4004,4,1972,8008,8,1974,8080,8,1978,8086-8088,16,1982,80286,16,1985,80386,32,1989,80486,32,1993,Intel Pentium,32,1997,Intel Pentium II,32,MMX,Intel(奔騰)CPU發(fā)展歷程 年代名稱處理器字寬1971,年代,名稱,處理器字寬,1999,Intel Pentium III,32,MMX,2000,Intel Pentium 4,32,2002,Intel Pentium 4 w/Hyper Threading,32,超線程,2005,Intel Pentium D,32,2,個處理核心,2006,Intel Core 2 Duo,32,注,:Pentium 600,系列雖然不算真正的,64,位處理器，但支持,64,位空間尋址,兼容,64,、,32,位應用程序,.,年代名稱處理器字寬1999Intel Pentium III,
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