計(jì)算機(jī)原理與匯編緒論課件

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),第一章 概論,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,計(jì)算機(jī)組成原理與 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì),計(jì)算機(jī)組成原理與 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì),參考教材,計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu),，王愛(ài)英主編，清華大學(xué)出版社,計(jì)算機(jī)組成原理,，白中英編著，科學(xué)出版社,參考教材計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)，王愛(ài)英主編，,課程性質(zhì)、目的和任務(wù),計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言課程是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的主干課程之一。,通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，可以深入理解計(jì)算機(jī)各功能部件的組成及實(shí)現(xiàn)原理，建立計(jì)算機(jī)整機(jī)概念，并且掌握匯編語(yǔ)言指令系統(tǒng)的功能、格式、尋址方式及其程序設(shè)計(jì)基本技術(shù)，為其它相關(guān)課程的學(xué)習(xí)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。,課程性質(zhì)、目的和任務(wù) 計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言課程,獲取課件方式,獲取課件方式,內(nèi)容,第一章 概論,第二章機(jī)器指令級(jí)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(yǔ)言,第五章 程序設(shè)計(jì)基本技術(shù),第六章,CPU,的工作機(jī)理與微程序設(shè)計(jì),第七章 數(shù)值運(yùn)算,第八章 存儲(chǔ)系統(tǒng),第九章 接口與總線,內(nèi)容第一章 概論,第一節(jié) 基本計(jì)算機(jī)的分類(lèi)和應(yīng)用,第二節(jié) 計(jì)算機(jī)的主要特性和指標(biāo),第三節(jié) 計(jì)算機(jī)的基本組成,第四節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),第五節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件,第六節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),第七節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組織和結(jié)構(gòu)的發(fā)展,第一章,概論,第一節(jié) 基本計(jì)算機(jī)的分類(lèi)和應(yīng)用第一章 概論,第一節(jié) 計(jì)算機(jī)的分類(lèi)和應(yīng)用,一、計(jì)算機(jī)的分類(lèi),電子模擬計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)：,參與運(yùn)算的數(shù)值由不間斷的連續(xù)量表示，其運(yùn)算過(guò)程是連續(xù)的。,電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)：,參與運(yùn)算的數(shù)值用斷續(xù)的數(shù)字量表示，其運(yùn)算過(guò)程按數(shù)字位進(jìn)行。,第一節(jié) 計(jì)算機(jī)的分類(lèi)和應(yīng)用一、計(jì)算機(jī)的分類(lèi),數(shù)字計(jì)算機(jī)分類(lèi),數(shù)字計(jì)算機(jī)按用途分為：專(zhuān)用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)。,專(zhuān)用計(jì)算機(jī)：為解決某類(lèi)問(wèn)題而設(shè)計(jì)。,通用計(jì)算機(jī)：適應(yīng)性很強(qiáng)，可以解決各類(lèi)應(yīng)用。,專(zhuān)用和通用是根據(jù)計(jì)算機(jī)的效率、速度、價(jià)格、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性來(lái)劃分的。,通用計(jì)算機(jī)按其規(guī)模、速度和功能等又可分為巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)以及單片機(jī)。,數(shù)字計(jì)算機(jī)分類(lèi)數(shù)字計(jì)算機(jī)按用途分為：專(zhuān)用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)。,二、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,（一）科學(xué)計(jì)算,數(shù)值計(jì)算,（二）計(jì)算機(jī)控制,A/D、D/A,（三）信息處理,非數(shù)值計(jì)算,（四）教育和衛(wèi)生,（五）家用電器,（六）人工智能,第一節(jié) 計(jì)算機(jī)的分類(lèi)和應(yīng)用,二、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用第一節(jié) 計(jì)算機(jī)的分類(lèi)和應(yīng)用,一、計(jì)算機(jī)的主要特性,（一）在程序控制下自動(dòng)連續(xù)工作,（二）運(yùn)算速度快,（三）精度高、通用性強(qiáng),二、計(jì)算機(jī)的主要指標(biāo),（一）基本字長(zhǎng)：,參與計(jì)算機(jī)運(yùn)算的操作數(shù)的基本位數(shù)。,第二節(jié)計(jì)算機(jī)的主要特性和指標(biāo),一、計(jì)算機(jī)的主要特性第二節(jié)計(jì)算機(jī)的主要特性和指標(biāo),（二）主存儲(chǔ)器容量,以字(,Word),為單位的計(jì)算機(jī)常用字?jǐn)?shù)乘以字長(zhǎng)來(lái)表示存儲(chǔ)器容量，如 8192,16,表示有 8192 個(gè)字存儲(chǔ)單元。,以字節(jié)(Byte=8 bit)為單位的計(jì)算機(jī)則常以字節(jié)數(shù)表示存儲(chǔ)器容量。如,1024B（1KB）。,主存儲(chǔ)器容量通常受可直接訪問(wèn)的地址碼長(zhǎng)度的限制。如地址碼長(zhǎng)度為16位，則可直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元數(shù)為 2,16,=65536。,（三）外存容量：,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中聯(lián)機(jī)的外存儲(chǔ)器容量。,第二節(jié)計(jì)算機(jī)的主要特性和指標(biāo),（二）主存儲(chǔ)器容量第二節(jié)計(jì)算機(jī)的主要特性和指標(biāo),（四）運(yùn)算速度：,每秒鐘平均執(zhí)行的機(jī)器指令條數(shù)。（,IPS）,執(zhí)行一條（機(jī)器）指令所需的時(shí)間。,（五）外圍設(shè)備的配置,（六）指令系統(tǒng)的功能,（七）系統(tǒng)軟件的配置,（八）診斷功能與容錯(cuò)能力,第二節(jié)計(jì)算機(jī)的主要特性和指標(biāo),（四）運(yùn)算速度：第二節(jié)計(jì)算機(jī)的主要特性和指標(biāo),一、存儲(chǔ)程序的概念,采用二進(jìn)制形式表示計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)和指令。,把編好的程序和原始數(shù)據(jù)預(yù)先存入主存儲(chǔ)器中，使計(jì)算機(jī)在工作時(shí)能夠連續(xù)、自動(dòng)、高速地從存儲(chǔ)器中取出一條條指令并且執(zhí)行。（存儲(chǔ)程序概念）,由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本部件組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。,第三節(jié) 計(jì)算機(jī)的基本組成,一、存儲(chǔ)程序的概念第三節(jié) 計(jì)算機(jī)的基本組成,y=ax+b-c,行數(shù),解題步驟和數(shù)據(jù),說(shuō),明,1,取數(shù),(9),算盤(pán),(9),表示第,9,行的數(shù),a,下同,2,乘法,(12),算盤(pán),完成,a*x,結(jié)果在算盤(pán)上,3,加法,(10),算盤(pán),完成,ax+b,結(jié)果在算盤(pán)上,4,減法,(11),算盤(pán),完成,ax+b-c,結(jié)果在算盤(pán)上,5,存數(shù),y(13),算盤(pán)上的,y,值記到第,13,行,6,輸出,把算盤(pán)上的,y,值寫(xiě)出給人看,7,停止,運(yùn)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(shuō) 明1取數(shù)(9,輸入設(shè)備,存儲(chǔ)器,運(yùn)算器,輸出設(shè)備,控制器,狀態(tài),數(shù)據(jù),結(jié)果,請(qǐng)求,命令,地址,指令,命令,請(qǐng)求,命令,程序,結(jié)果,計(jì)算機(jī)的基本組成框圖,輸入設(shè)備存儲(chǔ)器 運(yùn)算器輸出設(shè)備控制器狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)果請(qǐng)求命令地址,二、計(jì)算機(jī)的主要部件,（一）輸入設(shè)備：,功能：向機(jī)器輸入操作員提供的原始信息，并將這些信息變換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的形式。,（二）輸出設(shè)備：,功能：將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果，以人們?nèi)菀捉邮艿男问交驗(yàn)槠渌麢C(jī)器所能接受的形式輸送出來(lái)。,（三）存儲(chǔ)器,功能：存儲(chǔ)程序和各種數(shù)據(jù)信息。,存儲(chǔ)系統(tǒng)通常分為三級(jí)存儲(chǔ)體系。,第三節(jié) 計(jì)算機(jī)的基本組成,二、計(jì)算機(jī)的主要部件第三節(jié) 計(jì)算機(jī)的基本組成,存儲(chǔ)系統(tǒng)的三級(jí)存儲(chǔ)體系,主存儲(chǔ)器（內(nèi)存儲(chǔ)器）、輔助存儲(chǔ)器（外存儲(chǔ)器）、高速緩沖存儲(chǔ)器。,CPU,cache,主存,外存,存儲(chǔ)系統(tǒng)的三級(jí)存儲(chǔ)體系主存儲(chǔ)器（內(nèi)存儲(chǔ)器）、輔助存儲(chǔ)器（外存,（四）運(yùn)算器,功能：執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的部件，對(duì)信息進(jìn)行加工處理。,（五）控制器,功能：產(chǎn)生一系列控制信號(hào)以指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有條不紊的自動(dòng)運(yùn)行。（即決定做某種動(dòng)作的時(shí)間和條件。）,控制器的結(jié)構(gòu)有兩種類(lèi)型：即組合邏輯控制器和微程序控制器。,第三節(jié) 計(jì)算機(jī)的基本組成,（四）運(yùn)算器第三節(jié) 計(jì)算機(jī)的基本組成,總線：一組公共信息傳輸線路，能為多個(gè)部件服務(wù)，可分時(shí)地發(fā)送與接收各個(gè)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),一、總線,總線：一組公共信息傳輸線路，能為多個(gè)部件服務(wù)，可分時(shí)地發(fā)送,雙向總線：掛在總線上的任何一個(gè)部件或設(shè)備都可以從總線上有選擇地接受其他部件或設(shè)備的信息，而且能通過(guò)總線有選擇的向其他部件或設(shè)備發(fā)送信息。,總線傳送信息的類(lèi)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(chǔ)器地址碼或外圍設(shè)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(gè)部件或設(shè)備都可以從總線上有選擇,二、小型機(jī)與微型機(jī)的典型結(jié)構(gòu),第四節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),1,、以,CPU,為中心的雙總線結(jié)構(gòu),CPU,主存,接口,I/O,接口,接口,I/O,I/O,二、小型機(jī)與微型機(jī)的典型結(jié)構(gòu) 第四節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)特點(diǎn),兩組總線,存儲(chǔ)總線、輸入輸出總線,優(yōu)點(diǎn)：同一時(shí)間只能進(jìn)行一種傳送，控制線路簡(jiǎn)單，時(shí)間關(guān)系易于處理，可以采用同步控制方式。,缺點(diǎn)：,I/O,設(shè)備與存儲(chǔ)器交換需要,CPU,控制，,CPU,效率降低。,1,、以,CPU,為中心的雙總線結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)特點(diǎn)兩組總線1、以CPU為中心的雙總線結(jié)構(gòu),CPU,主存,公共接口,接口,接口,I/O,I/O,2,、單總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu),單總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,CPU主存公共接口接口接口I/OI/O2、單總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單總,結(jié)構(gòu)特點(diǎn),一組總線實(shí)現(xiàn),CPU,，,I/O,MEM,中央處理機(jī)可以看作總線上的一個(gè)子系統(tǒng)。,各部件可通過(guò)單總線進(jìn)行雙向信息傳送。,優(yōu)點(diǎn)：允許,I/O,與,MEM,直接交換信息，,MEM,可以和,I/O,設(shè)備統(tǒng)一編址,缺點(diǎn)：不允許兩個(gè)設(shè)備同時(shí)使用總線。,所有設(shè)備連在一個(gè)總線上，數(shù)據(jù)量大時(shí)容易達(dá)到飽和，造成系統(tǒng)性能下降。,2,、單總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一組總線實(shí)現(xiàn)CPU，I/O,MEM2、單總線系統(tǒng),所有部件和設(shè)備都可通過(guò)總線交換信息，但在,CPU,與主存之間又專(zhuān)門(mén)設(shè)置了一組高速的存儲(chǔ)總線。,2,、面向存儲(chǔ)器的雙總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu),CPU,主存,公共接口,接口,接口,I/O,I/O,所有部件和設(shè)備都可通過(guò)總線交換信息，但在CPU與主存之間又,優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)專(zhuān)用總線與存儲(chǔ)器連接，提高了,CPU,速度，減輕了系統(tǒng)總線的負(fù)擔(dān)。,主存與輸入輸出設(shè)備交換，不需要通過(guò),CPU,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由,CPU,為中心轉(zhuǎn)為存儲(chǔ)器為中心,2,、面向存儲(chǔ)器的雙總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu),優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)專(zhuān)用總線與存儲(chǔ)器連接，提高了CPU速度，減輕了系統(tǒng),二、中、大型計(jì)算機(jī)的典型結(jié)構(gòu),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(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),第四節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),二、中、大型計(jì)算機(jī)的典型結(jié)構(gòu)CPU主存通道通道I/O控制器I,整機(jī)系統(tǒng)分成主機(jī)、通道、,I/O,控制器和,I/O,設(shè)備等四級(jí)。,通道：是一種控制設(shè)備，它能保證,CPU,中的數(shù)據(jù)處理與,I/O,設(shè)備交換信息兩項(xiàng)任務(wù)同時(shí)執(zhí)行，完成,I/O,操作管理。,第四節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),整機(jī)系統(tǒng)分成主機(jī)、通道、I/O控制器和I/O設(shè)備等四級(jí)。第四,第五節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件,一、系統(tǒng)軟件,操作系統(tǒng),語(yǔ)言處理程序,管理程序,服務(wù)程序,二、應(yīng)用軟件,科學(xué)計(jì)算類(lèi),工程設(shè)計(jì)類(lèi),信息管理類(lèi),第五節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件一、系統(tǒng)軟件,一、硬軟組成的層次結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)模型/算法 系統(tǒng)分析級(jí),用戶程序 用戶程序級(jí),應(yīng)用軟件 用戶工具級(jí),語(yǔ)言處理程序 算法實(shí)現(xiàn)級(jí),操作系統(tǒng) 軟件接口級(jí),機(jī)器語(yǔ)言 指令級(jí),硬核 微程序級(jí),第六節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),一、硬軟組成的層次結(jié)構(gòu)第六節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),二、從語(yǔ)言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu),匯編語(yǔ)言虛擬機(jī),實(shí)際機(jī)器（機(jī)器語(yǔ)言物理機(jī)）,專(zhuān)用語(yǔ)言虛擬機(jī),高級(jí)語(yǔ)言虛擬機(jī),第六節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),二、從語(yǔ)言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu)匯編語(yǔ)言虛擬機(jī)實(shí)際機(jī)器（機(jī)器語(yǔ),專(zhuān)用語(yǔ)言虛擬機(jī)專(zhuān)用語(yǔ)言解釋程序,高級(jí)語(yǔ)言虛擬機(jī) 高級(jí)語(yǔ)言編譯程序,匯編語(yǔ)言虛擬機(jī) 匯編程序,機(jī)器語(yǔ)言物理機(jī) 指令系統(tǒng),第六節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),二、從語(yǔ)言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu),專(zhuān)用語(yǔ)言虛擬機(jī)專(zhuān)用語(yǔ)言解釋程序第六節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),第七節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組織和結(jié)構(gòu)的發(fā)展,一、提高系統(tǒng)性能,1.價(jià)格,2.速度,3.容量,二、智能化,第七節(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組織和結(jié)構(gòu)的發(fā)展一、提高系統(tǒng)性能,流水線,向量機(jī),RISC,超標(biāo)量方式：同時(shí)執(zhí)行多條指令,超長(zhǎng)指令字（,VLIW）,多存儲(chǔ)體交叉訪問(wèn),多機(jī)系統(tǒng),提高系統(tǒng)性能的若干技術(shù)：,流水線提高系統(tǒng)性能的若干技術(shù)：,Intel(,奔騰,)CPU,發(fā)展歷程,年代,名稱(chēng),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(chēng)處理器字寬1971,年代,名稱(chēng),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(gè)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(yīng)用程序,.,年代名稱(chēng)處理器字寬1999Intel Pentium III,