第1章计算机系统概述祥解.pptVIP

1.课程的目的和任务 学习任务： 计算机系统：硬件和软件的综合体 本课程侧重点： 1）学习计算机系统的组成结构 2）学习各组成部分的工作原理 学习目的： 1）建立计算机系统的整体概念，理解软硬件的关系和逻辑的等价性； 2）深入了解计算机各部件的组成原理、工作机制以及各部件之间的相互关系； 3）加强硬件分析和设计的基本技能和方法，培养和提高计算机思维能力 2.课程的性质 3.本课程内容的知识层面 计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器和外设组成； 系统级部件是由寄存器级电路组成的； 寄存器级又是由门电路级组成的； 门电路级又是由晶体管组成的； 晶体管的物理实现是MOS和TTL。 4.教材及主要参考书 王爱英，《计算机组成与结构（第4版）》，清华，2007.7 白中英，《计算机组织与结构（网络版）》，科学出版社，2003.12 5.学习方法 6.要求 课前预习，课后及时复习做习题，不旷课 课堂秩序和纪律 良好互动，及时反馈 第1章 计算机系统概论 本章要点： 1.1 计算机系统的组成与工作特点 1.2 计算机系统的层次结构 1.3 计算机系统的组织 1.4 计算机的发展 1.5 计算机的主要性能指标 1.6 计算机的应用 1.1 计算机系统的组成与工作特点 1.1.1 计算机系统的组成 1. 系统组成 2. 硬件系统的基本组成 （P3） 输人设备用来输人原始数据和处理这些数据的程序、输人的信息有数字符、字母和控制符等。 输出设备用来输出计算机的处理结果。可以是数字、字母、表格、图形等. 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、输入输出设备交换信息，起存储、缓冲、传递信息的作用， 中央处理器又叫CPU，在早期的计算机中分成运算器和控制器两部分，由于电路集成度的提高，现在已把它们集成在一个芯片中。 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。通常这些信号是通过总线传送的， CPU发出的控制信号，经控制总线送到存储器和输入输出设备，控制这些部件完成指定的操作。与此同时，CPU（或其他设备）经地址总线向存 储器或输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。 3. 软件的组成 包括系统软件、应用软件 系统软件：为提高计算机系统效率或扩展硬件功能而编制的程序。如：汇编程序，编译程序，操作系统等 应用软件：为解决某一特定问题而编制的程序。如工资管理等。 自然语言：人类相互交流信息所用的语言 高级语言：由于当前的计算机还不具备理解自然语言的能力，于是人们希望找到一种和自然语言接近并能为计算机接受的语言，这种语言被称为计算机的高级语言 。 机器语言：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，因而要先将其翻译成机器能执行的语言，这种语言被称为机器语言（由二进制代码表示的指令组成）。 汇编语言：符号式程序设计语言。 4. 硬件与软件的关系 硬件是软件的物质基础，软件是计算机系统的灵魂，二者相辅相成。 硬件和软件在逻辑上是等价的，都是面向算法的。当前计算机的硬件和软件正朝着相互渗透、相互融合的方向发展。 固件：存储在能永久保存信息的器件（如ROM）中的程序，它是具有软件功能的硬件。其性能介于软硬件之间，其执行速度快于软件，灵活性方面优于硬件。 1.1.2 计算机的工作特点 计算机采用事先编制程序、存储程序、自动连续运行程序的工作方式，称为存储程序方式。 1. 冯.诺依曼结构计算机 按存储程序方式工作的计算机统称为冯.诺依曼结构计算机。1946年6月由普林斯顿大学冯.诺依曼等人首次提出。 2. 冯.诺依曼结构的要点： （1）采用二进制代码表示数据和指令（程序）； （2）采用存储程序工作方式——核心概念，至今广泛采用。 ①事先编制程序（根据问题找算法编制程序） ②将程序存储于计算机的存储器中 ③计算机在运行时自动地、连续地从存储器中依次取出指令加以执行。 （3）硬件由五大部分组成 运算器、控制器、存储器、输入输出设备和输出设备。 3. 数字计算机的特点 能够自动连续运算：程序控制（由控制器实现） 运算速度快：主频高 志强5000达3GHz，4核 运算精度高：字长 64位 具有“记忆”和逻辑判断能力：非易失性 通用性强：软件多样 1.2 计算机系统的层次结构 计算机系统的层次结构（从语言功能层次划分）虚拟机：通过配置软件扩展功能后形成的与实际机无关的机器。它将提供给用户的功能抽象出来，脱离了物理机。 如图所示 1.2.2 硬、软件界面上与逻辑上的等价 硬件一