計算機組成原理

思考（1）上大學是為了什么？大學里要學到什么？成才？什么才？如何成才？將來：研究員？教師？老板？職員？CTO？更好的工作，更好的生活目標+勤奮+激情思考（2）最重要的一點：學會自學學會如何做事學會如何在競爭激烈的環境中生存建立穩固的心理架構主動學習主動就是不用別人告訴你，你就能出色地完成工作次之，就是別人告訴了你一次，…再次之，…兩次

…更次之，…形勢所迫

……追著你，…告訴你…盯著你做，你也不會把事情做好…第一章計算機系統概論1.1計算機系統簡介1.4本書結構1.3計算機硬件的主要技術指標1.2計算機的基本組成由具有各類特殊功能的信息（程序）組成1.計算機系統計算機系統計算機的實體如主機、外設等一、計算機軟、硬件的概念硬件軟件1.1計算機系統簡介按任務需要編制成的各種程序用來管理整個計算機系統

系統軟件應用軟件軟件1.1計算機系統簡介計算機的指揮中心。控制各個部件有條不紊地協調工作。控制器輸出設備實現算術運算和邏輯運算部件存放數據和程序的記憶部件向計算機輸入信息（程序、數據、聲音、文字、圖形、圖像等）的設備顯示器、打印機、繪圖儀等硬件運算器存儲器輸入設備1.1計算機系統簡介每一個成功的男人背后都有一個成功的女人！——《傲慢與偏見》，作者：簡·奧斯汀每一個成功的電子產品里面至少有一個成功的處理器！有處理器的電子設備，其實都可以叫做計算機。1.1計算機系統簡介2016年3月15日，谷歌人工智能AlphaGo與圍棋世界冠軍李世石的人機大戰的最后一場也已經結束了，人機大戰第五場經過長達5個小時搏殺，最終以李世石認輸落幕。李世石與AlphaGo總比分定格在1比4。過去一周，AlphaGo戰勝了人類頂尖棋手，這不禁讓人們感到失望與擔心。不過人工智能的發展速度令人震驚，李世石的贏面本就不大。

此前有專家也表示過，阿爾法狗是通過“策略網絡”和“值網絡”兩種不同的深度神經網絡來分析棋局，挑選“有前途”的棋步，拋棄明顯的差棋，判斷下子的勝算。目前還不夠完美，現在看來，在人工智能的發展上，人類和機器人都還有很長的路要走。計算機高級語言程序目標程序結果翻譯運行2.計算機的解題過程1.1計算機系統簡介二、計算機系統的層次結構高級語言虛擬機器M3匯編語言虛擬機器M2操作系統虛擬機器機器語言實際機器M1微指令系統微程序機器M01.1計算機系統簡介用編譯程序翻譯成匯編語言程序用匯編程序翻譯成機器語言程序用機器語言解釋操作系統用微指令解釋機器指令由硬件直接執行微指令軟件硬件虛擬機器M4虛擬機器M3虛擬機器M2實際機器M1微程序機器M01.1計算機系統簡介虛擬機，在計算機科學中的體系結構里，是指一種特殊的軟件，他可以在計算機平臺和終端用戶之間創建一種環境，而終端用戶則是基于這個軟件所創建的環境來操作軟件。在計算機科學中，虛擬機是指可以像真實機器一樣運行程序的計算機的軟件實現。程序員所見到的計算機系統的屬性概念性的結構與功能特性計算機體系結構計算機組成實現計算機體系結構所體現的屬性有無乘法指令如何實現乘法指令（指令系統、數據類型、尋址技術、I/O機理）（具體指令的實現）三、計算機體系結構和計算機組成1.1計算機系統簡介1.2計算機的基本組成1.計算機由五大部件組成3.指令和數據用二進制表示4.指令由操作碼和地址碼組成6.以運算器為中心2.指令和數據以同等地位存于存儲器

可按地址尋訪5.存儲程序一、馮·諾依曼計算機的特點5.存儲程序算術運算邏輯運算存放數據和程序將信息轉換成機器能識別的形式將結果轉換成人們熟悉的形式指揮程序運行馮·諾依曼計算機硬件框圖存儲器輸入設備運算器控制器輸出設備1.2計算機的基本組成馮·諾依曼計算機硬件框圖存儲器輸入設備運算器控制器輸出設備1.2計算機的基本組成二、計算機硬件框圖1.以存儲器為中心的計算機硬件框圖程序存儲器輸出設備輸入設備運算器控制器數據結果計算1.2計算機的基本組成ALU主存輔存CPU主機I/O硬件CU2.現代計算機硬件框圖存儲器輸入設備運算器輸出設備控制器ALUCPU主機I/OCU主存1.2計算機的基本組成內存：RAM、易失性存儲器，讀取硬盤數據供Cpu使用。暫時存儲程序以及數據的地方。是硬盤與cpu之間的橋梁。

主要廠商：金士頓、南亞易勝

CPU：中央處理器，是一臺計機的運算核心和控制核心。主要廠商：AMD、Intel

1.2計算機的基本組成

主板：集成芯片、電路系統及各種接口，是計算機最基本的也是最重要的部件之一。功能：連接各個硬件，使其能相互通訊。

主要廠商：華碩、技嘉、微星硬盤：由一個或者多個鋁制或者玻璃制的碟片組成，是電腦主要的存儲媒介之一。功能：存儲操作系統及用戶資料。主要廠商：希捷、日立、東芝、西部數據、三星1.2計算機的基本組成

顯卡：顯卡又稱為顯示適配器或顯示器配置卡，是計算機最基本配置之一。功能：將計算機系統所需要的顯示信息，輸出到顯示器。主要廠商：七彩虹、迪蘭恒進

聲卡：也叫音頻卡，是實現聲波/數字信號相互轉換的一種硬件。功能：輸出計算機聲音到揚聲器。主要廠商：創新、華碩

光驅：在臺式機和筆記本便攜式電腦里比較常見的一個部件。功能：播放多媒體文件，RW刻錄機還可刻錄視頻、音樂及文件。主要廠商：索尼、三星、LG

網卡：是接入網絡與其它設備通信必不可少的部件。功能：接入網絡，與其它設備通訊主要廠商：intel、博通、TP-Link、D-link1.2計算機的基本組成討論：簡述微處理器、微計算機及微計算機系統三個術語的內涵答：微處理器是微計算機系統的核心硬件部件，主要包含運算器和控制器，對系統的性能起決定性的影響。微計算機包括微處理器、存儲器、I/O接口電路及系統總線。微計算機系統是在微計算機的基礎上配上相應的外部設備和各種軟件，形成一個完整的、獨立的信息處理系統。1.2計算機的基本組成1.上機前的準備建立數學模型-+-+-=!x9!x7!x5!x3xx9753sin…編制解題程序確定計算方法程序—運算的全部步驟0,1,2,)()(21nynxynx=+=√…指令—每一個步驟三、計算機的工作步驟1.2計算機的基本組成取x

至運算器中乘以x

在運算器中乘以a在運算器中存ax2在存儲器中取b至運算器中乘以x

在運算器中加ax2在運算器中加c在運算器中(ax+b)x+c取x

至運算器中乘以a在運算器中加b在運算器中乘以x

在運算器中加c在運算器中計算ax2+bx+c編程舉例1.2計算機的基本組成0000010000001000打印

停機取數α[α]ACC存數β[ACC]

β加γ[ACC]+[γ]

ACC乘δ[ACC]×[δ]ACC指令格式舉例操作碼地址碼

[

]打印機1.2計算機的基本組成2.計算機的解題過程(1)運算器的基本組成及操作過程運算器MQACCALUXACCMQX加法被加數和加數減法被減數差減數乘法乘積高位乘數乘積低位被乘數除法被除數余數商除數1.2計算機的基本組成運算器MQACCALUXACC被加數ACC初態①加法操作過程[ACC]+[X]ALU[M]XXACCACC指令加M1.2計算機的基本組成②減法操作過程運算器MQACCALUX指令減MACC被減數ACC初態[M]XX[ACC]-[X]ALUACCACC1.2計算機的基本組成運算器MQACCALUXACCACC被乘數初態ACCMQ[M]MQ指令乘M③乘法操作過程X[ACC]X00ACCALU[X]×[MQ]ACC∥MQACCMQ1.2計算機的基本組成運算器MQACCALUXACC被除數ACC初態[ACC]÷[X]ALUMQACCMQ余數在ACC中指令除M[M]

XX④除法操作過程1.2計算機的基本組成存儲體大樓存儲單元存放一串二進制代碼存儲字存儲單元中二進制代碼的組合存儲字長存儲單元中二進制代碼的位數每個存儲單元賦予一個地址號按地址尋訪–存儲單元–存儲元件（0/1）–

房間–

床位（無人/

有人）(2)存儲器的基本組成主存儲器存儲體MARMDR1.2計算機的基本組成MARMDR存儲單元個數

16存儲字長

8

設MAR

=

4

位

MDR

=

8

位存儲器地址寄存器反映存儲單元的個數存儲器數據寄存器反映存儲字長(2)存儲器的基本組成主存儲器存儲體MARMDR1.2計算機的基本組成取指令分析指令執行指令PCIRCUPCIRCU取指執行PC存放當前欲執行指令的地址具有計數功能（PC）+

1PCIR存放當前欲執行的指令訪存訪存完成一條指令(3)控制器的基本組成1.2計算機的基本組成123567894(4)主機完成一條指令的過程（以取數指令為例）CU控制單元主存儲器MDRMAR存儲體CPUPC控制器IR…運算器MQACCALUXI/O1.2計算機的基本組成123567984CU控制單元主存儲器MDRMAR存儲體CPUPC控制器IR…運算器MQACCALUXI/O(4)主機完成一條指令的過程（以存數指令為例）1.2計算機的基本組成(5)ax2+bx+c程序的運行過程將程序通過輸入設備送至計算機程序首地址打印結果分析指令取指令…停機啟動程序運行,(PC)+1PC執行指令MARMMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)MARMMDRACCPC1.2計算機的基本組成1.3計算機主要技術指標1.機器字長2.運算速度CPU

一次能處理數據的位數與

CPU

中的

寄存器位數

有關=ni

=1fi

tiTM∑吉普森法主頻每秒執行百萬條指令MIPS執行一條指令所需時鐘周期數CPI每秒浮點運算次數FLOPS221

=

256KB213=

1KB如：3.存儲容量主存容量輔存容量存儲單元個數

×

存儲字長字節數字節數80GB如：MARMDR容量10

816

32存放二進制信息的總數量1K=210