計(jì)算機(jī)組成原理第三版蔣本珊第1章概論課件

計(jì)算機(jī)組成原理bs.jiang@163.com計(jì)算機(jī)組成1學(xué)習(xí)指南本課程的性質(zhì)

計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生的核心課程之一，是必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)習(xí)指南本課程的性質(zhì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2本課程的地位本課程在計(jì)算機(jī)學(xué)科中處于承上啟下的地位，要求先修的課程有：

計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論數(shù)字電路學(xué)習(xí)指南北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院本課程的地位學(xué)習(xí)指南北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院3學(xué)習(xí)指南本課程的任務(wù)討論單機(jī)系統(tǒng)范圍內(nèi)計(jì)算機(jī)各部件和系統(tǒng)的組成以及內(nèi)部工作機(jī)制。通過(guò)學(xué)習(xí)，掌握計(jì)算機(jī)各大部件的組成原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法及其互連構(gòu)成整機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)，并為后繼課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)習(xí)指南本課程的任務(wù)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院4學(xué)習(xí)指南本課程的重點(diǎn)：五大基本部件的原理及實(shí)現(xiàn)。本課程的難點(diǎn)：各部件互連構(gòu)成整機(jī)系統(tǒng)，即整機(jī)概念的建立。本課程的深廣度：主要討論計(jì)算機(jī)組成中具有共性的問(wèn)題，要處理好抽象概念與具體實(shí)例的關(guān)系。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)習(xí)指南本課程的重點(diǎn)：五大基本部件的原理及實(shí)現(xiàn)。北京理工大學(xué)5學(xué)習(xí)指南

計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)綜合考試涵蓋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程。要求考生比較系統(tǒng)地掌握上述專業(yè)基礎(chǔ)課程的概念、基本原理和方法，能夠運(yùn)用所學(xué)的基本原理和基本方法分析、判斷和解決有關(guān)理論問(wèn)題和實(shí)際問(wèn)題。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)45分 計(jì)算機(jī)組成原理45分 操作系統(tǒng)35分 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)25分北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)習(xí)指南 計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)綜合考試涵蓋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組6學(xué)習(xí)指南考查目標(biāo)： 理解單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件的內(nèi)部工作原理、組成結(jié)構(gòu)以及相互連接方式，具有完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念。 理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次化結(jié)構(gòu)概念，熟悉硬件與軟件之間的界面，掌握指令集體系結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)和基本實(shí)現(xiàn)方法。 能夠綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成的基本原理和基本方法，對(duì)有關(guān)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的理論和實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算、分析，并能對(duì)一些基本部件進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)習(xí)指南考查目標(biāo)：北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院7學(xué)習(xí)指南參考書(shū)唐朔飛，計(jì)算機(jī)組成原理（第2版）高等教育出版社，北京，2008。蔣本珊，計(jì)算機(jī)組成原理學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解析（第3版），北京，清華大學(xué)出版社，2014。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)習(xí)指南參考書(shū)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院8第1章概論北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第1章北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院9第1章

在本章中我們將從存儲(chǔ)程序的概念入手，討論計(jì)算機(jī)的基本組成與工作原理，使大家對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)先有一個(gè)簡(jiǎn)單的整體概念，為今后深入討論各個(gè)部件打下基礎(chǔ)。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第1章在本章中我們將從存儲(chǔ)程序的概念入手，討10第1章1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第1章1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)11

電子計(jì)算機(jī)是一種不需要人工直接干預(yù)，能夠自動(dòng)、高速、準(zhǔn)確的對(duì)各種信息進(jìn)行處理和存儲(chǔ)的電子設(shè)備。可以有非電子計(jì)算機(jī)（如：光計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)等）?？梢杂蟹菙?shù)字計(jì)算機(jī)（如：模擬計(jì)算機(jī)）。1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院電子計(jì)算機(jī)是一種不需要人工直接干預(yù)，121.1.1電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)是1946年2月問(wèn)世的ENIAC。

ENIAC的設(shè)計(jì)開(kāi)始于1943年,該機(jī)一直使用到1955年。1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.1.1電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北131.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制ENIAC的特點(diǎn)：采用十進(jìn)制20個(gè)10位的累加器用開(kāi)關(guān)手動(dòng)編程18,000個(gè)電子管重30噸占地170平方米耗電170KW5,000次/秒加法運(yùn)算

北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制ENIAC的特點(diǎn)：北京理工大141.1.2存儲(chǔ)程序概念美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼等人在1945年6月提出存儲(chǔ)程序概念。1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.1.2存儲(chǔ)程序概念1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京15存儲(chǔ)程序概念：⑴計(jì)算機(jī)（指硬件）應(yīng)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；⑵計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制來(lái)表示指令和數(shù)據(jù)；⑶將編好的程序和原始數(shù)據(jù)事先存入存儲(chǔ)器中，然后再啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作，這就是存儲(chǔ)程序的基本含義。1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院存儲(chǔ)程序概念：1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)161.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制

EDVAC

馮·諾依曼設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)1951年誕生。

EDSAC事實(shí)上的第一臺(tái)存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)1949年誕生。目前絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)仍建立在存儲(chǔ)程序概念的基礎(chǔ)上，稱馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)。也出現(xiàn)了一些突破馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，統(tǒng)稱非馮結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)，如：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)、需求驅(qū)動(dòng)的歸約計(jì)算機(jī)和模式匹配驅(qū)動(dòng)的智能計(jì)算機(jī)等。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制ED17第1章1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第1章1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)18中央處理器（CPU）

CPU=運(yùn)算器+控制器主機(jī)主機(jī)=中央處理器+主存儲(chǔ)器外部設(shè)備除去主機(jī)以外的硬件裝置（如輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、輔助存儲(chǔ)器等）1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成注意北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院中央處理器（CPU）1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成注意北京理工大學(xué)191.2計(jì)算機(jī)的硬件組成運(yùn)算器控制器主存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備輔助存儲(chǔ)器CPU控制數(shù)據(jù)地址或指令主機(jī)外設(shè)存儲(chǔ)器北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成運(yùn)算器控制器主存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備201.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.2.1計(jì)算機(jī)的主要部件

1.輸入設(shè)備輸入設(shè)備的任務(wù)是把人們編好的程序和原始數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中去，并且將它們轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)內(nèi)部所能識(shí)別和接受的信息方式。常用的有鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、掃描儀等。

2.輸出設(shè)備輸出設(shè)備的任務(wù)是將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果以人或其他設(shè)備所能接受的形式送出計(jì)算機(jī)。常用的有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.2.1計(jì)算機(jī)的主要部件北京理工211.2計(jì)算機(jī)的硬件組成3.存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)的部件，它是一個(gè)記憶裝置，也是計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)“存儲(chǔ)程序控制”的基礎(chǔ)。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成3.存儲(chǔ)器北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院221.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器速度快慢三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器速度快慢231.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)小大容量北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器三級(jí)存儲(chǔ)241.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)貴賤價(jià)格/位北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器三級(jí)存儲(chǔ)251.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器

主存儲(chǔ)器可由CPU直接訪問(wèn)，用來(lái)存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器主存261.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器設(shè)置在主機(jī)外部，CPU不能直接訪問(wèn)，用來(lái)存放暫時(shí)不參與運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)，需要時(shí)再傳送到主存。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器271.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器CacheCacheCache高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）

CPU可以直接訪問(wèn)，用來(lái)存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序中的活躍部分（副本），以便快速地向CPU提供指令和數(shù)據(jù)。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器281.2計(jì)算機(jī)的硬件組成4.運(yùn)算器運(yùn)算器是對(duì)信息進(jìn)行處理和運(yùn)算的部件，經(jīng)常進(jìn)行的運(yùn)算是算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，因此運(yùn)算器的核心是算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU。運(yùn)算器中有若干個(gè)寄存器（如累加寄存器、暫存器等）。

5.控制器控制器是整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中心?？刂破髦兄饕〞r(shí)序控制信號(hào)形成部件和一些專用的寄存器。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成4.運(yùn)算器北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院291.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.2.2各大部件之間的連接將各大基本部件，按某種方式連接起來(lái)就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)。1.總線結(jié)構(gòu)（小、微型機(jī)的典型結(jié)構(gòu)）目前許多計(jì)算機(jī)的各大基本部件之間是用總線（Bus）連接起來(lái)的。

總線是一組能為多個(gè)部件服務(wù)的公共信息傳送線路，它能分時(shí)地發(fā)送與接收各部件的信息。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.2.2各大部件之間的連接北京理301.2計(jì)算機(jī)的硬件組成

總線特點(diǎn)：

共享分時(shí)小型、微型機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是以較小的硬件代價(jià)組成具有較強(qiáng)功能的系統(tǒng)，而總線結(jié)構(gòu)正好能滿足這一要求。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成總線特點(diǎn)：北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)311.2計(jì)算機(jī)的硬件組成接口接口外設(shè)外設(shè)…CPU主存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線單總線結(jié)構(gòu)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成接口接口外設(shè)外設(shè)…CPU主存儲(chǔ)器系統(tǒng)321.2計(jì)算機(jī)的硬件組成

單總線并不是指只有一根信號(hào)線。系統(tǒng)總線按傳送信息的不同又可以細(xì)分為：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。地址總線（AddressBus）由單方向的多根信號(hào)線組成，用于CPU向主存、外設(shè)傳輸?shù)刂沸畔?；?shù)據(jù)總線（DataBus）由雙方向的多根信號(hào)線組成，CPU可以沿這些線從主存或外設(shè)讀入數(shù)據(jù)，也可以沿這些線向主存或外設(shè)送出數(shù)據(jù)；控制總線（ControlBus）上傳輸?shù)氖强刂菩畔?，包括CPU送出的控制命令和主存/外設(shè)反饋給CPU的狀態(tài)信號(hào)。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成單總線并不是331.2計(jì)算機(jī)的硬件組成2.大、中型計(jì)算機(jī)的典型結(jié)構(gòu)大、中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)更著重于系統(tǒng)功能的擴(kuò)大與效率的提高。通道是承擔(dān)I/O操作管理的主要部件，主機(jī)可以連接多個(gè)通道，每個(gè)通道可以接一臺(tái)或幾臺(tái)設(shè)備控制器，每個(gè)設(shè)備控制器又可接一臺(tái)或幾臺(tái)外部設(shè)備，這樣整個(gè)系統(tǒng)就可以連接很多的外部設(shè)備。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成2.大、中型計(jì)算機(jī)的典型結(jié)構(gòu)北京理工34第四級(jí)第三級(jí)第二級(jí)1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成主存CPU通道通道設(shè)備控制器設(shè)備控制器設(shè)備控制器設(shè)備控制器外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)主機(jī)…………………第一級(jí)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第四級(jí)第三級(jí)第二級(jí)1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成主存CPU通道通道351.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.2.3不同對(duì)象觀察到的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

一般用戶觀察到的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.2.3不同對(duì)象觀察到的計(jì)算機(jī)361.2計(jì)算機(jī)的硬件組成

專業(yè)用戶觀察到的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成專業(yè)用戶觀察到371.2計(jì)算機(jī)的硬件組成

計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者觀察到的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者觀381.2.4馮·諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)思想1.馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)馮·諾依曼結(jié)構(gòu)也稱普林斯頓結(jié)構(gòu)，是一種將程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。指令存儲(chǔ)地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同一個(gè)存儲(chǔ)器的不同物理位置。使用馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)的中央處理器有很多。如Intel公司的80X86、ARM公司的ARM7、MIPS公司的MIPS等都采用了馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)。1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2.4馮·諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)思想1.2391.2計(jì)算機(jī)的硬件組成馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)北京理工402.哈佛結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開(kāi)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。CPU首先到指令存儲(chǔ)器中讀取指令內(nèi)容，譯碼后得到數(shù)據(jù)地址，再到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行下一步的操作（通常是執(zhí)行）。1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2.哈佛結(jié)構(gòu)1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院41哈佛結(jié)構(gòu)的處理器通常具有較高的執(zhí)行效率。其指令和數(shù)據(jù)分開(kāi)組織和存儲(chǔ)的，執(zhí)行時(shí)可以預(yù)先讀取下一條指令。目前使用哈佛結(jié)構(gòu)的中央處理器也有很多，如MOTOROLA公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列和ARM公司的ARM9、ARM10和ARM11等。微機(jī)中的L1Cache采用的是哈佛結(jié)構(gòu)，即分為指令Cache和數(shù)據(jù)Cache。1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院哈佛結(jié)構(gòu)的處理器通常具有較高的執(zhí)行效42哈佛結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院哈佛結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成北京理工大學(xué)計(jì)43第1章1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第1章1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)441.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)=硬件系統(tǒng)+軟件系統(tǒng)硬件通常是指一切看得見(jiàn)，摸得到的設(shè)備實(shí)體；軟件通常是泛指各類程序和文件，它們實(shí)際上是由一些算法以及其在計(jì)算機(jī)中的表示所構(gòu)成的。

注意北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)=硬件系451.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.1硬件與軟件的關(guān)系硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂。硬件和軟件是相輔相成的，不可分割的整體。當(dāng)前計(jì)算機(jī)的硬件和軟件正朝著互相滲透，互相融合的方向發(fā)展，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中沒(méi)有一條明確的硬件與軟件的分界線。硬件和軟件之間的界面是浮動(dòng)的，對(duì)于程序設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，硬件和軟件在邏輯上是等價(jià)的。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.1硬件與軟件的關(guān)系北京理工大學(xué)計(jì)461.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

硬件軟化：原來(lái)由硬件實(shí)現(xiàn)的操作改由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。它可以增強(qiáng)系統(tǒng)的功能和適應(yīng)性。軟件硬化：原來(lái)由軟件實(shí)現(xiàn)的操作改由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。它可以顯著降低軟件在時(shí)間上的開(kāi)銷。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件軟化：原來(lái)由硬471.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

固件是指那些存儲(chǔ)在能永久保存信息的器件（如ROM）中的程序，是具有軟件功能的硬件。固件的性能指標(biāo)介于硬件與軟件之間，吸收了軟、硬件各自的優(yōu)點(diǎn)，其執(zhí)行速度快于軟件，靈活性優(yōu)于硬件，是軟、硬件結(jié)合的產(chǎn)物，計(jì)算機(jī)功能的固件化將成為計(jì)算機(jī)發(fā)展中的一個(gè)趨勢(shì)。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)固件是指那些存儲(chǔ)在481.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.2系列機(jī)和軟件兼容系列機(jī)是指一個(gè)廠家生產(chǎn)的，具有相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但具有不同組成和實(shí)現(xiàn)的一系列不同型號(hào)的機(jī)器。系列機(jī)應(yīng)在指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)格式、字符編碼、中斷系統(tǒng)、控制方式、輸入/輸出操作方式等方面保持統(tǒng)一，從而保證軟件的兼容性。軟件兼容：向上兼容 向下兼容 向前兼容 向后兼容√√北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.2系列機(jī)和軟件兼容√√北京理工大491.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院501.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)硬件與軟件組成的綜合體，我們可以把它看成是按功能劃分的多級(jí)層次結(jié)構(gòu)。微程序級(jí)（實(shí)際機(jī)器）機(jī)器語(yǔ)言級(jí)（實(shí)際機(jī)器）匯編語(yǔ)言級(jí)（虛擬機(jī)器）應(yīng)用語(yǔ)言級(jí)（虛擬機(jī)器）高級(jí)語(yǔ)言級(jí)（虛擬機(jī)器）操作系統(tǒng)級(jí)（虛擬機(jī)器）硬操作時(shí)序（實(shí)際機(jī)器）第0級(jí)第1級(jí)第2級(jí)第3級(jí)第4級(jí)第5級(jí)第6級(jí)硬聯(lián)邏輯（實(shí)際機(jī)器）微程序級(jí)（實(shí)際機(jī)器）機(jī)器語(yǔ)言級(jí)（實(shí)際機(jī)器）操作系統(tǒng)級(jí)（虛擬機(jī)器）匯編語(yǔ)言級(jí)（虛擬機(jī)器）高級(jí)語(yǔ)言級(jí)（虛擬機(jī)器）應(yīng)用語(yǔ)言級(jí)（虛擬機(jī)器）硬聯(lián)邏輯微程序操作系統(tǒng)匯編程序編譯程序應(yīng)用程序北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)微程序級(jí)511.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.4實(shí)際機(jī)器和虛擬機(jī)器對(duì)每一個(gè)機(jī)器級(jí)的用戶來(lái)說(shuō)，都可以將此機(jī)器級(jí)看成是一臺(tái)獨(dú)立的使用自己特有的“機(jī)器語(yǔ)言”的機(jī)器。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)中，除第0、1、2級(jí)外，上面四級(jí)均為虛擬機(jī)。虛擬計(jì)算機(jī)是指這個(gè)計(jì)算機(jī)只對(duì)該級(jí)的觀察者存在。對(duì)某一層次的觀察者來(lái)說(shuō)，他只能是通過(guò)該層次的語(yǔ)言來(lái)了解和使用計(jì)算機(jī)，至于下層是如何工作和實(shí)現(xiàn)的就不必關(guān)心了。簡(jiǎn)而言之，虛擬計(jì)算機(jī)是指以軟件或以軟件為主實(shí)現(xiàn)的機(jī)器。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.4實(shí)際機(jī)器和虛擬機(jī)器北京理工大學(xué)52第1章1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第1章1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)531.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)1.4.1計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程

將編制好的程序放在主存中，由控制器控制逐條取出指令執(zhí)行，以計(jì)算a+b-c=?為例加以說(shuō)明。設(shè)a、b、c為已知的3個(gè)數(shù)，分別存放在主存的5～7號(hào)單元中，結(jié)果將存放在主存的8號(hào)單元。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)1.4.1計(jì)算機(jī)的工54000001002003005006007008004主存bacLOAD005ADD006SUB007STORE008HALT存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)總線累加器ALU1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院000001002003005006007008004主存b55000001002003005006007008004主存bacLOAD005ADD006SUB007STORE008HALT存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)總線累加器ALU1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)LOAD005aaa取數(shù)指令北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院000001002003005006007008004主存b56000001002003005006007008004主存bacLOAD005ADD006SUB007STORE008HALT存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)總線累加器ALU1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)LOAD005ADD006abaa+b加法指令ab北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院000001002003005006007008004主存b57000001002003005006007008004主存bacLOAD005ADD006SUB007STORE008HALT存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)總線累加器ALULOAD005ADD006aba+bb1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)SUB007cca+b-c減法指令北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院000001002003005006007008004主存b58000001002003005006007008004主存bacLOAD005ADD006SUB007STORE008HALT存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)總線累加器ALULOAD005ADD006aba+bbSUB007cca+b-c1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)STORE008a+b-ca+b-ca+b-c存數(shù)指令北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院000001002003005006007008004主存b59000001002003005006007008004主存bacLOAD005ADD006SUB007STORE008HALT存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)總線累加器ALULOAD005ADD006aba+bbSUB007cca+b-cSTORE008a+b-ca+b-ca+b-c1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)HALT停機(jī)指令北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院000001002003005006007008004主存b601.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)1.4.2計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)

1.機(jī)器字長(zhǎng)

機(jī)器字長(zhǎng)是指參與運(yùn)算的數(shù)的基本位數(shù)，它是由加法器、寄存器、數(shù)據(jù)總線的位數(shù)決定的。在計(jì)算機(jī)中為了更靈活地表達(dá)和處理信息，許多計(jì)算機(jī)又以字節(jié)（Byte）為基本單位，一個(gè)字節(jié)等于8位二進(jìn)制位（bit）。不同的計(jì)算機(jī)，字（Word）可以不相同，但對(duì)于系列機(jī)來(lái)說(shuō)，在同一系列中，字卻是固定的，如80X86系列中，一個(gè)字等于16位；IBM303X系列中，一個(gè)字等于32位。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)1.4.2計(jì)算機(jī)的主611.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)2.數(shù)據(jù)通路寬度

數(shù)據(jù)總線一次所能并行傳送信息的位數(shù)，稱為數(shù)據(jù)通路寬度。它影響到信息的傳送能力，從而影響計(jì)算機(jī)的有效處理速度。這里所說(shuō)的數(shù)據(jù)通路寬度是指外部數(shù)據(jù)總線的寬度，它與CPU內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線寬度（內(nèi)部寄存器的大?。┯锌赡懿煌?。內(nèi)、外數(shù)據(jù)通路寬度相等的CPU有：Intel8086、80286、80486等；外部＜內(nèi)部的CPU有：8088、80386SX等；外部＞內(nèi)部的CPU有：Pentium等。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)2.數(shù)據(jù)通路寬度北621.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)3.主存容量

一個(gè)主存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的全部信息量稱為主存容量。衡量主存容量單位有兩種：①字節(jié)數(shù)。這類計(jì)算機(jī)稱為字節(jié)編址的計(jì)算機(jī)。每1024個(gè)字節(jié)稱為1K字節(jié)（210=1K），每1024K字節(jié)稱為1M字節(jié)（220=1M），每1024M字節(jié)稱為1G字節(jié)（230=1G），每1024G字節(jié)稱為1T字節(jié)（240=1T）。②字?jǐn)?shù)×字長(zhǎng)。這類計(jì)算機(jī)稱為字編址的計(jì)算機(jī)。如：4096×16表示存儲(chǔ)器有4096個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元字長(zhǎng)為16位。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)3.主存容量北京理631.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)4.運(yùn)算速度(1)吞吐量和響應(yīng)時(shí)間 吞吐量是指系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)處理請(qǐng)求的數(shù)量。響應(yīng)時(shí)間是指系統(tǒng)對(duì)請(qǐng)求作出響應(yīng)的時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間包括CPU時(shí)間（運(yùn)行一個(gè)程序所花費(fèi)的時(shí)間）與等待時(shí)間（用于磁盤(pán)訪問(wèn)、存儲(chǔ)器訪問(wèn)、I/O操作、操作系統(tǒng)開(kāi)銷等時(shí)間）的總和。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)4.運(yùn)算速度北京理64(2)主頻和CPU時(shí)鐘周期

CPU的主頻又稱為時(shí)鐘頻率，表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號(hào)振蕩的速度。主頻的倒數(shù)就是CPU時(shí)鐘周期，這是CPU中最小的時(shí)間元素。(3)CPI CPI（CyclesperInstruction）就是每條指令執(zhí)行所用的時(shí)鐘周期數(shù)。1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院(2)主頻和CPU時(shí)鐘周期1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能651.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)(4)MIPS和MFLOPS MIPS表示每秒百萬(wàn)條指令。

MFLOPS每秒表示百萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算。

MIPS==

MFLOPS=

北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)(4)MIPS和M66第1章小結(jié)1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制存儲(chǔ)程序概念主機(jī)1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成計(jì)算機(jī)的五大基本部件總線結(jié)構(gòu)大、中型機(jī)的典型結(jié)構(gòu)馮·諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)

北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第1章小結(jié)1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算67第1章小結(jié)1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件和軟件的關(guān)系系列機(jī)概念軟件兼容固件的概念虛擬機(jī)概念1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)機(jī)器字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)通路寬度、主存容量北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第1章小結(jié)1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院68計(jì)算機(jī)組成原理bs.jiang@163.com計(jì)算機(jī)組成69學(xué)習(xí)指南本課程的性質(zhì)

計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生的核心課程之一，是必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)習(xí)指南本課程的性質(zhì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院70本課程的地位本課程在計(jì)算機(jī)學(xué)科中處于承上啟下的地位，要求先修的課程有：

計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論數(shù)字電路學(xué)習(xí)指南北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院本課程的地位學(xué)習(xí)指南北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院71學(xué)習(xí)指南本課程的任務(wù)討論單機(jī)系統(tǒng)范圍內(nèi)計(jì)算機(jī)各部件和系統(tǒng)的組成以及內(nèi)部工作機(jī)制。通過(guò)學(xué)習(xí)，掌握計(jì)算機(jī)各大部件的組成原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法及其互連構(gòu)成整機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)，并為后繼課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)習(xí)指南本課程的任務(wù)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院72學(xué)習(xí)指南本課程的重點(diǎn)：五大基本部件的原理及實(shí)現(xiàn)。本課程的難點(diǎn)：各部件互連構(gòu)成整機(jī)系統(tǒng)，即整機(jī)概念的建立。本課程的深廣度：主要討論計(jì)算機(jī)組成中具有共性的問(wèn)題，要處理好抽象概念與具體實(shí)例的關(guān)系。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)習(xí)指南本課程的重點(diǎn)：五大基本部件的原理及實(shí)現(xiàn)。北京理工大學(xué)73學(xué)習(xí)指南

計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)綜合考試涵蓋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程。要求考生比較系統(tǒng)地掌握上述專業(yè)基礎(chǔ)課程的概念、基本原理和方法，能夠運(yùn)用所學(xué)的基本原理和基本方法分析、判斷和解決有關(guān)理論問(wèn)題和實(shí)際問(wèn)題。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)45分 計(jì)算機(jī)組成原理45分 操作系統(tǒng)35分 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)25分北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)習(xí)指南 計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)綜合考試涵蓋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組74學(xué)習(xí)指南考查目標(biāo)： 理解單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件的內(nèi)部工作原理、組成結(jié)構(gòu)以及相互連接方式，具有完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念。 理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次化結(jié)構(gòu)概念，熟悉硬件與軟件之間的界面，掌握指令集體系結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)和基本實(shí)現(xiàn)方法。 能夠綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成的基本原理和基本方法，對(duì)有關(guān)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的理論和實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算、分析，并能對(duì)一些基本部件進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)習(xí)指南考查目標(biāo)：北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院75學(xué)習(xí)指南參考書(shū)唐朔飛，計(jì)算機(jī)組成原理（第2版）高等教育出版社，北京，2008。蔣本珊，計(jì)算機(jī)組成原理學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解析（第3版），北京，清華大學(xué)出版社，2014。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)習(xí)指南參考書(shū)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院76第1章概論北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第1章北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院77第1章

在本章中我們將從存儲(chǔ)程序的概念入手，討論計(jì)算機(jī)的基本組成與工作原理，使大家對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)先有一個(gè)簡(jiǎn)單的整體概念，為今后深入討論各個(gè)部件打下基礎(chǔ)。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第1章在本章中我們將從存儲(chǔ)程序的概念入手，討78第1章1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第1章1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)79

電子計(jì)算機(jī)是一種不需要人工直接干預(yù)，能夠自動(dòng)、高速、準(zhǔn)確的對(duì)各種信息進(jìn)行處理和存儲(chǔ)的電子設(shè)備?？梢杂蟹请娮佑?jì)算機(jī)（如：光計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)等）?？梢杂蟹菙?shù)字計(jì)算機(jī)（如：模擬計(jì)算機(jī)）。1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院電子計(jì)算機(jī)是一種不需要人工直接干預(yù)，801.1.1電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)是1946年2月問(wèn)世的ENIAC。

ENIAC的設(shè)計(jì)開(kāi)始于1943年,該機(jī)一直使用到1955年。1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.1.1電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北811.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制ENIAC的特點(diǎn)：采用十進(jìn)制20個(gè)10位的累加器用開(kāi)關(guān)手動(dòng)編程18,000個(gè)電子管重30噸占地170平方米耗電170KW5,000次/秒加法運(yùn)算

北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制ENIAC的特點(diǎn)：北京理工大821.1.2存儲(chǔ)程序概念美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼等人在1945年6月提出存儲(chǔ)程序概念。1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.1.2存儲(chǔ)程序概念1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京83存儲(chǔ)程序概念：⑴計(jì)算機(jī)（指硬件）應(yīng)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；⑵計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制來(lái)表示指令和數(shù)據(jù)；⑶將編好的程序和原始數(shù)據(jù)事先存入存儲(chǔ)器中，然后再啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作，這就是存儲(chǔ)程序的基本含義。1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院存儲(chǔ)程序概念：1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)841.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制

EDVAC

馮·諾依曼設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)1951年誕生。

EDSAC事實(shí)上的第一臺(tái)存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)1949年誕生。目前絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)仍建立在存儲(chǔ)程序概念的基礎(chǔ)上，稱馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)。也出現(xiàn)了一些突破馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，統(tǒng)稱非馮結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)，如：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)、需求驅(qū)動(dòng)的歸約計(jì)算機(jī)和模式匹配驅(qū)動(dòng)的智能計(jì)算機(jī)等。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制ED85第1章1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第1章1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)86中央處理器（CPU）

CPU=運(yùn)算器+控制器主機(jī)主機(jī)=中央處理器+主存儲(chǔ)器外部設(shè)備除去主機(jī)以外的硬件裝置（如輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、輔助存儲(chǔ)器等）1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成注意北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院中央處理器（CPU）1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成注意北京理工大學(xué)871.2計(jì)算機(jī)的硬件組成運(yùn)算器控制器主存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備輔助存儲(chǔ)器CPU控制數(shù)據(jù)地址或指令主機(jī)外設(shè)存儲(chǔ)器北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成運(yùn)算器控制器主存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備881.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.2.1計(jì)算機(jī)的主要部件

1.輸入設(shè)備輸入設(shè)備的任務(wù)是把人們編好的程序和原始數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中去，并且將它們轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)內(nèi)部所能識(shí)別和接受的信息方式。常用的有鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、掃描儀等。

2.輸出設(shè)備輸出設(shè)備的任務(wù)是將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果以人或其他設(shè)備所能接受的形式送出計(jì)算機(jī)。常用的有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.2.1計(jì)算機(jī)的主要部件北京理工891.2計(jì)算機(jī)的硬件組成3.存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)的部件，它是一個(gè)記憶裝置，也是計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)“存儲(chǔ)程序控制”的基礎(chǔ)。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成3.存儲(chǔ)器北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院901.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器速度快慢三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器速度快慢911.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)小大容量北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器三級(jí)存儲(chǔ)921.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)貴賤價(jià)格/位北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器三級(jí)存儲(chǔ)931.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器

主存儲(chǔ)器可由CPU直接訪問(wèn)，用來(lái)存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器主存941.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器設(shè)置在主機(jī)外部，CPU不能直接訪問(wèn)，用來(lái)存放暫時(shí)不參與運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)，需要時(shí)再傳送到主存。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器951.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器CacheCacheCache高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）

CPU可以直接訪問(wèn)，用來(lái)存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序中的活躍部分（副本），以便快速地向CPU提供指令和數(shù)據(jù)。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器961.2計(jì)算機(jī)的硬件組成4.運(yùn)算器運(yùn)算器是對(duì)信息進(jìn)行處理和運(yùn)算的部件，經(jīng)常進(jìn)行的運(yùn)算是算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，因此運(yùn)算器的核心是算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU。運(yùn)算器中有若干個(gè)寄存器（如累加寄存器、暫存器等）。

5.控制器控制器是整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中心?？刂破髦兄饕〞r(shí)序控制信號(hào)形成部件和一些專用的寄存器。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成4.運(yùn)算器北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院971.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.2.2各大部件之間的連接將各大基本部件，按某種方式連接起來(lái)就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)。1.總線結(jié)構(gòu)（小、微型機(jī)的典型結(jié)構(gòu)）目前許多計(jì)算機(jī)的各大基本部件之間是用總線（Bus）連接起來(lái)的。

總線是一組能為多個(gè)部件服務(wù)的公共信息傳送線路，它能分時(shí)地發(fā)送與接收各部件的信息。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.2.2各大部件之間的連接北京理981.2計(jì)算機(jī)的硬件組成

總線特點(diǎn)：

共享分時(shí)小型、微型機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是以較小的硬件代價(jià)組成具有較強(qiáng)功能的系統(tǒng)，而總線結(jié)構(gòu)正好能滿足這一要求。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成總線特點(diǎn)：北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)991.2計(jì)算機(jī)的硬件組成接口接口外設(shè)外設(shè)…CPU主存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線單總線結(jié)構(gòu)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成接口接口外設(shè)外設(shè)…CPU主存儲(chǔ)器系統(tǒng)1001.2計(jì)算機(jī)的硬件組成

單總線并不是指只有一根信號(hào)線。系統(tǒng)總線按傳送信息的不同又可以細(xì)分為：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。地址總線（AddressBus）由單方向的多根信號(hào)線組成，用于CPU向主存、外設(shè)傳輸?shù)刂沸畔?；?shù)據(jù)總線（DataBus）由雙方向的多根信號(hào)線組成，CPU可以沿這些線從主存或外設(shè)讀入數(shù)據(jù)，也可以沿這些線向主存或外設(shè)送出數(shù)據(jù)；控制總線（ControlBus）上傳輸?shù)氖强刂菩畔?，包括CPU送出的控制命令和主存/外設(shè)反饋給CPU的狀態(tài)信號(hào)。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成單總線并不是1011.2計(jì)算機(jī)的硬件組成2.大、中型計(jì)算機(jī)的典型結(jié)構(gòu)大、中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)更著重于系統(tǒng)功能的擴(kuò)大與效率的提高。通道是承擔(dān)I/O操作管理的主要部件，主機(jī)可以連接多個(gè)通道，每個(gè)通道可以接一臺(tái)或幾臺(tái)設(shè)備控制器，每個(gè)設(shè)備控制器又可接一臺(tái)或幾臺(tái)外部設(shè)備，這樣整個(gè)系統(tǒng)就可以連接很多的外部設(shè)備。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成2.大、中型計(jì)算機(jī)的典型結(jié)構(gòu)北京理工102第四級(jí)第三級(jí)第二級(jí)1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成主存CPU通道通道設(shè)備控制器設(shè)備控制器設(shè)備控制器設(shè)備控制器外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)主機(jī)…………………第一級(jí)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第四級(jí)第三級(jí)第二級(jí)1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成主存CPU通道通道1031.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.2.3不同對(duì)象觀察到的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

一般用戶觀察到的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.2.3不同對(duì)象觀察到的計(jì)算機(jī)1041.2計(jì)算機(jī)的硬件組成

專業(yè)用戶觀察到的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成專業(yè)用戶觀察到1051.2計(jì)算機(jī)的硬件組成

計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者觀察到的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者觀1061.2.4馮·諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)思想1.馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)馮·諾依曼結(jié)構(gòu)也稱普林斯頓結(jié)構(gòu)，是一種將程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。指令存儲(chǔ)地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同一個(gè)存儲(chǔ)器的不同物理位置。使用馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)的中央處理器有很多。如Intel公司的80X86、ARM公司的ARM7、MIPS公司的MIPS等都采用了馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)。1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2.4馮·諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)思想1.21071.2計(jì)算機(jī)的硬件組成馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)北京理工1082.哈佛結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開(kāi)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。CPU首先到指令存儲(chǔ)器中讀取指令內(nèi)容，譯碼后得到數(shù)據(jù)地址，再到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行下一步的操作（通常是執(zhí)行）。1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2.哈佛結(jié)構(gòu)1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院109哈佛結(jié)構(gòu)的處理器通常具有較高的執(zhí)行效率。其指令和數(shù)據(jù)分開(kāi)組織和存儲(chǔ)的，執(zhí)行時(shí)可以預(yù)先讀取下一條指令。目前使用哈佛結(jié)構(gòu)的中央處理器也有很多，如MOTOROLA公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列和ARM公司的ARM9、ARM10和ARM11等。微機(jī)中的L1Cache采用的是哈佛結(jié)構(gòu)，即分為指令Cache和數(shù)據(jù)Cache。1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院哈佛結(jié)構(gòu)的處理器通常具有較高的執(zhí)行效110哈佛結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院哈佛結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成北京理工大學(xué)計(jì)111第1章1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第1章1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)1121.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)=硬件系統(tǒng)+軟件系統(tǒng)硬件通常是指一切看得見(jiàn)，摸得到的設(shè)備實(shí)體；軟件通常是泛指各類程序和文件，它們實(shí)際上是由一些算法以及其在計(jì)算機(jī)中的表示所構(gòu)成的。

注意北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)=硬件系1131.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.1硬件與軟件的關(guān)系硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂。硬件和軟件是相輔相成的，不可分割的整體。當(dāng)前計(jì)算機(jī)的硬件和軟件正朝著互相滲透，互相融合的方向發(fā)展，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中沒(méi)有一條明確的硬件與軟件的分界線。硬件和軟件之間的界面是浮動(dòng)的，對(duì)于程序設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，硬件和軟件在邏輯上是等價(jià)的。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.1硬件與軟件的關(guān)系北京理工大學(xué)計(jì)1141.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

硬件軟化：原來(lái)由硬件實(shí)現(xiàn)的操作改由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。它可以增強(qiáng)系統(tǒng)的功能和適應(yīng)性。軟件硬化：原來(lái)由軟件實(shí)現(xiàn)的操作改由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。它可以顯著降低軟件在時(shí)間上的開(kāi)銷。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件軟化：原來(lái)由硬1151.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

固件是指那些存儲(chǔ)在能永久保存信息的器件（如ROM）中的程序，是具有軟件功能的硬件。固件的性能指標(biāo)介于硬件與軟件之間，吸收了軟、硬件各自的優(yōu)點(diǎn)，其執(zhí)行速度快于軟件，靈活性優(yōu)于硬件，是軟、硬件結(jié)合的產(chǎn)物，計(jì)算機(jī)功能的固件化將成為計(jì)算機(jī)發(fā)展中的一個(gè)趨勢(shì)。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)固件是指那些存儲(chǔ)在1161.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.2系列機(jī)和軟件兼容系列機(jī)是指一個(gè)廠家生產(chǎn)的，具有相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但具有不同組成和實(shí)現(xiàn)的一系列不同型號(hào)的機(jī)器。系列機(jī)應(yīng)在指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)格式、字符編碼、中斷系統(tǒng)、控制方式、輸入/輸出操作方式等方面保持統(tǒng)一，從而保證軟件的兼容性。軟件兼容：向上兼容 向下兼容 向前兼容 向后兼容√√北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.2系列機(jī)和軟件兼容√√北京理工大1171.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1181.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)硬件與軟件組成的綜合體，我們可以把它看成是按功能劃分的多級(jí)層次結(jié)構(gòu)。微程序級(jí)（實(shí)際機(jī)器）機(jī)器語(yǔ)言級(jí)（實(shí)際機(jī)器）匯編語(yǔ)言級(jí)（虛擬機(jī)器）應(yīng)用語(yǔ)言級(jí)（虛擬機(jī)器）高級(jí)語(yǔ)言級(jí)（虛擬機(jī)器）操作系統(tǒng)級(jí)（虛擬機(jī)器）硬操作時(shí)序（實(shí)際機(jī)器）第0級(jí)第1級(jí)第2級(jí)第3級(jí)第4級(jí)第5級(jí)第6級(jí)硬聯(lián)邏輯（實(shí)際機(jī)器）微程序級(jí)（實(shí)際機(jī)器）機(jī)器語(yǔ)言級(jí)（實(shí)際機(jī)器）操作系統(tǒng)級(jí)（虛擬機(jī)器）匯編語(yǔ)言級(jí)（虛擬機(jī)器）高級(jí)語(yǔ)言級(jí)（虛擬機(jī)器）應(yīng)用語(yǔ)言級(jí)（虛擬機(jī)器）硬聯(lián)邏輯微程序操作系統(tǒng)匯編程序編譯程序應(yīng)用程序北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)微程序級(jí)1191.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.4實(shí)際機(jī)器和虛擬機(jī)器對(duì)每一個(gè)機(jī)器級(jí)的用戶來(lái)說(shuō)，都可以將此機(jī)器級(jí)看成是一臺(tái)獨(dú)立的使用自己特有的“機(jī)器語(yǔ)言”的機(jī)器。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)中，除第0、1、2級(jí)外，上面四級(jí)均為虛擬機(jī)。虛擬計(jì)算機(jī)是指這個(gè)計(jì)算機(jī)只對(duì)該級(jí)的觀察者存在。對(duì)某一層次的觀察者來(lái)說(shuō)，他只能是通過(guò)該層次的語(yǔ)言來(lái)了解和使用計(jì)算機(jī)，至于下層是如何工作和實(shí)現(xiàn)的就不必關(guān)心了。簡(jiǎn)而言之，虛擬計(jì)算機(jī)是指以軟件或以軟件為主實(shí)現(xiàn)的機(jī)器。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.4實(shí)際機(jī)器和虛擬機(jī)器北京理工大學(xué)120第1章1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制1.2計(jì)算機(jī)的硬件組成1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院第1章1.1電子計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)程序控制北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)1211.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)1.4.1計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程

將編制好的程序放在主存中，由控制器控制逐條取出指令執(zhí)行，以計(jì)算a+b-c=?為例加以說(shuō)明。設(shè)a、b、c為已知的3個(gè)數(shù)，分別存放在主存的5～7號(hào)單元中，結(jié)果將存放在主存的8號(hào)單元。北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)1.4.1計(jì)算機(jī)的工122000001002003005006007008004主存bacLOAD005ADD006SUB007STORE008HALT存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)總線累加器ALU1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院000001002003005006007008004主存b123000001002003005006007008004主存bacLOAD005ADD006SUB007STORE008HALT存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)總線累加器ALU1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)LOAD005aaa取數(shù)指令北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院000001002003005006007008004主存b124000001002003005006007008004主存bacLOAD005ADD006SUB007STORE008HALT存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)總線累加器ALU1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)LOAD005ADD006abaa+b加法指令ab北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院000001002003005006007008004主存b125000001002003005006007008004主存bacLOAD005ADD006SUB007STORE008HALT存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)總線累加器ALULOAD005ADD006aba+bb1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程和主要性能指標(biāo)SUB007cca+b-c減法指令北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院000001002003005006007008004主存b126000001002003005006