第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

1計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)陳自紅2概述計(jì)算機(jī)組成：主要指計(jì)算機(jī)硬件的具體實(shí)現(xiàn)方式及工作原理從三方面掌握本課程內(nèi)容硬件結(jié)構(gòu)：從物理上、邏輯上掌握計(jì)算機(jī)各部件和器件的構(gòu)成和作用實(shí)現(xiàn)方式：硬件聯(lián)接形式和內(nèi)部處理方式（如控制器、運(yùn)算器的實(shí)現(xiàn)方式等）工作原理：計(jì)算機(jī)各部分內(nèi)部工作過程3本課程的重要地位

本課程是計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課，對后續(xù)課程（操作系統(tǒng)、接口與通信等）的學(xué)習(xí)十分重要?？佳斜乜颊n程。通過課程的學(xué)習(xí)主要掌握以下內(nèi)容

本課程主要講授單處理機(jī)系統(tǒng)的組成及工作原理。分析和說明計(jì)算機(jī)由哪些功能部件組成（結(jié)構(gòu)），各功能部件在整機(jī)中的作用，以及它們?nèi)绾瓮瓿筛髯运峙涞娜蝿?wù)（工作原理）。學(xué)習(xí)難點(diǎn) 內(nèi)容較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、要有數(shù)字邏輯的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)思路（方法） 分析結(jié)構(gòu)、弄清原理、多做練習(xí)4

主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述（計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、基本概念）運(yùn)算方法和運(yùn)算器（計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示和編碼：包括數(shù)值、非數(shù)值數(shù)據(jù)，整數(shù)、小數(shù)，漢字，校驗(yàn)碼等。計(jì)算機(jī)中運(yùn)算方法：定點(diǎn)運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算。運(yùn)算器及實(shí)現(xiàn))內(nèi)部存儲(chǔ)器(存儲(chǔ)器芯片的結(jié)構(gòu)與工作原理，存儲(chǔ)器的組織與連接，高速存儲(chǔ)器、ＣＡＣＨＥ等)指令系統(tǒng)（指令格式、尋址方式、典型指令）中央處理器（CPU的組成及工作原理，控制器的實(shí)現(xiàn)，ＣＰＵ實(shí)現(xiàn)技術(shù)）總線系統(tǒng)（總線概念、總線技術(shù)）外圍設(shè)備（典型外圍設(shè)備基本工作原理）輸入輸出系統(tǒng)（輸入輸出控制方式）操作系統(tǒng)支持(調(diào)度，存儲(chǔ)管理，虛擬存儲(chǔ)器等)5第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論第一節(jié)計(jì)算機(jī)分類 電子計(jì)算機(jī)從總體上來說分為兩大類:電子模擬計(jì)算機(jī)和電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。電子模擬計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是數(shù)值由連續(xù)量來表示,運(yùn)算過程也是連續(xù)的。電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)是按位運(yùn)算,并且不連續(xù)地跳動(dòng)計(jì)算。6數(shù)字計(jì)算機(jī)又可分為專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)。專用和通用是根據(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)性來劃分的。專用機(jī)是最有效、最經(jīng)濟(jì)和最快速的計(jì)算機(jī),它是針對某一任務(wù)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī),但是它的適應(yīng)性很差。通用機(jī)適應(yīng)性很大,但是犧牲了效率、速度和經(jīng)濟(jì)性。通用計(jì)算機(jī)又分巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)和單片機(jī)六類。它們的區(qū)別在于體積、簡易性、功率損耗、性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、指令系統(tǒng)規(guī)模和機(jī)器價(jià)格。

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第二節(jié)計(jì)算機(jī)的發(fā)展1、計(jì)算機(jī)五代變化2、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的發(fā)展3、微處理器的發(fā)展4、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的變化 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是在馮?諾依曼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，圍繞提高速度、提高字長、擴(kuò)大存儲(chǔ)容量、降低成本、提高系統(tǒng)可靠性和方便使用等諸方面，通過新器件和新軟件提高計(jì)算機(jī)性能。 體系結(jié)構(gòu)上，從指令系統(tǒng)、微程序設(shè)計(jì)、流水線結(jié)構(gòu)、多級(jí)存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)、輸入/輸出體系結(jié)構(gòu)、并行體系結(jié)構(gòu)、分布式體系結(jié)構(gòu)等方面的形成和發(fā)展。體系結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢：網(wǎng)絡(luò)化、智能化、模塊化、多媒體應(yīng)用。8第三節(jié)計(jì)算機(jī)的硬件一、數(shù)字計(jì)算機(jī)硬件的組成硬件：指計(jì)算機(jī)中的電子線路和物理裝置。 計(jì)算機(jī)硬件由五大部分組成：即運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備。運(yùn)算器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或信息加工包括各種算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和判斷處理存儲(chǔ)器存放程序和數(shù)據(jù)程序是計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種操作和控制的依據(jù)數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作的對象計(jì)算機(jī)中存放的程序和數(shù)據(jù)都是二進(jìn)制形式的9控制器控制計(jì)算機(jī)各部分自動(dòng)協(xié)調(diào)的工作，完成的工作是從內(nèi)存中讀取指令，分析和解釋指令，然后按指令的要求發(fā)出操作命令，控制計(jì)算機(jī)各部分自動(dòng)協(xié)調(diào)的工作。 簡單程序 指令形式 控制器的基本任務(wù) 指令流和數(shù)據(jù)流馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的主要特征是：采用存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，由指令流來控制計(jì)算機(jī)的操作。輸入設(shè)備輸入信息到計(jì)算機(jī)中的設(shè)備輸出設(shè)備從計(jì)算機(jī)中輸出信息的設(shè)備10第四節(jié)計(jì)算機(jī)軟件一、軟件的組成與分類

計(jì)算機(jī)中的各種程序、數(shù)據(jù)和有關(guān)文檔構(gòu)成計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)的軟件一般分為兩大類：系統(tǒng)軟件：便于計(jì)算機(jī)使用的系統(tǒng)管理程序(包括操作系統(tǒng)、語言處理、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等）應(yīng)用軟件：針對用戶具體實(shí)際應(yīng)用的程序11二、軟件的發(fā)展目的程序匯編程序源程序編譯程序操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

12第四節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

一、多級(jí)組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微程序設(shè)計(jì)級(jí)一般機(jī)器級(jí)操作系統(tǒng)級(jí)匯編語言級(jí)高級(jí)語言級(jí)二、軟件與硬件的邏輯等價(jià)性1