計(jì)算機(jī)組成原理1.1-1.4

計(jì)算機(jī)組成原理SWPU1第一章概論計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展

1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組織1.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)與性能1.3計(jì)算機(jī)的基本概念1.41、信息如何表示，才能被計(jì)算機(jī)識(shí)別？2、采用什么工作方式，才能使計(jì)算機(jī)自動(dòng)地對(duì)信息進(jìn)行處理？3、采用什么部件，使計(jì)算機(jī)完成相應(yīng)的功能？

1.1計(jì)算機(jī)的基本概念計(jì)算機(jī)組成原理SWPU3計(jì)算機(jī)之父：

馮?

諾依曼美籍匈牙利人JohnvonNeumann1.1.1計(jì)算機(jī)與諾依曼體制馮·諾依曼體制計(jì)算機(jī)：按存儲(chǔ)方式工作的計(jì)算機(jī)統(tǒng)稱(chēng)為馮·諾依曼體制計(jì)算機(jī)。

1946年6月由馮·諾依曼等人首次提出。

計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了許多變化，但馮·諾依曼提出的二進(jìn)制、程序存儲(chǔ)和程序控制，依然是普遍遵循的原則。計(jì)算機(jī)組成原理SWPU41.1.1計(jì)算機(jī)與諾依曼體制馮·諾依曼體制的主要思想

1.采用二進(jìn)制代碼表示數(shù)據(jù)和指令。2.采用存儲(chǔ)程序工作方式（核心）。3.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由五大部件構(gòu)成。

（運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備）計(jì)算機(jī)組成原理SWPU5將程序存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中事先編制程序運(yùn)行時(shí)自動(dòng)、連續(xù)地從存儲(chǔ)器中依次取出指令并執(zhí)行程序員存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)1.1.2存儲(chǔ)程序工作方式馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)采用存儲(chǔ)程序工作方式：

任何要計(jì)算機(jī)完成的工作都要先被編寫(xiě)成程序，然后將程序和原始數(shù)據(jù)送入主存并啟動(dòng)執(zhí)行。一旦程序被啟動(dòng)，計(jì)算機(jī)應(yīng)能在不需操作人員干預(yù)下，自動(dòng)完成逐條取出指令和執(zhí)行指令的任務(wù)。馮·諾依曼結(jié)構(gòu)是怎樣的？應(yīng)該有個(gè)主存，用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)應(yīng)該有一個(gè)自動(dòng)逐條取出指令的部件還應(yīng)該有具體執(zhí)行指令（即運(yùn)算）的部件程序由指令構(gòu)成指令描述如何對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理應(yīng)該有將程序和原始數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)的部件應(yīng)該有將運(yùn)算結(jié)果輸出計(jì)算機(jī)的部件你還能想出更多嗎？IAS計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)西南石油大學(xué)SWPU馮·諾依曼計(jì)算機(jī)硬件框圖7算術(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)算存放數(shù)據(jù)和程序?qū)⑿畔⑥D(zhuǎn)換成機(jī)器能識(shí)別的形式將結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們熟悉的形式控制程序運(yùn)行存儲(chǔ)器輸入設(shè)備運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備實(shí)線(xiàn)為數(shù)據(jù)線(xiàn)虛線(xiàn)為控制線(xiàn)和反饋線(xiàn)西南石油大學(xué)SWPU馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)81.計(jì)算機(jī)由五大部件組成3.指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示4.指令由操作碼和地址碼組成6.以運(yùn)算器為中心2.指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲(chǔ)器可按地址尋訪(fǎng)

5.存儲(chǔ)程序5.存儲(chǔ)程序缺點(diǎn)：串行處理的工作機(jī)制（即逐條執(zhí)行指令序列）計(jì)算機(jī)組成原理SWPU9

控制信息

計(jì)算機(jī)中的信息數(shù)據(jù)信息控制信息：控制信號(hào)（微命令）序列，控制計(jì)算機(jī)的工作。數(shù)據(jù)信息：計(jì)算機(jī)加工處理的對(duì)象，分為數(shù)值型和非數(shù)值型。

信息的數(shù)字化表示包含兩層含義：

用數(shù)字代碼表示各種信息用數(shù)字信號(hào)表示數(shù)字代碼1.1.3信息的數(shù)字化表示（P2

1.1.1）計(jì)算機(jī)組成原理SWPU10

一、

用數(shù)字代碼表示各種信息

二進(jìn)制代碼例1用數(shù)字代碼表示數(shù)據(jù)

5

-5

表示為00000101

表示為10000101

1.1.2信息的數(shù)字化表示計(jì)算機(jī)組成原理SWPU11例2用數(shù)字代碼表示字符(ASCII碼）AB表示為100000141H表示為100001042H例3用數(shù)字代碼表示命令、狀態(tài)啟動(dòng)停止正在工作工作結(jié)束表示為00表示為01表示為

10表示為111.1.2信息的數(shù)字化表示1

2表示為0110001

31H表示為0110010

32H信息的數(shù)字化聲音文字圖像指令這些信息如何表示？計(jì)算機(jī)組成原理SWPU13二、

在物理機(jī)制上用數(shù)字信號(hào)表示數(shù)字代碼數(shù)字型電信號(hào)例1用電平信號(hào)表示數(shù)字代碼

高電平

1

低電平

0

并行傳送信息1.1.2信息的數(shù)字化表示1

0

1

1

計(jì)算機(jī)組成原理SWPU14二、

在物理機(jī)制上用數(shù)字信號(hào)表示數(shù)字代碼數(shù)字型電信號(hào)例2用脈沖信號(hào)表示數(shù)字代碼

有脈沖無(wú)脈沖有脈沖101串行傳送信息1.1.2信息的數(shù)字化表示10110計(jì)算機(jī)組成原理SWPU15三.用數(shù)字化方法表示信息的主要優(yōu)點(diǎn)（1）在物理上容易實(shí)現(xiàn)信息的表示與存儲(chǔ)（2）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高（3）數(shù)值的表示范圍大，表示精度高（4）表示的信息類(lèi)型極其廣泛（5）能用數(shù)字邏輯技術(shù)進(jìn)行信息處理1.1.2信息的數(shù)字化表示計(jì)算機(jī)組成原理SWPU16第一章概論計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展

1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組織1.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)與性能1.3計(jì)算機(jī)的基本概念1.4計(jì)算機(jī)組成原理SWPU171.3.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)1.3.2計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)1.3.3系統(tǒng)組成的層次結(jié)構(gòu)1.3.4硬件、軟件的邏輯等價(jià)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組織1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組織計(jì)算機(jī)組成原理SWPU18計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件硬件硬件“看得見(jiàn)、摸得著”的物理載體軟件程序及其配套的數(shù)據(jù)、文檔等1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組織計(jì)算機(jī)組成原理SWPU19ALU主存緩存Cache輔存CPU主機(jī)I/O硬件CU存儲(chǔ)器輸入設(shè)備運(yùn)算器輸出設(shè)備控制器ALUCPU主機(jī)I/OCU主存一、

常見(jiàn)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成1.3.1

硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)組成原理SWPU20（1）以總線(xiàn)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)）總線(xiàn)：一組連接多個(gè)部件分時(shí)共享的信息傳輸線(xiàn)。地址總線(xiàn)：用于傳輸?shù)刂沸畔?，比如：CPU發(fā)向主存、外設(shè)等。數(shù)據(jù)總線(xiàn)：雙向的多根信號(hào)線(xiàn)，用于傳輸數(shù)據(jù)信息?？刂瓶偩€(xiàn)：傳輸控制信息，包括CPU送出的控制命令和主存（或外設(shè)）返回CPU的反饋信號(hào)。何謂I/O接口？二.典型的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成原理SWPU21（2）采用通道的大型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)連接上分為四級(jí)：主機(jī)、通道、設(shè)備控制器、外部設(shè)備。第四級(jí)第三級(jí)第二級(jí)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)二.典型的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多ALU多存儲(chǔ)體交叉訪(fǎng)問(wèn)計(jì)算機(jī)組成原理SWPU22（2）采用IOP的大型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（雙總線(xiàn)結(jié)構(gòu)）_補(bǔ)充CPUM接口I/OIOPLM接口I/O系統(tǒng)總線(xiàn)I/O總線(xiàn)2.典型的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成原理SWPU23

CPU

LM共享存儲(chǔ)器

I/O

I/O...（3）多機(jī)系統(tǒng)緊偶合系統(tǒng)

CPU

LM...結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：通過(guò)總線(xiàn)或交叉開(kāi)關(guān)矩陣進(jìn)行多機(jī)互連，通過(guò)共享存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)多機(jī)之間的信息交換2.典型的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)處理單元1處理單元n計(jì)算機(jī)組成原理SWPU24

CPU

LM

CAS

CAS

I/O

I/O（3）多機(jī)系統(tǒng)松偶合系統(tǒng)

LM

CPU

MTS消息傳送系統(tǒng)局部總線(xiàn)局部總線(xiàn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：通過(guò)MTS(通信總線(xiàn)或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò))連接各節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間以中斷方式傳送信息包。2.典型的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)n計(jì)算機(jī)組成原理SWPU251.3.2計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)軟件

操作系統(tǒng)語(yǔ)言處理程序

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)服務(wù)性程序(編輯、調(diào)試、診斷)網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件

Office

防毒/殺毒軟件

QQ

各類(lèi)游戲影音播放器

……計(jì)算機(jī)組成原理SWPU26硬件系統(tǒng)軟件1.3.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)組成原理SWPU27一、

從硬、軟組成角度劃分的層次結(jié)構(gòu)模型傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)（指令系統(tǒng)）微程序級(jí)（微程序控制器）邏輯部件級(jí)（硬件邏輯部件）操作系統(tǒng)級(jí)（操作系統(tǒng)）語(yǔ)言處理程序（解釋、編譯）應(yīng)用程序（軟件資源）用戶(hù)程序級(jí)（用戶(hù)程序）系統(tǒng)分析級(jí)（數(shù)學(xué)模型、算法）1.3.3系統(tǒng)組成的層次結(jié)構(gòu)硬件部分軟件部分軟硬界面自下而上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的逐級(jí)生成過(guò)程自上而下應(yīng)用計(jì)算機(jī)求解問(wèn)題的過(guò)程計(jì)算機(jī)組成原理SWPU28自下而上的設(shè)計(jì)、分析方法傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)（指令系統(tǒng)）微程序級(jí)（微程序控制器）邏輯部件級(jí)（硬件邏輯部件）操作系統(tǒng)級(jí)（操作系統(tǒng)）語(yǔ)言處理程序（解釋、編譯）應(yīng)用程序（軟件資源）用戶(hù)程序級(jí)（用戶(hù)程序）系統(tǒng)分析級(jí)（數(shù)學(xué)模型、算法）1.2.3系統(tǒng)組成的層次結(jié)構(gòu)設(shè)置硬核的依據(jù)軟件設(shè)計(jì)的源頭自上而下的設(shè)計(jì)、分析方法設(shè)計(jì)算法編寫(xiě)源程序操作系統(tǒng)調(diào)度下生成目標(biāo)程序機(jī)器語(yǔ)言硬件執(zhí)行程序計(jì)算機(jī)系統(tǒng)抽象層的轉(zhuǎn)換程序執(zhí)行結(jié)果

不僅取決于算法、程序編寫(xiě)而且取決于語(yǔ)言處理系統(tǒng)操作系統(tǒng)ISA微體系結(jié)構(gòu)不同計(jì)算機(jī)課程處于不同層次必須將各層次關(guān)聯(lián)起來(lái)解決問(wèn)題功能轉(zhuǎn)換：上層是下層的抽象，下層是上層的實(shí)現(xiàn)底層為上層提供支撐環(huán)境！最高層抽象就是點(diǎn)點(diǎn)鼠標(biāo)、拖拖圖標(biāo)、敲敲鍵盤(pán)，但這背后有多少層轉(zhuǎn)化??！計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不同用戶(hù)最終用戶(hù)工作在由應(yīng)用程序提供的最上面的抽象層系統(tǒng)管理員工作在由操作系統(tǒng)提供的抽象層應(yīng)用程序員工作在由語(yǔ)言處理系統(tǒng)（主要有編譯器和匯編器）的抽象層語(yǔ)言處理系統(tǒng)建立在操作系統(tǒng)之上系統(tǒng)程序員（實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件）工作在ISA層次，必須對(duì)ISA非常了解編譯器和匯編器的目標(biāo)程序由機(jī)器級(jí)代碼組成操作系統(tǒng)通過(guò)指令直接對(duì)硬件進(jìn)行編程控制ISA處于軟件和硬件的交界面（接口）ISA是對(duì)硬件的抽象所有軟件功能都建立在ISA之上舉例說(shuō)明，你在什么情況（或環(huán)境）下是最終用戶(hù)、系統(tǒng)管理員、應(yīng)用程序員和系統(tǒng)程序員?計(jì)算機(jī)組成原理SWPU31二、

從語(yǔ)言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu)

機(jī)器語(yǔ)言（面向機(jī)器）→匯編語(yǔ)言（面向機(jī)器）→高級(jí)語(yǔ)言（面向用戶(hù)）1.2.3系統(tǒng)組成的層次結(jié)構(gòu)用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)程序，并記錄在紙帶或卡片上用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)程序穿孔表示0，未穿孔表示10：010101101：0010

01002：……3：……4：011001115：……6：……假設(shè)：0010-jxx若在第4條指令前加入指令，則需重新計(jì)算地址碼（如jxx的目標(biāo)地址），然后重新打孔。不靈活！書(shū)寫(xiě)、閱讀困難！太原始了，無(wú)法忍受，咋辦？用符號(hào)表示而不用0/1表示！輸入：按鈕、開(kāi)關(guān)；輸出：指示燈等所有信息都是0/1序列！若用符號(hào)表示跳轉(zhuǎn)位置和變量位置，是否簡(jiǎn)化了問(wèn)題？于是，匯編語(yǔ)言出現(xiàn)用助記符表示操作碼用標(biāo)號(hào)表示位置用助記符表示寄存器…..用匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)程序0：010101101：0010

01002：……3：……4：01100111

5：……6：……7：……addBjxxL0

……

……

L0：subC……B：……C：……在第4條指令前加指令時(shí)不用改變add、jxx和sub指令中的地址碼！你認(rèn)為用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的優(yōu)點(diǎn)是：不會(huì)因?yàn)樵鰷p指令而需要修改其他指令不需記憶指令碼，編寫(xiě)方便可讀性比機(jī)器語(yǔ)言強(qiáng)不過(guò)，這帶來(lái)新的問(wèn)題，是什么呢？人容易了，可機(jī)器不認(rèn)識(shí)這些指令了！需將匯編語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言！用匯編程序轉(zhuǎn)換匯編語(yǔ)言源程序由匯編指令構(gòu)成你能用一句話(huà)描述什么是匯編指令嗎？用助記符和標(biāo)號(hào)來(lái)表示的指令（與機(jī)器指令一一對(duì)應(yīng)）指令又是什么呢？包含操作碼和操作數(shù)或其地址碼

（機(jī)器指令用二進(jìn)制表示，匯編指令用符號(hào)表示）只能描述：?。ɑ虼嬉粋€(gè)數(shù)）兩個(gè)數(shù)加（或減、乘、除、與、或等）根據(jù)運(yùn)算結(jié)果判斷是否轉(zhuǎn)移執(zhí)行想象用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)復(fù)雜程序是怎樣的情形？（例如，用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)排序（sort）、矩陣相乘）需要描述的細(xì)節(jié)太多了！程序會(huì)很長(zhǎng)很長(zhǎng)！而且在不同結(jié)構(gòu)的機(jī)器上就不能運(yùn)行！進(jìn)一步認(rèn)識(shí)機(jī)器級(jí)語(yǔ)言addBjxxL0

……

……

L0：subC……B：……C：……機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言都是面向機(jī)器結(jié)構(gòu)的語(yǔ)言，故它們統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)器級(jí)語(yǔ)言結(jié)論：用匯編語(yǔ)言比機(jī)器語(yǔ)言好，但是，還是很麻煩！用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)程序隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多高級(jí)編程語(yǔ)言它們與具體機(jī)器結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)面向算法描述，比機(jī)器級(jí)語(yǔ)言描述能力強(qiáng)得多高級(jí)語(yǔ)言中一條語(yǔ)句對(duì)應(yīng)幾條、幾十條甚至幾百條指令有“面向過(guò)程”和“面向?qū)ο蟆钡恼Z(yǔ)言之分處理邏輯分為三種結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)有兩種轉(zhuǎn)換方式：“編譯”和“解釋”編譯程序(Complier)：將高級(jí)語(yǔ)言源程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器級(jí)目標(biāo)程序，執(zhí)行時(shí)只要啟動(dòng)目標(biāo)程序即可解釋程序(Interpreter)：將高級(jí)語(yǔ)言語(yǔ)句逐條翻譯成機(jī)器指令并立即執(zhí)行，不生成目標(biāo)文件?，F(xiàn)在，幾乎所有程序員都用高級(jí)語(yǔ)言編程，但最終要將高級(jí)語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言程序計(jì)算機(jī)組成原理SWPU36從語(yǔ)言功能劃分的層次結(jié)構(gòu)高級(jí)語(yǔ)言:用編譯程序翻譯成匯編語(yǔ)言程序虛擬機(jī)器M3匯編語(yǔ)言：用匯編程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序虛擬機(jī)器M2操作系統(tǒng)：用機(jī)器語(yǔ)言解釋操作系統(tǒng)虛擬機(jī)器機(jī)器語(yǔ)言：用微指令解釋機(jī)器指令實(shí)際機(jī)器M1由硬件直接執(zhí)行微指令微程序機(jī)器M01.3.3系統(tǒng)組成的層次結(jié)構(gòu)軟件硬件不同層次語(yǔ)言之間的等價(jià)轉(zhuǎn)換每條指令由操作碼和若干地址碼組成任何高級(jí)語(yǔ)言程序最終通過(guò)執(zhí)行若干條指令來(lái)完成！開(kāi)發(fā)和運(yùn)行程序需什么支撐？最早的程序開(kāi)發(fā)很簡(jiǎn)單（怎樣簡(jiǎn)單？）直接輸入指令和數(shù)據(jù)，啟動(dòng)后把第一條指令地址送PC開(kāi)始執(zhí)行用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)程序需要復(fù)雜的支撐環(huán)境（怎樣的環(huán)境？）需要編輯器編寫(xiě)源程序需要一套翻譯轉(zhuǎn)換軟件處理各類(lèi)源程序編譯方式：預(yù)處理程序、編譯器、匯編器、鏈接器解釋方式：解釋程序需要一個(gè)可以執(zhí)行程序的界面（環(huán)境）GUI方式：圖形用戶(hù)界面CUI方式：命令行用戶(hù)界面支撐程序開(kāi)發(fā)和運(yùn)行的環(huán)境由系統(tǒng)軟件提供最重要的系統(tǒng)軟件是操作系統(tǒng)和語(yǔ)言處理系統(tǒng)語(yǔ)言處理系統(tǒng)運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上，操作系統(tǒng)利用指令管理硬件語(yǔ)言處理程序人機(jī)接口語(yǔ)言的運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)操作系統(tǒng)內(nèi)核指令集體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)語(yǔ)言處理系統(tǒng)早期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次最早的計(jì)算機(jī)用機(jī)器語(yǔ)言編程

機(jī)器語(yǔ)言稱(chēng)為第一代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（Firstgenerationprogramminglanguage，1GL）后來(lái)用匯編語(yǔ)言編程

匯編語(yǔ)言稱(chēng)為第二代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（Secondgenerationprogramminglanguage，2GL）應(yīng)用程序指令集體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件匯編程序操作系統(tǒng)指令集體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)用程序現(xiàn)代（傳統(tǒng)）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次現(xiàn)代計(jì)算機(jī)用高級(jí)語(yǔ)言編程

第三代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（3GL）為過(guò)程式語(yǔ)言，編碼時(shí)需要描述實(shí)現(xiàn)過(guò)程，即“如何做”。第四代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（4GL）

為非過(guò)程化語(yǔ)言，編碼時(shí)只需說(shuō)明“做什么”，不需要描述具體的算法實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。語(yǔ)言處理系統(tǒng)操作系統(tǒng)指令集體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)用程序可以看出：語(yǔ)言的發(fā)展是一個(gè)不斷“抽象”的過(guò)程，因而，相應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也不斷有新的層次出現(xiàn)語(yǔ)言處理系統(tǒng)包括：各種語(yǔ)言處理程序（如編譯、匯編、鏈接）、運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)（如庫(kù)函數(shù)，調(diào)試、優(yōu)化等功能）操作系統(tǒng)包括人機(jī)交互界面、提供服務(wù)功能的內(nèi)核例程計(jì)算機(jī)組成原理SWPU41以硬件為基礎(chǔ)用軟件擴(kuò)充其功能用執(zhí)行程序體現(xiàn)功能1.3.4硬件、軟件的功能劃分與邏輯等價(jià)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)：許多功能即可以用硬件直接實(shí)現(xiàn)，也可以在硬件

的支持下用軟件實(shí)現(xiàn)，功能上是等價(jià)的如何恰當(dāng)?shù)胤峙溆布?、軟件的功能？?jì)算機(jī)組成原理SWPU42硬件軟化:

軟件完成較復(fù)雜功能,以降低硬件開(kāi)銷(xiāo)。軟件硬化:

硬件完成較復(fù)雜功能,以提高處理速度。軟件固化:

運(yùn)行固化在ROM中的程序?qū)崿F(xiàn)較復(fù)雜功能，以提高性?xún)r(jià)比。功能分配與設(shè)計(jì)目標(biāo)、技術(shù)條件有關(guān)。1.3.4硬、軟件的功能劃分與邏輯上的等價(jià)如：IBM-PC機(jī)的BIOS固化在系統(tǒng)板上，Pentium微處理器將存儲(chǔ)管理功能集成于CPU芯片中固件：任何將程序固化在ROM中組成的部件。固件是一種具有軟件特性的硬件，它既具有硬件的快速特點(diǎn)，又有軟件的靈活性特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)組成原理SWPU431.3.4硬、軟件的功能劃分與邏輯上的等價(jià)性能軟件硬件硬件比例少硬件比例增加在完成相同功能的前提下:價(jià)格技術(shù)條件要求性能價(jià)格技術(shù)條件要求硬件軟件計(jì)算機(jī)組成原理SWPU44在程序控制下自動(dòng)連續(xù)地工作運(yùn)算速度快運(yùn)算精度高存儲(chǔ)能力強(qiáng)通用性強(qiáng)數(shù)字計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)1.4.1數(shù)字計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)1.4計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)與性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)組成原理SWPU451.4.2計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)

1.基本字長(zhǎng)參與一次運(yùn)算或并行傳送的數(shù)的位數(shù)；它反映寄存器、ALU和數(shù)據(jù)總線(xiàn)的位數(shù)；字長(zhǎng)越長(zhǎng)，運(yùn)算精度就越高，但硬件成本增高。2.運(yùn)算速度可以用每秒所能執(zhí)行的指令條數(shù)表示；單位：條／秒；目前有三種計(jì)算執(zhí)行速度的方法。計(jì)算機(jī)組成原理SWPU46CPU的運(yùn)算速度CPU主頻(又稱(chēng)時(shí)鐘頻率)，通常以MHz(兆赫茲)為單位。

CPU時(shí)鐘周期：主頻的倒數(shù)

外頻：系統(tǒng)總線(xiàn)的工作頻率，具體是指CPU到芯片組之間的總線(xiàn)速度，是CPU與主板之間同步運(yùn)行的速度(2)平均每秒執(zhí)行指令數(shù)IPS(lnstructionsPerSecond)。

MIPS：MillionlnstructionsPerSecond，

表示每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令(3)平均每條指令的時(shí)鐘周期數(shù)CPI(ClockcyclesPerlnstruction)(4)MFLOPS:MillionFloatingpointOperationsPerSecond

表示每秒執(zhí)行多少百萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算

計(jì)算機(jī)組成原理SWPU473.數(shù)據(jù)通路寬度與數(shù)據(jù)傳送率（1）數(shù)據(jù)通路寬度數(shù)據(jù)總線(xiàn)一次能并行傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)。

CPU內(nèi)部的數(shù)據(jù)通路寬度一般與等于基本字長(zhǎng)；

CPU外部的數(shù)據(jù)通路寬度取決系統(tǒng)總線(xiàn)；

CPU外部和內(nèi)部的數(shù)據(jù)通路寬度有相等和不等。如：Intel8086(16位機(jī))，Intel8088(準(zhǔn)16位機(jī))

（2）數(shù)據(jù)傳送率（或數(shù)據(jù)總線(xiàn)的帶寬）

數(shù)據(jù)傳送率=總線(xiàn)數(shù)據(jù)通路寬度×總線(xiàn)時(shí)鐘頻率（B/S)例如：PCI總線(xiàn)寬度32位，總線(xiàn)頻率33MHz，總線(xiàn)帶寬=32×33M/8=132MB/s（或Bps）。1.4.2計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)

計(jì)算機(jī)組成原理SWPU484.主存容量

(1)字節(jié)數(shù):用字節(jié)(即Byte)作單位，記作B。常用的單位有KB，MB，GB和TB。

lK(kilo)B＝210B，稱(chēng)作千字節(jié)(1024B)；

1M(mega)B＝220B，稱(chēng)作兆(百萬(wàn))字節(jié)；

1G(giga)B＝230B，稱(chēng)作吉(10億)字節(jié)；

1T(tera)B＝240B，稱(chēng)作太(萬(wàn)億)字節(jié);

1P(pera)B=250B，稱(chēng)作千萬(wàn)億字節(jié);

(2)單元數(shù)(字?jǐn)?shù))×位數(shù):用二進(jìn)制的位(bit)作單位。以前大中型計(jì)算機(jī)常用這種單位，如：64K×16。

5.外存容量

1.4.2計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)

計(jì)算機(jī)組成原理SWPU496.所配置的外圍設(shè)備及其性能指標(biāo)

由于總線(xiàn)技術(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展外設(shè)變得越來(lái)越簡(jiǎn)單、可靠。小型計(jì)算機(jī)常用的外設(shè)有磁帶、磁盤(pán)、繪圖儀、打印機(jī)等。