单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一章 概论,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机组成原理与 汇编语言程序设计,计算机组成原理与 汇编语言程序设计,参考教材,计算机组成与结构,，王爱英主编，清华大学出版社,计算机组成原理,，白中英编著，科学出版社,参考教材计算机组成与结构，王爱英主编，,课程性质、目的和任务,计算机组成原理与汇编语言课程是计算机专业的主干课程之一。,通过本课程的学习，可以深入理解计算机各功能部件的组成及实现原理，建立计算机整机概念，并且掌握汇编语言指令系统的功能、格式、寻址方式及其程序设计基本技术，为其它相关课程的学习提供坚实的基础。,课程性质、目的和任务 计算机组成原理与汇编语言课程,获取课件方式,获取课件方式,内容,第一章 概论,第二章机器指令级的组成,第三章数据信息表示与指令系统,第四章 汇编语言,第五章 程序设计基本技术,第六章,CPU,的工作机理与微程序设计,第七章 数值运算,第八章 存储系统,第九章 接口与总线,内容第一章 概论,第一节 基本计算机的分类和应用,第二节 计算机的主要特性和指标,第三节 计算机的基本组成,第四节 计算机系统的硬件结构,第五节 计算机系统的软件,第六节 计算机系统的层次结构,第七节 计算机系统组织和结构的发展,第一章,概论,第一节 基本计算机的分类和应用第一章 概论,第一节 计算机的分类和应用,一、计算机的分类,电子模拟计算机的主要特点：,参与运算的数值由不间断的连续量表示，其运算过程是连续的。,电子数字计算机的主要特点：,参与运算的数值用断续的数字量表示，其运算过程按数字位进行。,第一节 计算机的分类和应用一、计算机的分类,数字计算机分类,数字计算机按用途分为：专用计算机和通用计算机。,专用计算机：为解决某类问题而设计。,通用计算机：适应性很强，可以解决各类应用。,专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。,通用计算机按其规模、速度和功能等又可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机以及单片机。,数字计算机分类数字计算机按用途分为：专用计算机和通用计算机。,二、计算机的应用,（一）科学计算,数值计算,（二）计算机控制,A/D、D/A,（三）信息处理,非数值计算,（四）教育和卫生,（五）家用电器,（六）人工智能,第一节 计算机的分类和应用,二、计算机的应用第一节 计算机的分类和应用,一、计算机的主要特性,（一）在程序控制下自动连续工作,（二）运算速度快,（三）精度高、通用性强,二、计算机的主要指标,（一）基本字长：,参与计算机运算的操作数的基本位数。,第二节计算机的主要特性和指标,一、计算机的主要特性第二节计算机的主要特性和指标,（二）主存储器容量,以字(,Word),为单位的计算机常用字数乘以字长来表示存储器容量，如 8192,16,表示有 8192 个字存储单元。,以字节(Byte=8 bit)为单位的计算机则常以字节数表示存储器容量。如,1024B（1KB）。,主存储器容量通常受可直接访问的地址码长度的限制。如地址码长度为16位，则可直接访问的存储单元数为 2,16,=65536。,（三）外存容量：,计算机系统中联机的外存储器容量。,第二节计算机的主要特性和指标,（二）主存储器容量第二节计算机的主要特性和指标,（四）运算速度：,每秒钟平均执行的机器指令条数。（,IPS）,执行一条（机器）指令所需的时间。,（五）外围设备的配置,（六）指令系统的功能,（七）系统软件的配置,（八）诊断功能与容错能力,第二节计算机的主要特性和指标,（四）运算速度：第二节计算机的主要特性和指标,一、存储程序的概念,采用二进制形式表示计算机中的数据和指令。,把编好的程序和原始数据预先存入主存储器中，使计算机在工作时能够连续、自动、高速地从存储器中取出一条条指令并且执行。（存储程序概念）,由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成计算机系统。,第三节 计算机的基本组成,一、存储程序的概念第三节 计算机的基本组成,y=ax+b-c,行数,解题步骤和数据,说,明,1,取数,(9),算盘,(9),表示第,9,行的数,a,下同,2,乘法,(12),算盘,完成,a*x,结果在算盘上,3,加法,(10),算盘,完成,ax+b,结果在算盘上,4,减法,(11),算盘,完成,ax+b-c,结果在算盘上,5,存数,y(13),算盘上的,y,值记到第,13,行,6,输出,把算盘上的,y,值写出给人看,7,停止,运算完毕,暂停,8,9,a,数据,10,b,数据,11,c,数据,12,x,数据,13,y,数据,y=ax+b-c 行数解题步骤和数据说 明1取数(9,输入设备,存储器,运算器,输出设备,控制器,状态,数据,结果,请求,命令,地址,指令,命令,请求,命令,程序,结果,计算机的基本组成框图,输入设备存储器 运算器输出设备控制器状态数据结果请求命令地址,二、计算机的主要部件,（一）输入设备：,功能：向机器输入操作员提供的原始信息，并将这些信息变换为计算机能够识别的形式。,（二）输出设备：,功能：将计算机的处理结果，以人们容易接受的形式或为其他机器所能接受的形式输送出来。,（三）存储器,功能：存储程序和各种数据信息。,存储系统通常分为三级存储体系。,第三节 计算机的基本组成,二、计算机的主要部件第三节 计算机的基本组成,存储系统的三级存储体系,主存储器（内存储器）、辅助存储器（外存储器）、高速缓冲存储器。,CPU,cache,主存,外存,存储系统的三级存储体系主存储器（内存储器）、辅助存储器（外存,（四）运算器,功能：执行算术运算和逻辑运算的部件，对信息进行加工处理。,（五）控制器,功能：产生一系列控制信号以指挥整个计算机系统有条不紊的自动运行。（即决定做某种动作的时间和条件。）,控制器的结构有两种类型：即组合逻辑控制器和微程序控制器。,第三节 计算机的基本组成,（四）运算器第三节 计算机的基本组成,总线：一组公共信息传输线路，能为多个部件服务，可分时地发送与接收各个部件的信息。,总线的数据通路宽度：指能够一次并行传送的数据位数。,总线分为单向总线和双向总线。,单向总线：挂在总线上的一些部件将信息有选择地传向另一些部件，却不能反向传送；,第四节计算机系统的硬件结构,一、总线,总线：一组公共信息传输线路，能为多个部件服务，可分时地发送,双向总线：挂在总线上的任何一个部件或设备都可以从总线上有选择地接受其他部件或设备的信息，而且能通过总线有选择的向其他部件或设备发送信息。,总线传送信息的类别：,数据总线：传送操作数或程序。,地址总线：传送主存储器地址码或外围设备码。,控制总线：传送各种控制信息。,总线的概念,双向总线：挂在总线上的任何一个部件或设备都可以从总线上有选择,二、小型机与微型机的典型结构,第四节计算机系统的硬件结构,1,、以,CPU,为中心的双总线结构,CPU,主存,接口,I/O,接口,接口,I/O,I/O,二、小型机与微型机的典型结构 第四节计算机系统的硬件结构,结构特点,两组总线,存储总线、输入输出总线,优点：同一时间只能进行一种传送，控制线路简单，时间关系易于处理，可以采用同步控制方式。,缺点：,I/O,设备与存储器交换需要,CPU,控制，,CPU,效率降低。,1,、以,CPU,为中心的双总线结构,结构特点两组总线1、以CPU为中心的双总线结构,CPU,主存,公共接口,接口,接口,I/O,I/O,2,、单总线系统结构,单总线系统结构图,CPU主存公共接口接口接口I/OI/O2、单总线系统结构单总,结构特点,一组总线实现,CPU,，,I/O,MEM,中央处理机可以看作总线上的一个子系统。,各部件可通过单总线进行双向信息传送。,优点：允许,I/O,与,MEM,直接交换信息，,MEM,可以和,I/O,设备统一编址,缺点：不允许两个设备同时使用总线。,所有设备连在一个总线上，数据量大时容易达到饱和，造成系统性能下降。,2,、单总线系统结构,结构特点一组总线实现CPU，I/O,MEM2、单总线系统,所有部件和设备都可通过总线交换信息，但在,CPU,与主存之间又专门设置了一组高速的存储总线。,2,、面向存储器的双总线系统结构,CPU,主存,公共接口,接口,接口,I/O,I/O,所有部件和设备都可通过总线交换信息，但在CPU与主存之间又,优点：通过专用总线与存储器连接，提高了,CPU,速度，减轻了系统总线的负担。,主存与输入输出设备交换，不需要通过,CPU,计算机系统由,CPU,为中心转为存储器为中心,2,、面向存储器的双总线系统结构,优点：通过专用总线与存储器连接，提高了CPU速度，减轻了系统,二、中、大型计算机的典型结构,CPU,主存,通道,通道,I/O,控制器,I/O,控制器,I/O,控制器,I/O,控制器,I/O,I/O,I/O,I/O,I/O,I/O,I/O,I/O,带通道的大中型计算机系统结构,第四节计算机系统的硬件结构,二、中、大型计算机的典型结构CPU主存通道通道I/O控制器I,整机系统分成主机、通道、,I/O,控制器和,I/O,设备等四级。,通道：是一种控制设备，它能保证,CPU,中的数据处理与,I/O,设备交换信息两项任务同时执行，完成,I/O,操作管理。,第四节计算机系统的硬件结构,整机系统分成主机、通道、I/O控制器和I/O设备等四级。第四,第五节计算机系统的软件,一、系统软件,操作系统,语言处理程序,管理程序,服务程序,二、应用软件,科学计算类,工程设计类,信息管理类,第五节计算机系统的软件一、系统软件,一、硬软组成的层次结构,数据模型/算法 系统分析级,用户程序 用户程序级,应用软件 用户工具级,语言处理程序 算法实现级,操作系统 软件接口级,机器语言 指令级,硬核 微程序级,第六节计算机系统的层次结构,一、硬软组成的层次结构第六节计算机系统的层次结构,二、从语言功能角度划分层次结构,汇编语言虚拟机,实际机器（机器语言物理机）,专用语言虚拟机,高级语言虚拟机,第六节计算机系统的层次结构,二、从语言功能角度划分层次结构汇编语言虚拟机实际机器（机器语,专用语言虚拟机专用语言解释程序,高级语言虚拟机 高级语言编译程序,汇编语言虚拟机 汇编程序,机器语言物理机 指令系统,第六节计算机系统的层次结构,二、从语言功能角度划分层次结构,专用语言虚拟机专用语言解释程序第六节计算机系统,第七节计算机系统组织和结构的发展,一、提高系统性能,1.价格,2.速度,3.容量,二、智能化,第七节计算机系统组织和结构的发展一、提高系统性能,流水线,向量机,RISC,超标量方式：同时执行多条指令,超长指令字（,VLIW）,多存储体交叉访问,多机系统,提高系统性能的若干技术：,流水线提高系统性能的若干技术：,Intel(,奔腾,)CPU,发展历程,年代,名称,处理器字宽,1971,4004,4,1972,8008,8,1974,8080,8,1978,8086-8088,16,1982,80286,16,1985,80386,32,1989,80486,32,1993,Intel Pentium,32,1997,Intel Pentium II,32,MMX,Intel(奔腾)CPU发展历程 年代名称处理器字宽1971,年代,名称,处理器字宽,1999,Intel Pentium III,32,MMX,2000,Intel Pentium 4,32,2002,Intel Pentium 4 w/Hyper Threading,32,超线程,2005,Intel Pentium D,32,2,个处理核心,2006,Intel Core 2 Duo,32,注,:Pentium 600,系列虽然不算真正的,64,位处理器，但支持,64,位空间寻址,兼容,64,、,32,位应用程序,.,年代名称处理器字宽1999Intel Pentium III,