TEMP AC
存储器
ALU
Func
寄存器 组(堆)
ALU
Func
累加器型运算器
寄存器型运算器 存储器 TEMP AC
*(AC)+[Y]→AC的运算过程： (0) (AC)为被加数 (1) (2) (3) 加数[Y]→TEMP (AC)＋(TEMP) ALU结果→AC
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*计算机系统功能的实现方式：
解题过程—
用 户 ①编辑 ②编译 ③运行 ③ 解题结果
①
输入设备 输出设备 存储设备 处理设备 ②
源程序 (高级语言) 目标程序 (机器语言)
功能的实现方式—
①硬件具备数据的存储、传送及处理和过程控制功能 ②软件表示应用的数据处理及过程控制需求 └→程序(指令序列，硬件用不同指令表示不同功能) ③执行软件实现应用的数据处理及过程控制功能
指令系统、数据表示、寻址方式, 存储系统，I/O系统、信息保护等
指令功能逻辑实现、部件组成、 控制机构、排队及缓冲技术等 器件技术、组装技术等
*计算机组成：实现计算机系统结构时所体现的计算机属性 *计算机实现：实现计算机组成时所体现的计算机属性
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*相互关系：
计算机系统结构—确定软硬件功能分配及其界面特性； 计算机组成—逻辑实现系统结构的内容； 计算机实现—物理实现计算机组成的内容
虚 拟 机 器
用机器语言编程
机器语言级机器 M1
用微程序解释
使用微指令系统
微程序级机器 M0
实 直接执行机器指令 际 机 机器指令 器 直接执行微指令
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三、计算机结构与组成
*计算机系统结构：机器语言程序员所看到的计算机属性 概念性结构和功能特性←┘
高级语言级机器 M4 软件 软硬件 交界面 硬件 汇编语言级机器 M3 操作系统级机器 M2 机器语言级机器 M1 微程序级机器 M0 数字电路级机器
输 入 设 备 存储器 输 出 设 备
注： 数据信息 指令信息 控制信息 状态信息
运算器
控制器
*数据表示与运算： 指令及数据均用二进制方式表示，运算亦采用二进制方式
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*存储程序原理—程序存储方式：
指令及数据预先存放(以等同地位)在存储器中；
*存储器结构： 由定长单元构成的一维空间，存储器按地址访问； *指令组成： 由操作码及地址码组成；
第1章 计算机系统概论
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பைடு நூலகம்
§1.1 计算机系统简介
一、计算机系统的软硬件
*电子计算机： 是采用按位及跳动式计算、能够根据逻辑判断结果控制计 算过程的电子式机器 *计算机的功能： 数据存储、数据传送、数据处理，过程控制 *计算机系统的组成： 计算机 系统 计算机硬件— 计算机的物理实体； 如主机、外设等 表示应用需求 计算机软件— 具有特定功能的信息(程序)。 如系统程序、应用程序
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2、计算机部件的基本组成
(1)存储器 *功能：存储程序和数据、通过读/写操作接收/提供信息
*组成：
地址 命令 数据 地 址 译 码 器 存储阵列 …… I/O电路
0 1 n-1
0 1 … w-1 … … … … … …
存储字长W
0 1
…
…
*术语：存储元件(存储元)—可存储一个二进制位的元件；
存储单元—可同时存储一串二进制位的元件； 存储字—存储单元内存储的二进制编码； 存储阵列—所有存储单元的集合 存储单元地址—每个存储单元被赋予的惟一编号 存储容量—存储阵列可存储的二进制位数
循环的 指令执行过程
取指令 过程
执行指令 过程
+ “1 ” 指令发生 转移时
指令地址
下条指令地址 由当前指令产生
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二、计算机硬件的基本组成
1、计算机硬件的结构 现代计算机均在冯·诺依曼模型基础上进行改进
*采用以存储器为中心的结构： 使数据传送与数据处理并行，有利于提高系统性能
控制器
缓冲器
运算器
缓冲器
操作码 地址码1
表示操作的性质
地址码2
表示操作数在存储器中的位置
例：若加法运算的操作码用010表示，第01000号与第10000
号两个存储单元内容相加的操作可表示为：
010 01000 10000
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*存储程序原理—程序控制机制：
按程序逻辑顺序、自动地、逐条地取出指令并执行。
物理顺序 指令内容 (指令地址) A+0 int nCount=0； A+1 int nSum=0； A+2 LP: nSum+=nCount； A+3 nCount++； A+4 if (nCount<4) goto LP； A+5 COUT>>nSum； 程序 逻辑顺序 ⑴ ⑵ ⑶ ⑹ ⑼ ⑷ ⑺ ⑽ ⑸ ⑻ ⑾ ⑿
举例 系统结构 计算机组成 乘法器还是加法+移位 器件、电路 信号线数、时钟、传输方式 计算机实现
乘法功能 是否有乘法指令 MEM总线 带宽
主存系统 最大容量、编址方式 速度保证、单体/多体
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§1.2 计算机系统基本组成
一、冯· 诺依曼模型计算机
*结构与组成： 由运算器、存储器、控制器、输入及输出设备组成， 以运算器为中心；
*计算机系统组成的特性： 软件功能靠硬件实现，硬件性能靠软件反映
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二、计算机系统的层次结构
用高级语言编程
高级语言级机器 M4
汇编语言级机器 M3
用编译程序翻译 成汇编语言程序 或机器语言程序
用汇编语言编程
用汇编程序翻译 成机器语言程序
使用操作系统命令
操作系统级机器 M2
用机器语言解释 操作系统命令
……
…
存储字
…
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n-1
*完成操作的过程：
读操作—①接收地址及命令，内部操作； ②输出数据
①0…01 地 址 译 码 器
… …
…
…
…
①Read I/O电路
②1#的存储字
写操作—①接收地址及命令； ②接收数据，内部操作
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(2)运算器 *功能：实现算术运算及逻辑运算，并暂存运算结果 *组成：
存储器
主 存 储 器 MM
包含辅存 (如DISK等)
I/O 设备
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*采用总线互连形式：
实现部件操作标准化，有利于提高系统的可扩展性
标准格式 按地址访问
CPU
MEM总线
主存 …
总线桥
I/O总线
I/O接口1 I/O设备1
I/O接口n
I/O设备n
I/O接口 I/O设备
…
I/O接口 I/O设备
非标准格式
min{所连I/O设备速度}
缓冲技术
存储器 程序 数据
直接存储器访 问(DMA)技术 结果
输入设备
输出设备
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*由多种存储器构成存储系统：
解决速度-容量-价格间的矛盾，有利于提高性能/价格
运算器 控制器 计算机 硬件
CPU 主存(内存) 辅存(外存)
主机 I/O设备(外设)
存储器
输入设备 输出设备
主机
CPU
算术逻辑单元ALU 控制单元CU