（2）控制器
1）功能：产生控制命令(微命令)， 控制全机操作。 2）组成：
微命令序列
微命令发生器
指 令 信 息 状 态 信 息 时 序 信 号
微命令产生方式（指令执行控制方式）：
组合逻辑控制方式：微命令由组合 逻辑电 路产生 组合逻辑控制器 微程序控制方式： 微命令由微指 令产生 微程序控制器
控制器主要解决如何产生微命令控制指令 的执行（组合逻辑方式、微程序方式）
例2 用数字代码表示字符
A 表示为 1000001
B
启动 停止
表示为 1000010
表示为 00 表示为 01 表示为 10 表示为 11
例3 用数字代码表示命令、状态
正在工作 工作结束
2. 在物理机制上用数字信号表示数字代码 数字型电信号
例1 用电平信号表示数字代码 1 高电平 实现并行 0 低电平 操作 1 高电平 例2 用脉冲信号表示数字代码

应用程序：利用计算机来解决应用问题所编 制的程序,如工程设计程序、数据处理程序、 自动控制程序、企业管理程序、情报检索程 序、科学计算程序等等。
1.3.4 硬、软件系统的层次结构
计算机系统是一个由多层次结构组成的系统，其层次 结构示意图，见教材。
系统分析级
用户程序级 应用程序级
语言处理程序级 操作系统级 传统机器级（指令） 软硬分界面 软件部分
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1.1.4计算机的分类
计算机从总体上来说分为两大类:
模拟计算机和数字计算机。
各自主要特点： 模拟计算机：由模拟运算器件构成，处理在 时间和数值上连续的模拟量（如：电压、电流 等）；
数字计算机：由逻辑电子器件构成，处理离
散的数字量。
数字计算机又可分为: 专用计算机和通用计算机。
专用机——是以快速、经济和高集成度为主要指标
晶体管
第三代
19641971
1971目前
中小规模集成 体积小，可靠性大大提高，速度达几 电路 MIPS，机种多样化，“小型计算机” 出现，软件技术和外设发展迅速应用领 域不断扩大
中大及超大规 速度提高至GIPS乃至TIPS水平，多机并 模集成电路 行处理和计算机网络迅速发展。“微型 计算机” 出现
第四代
MIPS=程序所含指令数/程序执行时间
（2）每秒平均执行的指令条数（MIPS）
（3）每秒执行的浮点指令数（MFLOPS）
MFLOPS=程序所含浮点操作次数÷程序执行时间
（4） CPU时钟频率（MHz）
即CPU主频，等于每秒时钟周期数。
（5）CPI 每条指令时钟周期数。
CPI=程序所需时钟周期数÷程序所含指令数
格式 并行总线
串行总线
时序 同步总线 方向 单向总线
异步总线
双向总线
（1）以CPU为中心的双总线结构
I/O 总线 接口 I/O 接口 I/O
CPU M 总线 M
（2）单总线结构
系 统 总 线
CPU M 接口 I/O 接口 I/O
（3）以M为中心的双总线结构
系 统 总 线
CPU M 接口 I/O 接口 I/O
3. 计算机硬件由存储器、运算器、控制 器、输入设备和输出设备组成。
1.1.3 存储程序工作方式
1.事先编制程序 2.事先存储程序
3.自动、连续地执行程序 传统诺依曼机串行执行指令。
对传统诺依曼机的改造：增加并 行处理功能。
编写程序
输入程序
存储程序
输出结果
执行指令
将程序转换为 指令序列
图 计算机的工作流程
M 总线
（4）多级总线结构
RAM CPU
总线控制逻辑
ROM
公共接口
局部总线
系统总线
M扩展板 I/O接口板
2. 采用通道或IOP的大型系统结构
（1）带通道的系统
主机 通道 I/O控制器
I/O
系统总线
（2）带IOP的系统
CPU
M
接口 I/O
IOP
I/O总线
LM
接口 I/O
3. 模型机系统结构
系统总线
1 0 1
有脉冲 无脉冲 有脉冲
实现串行 操作
3. 数字化方法表示信息的优点
（1）物理上易实现信息的表示与存储
（2）抗干扰能力强，可靠性高
（3）数值的表示范围大，精度高
（4）可表示的信息类型广泛
（5）能用数字逻辑技术进行处理
冯 ·诺依曼思想
1. 用二进制代码表示程序和数据；
2. 计算机采用存储程序的工作方式；
第一节 计算机的基本概念
1.1.1 冯 ·诺依曼思想
1. 用二进制代码表示程序和数据；
2. 计算机采用存储程序的工作方式；
3. 计算机硬件由存储器、运算器、控制 器、输入设备和输出设备组成。
状 态 输入设备 命 令
运算器 结 数 果 据 存储器 地 址 指 令
命 令 输出设备 命 令 请 求
程序
请 求
CPU M
公共接口
接口
I/O
接口
I/O
建立总线概念，用总线连接各部件。
多机系统结构
特点：用多处理器CPU构成 根据处理器之间连接的紧密程度，分为：
①紧密偶合系统
②松散偶合系统
紧密偶合多机系统
全局M I/O I/O
CPU1
LM1
CPUn
LMn
特点：多个（CPU+LM）组，通过系统总线 构成多机系统，且共享全局M
通用寄存器组
移位器
ALU
通用寄存器组：提供操作数， 选择器 选择器 存放运算结果。
通用寄存器组
移位器
ALU
选择器 选择器
选择器：选择操作数；选择控 通用寄存器组 制条件，实现各种算法。
移位器
ALU 移位器：直接或者移位 送出运算结果。
选择器 选择器
运算器主要解决如何通过运算方 通用寄存器组 法将各种运算转换为加法运算。
4. 数据传输率
总线带宽=
总线位数×总线时钟频率
8×总线周期时钟数
（B/S）
即：单位时间内传输的数据量
注意：计算总线的带宽时，一般还要考虑编码方 式、单双工模式和通道的路数等因素。
5.外围配置 （1）硬件系统配置
（2）系统软件配置
【思考】计算机主频为 500MHz， CPI 为 5 。某外设的 带宽为 0.5MB/s ，中断方式 32 位传输，中断服务程序包 含 18 条指令，中断服务的其他开销相当于 2 条指令时间 。 （ 1）在中断方式下， CPU用于该外设 I/O的时间占整 个CPU时间的百分比是多少？ （ 2 ） 当 该 外 设 的 数 据 传 输 率 达 到 5MB/s 时 ， 改 用 DMA 方式传送数据。假设每次 DMA 传送大小为 5000B ，且DMA预处理和后处理的总开销为 500个时钟周期， 则 CPU 用于该外设 I/O 的时间占整个 CPU 时间的百分比 是多少？（假设DMA与CPU之间没有访存冲突） （2009 考研）
/
控制线路
地 址 寄 存 器
译 码 器
存储体
读 写 线 路
数 据 寄 存 器
读/写线路和数据寄存器：完成读/写 操作，暂存读/写数据。 控制线路：产生读/写时序，控制读/ 写操作。
…………
…………
/
控制线路
存储器主要解决如何根据地址找 到所要访问的存储单元。
3. 输入/输出设备
1）功能：转换信息。 输入：原始信息
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冯· 诺依曼思想的产生背景
冯· 诺依曼在1944年加入了美国军方ENIAC计算机的研 制项目。在此项目基础之上，在1945年提出并发表了一 个全新的“存储程序通用电子计算机”方案——EDVAC （冯· 诺依曼思想）。 在这份方案中，冯· 诺依曼具体介绍了电子计算机和程序 设计的新思想。这份方案是计算机发展史上一个划时代 的文献，它向世界宣告了电子计算机时代的来临。
的特殊计算机，它是针对某一任务设计的计算机，
但是它的适应性较差（如：工控机、ATM等） 。
通用机——适应性较高，但是牺牲了效率、速度和
经济性，如个人电脑。
按照计算机的体积、简易性、功率损耗、性 能指标、数据存储容量、指令系统规模、机 器价格和应用范围等条件，将计算机分为巨 型机、大型机、中型机、小型机和微型机等
。 它们的结构规模和性能指标依次递减。随 着超大规模集成电路的迅速发展，类型也会 发生动态变化。
计算机类别对比：
第二节
计算机的诞生和发展
中文名：约翰·冯·诺依曼 外文名：John Von Neumann 国籍：美籍匈牙利人 出生地：布达佩斯 出生日期：1903年12月28日 逝世日期：1957年2月8日 毕业院校：苏黎世大学、布达佩斯大学 称谓：计算机之父
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松散偶合多机系统
MTS 消息传送系统
CAS CAS
CPU1
LM1
I/O
CPUn
LMn
I/O
特点：多个节点，由通信接口 CAS并通过 MTS 构成多机系统。
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1.3.3 软件系统
软件类别：系统程序和应用程序。 系统程序：负责系统调度管理，提供运行和 开发环境、各种服务，确保系统运行良好。
代码，送入主机
输出：处理结果 （代码）
人所能接受的形式， 并输出
I/O设备主要解决如何转换信息。
1.3.2 硬件系统结构 1. 以总线为基础的系统结构 总线：能为多个部件分时共享的 一组信息传送线路。
总 线
部 件
部 件
部 件
总 线
功能 内总线
外总线 局部总线 系统总线
信息 地址总线
数据总线 控制总线