1、1.1 计算机系统简介 由具有各类特殊功能 的信息（程序）组成 1. 计算机系统 计算机系统 计算机的实体， 如主机、外设等 一、 计算机的软硬件概念 硬件 软件 二、计算机系统的层次结构 高级语言 虚拟机器 M3 汇编语言 虚拟机器 M2 操作系统 虚拟机器 机器语言 实际机器 M1 微指令系统 微程序机器 M0 1.1 用编译程序翻译 成汇编语言程序 用汇编程序翻译 成机器语言程序 用机器语言解释操作系统 用微指令解释机器指令 由硬件直接执行微指令 软 件 硬 件 1.1 虚拟机器 M4 虚拟机器 M3 虚拟机器 M2 实际机器 M1 微程序机器 M0 1.2 计算机的基本组成 1. 计算
2、机由五大部件组成 3. 指令和数据用二进制表示 4. 指令由操作码和地址码组成 6. 以运算器为中心 2. 指令和数据以同等地位存于存储器， 可按地址寻访 5. 存储程序 一、 冯 诺依曼计算机的特点 算术运算 逻辑运算 存放数据 和程序 将信息转换成机 器能识别的形式 将结果转换成 人们熟悉的形式 指挥程序 运行 1.2 冯 诺依曼计算机硬件框图 存储器 输入设备 运算器 控制器 输出设备 ALU 主存 辅存 CPU 主机 I/O设备 硬件 CU 2.现代计算机硬件框图 存储器 输入设备 运算器 输出设备 控制器 1.2 ALU CPU 主机 I/O 设备 CU 主 存 存储体 大楼 存储单
3、元 存放一串二进制代码 存储字 存储单元中二进制代码的组合 存储字长 存储单元中二进制代码的位数 每个存储单元赋予一个地址号 按地址寻访 存储单元 存储元件 （ 0/1） 房间 床位 （无人 / 有人） (1)存储器的基本组成 1.2 MDR 主存储器 存储体 MAR 2.计算机的工作过程 MAR MDR 存储单元个数 16 存储字长 8 设 MAR = 4 位 MDR = 8 位 1.2 存储器地址寄存器 反映存储单元的个数 存储器数据寄存器 反映存储字长 (1)存储器的基本组成 MDR 主存储器 存储体 MAR ACC MQ X (2)运算器的基本组成及操作过程 1.2 运算器 MQ AC
4、C ALU X 被加数 被减数 被除数 乘数 商 加数 减数 被乘数 除数 加法 减法 乘法 除法 和 差 余数 乘积高位 乘积低位 运算器 MQ ACC ALU X ACC 被加数 初态 加法操作过程 1.2 ACC+X M X ACC 指令 加 M 1.2 减法操作过程 运算器 MQ ACC ALU X 指令 减 M ACC 被减数 初态 M X ACC-X ACC 运算器 MQ ACC ALU X ACC 被乘数 初态 1.2 M MQ 指令 乘 M 乘法操作过程 ACC X ALX MQ 0 0 ACC ACC MQ 运算器 MQ ACC ALU X ACC 被除数 初态 1.2 AC
5、C X MQ 余数在 ACC中 指令 除 M M X 除法操作过程 取指令 分析指令 执行指令 PC IR CU PC IR CU 取指 执行 PC 存放当前欲执行指令的地址， 具有计数功能（ PC） + 1 PC IR 存放当前欲执行的指令 访存 访存 完成 一条 指令 1.2 (3)控制器的基本组成 15 1 2 3 5 6 7 8 9 以取数指令为例 4 (4)主机完成一条指令的过程 1.2 CU 控制 单元 主存储器 MDR MAR 存储体 CPU PC 控制器 IR 运算器 MQ ACC ALU X I/O 设 备 1 2 3 5 6 7 9 8 以存数指令为例 4 1.2 (4)主
6、机完成一条指令的过程 CU 控制 单元 主存储器 MDR MAR 存储体 CPU PC 控制器 IR 运算器 MQ ACC ALU X I/O 设 备 (5) ax2 + bx + c 程序的运行 过程 将程序通过输入设备送至计算机 程序首地址 打印结果 分析指令 取指令 停机 启动程序运行 ,(PC )+ 1 PC 执行指令 1.2 MAR M MDR IR PC CU OP(IR) Ad(IR) MAR M MDR ACC PC 1.3 计算机硬件的主要技术指标 1.机器字长 CPU 一次能处理数据的位数 与 CPU 中的 寄存器位数 有关 221 = 256 KB 213 = 1 KB
7、如 3.存储容量 主存容量 辅存容量 存储单元个数 存储字长 字节数 字节数 80 GB 如 MAR MDR 容量 10 8 16 32 存放二进制信息的总位数 1.3 1K = 210 1B = 23b 1GB = 230b 1 K 8位 64 K 32位 第章 系统总线 3.1 总线的基本概念 3.2 总线的分类 3.3 总线特性及性能指标 3.4 总线结构 3.5 总线控制 3.1 总线的基本概念 一、为什么要用总线 二、什么是总线 三、总线上信息的传送 总线是连接各个部件的信息传输线， 是 各个部件共享的传输介质 串行 并行 存储器 输入设备 运算器 控制器 输出设备 程序 存储器 输
8、出设备 输入设备 运算器 控制器 数据 结果 计算 四、总线结构的计算机举例 1. 面向 CPU 的双总线结构框图 中央处理器 CPU I/O总线 M 总 线 3.1 主存 I/O接口 I/O 设备 1 I/O 设备 2 I/O接口 I/O接口 I/O 设备 n 单总线（系统总线） 2. 单总线结构框图 CPU 主存 I/O接口 I/O 设备 1 I/O 设备 2 I/O接口 I/O 设备 n I/O接口 3.1 3. 以存储器为中心的双总线结构框图 系统总线 主存 CPU I/O接口 I/O 设备 1 I/O 设备 n I/O接口 存储总线 3.1 3.2 总线的分类 1.片内总线 2.系统
9、总线 芯片内部 的总线 数据总线 地址总线 控制总线 双向 与机器字长、存储字长有关 单向 与存储地址、 I/O地址有关 有出 有入 计算机各部件之间 的信息传输线 存储器读、存储器写 总线允许、中断确认 中断请求、总线请求 运算器 MQ ACC ALU X 3.通信总线 串行通信总线 并行通信总线 传输方式 3.2 用于 计算机系统之间 或 计算机系统 与其他系统 （如控制仪表、移动通信等） 之间的通信 三、总线的性能指标 1. 总线宽度 2.总线带宽 3. 时钟同步 /异步 4. 总线复用 5. 信号线数 6. 总线控制方式 7. 其他指标 数据线 的根数 每秒传输的最大字节数（ MBps
10、） 同步 、 不同步 地址线 与 数据线 复用 地址线、数据线和控制线的 总和 负载能力 并发、自动、仲裁、逻辑、计数 3.3 3.4 总线结构 一、单总线结构 单总线（系统总线） CPU 主存 I/O接口 I/O 设备 1 I/O 设备 2 I/O接口 I/O 设备 n I/O接口 1. 双总线结构 具有特殊功能的处理器， 由通道对 I/O统一管理 通道 I/O接口 设备 n I/O接口 设备 0 CPU 主存 主存总线 I/O总线 二、多总线结构 3.4 2. 三总线结构 主存总线 DMA总线 I/O总线 CPU 主存 设备 1 设备 n 高速外设 I/O接口 I/O接口 I/O接口 3.4
