计算机组成原理 : 第一章概论(知识点)

第一章 计算机系统概论(知识要点)

1.1 计算机简介

1.1.1 计算机的软硬件概念

计算机系统由"硬件"和"软件"两大部分组成。

软件:看不见摸不着，由人们编制的具有各种特殊功能的程序。

硬件:计算机的实体部分，由各种看得见的电子元器件组成。

计算机的软件通常又分为两大类:系统软件和应用软件。

系统软件:系统软件又称为系统程序，主要用来管理整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理调度，高效运行。

应用软件又称为应用程序，它是用户根据任务需要所编制的各种程序，如科学计算程序、数据处理程序、事务管理程序等。

1.1.2 计算机系统的层次结构

计算机的解题过程:用户编写的高级语言程序(源程序)翻译成机器语言程序后，交给目标程序计算机运行得到结果。

机器语言概念:由0、1代码表示的语言，用户必须使用二进制代码来编写程序。

汇编语言概念:20世纪50年代开始出现了符号式的程序设计语言，即汇编语言。它用ADD、SUB、MUL、DIV等分别

表示加、减、乘、除等操作，并用符号表示指令或数据所在存储单元的地址，使程序员可以不再使用繁杂而又易错的

二进制代码来编写程序。

高级语言概念:20世纪60年代开始先后出现了各种面向问题的高级语言，如FORTRAN、BASIC、Pascal、C等。高级

语言具有较强的通用性。程序员不需要掌握实际机器的机型、内部的具体组成及其指令系统，掌握了高级语言的语法和语义，

便可用这种高级语言来编程。

翻译程序(将高级语言翻译成机器语言的软件):编译程序将用户编写的高级语言程序全部一次翻译成机器语言程序。解释程序

是翻译一次执行一次，即使下一次重复执行该语句时，也必须重新翻译。

(多级层次结构的计算机系统)

虚拟机器M4(高级语言机器):用编译程序翻译成汇编语言程序。

虚拟机器M3(汇编语言机器):用汇编程序编译成机器语言程序。

虚拟机器M2(应机器语言解释操作系统):用机器语言解释操作系统。

传统机器M1(机器语言机器):用微程序解释机器指令。

微程序机器M0(微指令系统):由硬件直接执行微指令。

1.1.3 计算机组成和计算机体系结构

计算机体系结构:指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能热性。

计算机组成:指如何实现计算机体系所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。

1.2 计算机的基本组成

1.2.1 冯、诺伊曼计算机的特点

1945年，数学家冯.诺依曼在研究EDVAC机时提出了"存储程序"的概念。以此概念为基础的各类计算机

统称为冯.诺依曼机。它的特点可归结如下:

• 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。
• 指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。
• 指令和数据均用二进制数表示。
• 指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
• 指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。
• 机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。(这种模式对运算器的压力很大，数据传输速度低)

1.2.2 计算机的硬件框图

典型的冯.诺依曼计算机是以运算器为中心的，现代的计算机已转化为以存储器为中心。

图中各部件的功能如下:

• 运算器用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内。
• 存储器用来存放数据和程序。
• 控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果。
• 输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式，常见的有键盘、鼠标等。
• 输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式，如打印机输出、显示器输出等。

现代计算机:

• 现代计算机可认为由CPU、I/O设备以及主存储器组成。
• 算数逻辑单元(Arithmetic Logic Unit,ALU)简称算逻部件，用来完成算数逻辑运算。
• 控制单元(Control Unti,CU)用来解释存储器中的指令，并发出各种操作命令来执行指令。