計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理任課教師：荀啟峰鹽城師范學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院Email:presidentxun@163.comTel材白中英，計(jì)算機(jī)組成原理·網(wǎng)絡(luò)版，科學(xué)出版社，2002參考書石磊，計(jì)算機(jī)組成原理·第2版,清華大學(xué)出版社，2006錢曉捷，微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用,清華大學(xué)出版社，2006王愛(ài)英,計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)·第3版,清華大學(xué)出版社，2001白中英鄺堅(jiān)，計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)·網(wǎng)絡(luò)版，科學(xué)出版社，2003一、課程性質(zhì)與任務(wù)（課程在專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中的地位與課程教學(xué)目標(biāo)）“計(jì)算機(jī)組成原理”屬于專業(yè)基礎(chǔ)課，必修課。面向應(yīng)用、突出實(shí)踐、偏向硬件和理論?！队?jì)算機(jī)組成原理》是計(jì)算機(jī)教學(xué)中的一門核心課程，是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)課程所要必修的主干課。通過(guò)教學(xué)，使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的各主要部分（運(yùn)算期、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備）的構(gòu)成及工作原理有一個(gè)深刻的、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，同時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)也有一個(gè)較為深入的了解。主要講解簡(jiǎn)單、單臺(tái)計(jì)算機(jī)的完整組成原理和內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制，包括運(yùn)算器部件、控制器部件、存儲(chǔ)器子系統(tǒng)、輸入/輸出子系統(tǒng)與輸入/輸出系統(tǒng)設(shè)備，圍繞各自的功能、組成、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、使用等知識(shí)進(jìn)行介紹；此外，該課程的工程性、實(shí)踐性、技術(shù)性比較強(qiáng)，還強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦能力、開(kāi)創(chuàng)與創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)驗(yàn)技能，這些要求更多的是通過(guò)作業(yè)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)完成，要求學(xué)生有意識(shí)地主動(dòng)加強(qiáng)這些方面的練習(xí)與鍛煉。二、課程的基本要求（課程教學(xué)應(yīng)使學(xué)生達(dá)到的基本要求）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述、計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示、運(yùn)算方法和運(yùn)算器、指令系統(tǒng)、隨機(jī)邏輯和微程序控制原理、存儲(chǔ)系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)外設(shè)簡(jiǎn)介，要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)的組成和工作原理。通過(guò)學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解計(jì)算機(jī)的組成原理及工作原理，以建立整機(jī)概念。本課程設(shè)有實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，以加深對(duì)課程內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。三、課程與其他課程的聯(lián)系與分工先修課：數(shù)字電路、模擬電路、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)后續(xù)課：微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與設(shè)計(jì)，關(guān)系密切的還有操作系統(tǒng)等課程。四、課程總學(xué)時(shí)中各環(huán)節(jié)的學(xué)時(shí)分配（講授、實(shí)驗(yàn)、上機(jī)、實(shí)踐等）授課學(xué)時(shí)：64，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：16教學(xué)大綱第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論第二章運(yùn)算方法和運(yùn)算器第三章存儲(chǔ)系統(tǒng)第四章指令系統(tǒng)第五章中央處理器第六章總線系統(tǒng)第七章外圍設(shè)備(自學(xué))第八章輸入輸出系統(tǒng)目錄第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論1.概念計(jì)算機(jī)（Computer）是一種以電子器件為基礎(chǔ)的，不需人的直接干預(yù)，能夠?qū)Ω鞣N數(shù)字化信息，進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的快速工具。

（1）

以電子器件為物質(zhì)基礎(chǔ)：電子數(shù)字計(jì)算機(jī)

（DigitalComputer）（2）

不需要人的直接干預(yù)：自動(dòng)化（存儲(chǔ)程序?yàn)榛A(chǔ)）（3）

數(shù)字化信息：二進(jìn)制（計(jì)算機(jī)能夠具有邏輯判斷和處理能力的基礎(chǔ)）（4）

算邏運(yùn)算：基本運(yùn)算操作是算術(shù)和邏輯運(yùn)算（5）

快速工具：（A）

電子器件（B）

存儲(chǔ)程序2、

層次：

（1）內(nèi)部特征：

（A）

高速高集成度開(kāi)關(guān)元件（B）

數(shù)字化信息編碼（C）

邏輯判斷和處理能力（D）

存儲(chǔ)程序（2）外部特征：（A）

快速性（由（1）中（A）（D）決定）

（B）準(zhǔn)確性（由（1）中（B）（D）決定）（C）邏輯性（由（1）中（A）（C）（D）決定）（D）

通用性（由（1）中（A）（B）（C）（D）決定）

3、特征：1.1.1計(jì)算機(jī)的分類

計(jì)算機(jī)從總體上來(lái)說(shuō)分為兩大類:

模擬計(jì)算機(jī)和數(shù)字計(jì)算機(jī)。各自主要特點(diǎn)：模擬計(jì)算機(jī)由模擬運(yùn)算器件構(gòu)成，其變量由連續(xù)量（如：電壓、電流等）來(lái)表示，運(yùn)算過(guò)程也是連續(xù)的數(shù)字計(jì)算機(jī)則是由邏輯電子器件構(gòu)成，其變量為開(kāi)關(guān)量（離散的數(shù)字量），采用數(shù)字式按位運(yùn)算，運(yùn)算模式是離散式的。數(shù)字計(jì)算機(jī)與模擬計(jì)算計(jì)的主要區(qū)別比較內(nèi)容數(shù)字計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)表示方式數(shù)字0和1電壓、電流等計(jì)算方式數(shù)字計(jì)算電量組合和測(cè)量值控制方式程序控制模擬信號(hào)組合控制精度、抗干擾性高、好低、差數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大小、幾乎無(wú)邏輯判斷能力強(qiáng)無(wú)通用計(jì)算機(jī)類別巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)和單片機(jī)，它們的結(jié)構(gòu)規(guī)模和性能指標(biāo)依次遞減。隨著超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展,今天的小型機(jī)可能是明天的微型機(jī),而今天的微型機(jī)可能是明天的單片機(jī)。

1.1.2計(jì)算機(jī)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)之所以迅速發(fā)展,其生命力在于它的廣泛應(yīng)用并協(xié)助人類取得了輝煌的成就。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍幾乎涉及人類社會(huì)的所有領(lǐng)域。本書歸納成六個(gè)主要方面來(lái)敘述：科學(xué)計(jì)算自動(dòng)控制和測(cè)量信息處理教育和衛(wèi)生家用電器人工智能1.2.1計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)組成運(yùn)算器控制器主存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備總線和輸入輸出接口高速緩存虛擬存儲(chǔ)器(磁盤設(shè)備)（第二章）（第五章）（第三章）（第六章）（第七、八章）中央處理單元CPU1.運(yùn)算器算術(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)算采用二進(jìn)制數(shù)（容易實(shí)現(xiàn)）位數(shù)越多，計(jì)算精度越高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器長(zhǎng)度：8位、16位、32位或64位2.存儲(chǔ)器功能：保存或“記憶”數(shù)據(jù)和運(yùn)算過(guò)程存儲(chǔ)的是0或1表示的二進(jìn)制代碼主存采用半導(dǎo)體器件來(lái)作為存儲(chǔ)器一個(gè)半導(dǎo)體觸發(fā)器記憶一個(gè)二進(jìn)制位存儲(chǔ)單元：在存儲(chǔ)器中保存一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)的n個(gè)觸發(fā)器，組成一個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)器地址：存儲(chǔ)器是由許多存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)存儲(chǔ)單元的編號(hào)，稱為地址存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器所有存儲(chǔ)單元的總數(shù)。通常用單位“KB、MB、GB”等表示內(nèi)存儲(chǔ)器（主存）和外存儲(chǔ)器(輔存）表示參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器的哪個(gè)單元取運(yùn)算的結(jié)果應(yīng)存到哪個(gè)單元3.控制器控制計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊地進(jìn)行工作指令有兩部分：操作的性質(zhì)和操作的地址操作碼地址碼指出指令所進(jìn)行的操作加、減、乘、除、取數(shù)、存數(shù)等

指令操作碼加法減法乘法除法取數(shù)存數(shù)打印

停機(jī)001010011100101110111000電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想存儲(chǔ)程序，程序控制“存儲(chǔ)程序”，是把指令以代碼的形式事先輸入到計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器中，即用記憶數(shù)據(jù)的同一裝置存儲(chǔ)執(zhí)行運(yùn)算的命令，這些指令按一定的規(guī)則組成程序。“程序控制”，是當(dāng)計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后，程序就會(huì)控制計(jì)算機(jī)按規(guī)定的順序逐條執(zhí)行指令，自動(dòng)完成預(yù)定的信息處理任務(wù)。馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想：存儲(chǔ)程序并按地址順序執(zhí)行馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的基本思想采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令。指令由操作碼和地址碼組成；將程序和數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器中，使計(jì)算機(jī)在工作時(shí)從存儲(chǔ)器取出指令加以執(zhí)行，自動(dòng)完成計(jì)算任務(wù)。這就是“存儲(chǔ)程序”和“程序控制”（簡(jiǎn)稱存儲(chǔ)程序控制）的概念；指令的執(zhí)行是順序的，即一般按照指令在存儲(chǔ)器中存放的順序執(zhí)行，程序分支由轉(zhuǎn)移指令實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)由存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器、輸入和輸出設(shè)備五大基本部件組成，規(guī)定了5部分的基本功能控制器的基本任務(wù)

按照計(jì)算程序所排的指令序列，先從存儲(chǔ)器取出一條指令放到控制器中，對(duì)該指令的操作碼由譯碼器進(jìn)行分析判別，然后根據(jù)指令性質(zhì)，執(zhí)行這條指令，進(jìn)行相應(yīng)的操作。接著從存儲(chǔ)器取出第二條指令，再執(zhí)行第二條指令，依次類推取指令的一段時(shí)間叫做取指周期執(zhí)行指令的一段時(shí)間叫做執(zhí)行周期執(zhí)行完成指令的時(shí)間，稱為指令周期指令字和數(shù)據(jù)字，指令流和數(shù)據(jù)流

某字為一條指令，則稱為指令字某字代表要處理的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)字在取指周期中從內(nèi)存讀出的信息是指令流，它流向控制器而執(zhí)行周期中從內(nèi)存讀出的信息流是數(shù)據(jù)流，它由內(nèi)存流向運(yùn)算器時(shí)間上：在取指周期中，CPU從內(nèi)存讀出的信息一定是指令；而執(zhí)行周期中從內(nèi)存讀出或?qū)懭氲男畔⒁欢ㄊ菙?shù)據(jù)。空間上：指令一定流向控制器；而數(shù)據(jù)則是在內(nèi)存（或寄存器）與運(yùn)算器之間流動(dòng)適配器與輸入輸出設(shè)備輸入設(shè)備把人們所熟悉的某種形式的信息變換為機(jī)器內(nèi)部所能接收和識(shí)別的二進(jìn)制信息形式輸出設(shè)備把計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果變換為人或其它機(jī)器所能接收和識(shí)別的信息形式I/O設(shè)備通常統(tǒng)稱為外圍設(shè)備適配器(I/O接口)相當(dāng)與一個(gè)轉(zhuǎn)換器,它可以保證外圍設(shè)備用計(jì)算機(jī)所要求的形式發(fā)送或接受信息系統(tǒng)總線構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信息鏈接,是多個(gè)系統(tǒng)部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路

1.2.2數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展史世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）誕生于1946年2月15日，是美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)摩爾理工學(xué)院的摩切利和?？ㄌ匕l(fā)明的。計(jì)算機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了五代的變化：1946年開(kāi)始，第一代電子管計(jì)算機(jī)1958年開(kāi)始，第二代晶體管計(jì)算機(jī)1965年開(kāi)始，第三代中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)1971年開(kāi)始，第四代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)1986年開(kāi)始，第五代巨大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)類型時(shí)期主要器件重要特征第1代1946-1958電子管機(jī)器語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言。速度低，體積大，價(jià)格昂貴，可靠性差，用于科學(xué)計(jì)算。速度達(dá)幾千次到幾萬(wàn)次第2代1958-1964晶體管算法語(yǔ)言，操作系統(tǒng)。體積縮小，可靠性提高。從科學(xué)計(jì)算到數(shù)據(jù)處理。每秒幾萬(wàn)次到幾十萬(wàn)次第3代1964-1971中小規(guī)模集成電路體積小，可靠性大大提高，速度達(dá)幾百萬(wàn)次，軟件技術(shù)和外設(shè)發(fā)展迅速應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。第4代1971-1986大/超大規(guī)模集成電路速度提高至幾千萬(wàn)億次出現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)第5代1986-巨大規(guī)模集成電路速度提高至幾億次乃至上百億次。出現(xiàn)單片機(jī)計(jì)算機(jī)的發(fā)展史第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)（ENIAC）5000次加法/秒體重28噸占地170M218,800只電子管1500個(gè)繼電器耗電150KW計(jì)算機(jī)發(fā)展史Top500(2006)—IBMBlueGene計(jì)算機(jī)發(fā)展史Top500(2006.06)計(jì)算機(jī)發(fā)展史摩爾定律早在1964年，英特爾公司創(chuàng)始人戈登.摩爾（GordonMoore）在一篇很短的論文里斷言：每18個(gè)月，集成電路的性能將提高一倍，而其價(jià)格將降低一半。這就是著名的摩爾定律。作為迄今為止半導(dǎo)體發(fā)展史上意義最深遠(yuǎn)的定律，摩爾定律被集成電路近40年的發(fā)展歷史準(zhǔn)確無(wú)誤地驗(yàn)證著微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)什么是微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）采用微處理器為核心構(gòu)造的計(jì)算機(jī)微處理器（Microprocessor）一塊大規(guī)模集成電路芯片微型機(jī)的運(yùn)算和控制核心中央處理單元（CPU：CentralProcessingUnit）相對(duì)來(lái)說(shuō)，微機(jī)性能、價(jià)格、體積較小工作學(xué)習(xí)中使用的個(gè)人微機(jī)生產(chǎn)生活中運(yùn)用的各種智能化電子設(shè)備微處理器的基本性能指標(biāo)字長(zhǎng)微處理器每個(gè)時(shí)間單位處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)例如一次進(jìn)行運(yùn)算、傳輸?shù)奈粩?shù)時(shí)鐘頻率微處理器的處理速度反映微處理器的基本時(shí)間單位集成度表明微處理器的生產(chǎn)工藝水平常用芯片上集成的晶體管數(shù)量來(lái)表達(dá)通用微處理器4位微處理器1971年，Intel4004，第一個(gè)微處理器8位微處理器M6800、Z80和Intel8080/8085Apple公司蘋果機(jī)16位微處理器Intel8086/808816位個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC：PersonalComputer）32位微處理器80386，80486，Pentium～Pentium432位PC機(jī)，APPLE公司的Macintosh機(jī)64位微處理器專用微處理器單片機(jī)（微控制器，嵌入式控制器，MCU）Intel的MCS-48，MCS-51，MCS-96/98系列愛(ài)特梅爾（Atml）公司的AT89系列（與MCS-51兼容），AT91系列（基于ARM內(nèi)核）MicrochipTechnology公司的PIC系列數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）專注于數(shù)字信號(hào)的高速處理美國(guó)德州儀器TI公司TMS320各代產(chǎn)品主要應(yīng)用于通信、消費(fèi)類電子產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用形式：嵌入式系統(tǒng)IP級(jí)結(jié)構(gòu)，芯片級(jí)結(jié)構(gòu)，模塊級(jí)結(jié)構(gòu)808616位結(jié)構(gòu)的微處理器：數(shù)據(jù)總線為16位主存容量1MB：地址總線為20位時(shí)鐘頻率5MHz（IBMPC使用4.77MHz）準(zhǔn)16位微處理器8088：外部數(shù)據(jù)總線為8位IBMPC和PC/XT機(jī)使用Intel8088CPU處理器總線（Bus）微處理器的對(duì)外引腳（Pin）數(shù)據(jù)、地址和控制三組信號(hào)電源和地線處理器總線數(shù)據(jù)總線（DB：DataBus）處理器與存儲(chǔ)器或外設(shè)交換信息的通道個(gè)數(shù)（條數(shù)）是一次能夠傳送數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)地址總線（AB：AddressBus）指定存儲(chǔ)器或外設(shè)的具體單元個(gè)數(shù)反映訪問(wèn)的主存儲(chǔ)器容量或外設(shè)范圍控制總線（CB：ControlBus）控制處理器數(shù)據(jù)傳送等操作一個(gè)信號(hào)兩種狀態(tài)（高或低）兩種編碼（1或0）N：2N地址就是號(hào)碼8028616位數(shù)據(jù)總線，24位地址總線（16MB主存）實(shí)方式（RealMode）與8086工作方式一樣保護(hù)方式（ProtectedMode）提供存儲(chǔ)管理、保護(hù)機(jī)制和多任務(wù)管理的硬件支持IBMPC/AT機(jī)使用Intel80286CPU1KB＝210B＝1024B1MB＝220B＝1024KB1GB＝230B＝1024MB20：22024：22432：2328038632位結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總線32位，地址總線32位，可尋址4GB主存虛擬8086方式（Virtual8086Mode）保護(hù)方式下的8086工作方式系統(tǒng)管理方式（SystemManagementMode）低功耗節(jié)能狀態(tài)英特爾32位結(jié)構(gòu)：IA-32（IntelArchitecture-32）IA-32微處理器：80386，80486，Pentium系列8048680486＝80386＋80387＋8KBCache浮點(diǎn)處理單元FPU8086/8088：8087，80286：80287，80386：80387高速緩沖存儲(chǔ)器Cache微處理器與主存之間速度很快但容量較小的存儲(chǔ)器用于提高整個(gè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的存取速度復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)CISC融合精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)RISC的技術(shù)特點(diǎn)，例如：指令流水線指令執(zhí)行劃分成多個(gè)步驟在多個(gè)部件中獨(dú)立地進(jìn)行多條指令可以在不同的執(zhí)行階段同時(shí)進(jìn)行Pentium俗稱的80586微處理器，奔騰微處理器32位結(jié)構(gòu)，連接主存的外部數(shù)據(jù)總線卻是64位超標(biāo)量（Superscalar）技術(shù)具有可以并行工作的2條整數(shù)處理流水線，可以達(dá)到每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行2條指令雙路高速緩沖結(jié)構(gòu)8KB代碼高速緩沖存儲(chǔ)器8KB數(shù)據(jù)高速緩沖存儲(chǔ)器PentiumPro原稱P6，中文名稱為“高能奔騰”兩個(gè)芯片組成CPU＋一級(jí)（L1）Cache（8KB代碼和8KB數(shù)據(jù)）二級(jí)（L2）Cache（256KB或512KB）擴(kuò)展的超標(biāo)量技術(shù)12級(jí)指令流水線能同時(shí)執(zhí)行3條指令動(dòng)態(tài)執(zhí)行技術(shù)分支預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)流分析和推測(cè)執(zhí)行PentiumII多媒體擴(kuò)展指令（MMX指令）MMX（MutliMediaeXtension）整數(shù)運(yùn)算多媒體指令對(duì)圖像、音頻、視頻和通信方面的程序進(jìn)行優(yōu)化提升微機(jī)對(duì)多媒體的處理能力PentiumMMX（多能奔騰）：MMX指令應(yīng)用于Pentium處理器PentiumII：MMX指令應(yīng)用于PentiumProPentiumIII數(shù)據(jù)流SIMD擴(kuò)展指令（SSE指令）SSE（StreamingSIMDExtensions）浮點(diǎn)單精度多媒體運(yùn)算指令提高浮點(diǎn)3D數(shù)據(jù)的處理能力。SSE指令類似于AMD公司發(fā)布的3DNow!指令PentiumIII：SSE指令應(yīng)用于PentiumII單指令多數(shù)據(jù)SIMDSingleInstructionMultipleData表示一條指令具有同時(shí)處理多組數(shù)據(jù)的能力Pentium4NetBurst的微結(jié)構(gòu)（Microarchitecture）指令級(jí)并行ILP（Instruction-LevelParallel）進(jìn)一步發(fā)掘指令之間可以同時(shí)執(zhí)行的能力超線程HT（HyperThreading）線程級(jí)并行TLP（Thread-LevelParallel）發(fā)掘程序中的并行性一個(gè)物理處理器形成兩個(gè)邏輯處理器SSE2指令增強(qiáng)浮點(diǎn)雙精度多媒體運(yùn)算能力SSE3指令增強(qiáng)和完善MMX，SSE和SSE2指令I(lǐng)ntel80x86微處理器Celeron（賽揚(yáng)）微處理器面向低端（低價(jià)位）PC機(jī)Xeon（至強(qiáng)）微處理器面向高端服務(wù)器、工作站AMD微處理器AMD公司生產(chǎn)的IA-32微處理器兼容芯片Intel公司最主要的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手雙核微處理器單芯片多處理器SMP技術(shù)Intel的PentiumD：?jiǎn)涡酒pPentium4核心64位微處理器AMD的K8核心：兼容IA-32的64位微處理器Intel的EM64T（擴(kuò)展64位技術(shù)）：IA-32的64位擴(kuò)展微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)1.微處理器2.存儲(chǔ)器3.I/O接口和I/O設(shè)備4.系統(tǒng)總線控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB微處理器I/O設(shè)備I/O接口存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線BUS微處理器微機(jī)的核心、控制中心，中央處理器CPU大規(guī)模集成電路VLSI芯片，集成控制器運(yùn)算器（整數(shù)運(yùn)算器）寄存器（高速存儲(chǔ)單元）高性能微處理器內(nèi)部還有浮點(diǎn)處理單元甚至多媒體數(shù)據(jù)運(yùn)算單元存儲(chǔ)管理單元、代碼保護(hù)機(jī)制Cache……存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器（Memory）是存放程序和數(shù)據(jù)的部件高性能微機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)微處理器內(nèi)部的寄存器（Register）高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）主板上的主存儲(chǔ)器以外設(shè)形式出現(xiàn)的輔助存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器（主存、內(nèi)存）半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片組成RAM部分?jǐn)嚯姾笮畔G失相對(duì)造價(jià)高、速度快、但容量小輔助存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱輔存或外存）磁盤、光盤存儲(chǔ)器等構(gòu)成相對(duì)造價(jià)低、容量大、信息可長(zhǎng)期保存，但速度慢RAM和ROMI/O接口和I/O設(shè)備I/O設(shè)備（Peripheral）：用戶與微機(jī)交互輸入（Input）設(shè)備，如標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備：鍵盤輸出（Output）設(shè)備，如標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備：顯示器I/O接口（Interface）：外設(shè)和主機(jī)間的橋梁完成信號(hào)變換、數(shù)據(jù)緩沖、聯(lián)絡(luò)控制等工作較簡(jiǎn)單的I/O接口電路與主板一體較復(fù)雜的I/O接口電路制成獨(dú)立的電路板（接口卡Card）系統(tǒng)總線總線（Bus）：傳遞信息的一組公用導(dǎo)線、信息通道系統(tǒng)總線（SystemBus）：微機(jī)系統(tǒng)中信息交換的主要公共通道地址總線：?jiǎn)蜗蜉敵鲋鞔鎲卧騃/O端口的地址信息數(shù)據(jù)總線：讀（Read）操作數(shù)據(jù)輸入微處理器；寫（Write）操作數(shù)據(jù)輸出到外界（主存或外設(shè)）控制總線：有些控制信號(hào)或狀態(tài)信號(hào)輸出；有些請(qǐng)求或聯(lián)絡(luò)信號(hào)輸入微機(jī)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)，總線連接使得微機(jī)組合靈活、擴(kuò)展方便個(gè)人微機(jī)8位時(shí)代：Apple-II機(jī)，中華學(xué)習(xí)機(jī)16位時(shí)代：IBMPC系列機(jī)1981年，IBMPC機(jī)：Intel8088，DOS1982年，IBMPC/XT（ExpandedTechnology）1984年，IBMPC/AT（AdvancedTechnology）IBMPC/XT/AT機(jī)的兼容微機(jī)32位時(shí)代：32位PC機(jī)IA-32或其兼容微處理器Windows或Linux64位時(shí)代：……計(jì)算機(jī)是由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、適配器、總線和輸入/輸出設(shè)備組成的。都是由元件構(gòu)成的有形物體，因而稱為硬件或硬設(shè)備。硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)際物理裝置的總稱計(jì)算程序，因?yàn)樗菬o(wú)形的東西，稱為軟件或軟設(shè)備。軟件是指在硬件上運(yùn)行的程序和相關(guān)的數(shù)據(jù)及文檔硬件是軟件的工作基礎(chǔ)，軟件是硬件功能的擴(kuò)充和完善。兩者相互依存，相互促進(jìn)。軟件與硬件的結(jié)合，構(gòu)成完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)＝硬件系統(tǒng)＋軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件＝程序＋數(shù)據(jù)＋文檔軟件分類操作系統(tǒng) 語(yǔ)言處理程序服務(wù)性程序應(yīng)用軟件辦公軟件包數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)瀏覽器實(shí)時(shí)控制軟件診斷、排錯(cuò)程序反病毒程序備份程序文件壓縮程序卸載程序圖形圖像處理軟件其它應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件目的程序早期計(jì)算機(jī)中，人們直接用機(jī)器語(yǔ)言編寫程序，計(jì)算機(jī)完全可以“識(shí)別”并能執(zhí)行，所以又叫做目的程序用機(jī)器語(yǔ)言編寫程序很繁瑣，又耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，容易出錯(cuò)，出錯(cuò)后尋找錯(cuò)誤也相當(dāng)費(fèi)事，大大限制了計(jì)算機(jī)的使用匯編程序?yàn)榱司帉懗绦蚍奖惴g和提高機(jī)器的使用效率，人們發(fā)明了匯編語(yǔ)言借助于匯編程序，計(jì)算機(jī)本身自動(dòng)地把符號(hào)語(yǔ)言表示的程序（稱為匯編源程序）翻譯成用機(jī)器語(yǔ)言表示的目的程序用約定的文字、符號(hào)和數(shù)字（助記符）按規(guī)定的格式來(lái)表示各種不同的指令高級(jí)語(yǔ)言為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)化和便于程序交流，使不熟悉具體計(jì)算機(jī)的人也能很方便地使用計(jì)算機(jī)，人們又創(chuàng)造了各種接近于數(shù)學(xué)語(yǔ)言的算法語(yǔ)言（高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言）算法語(yǔ)言是指按實(shí)際需要規(guī)定好的一套基本符號(hào)以及由這套基本符號(hào)構(gòu)成程序的規(guī)則。比較接近數(shù)學(xué)語(yǔ)言，直觀通用，與具體機(jī)器無(wú)關(guān)，只要稍加學(xué)習(xí)就能掌握，便于推廣使用計(jì)算機(jī)編譯程序用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫的程序稱為源程序，這種源程序不能由機(jī)器直接識(shí)別和執(zhí)行，必須給計(jì)算機(jī)配備一個(gè)即懂算法語(yǔ)言又懂機(jī)器語(yǔ)言的“翻譯”，才能把源程序翻譯為機(jī)器語(yǔ)言通常采用下面兩種方法：編譯系統(tǒng)：

用編譯程序?qū)⒃闯绦蚓幾g成機(jī)器語(yǔ)言形式的目的程序，然后在目標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行解釋系統(tǒng)：逐個(gè)解釋并立即執(zhí)行源程序的語(yǔ)句，它不是編出目的程序后再執(zhí)行，而是直接逐一解釋語(yǔ)句并得出計(jì)算結(jié)果計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)用戶級(jí)高級(jí)語(yǔ)言級(jí)匯編語(yǔ)言級(jí)系統(tǒng)軟件級(jí)機(jī)器級(jí)控制級(jí)數(shù)字邏輯級(jí)

應(yīng)用軟件

系統(tǒng)軟件

軟硬件界面物理機(jī)虛擬機(jī)硬件固件硬件直接執(zhí)行Level0(門電路、電子線路)Level1(微程序或硬布線)Level2(指令集結(jié)構(gòu)ISA)Level3(操作系統(tǒng)、庫(kù)代碼)Level4(匯編語(yǔ)言代碼)Level5(C++，Java，等)Level6(可執(zhí)行程序)軟硬件界面（Interface）assemblercomplierOperatingSystemlibraryISAS/WH/WApplicationS/W：Software軟件H/W：Hardware硬件ISA：InstructionSetArchitecture指令集結(jié)構(gòu)軟件與硬件的邏輯等價(jià)性隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和軟件硬化的趨勢(shì)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟、硬件界限已經(jīng)變得模糊了任何操作可以由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)；任何指令的執(zhí)行可以由硬件完成，也可以由軟件來(lái)完成對(duì)于某一功能采用硬件方案還是軟件方案，取決于器件價(jià)格、速度、可靠性、存儲(chǔ)容量、變更周期等軟件的特點(diǎn)

易于實(shí)現(xiàn)各種邏輯和運(yùn)算功能，但是常受到速度指標(biāo)和軟件容量的制約；硬件的特點(diǎn)

可以高速實(shí)現(xiàn)邏輯和運(yùn)算功能，但是難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能或計(jì)算，受到控制復(fù)雜性指標(biāo)的制約。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(Computerarchitecture）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件與硬件的界面－－指令系統(tǒng)程序員所看到的計(jì)算機(jī)屬性－－外特性計(jì)算機(jī)組成(Computerorganization）＝組織計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)(Computerimplementation）計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，組成，實(shí)現(xiàn)是三個(gè)完全不同的概念，相互間有著十分密切的依賴關(guān)系和相互的影響。廣義的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)即包括經(jīng)典的指令集結(jié)構(gòu)，也包括計(jì)算機(jī)組成和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究結(jié)構(gòu)、組成和實(shí)現(xiàn)一種體系結(jié)構(gòu)可以有多種組成一種組成可以有多種物理實(shí)現(xiàn)是否設(shè)置乘方/開(kāi)方指令邏輯設(shè)計(jì)1(硬聯(lián)電路)實(shí)現(xiàn)方案1(V1,$1,T1)邏輯設(shè)計(jì)3(微程序)邏輯設(shè)計(jì)2(ROM查表)實(shí)現(xiàn)方案2(V2,$2,T2)實(shí)現(xiàn)方案3(V3,$3,T3)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是否系列機(jī)和兼容機(jī)系列機(jī)在一個(gè)廠家內(nèi)生產(chǎn)的具有相同的體系結(jié)構(gòu)，具有不同組成和實(shí)現(xiàn)的一系列不同型號(hào)的機(jī)器IBMPC系列機(jī)兼容機(jī)不同廠家生產(chǎn)的具有相同體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)IBMPC/AT兼容機(jī)軟件兼容軟件兼容：同一個(gè)軟