文档介绍：第1章概论
本章学习目标
本章将介绍计算机存储程序控制的概念,详细讲解计算机的硬件和软件组成、计算机的工作过程以及计算机的系统结构。通过本章的学习,应该重点掌握和理解以下内容:
掌握存储程序控制的概念
掌握计算机的硬件、软件基本概念以及它们之间的关系
了解计算机的工作过程、性能评价
掌握计算机的组成和系统结构
了解大中型计算机的典型结构
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第一章
第1章概论
电子计算机与存储程序控制
计算机系统
计算机的工作过程与性能
计算机系统结构
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第一章
电子计算机与存储程序控制
存储程序概念
计算机的硬件组成
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第一章
电子计算机与存储程序控制
1964年2月,以ENIAC(Electronic Numerical Integrator puter)命名的世界上第一台电子计算机诞生了。它是在美国陆军部的主持下,由美国宾西法尼亚大学设计研制出来的。电子计算机是一种不需要人工直接干预,能够自动、高速、准确地对各种信息进行处理和存储的电子设备。从今天的角度来看,ENIAC的性能并不好,但是它的历史意义远远超出其实用价值,它是科学发展史上一个重要的里程碑,它揭开了计算机时代的序幕。从第一台电子计算机诞生至今,随着计算机逻辑原件的不断发展,把电子计算机分为电子管、晶体管、集成电路以及大规模集成电路、超大规模集成电路四个发展阶段,称为四代。现在正在研制第五代计算机——人工智能计算机,第五代计算机将具有智能的知识信息处理系统,实现对自然语言、图形、图像与文字的综合处理,能积累知识,总结经验,具有再学习的能力。
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第一章
存储程序概念
美籍匈牙利数学家约翰·冯·诺依曼(John Von Neumann)等人于1946年6月在一篇题为《关于电子计算机仪器逻辑设计的初步探讨》的报告中,首次提出了“存储程序控制”的概念,其内容可以概括为以下三点:
第一,计算机有运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。
第二,计算机内部采用二进制数来表示指令和数据。
第三,采用存储程序方式,这是冯·诺依曼思想的核心内容。它意味将事先编好的程序(包含指令和数据)存入主存储器中,计算机在运行程序时就能自动地、连续地从存储器中依次取出指令且执行,这就是“存储程序控制”的基本含义。它是计算机能高速自动运行的基础。
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第一章
计算机的硬件组成
根据“存储程序控制”的概念,由运算器、存储器、控制器、输入/输出设备五大基本部件组成的计算机称为冯·诺依曼计算机。其典型结构框图如图1-1所示,
图1-1 典型的冯·诺依曼计算机结构框图
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第一章
早期的冯·诺依曼计算机在结构上是以运算器为中心的,但演变到现在,已转向以存储器为中心了。图1-2为计算机最基本的组成框图。
图1-2 计算机最基本的组成框图
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第一章
通常将控制器和运算器合称为中央处理器(Central Processing Unit,简称CPU),中央处理器和主存储器一起组成主机部分,除去主机以外的硬件装置(如输入/输出设备、外部存储器等)称为外围设备或外部设备,简称外设。
运算器是对数据信息进行处理的部件,经常执行的运算是算术运算和逻辑运算,所以运算器又称为算术逻辑部件(ALU——Arithmetic and Logical Unit)。
算术运算包括加、减、乘、除及其复合运算,但最终都可归结为加法和移位两种基本操作,因此,通常把加法器看作运算器的核心。逻辑运算一般指逻辑加、逻辑乘、逻辑取反及异或操作等。
运算器中还有若干个通用寄存器,用来暂存操作数,并存放运算结果。寄存器的存取速度比存储器的存储速度快得多。
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第一章
图1-3 运算器结构示意图
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第一章
存储器是用来存储程序和各种数据信息的记忆部件,是计算机能够实现“存储程序控制”的基础。
在计算机系统中,规模较大的存储器往往分为若干级,称为存储系统。图1-4所示的是常见的三级存储系统。主存储器(简称主存或内存)可和CPU直接交换信息,存取速度快但容量较小,一般用来存放当前正在执行的程序和数据。辅助存储器(简称辅存或外存)设置在主机外部,它的存储容量大,但存取速度较慢,一般用来存放暂时不参与运算的程序和数据,这些程序和数据在需要时可传送到主存,因此它是主存的补充和后援。当CPU速度很高时,为了使访问存储