计算机组成原理计算机系统概述思维导图

illusion

2022-07-20

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计算机组成原理计算机系统概述思维导图

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计算机组成原理计算机系统概述

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思维导图大纲

计算机系统概述

计算机系统简介

计算机软硬件概念

硬件：是指计算机的实体部分，由各种电子元件各类光、电、机设备的实物组成；如主机外部设备。

软件

机器语言：用二进制代码0或1描述不同的指令，编程人员需要记忆每一条指令的二进制编码。机器语言的优点是计算机可以直接识别执行。

汇编语言：都是直接对硬件操作只不过指令采用了英文缩写的标识符更容易被识别和记忆，汇编语言的程序必须经过一个称为汇编语言的系统软件翻译，将其转换为机器语言后才能在计算机的硬件系统上运行

高级语言：需要经过编译程序编译成汇编语言程序，然后经过汇编操作得到机器语言程序，或者直接由高级语言翻译成机器语言程序。高级语言的优点就是方便编程人员写出问题的解决处理方案和解题过程。

指计算机系统内的程序及其文档，程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述；文档是为了便于了解程序所需的阐明性资料。

系统软件：标准数据库、语言处理程序、操作系统、服务程序、数据库管理系统、网络软件等

应用软件：用户用户任务需要所编制的各种程序，如就科学计算程序，数据处理程序、过程控制程序、事务管理程序等

计算机性能取决于软硬件功能的总和。

计算机系统的层次结构

汇编程序：汇编语言程序（源程序）一次翻译成机器语言程序。

解释程序：一句一句的翻译并执行，直到程序结束。

编译程序：将高级语言翻译成机器语言

多层次结构计算机系统

虚拟机器M4（高级语言程序）：用编译程序翻译成汇编语言程序；

虚拟机器M3（汇编语言程序）：用汇编程序翻译成机器语言程序；

虚拟机器M2（操作系统机器）：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；

计算机组成与计算机结构体系

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

计算机体系结构：是指那些能被程序员所见到的计算机系统属性，及概念性的结构与功能特性。

计算机的基本组成（硬件）

冯诺依曼计算机的特点

计算机由运算器、存储器、控制器、输入输出设备五大部件组成的。

指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址访问。

指令和数据均用二进制代码表示。

指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的属性，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，指令时顺序执行的，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输通过运算器完成

计算机硬件的基本组成

存储器

主存储器（主存，也称内存储器）：能直接被CPU访问，主存储器是存放程序和数据的部件，是计算机实现“存储程序控制”的基础。

辅助存储器（辅存，也称外存储器）：用于帮助主存储器记忆更多的信息，辅存中的信息必须调入主存后，才能被CPU访问。

存储元：也可以成为存储元件和存储基元，用来存放一位二进制信息。

存储单元：由若干个存储元组成，能存放多位二进制信息

存储体：许多存储单元可组成存储体（存储矩阵）

存储字：每个存储单元中二进制代码的组合即为存储字，可代表数值、指令和地址等。

存储子长：每个存储单元中二进制代码的位数就是存储子长。

存储容量：存储容量应该包括主存容量和辅存容量；存储容量=存储容量×存储子长

运算器

运算器是对信息进行处理和运算的部件，主要功能是进行算术和逻辑运算。

通用寄存器：存放暂存操作数和中间结果、

ACC（累加器）

MQ（乘商寄存器）

X（操作数寄存器）

IX（变址寄存器）

BR（基址寄存器）

PSW（程序状态寄存器）

控制器

计算机中有两种信息在流动：一种是控制信息；另一种是数据信息。

控制器是计算机的神经中枢，由他指挥各部件自动协调的工作。

完成一条指令的操作需要取指、分析和执行三个过程。

PC（程序计数器）：用来存放当前预执行指令的地址，可以自动+1形成下一条指令的地址，它与主存的MAR之间有一条直接通路。

IR（指令寄存器）：用来存放当前的指令，其内容来自MDR。

CU（控制单元）：用来分析当前指令所需完成的操作，并发出各种微操作命令序列，用以控制所有被控对象。

OP：指令中的操作码字段

Ad：指令中的地址吗字段

输入设备

将人们所熟悉的信息形式转换成计算机可以接收并识别的信息形式设备

输出设备

将二进制转换成人类或者其他设备可以接收并识别的

其中运算器+控制器=CPU，CPU+主存储器=主机，I/O设备又称为外部设备。

计算机的工作原理或者步骤

上机前准备

建立数学模型

确定计算方法

编制解题程序

计算机的工作过程

计算机工作的过程就是不断从存储器中逐条取出指令，然后送至控制器，经分析后由CPU发出各种操作指令，指挥各部件完成各种操作，直至程序中全部指令执行结束

软硬件在逻辑上是等效的，对于某一功能来说，其既可以用软件实现也可以用硬件实现，则称为软硬件在逻辑上是等效的。一般来说，一个功能使用硬件实现效率较高，但硬件成本远高于软件；使用软件实现可以提高灵活性，但效率往往不如硬件实现高

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