主要内容：
计算机的基本概念
系统硬件组成 （主要部件、系统结构）
计算机的性能指标
第一章 概论
第一节 计算机的基本概念
1.1.1 冯 · 诺依曼思想
1,用二进制代码表示程序和数据；
2,计算机采用存储程序的工作方式；
3,计算机硬件由存储器、运算器、控制
器、输入设备和输出设备组成。
1.1.2 信息的数字化表示
1,在计算机中用数字代码表示各种信息
二进制代码
例 1 用数字代码表示数据
5
- 5
表示为 0 101
表示为 1 101
例 2 用数字代码表示字符
A
B
表示为 1000001
表示为 1000010
例 3 用数字代码表示命令、状态
启动
停止
正在工作
工作结束
表示为 00
表示为 01
表示为 10
表示为 11
2,在物理机制上用数字信号
数字型电信号
例 1 用电平信号表示数 字代码
高电平 1
低电平
高电平
0
1
例 2 用脉冲信号表示数 字代码
有脉冲 无脉冲 有脉冲
1 0 1
表示数字代码
实现并行
操作
实现串行
操作
1.1.3 存储程序工作方式
1.事先编制程序
3.自动、连续地执行程序
2.事先存储程序
传统诺依曼机串行执行指令。
对传统诺依曼机的改造：增加 并
行处理 功能。
第二节 计算机系统的硬件组成
1.2.1 主要功能部件
1,CPU
由运算器、控制器组成。
（ 1） 运算器
1）功能,加工信息 。
2）组成：
移位器
ALU
选择器
通用寄存器组
选择器
移位器
ALU
选择器
通用寄存器组
选择器ALU,通过加法器实现运算
操作（由全加器求和、由进位
链传递进位信号）。
移位器
ALU
选择器
通用寄存器组
选择器
通用寄存器组：提供操作数，
存放运算结果。
移位器
ALU
选择器
通用寄存器组
选择器
选择器：选择操作数；选择控
制条件，实现各种算法。
移位器
ALU
选择器
通用寄存器组
选择器
移位器：直接或者移位
送出运算结果。
3）讨论
几种典型的运算器组成
几种主要的运算方法（定、浮）
（ 2）控制器
1）功能,产生控制命令 (微命令 )，
控制全机操作 。
2）组成：
微命令发生器
指
令
信
息
状
态
信
息
时
序
信
号
微命令序列
微命令产生方式（指令执行控制方式）：
3）讨论
两种控制器组成原理与控制机制；
模型机的 数据通路结构 和 指令执行
过程 。
组合逻辑控制方式：
微程序控制方式：
由组合逻辑电
路产生微命令
由微指令产生
微命令
存储体
地
址
寄
存
器
译
码
器
读/
写
线
路
数
据
寄
存
器
控制线路
………… …………
2,存储器
1）功能, 存储信息 。
2）组成（主存储器）：
存储体
地
址
寄
存
器
译
码
器
读/
写
线
路
数
据
寄
存
器
控制线路
………… …………
存储体, 存放信息的实体。
寻址系统,对地址码译码，
选择存储单元。
读 /写线路和数据寄存器,完成读 /写
操作，暂存读 /写数据。
存储体
地
址
寄
存
器
译
码
器
读/
写
线
路
数
据
寄
存
器
控制线路
………… …………
控制线路,产生读 /写时序，控制读 /
写操作。
3,输入 /输出设备
1）功能,转换信息 。
输入,原始信息 代码，送入主机
输出,处理结果 人所能接受的形式，
并输出（代码）
2）讨论
显示器的工作原理和 信息转换
过程 。
3）讨论
存储单元读 /写原理,存储器逻辑设计
1.2.2 硬件系统结构
1,以总线为基础的系统结构
总线：能为多个部件分时共享的
一组信息传送线路。
总 线
部
件
部
件
部
件
总 线
功能 内总线
局部总线
系统总线
外总线
信息 地址总线
数据总线
控制总线
时序 同步总线
异步总线
格式 并行总线
串行总线
方向 单向总线
双向总线
（ 1）以 CPU为中心的双总线结构
CPU
M
接口 接口
I/O I/O
I/O 总线
M 总线
（ 2）单总线结构
CPU M 接口 接口
I/O I/O
系 统 总 线
（ 3）以 M为中心的双总线结构
CPU M 接口 接口
I/O I/O
系 统 总 线
M 总线
（ 4）多级总线结构
CPU
RAM ROM 公共接口
总线控制逻辑
M扩展板 I/O接口板
局部总线
系统总线
2,采用通道或 IOP的大型系统结构
（ 1）带通道的系统
I/O控制器主机 I/O通道
（ 2）带 IOP的系统
CPU M 接口
I/O
IOP
LM 接口
I/O
系统总线
I/O总线
3,模型机系统结构
系 统 总 线
CPU M 公共接口 接口 接口
I/O I/O
4,讨论
接口,中断接口, DMA接口
总线：分类、信号组成
第三节 计算机系统的性能指标
1,基本字长
指操作数的基本位数。
它影响计算精度、指令功能。
2,存储容量
（ 1）主存容量
指存储单元个数×位数。
决定地址位数 表明编址单位
表示为,字数×字长 （按字编址） 或
字节数 （按字节编址）
（ 2）外存容量
常表示为 字节数 。
外存容量与地址码位数无关 。
3,运算速度
（ 1）定点 /浮点四则运算时间
（ 2）每秒平均执行的指令条数（ MIPS）
（ 3） CPU时钟频率（ MHz）
总线位数×总线时钟频率
8
5,处理功能
（ 1）指令系统功能（ 寻址方式, 指令
类型 ）
（ 2）系统软件配置
总线带宽 =
4,数据传输率
（ B/S）
计算机的基本概念
系统硬件组成 （主要部件、系统结构）
计算机的性能指标
第一章 概论
第一节 计算机的基本概念
1.1.1 冯 · 诺依曼思想
1,用二进制代码表示程序和数据；
2,计算机采用存储程序的工作方式；
3,计算机硬件由存储器、运算器、控制
器、输入设备和输出设备组成。
1.1.2 信息的数字化表示
1,在计算机中用数字代码表示各种信息
二进制代码
例 1 用数字代码表示数据
5
- 5
表示为 0 101
表示为 1 101
例 2 用数字代码表示字符
A
B
表示为 1000001
表示为 1000010
例 3 用数字代码表示命令、状态
启动
停止
正在工作
工作结束
表示为 00
表示为 01
表示为 10
表示为 11
2,在物理机制上用数字信号
数字型电信号
例 1 用电平信号表示数 字代码
高电平 1
低电平
高电平
0
1
例 2 用脉冲信号表示数 字代码
有脉冲 无脉冲 有脉冲
1 0 1
表示数字代码
实现并行
操作
实现串行
操作
1.1.3 存储程序工作方式
1.事先编制程序
3.自动、连续地执行程序
2.事先存储程序
传统诺依曼机串行执行指令。
对传统诺依曼机的改造：增加 并
行处理 功能。
第二节 计算机系统的硬件组成
1.2.1 主要功能部件
1,CPU
由运算器、控制器组成。
（ 1） 运算器
1）功能,加工信息 。
2）组成：
移位器
ALU
选择器
通用寄存器组
选择器
移位器
ALU
选择器
通用寄存器组
选择器ALU,通过加法器实现运算
操作（由全加器求和、由进位
链传递进位信号）。
移位器
ALU
选择器
通用寄存器组
选择器
通用寄存器组：提供操作数，
存放运算结果。
移位器
ALU
选择器
通用寄存器组
选择器
选择器：选择操作数；选择控
制条件，实现各种算法。
移位器
ALU
选择器
通用寄存器组
选择器
移位器：直接或者移位
送出运算结果。
3）讨论
几种典型的运算器组成
几种主要的运算方法（定、浮）
（ 2）控制器
1）功能,产生控制命令 (微命令 )，
控制全机操作 。
2）组成：
微命令发生器
指
令
信
息
状
态
信
息
时
序
信
号
微命令序列
微命令产生方式（指令执行控制方式）：
3）讨论
两种控制器组成原理与控制机制；
模型机的 数据通路结构 和 指令执行
过程 。
组合逻辑控制方式：
微程序控制方式：
由组合逻辑电
路产生微命令
由微指令产生
微命令
存储体
地
址
寄
存
器
译
码
器
读/
写
线
路
数
据
寄
存
器
控制线路
………… …………
2,存储器
1）功能, 存储信息 。
2）组成（主存储器）：
存储体
地
址
寄
存
器
译
码
器
读/
写
线
路
数
据
寄
存
器
控制线路
………… …………
存储体, 存放信息的实体。
寻址系统,对地址码译码，
选择存储单元。
读 /写线路和数据寄存器,完成读 /写
操作，暂存读 /写数据。
存储体
地
址
寄
存
器
译
码
器
读/
写
线
路
数
据
寄
存
器
控制线路
………… …………
控制线路,产生读 /写时序，控制读 /
写操作。
3,输入 /输出设备
1）功能,转换信息 。
输入,原始信息 代码，送入主机
输出,处理结果 人所能接受的形式，
并输出（代码）
2）讨论
显示器的工作原理和 信息转换
过程 。
3）讨论
存储单元读 /写原理,存储器逻辑设计
1.2.2 硬件系统结构
1,以总线为基础的系统结构
总线：能为多个部件分时共享的
一组信息传送线路。
总 线
部
件
部
件
部
件
总 线
功能 内总线
局部总线
系统总线
外总线
信息 地址总线
数据总线
控制总线
时序 同步总线
异步总线
格式 并行总线
串行总线
方向 单向总线
双向总线
（ 1）以 CPU为中心的双总线结构
CPU
M
接口 接口
I/O I/O
I/O 总线
M 总线
（ 2）单总线结构
CPU M 接口 接口
I/O I/O
系 统 总 线
（ 3）以 M为中心的双总线结构
CPU M 接口 接口
I/O I/O
系 统 总 线
M 总线
（ 4）多级总线结构
CPU
RAM ROM 公共接口
总线控制逻辑
M扩展板 I/O接口板
局部总线
系统总线
2,采用通道或 IOP的大型系统结构
（ 1）带通道的系统
I/O控制器主机 I/O通道
（ 2）带 IOP的系统
CPU M 接口
I/O
IOP
LM 接口
I/O
系统总线
I/O总线
3,模型机系统结构
系 统 总 线
CPU M 公共接口 接口 接口
I/O I/O
4,讨论
接口,中断接口, DMA接口
总线：分类、信号组成
第三节 计算机系统的性能指标
1,基本字长
指操作数的基本位数。
它影响计算精度、指令功能。
2,存储容量
（ 1）主存容量
指存储单元个数×位数。
决定地址位数 表明编址单位
表示为,字数×字长 （按字编址） 或
字节数 （按字节编址）
（ 2）外存容量
常表示为 字节数 。
外存容量与地址码位数无关 。
3,运算速度
（ 1）定点 /浮点四则运算时间
（ 2）每秒平均执行的指令条数（ MIPS）
（ 3） CPU时钟频率（ MHz）
总线位数×总线时钟频率
8
5,处理功能
（ 1）指令系统功能（ 寻址方式, 指令
类型 ）
（ 2）系统软件配置
总线带宽 =
4,数据传输率
（ B/S）
