计算机的工作原理

第三章计算机的工作原理

3.1 计算机的结构特点

一、冯.诺伊曼体系结构

冯.诺依曼结构计算机的组成和工作原理。

特点：

1、由运算器、存储器、控制器和I/O设备组成；

2、指令和数据以同等地位存放在存储器中，按地址寻访；

3、指令和数据均以二进制表示；

4、指令由操作码和数据组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数存放在存

储器中的地址；

5、指令在存储器中顺序存放，顺序执行，特定情况下根据条件改变执行的顺序；

6、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都通过运算器完成。

二、中央处理器(CPU)的组成

1、运算器：运算器由算术逻辑部件(ALU)和一些寄存器组成，是直接进行数据交换和运算的

部件；

2、控制单元：控制单元用来指挥和控制程序和数据的输入、运行和处理。

3、寄存器：

寄存器组：用于存储数据；

累加器(ACC)：提供给ALU的两个操作数之一，并存储计算结果；

标志寄存器(FR)：用于存储某些重要的状态和特征，每个状态用一位标志；

程序寄存器：用于存放下一条要执行指令的地址码；

指令寄存器：存放当前要执行的指令，由指令译码器进行译码，确定应进行什么操作，

通过操作控制器产生相应的控制信号。

地址寄存器、数据寄存器。

4、协处理器：

三、冯.诺伊曼结构的演化

1.控制部件设计的多样化

a)用逻辑电路设计实现；

b)微程序设计实现。

2.采用总线结构

总线：是连接各部件的一组公共信号线，是传送信号和代码的公共通道。

所谓总线实际上就是一组信号连线，每个计算机部件都要与这组信号向相连，每根信号线只有两个状态，高电平和低电平。

这种总线称为外部总线或系统总线，系统总线中的信号线根据其功能的不同又可以分为三类：

1)数据总线：用来传输各功能部件之间的数据信息，是双向传输总线，位数与机器字长

有关；

2)地址总线：用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存中的地址，是单向传输总

线，地址总线的个数与存储器单元的个数有关，称为寻址能力；

3)控制总线：用来发出各种控制信号的传输线，每一根控制总线是单向的。常见的控制

总线有：1）时钟，2）复位，3）中断请求，4）存储器读、写，5）I/O读、写。

由于数据总线是双向总线，每个部件都可以向数据总线上发出数据信号，也可以接收数据总线上数据信号。同一时刻只能有一个部件发出数据信号，其它部件可以接收数据信号。一般来说，每一次的数据传输都是CPU与某一个特定的部件之间的数据传输，其它部件需要与数据总线“断开”，这就需要有一个三态门来实现。

数据线相连，控制端由控制线和地址线组合逻辑产生。同样利用三态缓冲器也可以实现双向的数据总线。（P47，图3.4）

3.以存储器为中心

现代计算机已经从以运算器为中心转化为以存储器为中心。存储器用来存放数据和程序。主存储器可以分为随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。主存储器通过数据总线、地址总线和控制总线同CPU相连。

对主存储的操作分为两种：读操作和写操作。读操作是从存储器中取出信息的过程；写操作时将信息写入存储器的过程。

在主存储器中包含大量的存储单元，每个存储单元可以存储一个数据，数据长度可以是8位，16位，32位或64位。

CPU每一次只能对存储器中的一个存储单元进行读操作或写操作，CPU通过地址总线将一组地址信号发送到地址译码器，地址译码器译出该地址，选中相应的存储单元，然后CPU在发出一个读信号或写信号，读写信号用来控制数据传送的方向。（参考图3.4中的C1和C2信号）CPU对存储器的读写过程参考p48,p49，图3.5和3.4。

4.输入/输出系统功能的加强

3.2 指令系统

前面我们了解了计算机的基本结构，那么我们如何指挥计算机来完成某项工作哪？这就需要向计算机（CPU）发出一系列的指令，CPU执行这些指令来完成某项工作。

一般来说CPU只能完成一些简单的、基本的操作，每一个基本操作称作一个指令，CPU所能够执行的所有指令是有限的，这些指令构成的集合称为指令系统。每一个CPU的指令系统都是不同的。

一、指令系统的基本概念

机器指令：命令机器做某种操作的一条语句称为一个机器指令。指令是CPU唯一能识别的语言。指令在计算机内部是以2进制的数码来表示的，位数可以是8位、16位、32位等等。每一条指令的执行一般都是由一个特定的硬件电路或一组硬件电路来实现。

指令系统：全部机器指令的集合称为指令系统。

二、指令格式

操作码：是一条指令的操作类型或作用；

操作数：代表需要处理的数，或参与操作数的地址。

在一条指令中，操作码有且只能有一个，而操作数可以不止一个，也可以一个没有。有些计算机系统中要求每条指令的位数是相同的，有些计算机系统中指令的位数可以是不同的，一般来说操作码的位数是相同的，而操作数的位数有可能不同。对一个包括n位的操作码来说，最多可以表示2n条指令。

三、指令系统实例

某计算机系统中，指令字长为16位，操作码为8位，操作码为8位，ACC为寄存器，累加器。

下面我们来编制程序实现：2

5x 6x 7(5x 6)x 7++=++，其中x 存放在07H 存储单元中，计算结果保存在08H 单元中。

3.3 中央处理器(CPU)

一、CPU 的基本结构

1) 数的存储：寄存器、锁存器、存储器

2)累加器AC：运算之前保存一个操作数，运算之后保存运算结果，CPU中可以有一个或多

个累加器；

3)通用寄存器组：可以用来保存数据，也可以参与计算，存取非常速度快，但一般数量不多；

4)标志寄存器：用来记录CPU当前运行的一些状态，如加减法的进位，溢出，计算结果的正

负，运算结果是否为0等等；

5)程序计数器PC：存放下一条要执行的指令的地址码；

6)地址寄存器AR：与地址总线相连，给出操作内存单元的地址；

7)指令寄存器IR：保存取出的指令码；

8)数据缓冲寄存器DR：与数据总线相连，保存要写入内存的数据或从内存中读出的数据；

9)指令译码器：解释指令码的意义。

二、CPU的基本操作

1)取指令：PC地址→地址寄存器→地址总线

控制单元→读信号

数据总线→数据缓冲寄存器→指令寄存器→译码器→操作单元

PC地址+1

2)读数据：地址码→地址寄存器→地址总线

CU→读信号

数据总线→数据缓冲寄存器→ACC

3)写数据：地址码→地址寄存器→地址总线

ACC→数据缓冲寄存器→数据总线

CU→写信号

举例：

CPU 工作过程：

取操作码→

取操作数→取操作码→取操作数→执行加法→取操作码→取操作数→存数→停机 三、CPU 的控制器和机器时钟 CPU 取指令、取操作数、存数等等的一系列的操作都可以分解为若干个微操作，同时需要CU 发出相应的信号来指挥CPU 中的各个部件，以及CPU 外部的各个部件协调工作。

时序：正确执行一条指令时，为该条指令中的每个微操作所安排的时间表称为时序。计算机中的时间最基本的单位是机器时钟，由机器时钟可以产生出多个周期。

时钟周期：一个时钟信号的周期称为时钟周期；

机器周期：CPU 完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期； 指令周期：CPU 完成一条指令所需要的时间称为指令周期。

3.4 CPU 控制器的设计问题

一、CPU 控制器的设计方法

1、 数字逻辑设计方法

微操作控制

微操作：每条指令的执行过程可以分解为若干个小的操作，其中每个操作称为一个微操作。 比如：加法需要进行如下一系列操作：

ACC →加法器；

地址码→地址寄存器→地址总线； 数据总线→数据缓冲寄存器→加法器； 加法器进行加法运算； 结果→ACC 。

设计方法：

1) 分解每一条指令为若干个微操作；

2) 为每个微操作设计逻辑电路；

3) 每一条指令的控制电路由若干个微操作的逻辑电路组合而成。

缺点：

1) 设计过程复杂，各条指令之间的微操作有许多是相同的； 2) CPU 一经设计好，很难改变功能。

2、 微程序设计方法

状态条件

后继微指令地址

微指令：将每个微操作看作是一条指令，称为微指令；

微程序：每条指令可以看作是一段微程序；

将每条指令的微程序存放在CPU 内部的存储器中，称为控制存储器，一条指令的执行相当于执行一段相应的微程序。

优点：

1) 设计过程相对简单，相当于把硬件设计的一部分转化为软件设计； 2) 改变CPU 的功能非常方便，只需修改控制存储器中的微程序即可。

二、流水线技术

1、 流水线的基本概念：

1) 流水线的思想：每条指令的执行都可以分为若干个步骤。早期的CPU 指令是串行执行

的，现代的CPU 是将这些步骤重叠执行。 无流水线CPU 的执行过程：

第一条指令 第二条指令 第三条指令

3级流水线CPU 的执行过程：

第一条指令

第二条指令

第三条指令

2)流水线：是指把一个重复的处理过程分解成若干个子处理过程，每个子过程可以与其

它的子过程同时进行处理。

3)8086CPU的流水线结构：

8086将CPU分为两个部件：执行部件EU和总线接口部件BIU。BIU中有一个16字节

的指令队列，当队列中出现2个以上的空字节时，BIU自动从总线上读入指令填入队列。

当遇到转移指令时，EU向BIU发出控制信号和新地址，BIU清除队列中的内容，重新

装入指令码。

4)7级流水结构：现代的微处理器一般采用7级流水线。

2、流水线的种类：指令流水线和数据流水线。

3、流水线的问题：

1)控制相关；

2)部件相关；

3)数据相关。

三、RISC技术

CISC，复杂指令系统计算机(Complex Instruction Set Computer)；

RISC，简化指令系统计算机(Reduced Instruction Set Computer)。

CISC系统的问题：对复杂指令系统的解释和设计导致CPU结构复杂，流水线技术不容易实现，提高CPU的频率有困难。

RISC系统的问题：对编译器的要求比较高，汇编程序不容易看懂。

RISC的特点：大多数指令是单机器周期指令，指令周期= 机器周期。

现代计算机的诞生发展 现代计算机发展

现代计算机的诞生发展现代计算机发展 早在17世纪，欧洲一批数学家就已开始设计和制造以数字形式进行基本运算的数字计算机。1642年，法国数学家帕斯卡制成了最早的进制加法器。1678年，德国数学家莱布尼兹制成的计算机，进一步解决了进制数的乘、除运算。1884年，巴贝奇设计了一种程序控制的通用分析机。这台分析机虽然已经描绘出有关程序控制方式计算机的雏型，但限于当时的技术条件而未能实现。 巴贝奇的设想提出以后的一百多年期间，电磁学、电工学、电子学不断取得重大进展，在元件、器件方面接连发明了真空二极管和真空三极管；在系统技术方面，相继发明了无线电报、电视和雷达……。所有这些成就为现代计算机的发展准备了技术和物质条件。 与此同时，数学、物理也相应地蓬勃发展。 社会上对先进计算工具多方面迫切的需要，是促使现代计算机诞生的根本动力。20世纪以后，各个科学领域和技术部门的计算困难堆积如山，已经阻碍了学科的继续发展。特别是第二次世界大战爆发前后，军事科学技术对高速计算工具的需要尤为迫切。在此期间，德国、美国、英国部在进行计算机的开拓工作，几乎同时开始了机电式计算机和电子计算机的研究。 德国的朱赛最先采用电气元件制造计算机，电子计算机的开拓过程，经历了从制作部件到整机从专用机到通用机、从“外加

式程序”到“存储程序”的演变。1943年，英国外交部通信处制成了“巨人”电子计算机。这是一种专用的密码分析机，在第二次世界大战中得到了应用。 1946年2月美国宾夕法尼亚大学莫尔学院制成的大型电子数字积分计算机(ENIAC)，最初也专门用于火炮弹道计算，后经多次改进而成为能进行各种科学计算的通用计算机。这台完全采用电子线路执行算术运算、逻辑运算和信息存储的计算机，运算速度比继电器计算机快1000倍。这就是人们常常提到的世界上第一台电子计算机，。但是，这种计算机的程序仍然是外加式的，存储容量也太小，尚未完全具备现代计算机的主要特征。 新的重大突破是由数学家冯诺伊曼领导的设计小组完成的。1945年3月他们发表了一个全新的存储程序式通用电子计算机方案价格比，平均每10年提高两个数量级。计算机种类也一再分化，发展成微型计算机、小型计算机、通用计算机(包括巨型、大型和中型计算机)，以及各种专用机(如各种控制计算机、模拟—数字混合计算机)等。 计算机器件从电子管到晶体管，再从分立元件到集成电路以至微处理器，促使计算机的发展出现了三次飞跃。 在电子管计算机时期(1946～1959)，计算机主要用于科学计算。主存储器是决定计算机技术面貌的主要因素。当时，主存储器有水银延迟线存储器、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓和磁心存储器等类型，通常按此对计算机进行分类。

计算机组成原理96209

1．完整的计算机系统应包括配套的硬件设备和软件系统。 2．计算机硬件包括运算器、控制器、存储器、输入设备 和输出设备。其中运算器、控制器和存储器组成主机运算器和控制器可统称为CPU。 3．基于存储程序原理的冯·诺依曼计算机工作方式的基本特点是按地址访问并顺序执行指令。 5．系统程序是指用来对整个计算机系统进行调度、管理、监视及服务的各种软件，应用程序是指用户在各自的系统中开发和应用的各种程序。 6．计算机与日常使用的袖珍计算机的本质区别在于自动化程度的高低。 7．为了更好地发挥计算机效率和方便用户，20世纪50年代发展了操作系统技术通过它对计算机进行管理和调度。 8．指令和数据都存放在存储器中，控制器能自动识别它们。 9．计算机系统没有系统软件中的操作系统就什么工作都不能做。 10．在用户编程所用的各种语言中与计算机本身最为密切的语言是汇编语言。 11．计算机唯一能直接执行的语言是机器语言. 12．电子计算机问世至今计算机类型不断推陈出新但依然保存存储程序的特点最早提出这种观点的是冯·诺依曼。 13．汇编语言是一种面向机器的语言,对机器依赖性很强,用汇编语言编制的程序执行速度比高级语言快。 14．有些计算机将一部分软件永恒地存于只读存储器中称为固件。 15．计算机将存储、运算逻辑运算和控制三部分合称为主机，再加上输入设备和输出设备组成了计算机硬件系统。 16．1μs= 10-6 s，其时间是1ns的 1000 倍。 17．计算机系统的软件可分为系统软件和应用软件，文本处理属于应用软件，汇编程序属于系统软件。 18．指令的解释是由计算机的控制器来完成的，运算器用来完成算数和逻辑运算。 23．存储器的容量可以用KB、MB和GB表示，它们分别代表 2 10字节， 2 20字节和2 30字节。 24．计算机硬件的主要技术指标包括机器字长、存储容量、运算速度。

现代计算机应用考试复习题

一、单项选择题(每小题1分,共30分） 1、把信息定义为“用以消除不确定性的东西”的人是谁?仙农 2、一个字符的ＡＳＣＩＩ码占用的存储空间为几个字节？ 3、十进制数与二进制数、八进制数、十六进制数的相互转换。 4、一个汉字的点阵所占用的字节数是多少? 16×16点阵为2×1６=3２字节、24×24点阵为3×２4=72字节 5、数的补码表示。 ６、一个任意数制的数值中，某位数的权是多少? 1９04)10中9的权为１０2,1０１１１)2中0的权为２3。 7、各种数制的下（右）标表示。 D-十进制、B—二进制、O—八进制、H—十六进制 8、计算机硬件系统包括哪些部分? 9、计算机的外部设备包括哪些部分？ 10、常用的计算机输入设备和输出设备有哪些？ 输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、摄像头、麦克风等 输出设备：显示器、打印机、绘图仪、喇叭等 １1、运行一个计算机程序，必须将程序装入计算机的哪一部分?内存 1２、中央处理单元(ＣＰＵ)的两个主要组成部分是什么？ 13、Winｄoｗｓ中的回收站属于计算机中哪一部分的一块区域。 １4、在微型计算机中，一般会将一个物理硬盘划分为多个逻辑硬盘，第一个逻辑硬盘的名称是什么？ 15、通常说的Wｉndowｓ系统是什么类型的软件?系统软件 16、在Windｏws资源管理器中,若选中了Ｃ盘上的一个文件,并用鼠标左键将其拖曳到D盘中,其结果是复制文件还是移动文件?如果用鼠标左键将一个文件拖曳到同一盘中的不同文件夹中,其结果是复制文件还是移动文件? 1７、在Wiｎdoｗｓ中，切换当前窗口可使用的快捷键是下列的哪一种？ A. Alt+F4 B.Ctrｌ+TabＣ．Ａlt+Tab D．Ctrｌ+Ｆ4 18、在一个Wiｎdows应用程序窗口中,按AＩｔ+Ｆ4键会执行下列那种操作? Ａ．关闭应用窗口? B.关闭文档窗口 C．使应用程序窗口最小化为图标D．退出Windows,进入命令提示符 19、在Wiｎdoｗ“资源管理器”窗口中,若要按文件创建的日期顺序显示文件目录,应选择“查看”菜单中的哪个命令? A.“大图标”命令B．“小图标”命令C．“详细资料”命令 D ．“列表”命令 20、在wｉndows系统的文件和文件夹的属性中，共有哪些属性？ 2１、在资源管理器中，要同时选择不相邻的多个文件,需使用什么键来配合鼠标？ A.Shift Ｂ．Aｌt? C.Ctrl Ｄ．Space 22、Word编辑状态,对文档中的图片设置环绕方式有哪几种？

现代计算机原理练习题

计算机原理练习题 分数: 1 在计算机中，有符号数是用_____表示的 选择一个答案 a. 原码 b. 二进制编码 c. 补码 d. 反码 正确 这次提交的分数：1/1。 2 分数: 1 已知A=10101111，B=01010000，则A∧B、A∨B、A⊕B的结果分别为选择一个答案 a. 00000000，11111111，11111111 b. 00000000，11111111，00000000 c. 00000000，11110000，00000000 d. 00001111，11111111，11111111 正确 这次提交的分数：1/1。 3 分数: 1 数制转换（1F3D）H=_____BCD 答案: 错误 这次提交的分数：0/1。 4 分数: 1 微型计算机系统主要包括 选择一个答案

a. 微处理器、存储器、总线、I/O接口、外部设备 b. 微处理器、硬盘、总线、I/O接口、外部设备、系统软件 c. 微处理器、存储器、总线、I/O接口、外部设备、软件 d. 微处理器、存储器、总线、I/O接口、外部设备、应用软件 正确 这次提交的分数：1/1。 5 分数: 1 三输入与非门的输入端A、B、C的状态分别为1、0、1，则其输出状态为答案: 正确 这次提交的分数：1/1。 6 分数: 1 给字符“A”的ASCII码加奇校验后的8位二进制编码是_____B 答案: 正确 这次提交的分数：1/1。 7 分数: 1 数制转换（10010110.1001）B=_____D 答案: 正确 这次提交的分数：1/1。 8 分数: 1 用16进制来表示，32位二进制补码可表示的最大数为_____H 答案:

计算机组成原理(肖铁军2010版)课后答案(完整版)

计算机组成原理(肖铁军2010版)课后答案 第一章；1 ．比较数字计算机和模拟计算机的特点；解：模拟计算机的特点： 数值由连续量来表示，运算过；数字计算机的特点：数值由数字量（离散量）来 表示，；2．数字计算机如何分类？分类的依据是什么？；解：分类：数字计算机分为专用计算机和通用计算机；分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价；通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性；3．数字计算机有那些主 第一章 1．比较数字计算机和模拟计算机的特点。 解：模拟计算机的特点：数值由连续量来表示，运算过程是连续的 数字计算机的特点：数值由数字量（离散量）来表示，运算按位进行。两者主要区别见P1 表1.1。 2．数字计算机如何分类？分类的依据是什么？ 解：分类：数字计算机分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机六类。

通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等因素。 3．数字计算机有那些主要应用？ （略） 4．冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？ 解：冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是：存储程序和程序控制 存储程序：将解题的程序（指令序列）存放到存储器中； 程序控制：控制器顺序执行存储的程序，按指令功能控制全机协调地完成运算任务。主要组成部分有：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。 5．什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？解：存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位KB、M B、GB来度量，存储容量越大，表示计算机所能存储的信息量越多，反映了计算机存储空间的大小。 单元地址：单元地址简称地址，在存储器中每个存储单元都有唯一的地址编号，称为单元地址。 数据字：若某计算机字是运算操作的对象即代表要处理的数据，则称数据字。指令字：若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称指令字。 6．什么是指令？什么是程序？

现代计算机的发展

现代计算机的发展 第1代（19461963年）第2代计算机采用晶体管作为基本电子原件，第2代计算机另一个很重要的特点说是存储器的革命。1951年，当时尚在美国哈弗的大学计算机实验室的华人留学生王安发明了磁心存储器，这项技术彻底改变了继电器存储器的工作方式和与处理器的连接方法，也大大缩小了存储器的体积，为第2代计算机的发展奠定了基础。这个时代计算机软件配置开始出现，一些高级程序设计语言相继问世。如科学计算用的FORTRAN,商业事务处理用的COBOL,符号处理用的LISP等高级语言开始进入实用阶段。操作系统也初步成型，是计算机的使用方法由手工操作改变为自动作业管理。3、第3代（1964—1970年）第3代计算机采用中小规模集成电路作为基本电子元件，计算机的体积和耗电量有了显著减小，计算速度也显著提高，存储容量大幅度增加。半导体存储器逐步取代了磁心存储器的主存储器地位，磁盘成了不可缺少的辅助存储器，并且开始普遍采用虚拟存储技术。同时，计算机的软件技术也有了较大的发展，出现了操作系统和编译系统，出现了更多的高级程序设计语言。计算机的应用开始进入到许多领域。1964年由IBM公司推出的IBM360计算机是第3 代计算机的代表产品，4、第4代（1971年至今）第4代计算机采用大规模和超大规模集成电路作为主要功能部件，主存储器使用了集成度更高的半导体存储器，计算机运算速度高大几亿次甚至

数百万亿次每秒。在这个时期，计算机体系结构有了较大发展，并行处理、多级系统、计算机网络等都已进入实用阶段。软件方面更加丰富，出现了网络操作系统和分布式操作系统以及各种实用软件。这一时期，超级计算机是通过使用大量集成电路芯片制造的，有些超级计算机干脆就是由组成的集群计算机。超级计算机的典型机器有美国IBM公司制造的BLUE GENE/L超级计算机（蓝色基因），它有数个服务器机柜连接而成。在1个1、8m高的机柜中可以安装32个主板，每个主板上安装32个CPU芯片，芯片内部集成有4个时钟频率为850MHz的POWERPC450的CPU内核，机器中CPU内核的数量达到了13万个以上。BLUE GENE/L超级计算机达到了478万亿次每秒基准计算，成为xx年全球最强大的超级计算机。

计算机的基本组成及工作原理

计算机的基本组成及工作原理（初中信息技术七年级） 讲课：教技12江旭美【教学设计学科名称】 计算机的基本组成及工作原理是广西教育出版社出版的初中 信息技术七年级教材第一册模块二<计算机的发展》第二节教学内容。 【学情分析】 初一新生刚入学，对信息技术硬件方面的知识知道可能不多，对硬件普遍 有一种神秘感，觉得计算机高深莫测，本节课就是要对电脑软硬件进行深入 “解剖”，并对工作原理做讲解，让学生了解电脑各组成部分，更好的使用 电脑。 【教材内容分析】 本节内容是广西教育出版社初中信息技术七年级第一册模块 二《计算机的发展》第二节教学内容。本节主要让学生掌握计算机的组成， 理解计算机系统中信息的表示，了解计算机的基本工作原理。本节内容以感 性认识为主，增强学生的计算机应用意识，通过大量举例及用眼睛看、用手摸、 用脑想，对计算机的基本组成、软硬件常识、发展有一定了解和比较清晰的认 识。通过学生亲手触摸计算机组件和教师运行自主制作的多媒体课件进行教 学，打破学生对计算机的“神秘感”，觉得计算机并不难学，而且非常实际，认 识到计算机只是普通技能，提高学生学习兴趣。 【教学目标】 知识与技能：掌握计算机的组成，理解计算机系统中信息的表示，了解 计算机的基本工作原理。 过程与方法：向学生展示拆卸的旧电脑部件及未装任何系统的电脑，通过 实际观察加教师讲授的方法完成本节内容。 情感态度与价值观：培养学生的科学态度，激发学生的想象能力和探索精 神。 【教学重难点分析】 教学重点：计算机的组成，计算机系统中信息的表示。 教学难点：计算机的基本工作原理。 【教学课时】 2课时 【教学过程】 图片图片 师：观察图片结合实物并思考：从外观上来看，计算机广．般由哪些部分组成？ 生：讨论、思考、回答 [设计意图】通过图片的展示，同学们对计算机的硬件有了直观的印象， 初步的了解。 （二）自主学习，探究新知 1、先请同学们自己看书P17-P20内容，边看书边思考： ①完整的计算机系统由哪两部分组成？

计算机组成原理

字长为4，采用补码表示，则表示范围为（） A.-8至8 B.-7至8 C.-8至7 D.0至15 B 2. 计算机中进行定点加减运算基本上都是采用（）。 A.补码 B.原码 C.反码 D.以上都是 A 3. 通过选择组合逻辑网络可以实现多钟功能的算数逻辑运算。 A.正确 B.错误 A 4. 数值数据和逻辑数据机器内部都表示成为二进制数串。 A.正确 B.错误 A 5. 下面哪一个不属于第一台通用计算机的特征（） A.用离散符号表示数据 B.使用电子运算装置 C.不可编写程序 D.图灵完备

6. 在位片式运算器AM2901中，通用寄存器含有（）个4位字长的寄存器，用双口RAM实现，具有双端口输出功能。 A.4 B.8 C.16 D.32 C 7. CPI是处理器每秒处理指令条数的指标。 A.正确 B.错误 B 8. 处于计算机系统的层次结构中最低层的是（） A.汇编语言层 B.机器语言层 C.微程序设计层 D.操作系统层 C 9. 第四代电子数字计算机的典型特征是使用（），所以也被成为集成电路计算机时代。 A.电子管 B.晶体管 C.集成电路 D.大规模电路 D

（）是计算器实际完成数据算术运算和逻辑运算的部件。 A.计算单元 B.运算器 C.加法器 D.算术逻辑单元 D 1. 两数补码的和等于两数和的补码。 A.正确 B.错误 A 2. （）组成了计算机的“大脑”。 A.运算器和控制器 B.运算器和存储器 C.控制器和I/O D.存储器和控制器 A 3. 在位片式运算器AM2901中，通用寄存器含有（）个4位字长的寄存器，用双口RAM实现，具有双端口输出功能。 A.4 B.8 C.16 D.32 C 4.

现代计算机的发展

现代计算机的发展 单单CPU方面就有可能通过“量子计算机”“DNA计算机”“光子计算机”等等技术来实现。不过性能的大幅提升并不是计算机发展的唯一路线，计算机的发展还应当变得越来越人性化，同时也要注重环保等等，计算机发展中可能出现的趋势有：模块化、无线化、专门化、网络化、环保化、人性化、智能化、个性化。未来的计算机将沿着多条发展路线继续前进，不但强调性能的大幅飞跃，而且还将提高计算机的人性化，加强人机交互能力。同时还注重环保性，为承受巨大压力的地球减压。 一台微型计算机功能的强弱或性能的好坏，不是由某项指标来决定的，而是由它的系统结构、指令系统、硬件组成、软件配置等多方面的因素综合决定的。但对于大多数普通用户来说，可以从以下几个指标来大体评价计算机的性能。(1)运算速度。运算速度是衡量计算机性能的一项重要指标。通常所说的计算机运算速度（平均运算速度），是指每秒钟所能执行的指令条数，一般用“百万条指令／秒”（mips，Million Instruction Per Second）来描述。同一台计算机，执行不同的运算所需时间可能不同，因而对运算速度的描述常采用不同的方法。常用的有CPU时钟频率（主频）、每秒平均执行指令数(ips)等。微型计算机一般采用主频来描述运算速度，例如，Pentium/133的主频为133 MHz，PentiumⅢ/800的主频为800 MHz，Pentium 4 1.5G的主频为1.5 GHz。一般说来，主频越高，运算速度就越快。 (2)字长。一般说来，计算机在同一时间内处理的一组二进制数称为一个计算机的“字”，而这组二进制数的位数就是“字长”。在其他指标相同时，字长越大计算机处理数据的速度就越快。早期的微型计算机的字长一般是8位和16位。目前586（Pentium， Pentium Pro，PentiumⅡ，PentiumⅢ，Pentium 4）大多是32位，现在的大多装人都装64位的了 (3)内存储器的容量。内存储器，也简称主存，是CPU可以直接访问的存储器，需要执行的程序与需要处理的数据就是存放在主存中的。内存储器容量的大小反映了计算机即时存储信息的能力。随着操作系统的升级，应用软件的不断丰富及其功能的不断扩展，人们对计算机内存容量的需求也不断提高。目前，运行Windows 95或Windows 98操作系统至少需要16 M的内存容量，Windows XP则需要128 M以上的内存容量。内存容量越大，系统功能就越强大，能处理的数据量就越庞大。 (4)外存储器的容量。外存储器容量通常是指硬盘容量（包括内置硬盘和移动硬盘）。外存储器容量越大，可存储的信息就越多，可安装的应用软件就越丰富。目前，硬盘容量一般为10 G至60 G，有的甚至已达到120 G。 以上只是一些主要性能指标。除了上述这些主要性能指标外，微型计算机还有其他一些指标，例如，所配置外围设备的性能指标以及所配置系统软件的情况等等。

2计算机系统组成和工作原理

计算机系统组成和工作原理 1、计算机系统由（C）组成 A、主机和系统软件 B、硬件系统和应用软件 C、硬件系统和软件系统 D、微处理器和软件系统 2、在微型计算机中，微处理器的主要功能是进行（D） A 、算术运算B、逻辑运算C、算术逻辑运算D、算术逻辑运算及全机的 控制 3、微型计算机硬件系统中最核心的部件是（B） A、显示器 B、CPU C、内存储器 D、I/O 设备 4、微型计算机中，合称为中央处理单元的是指（A） A、运算器和控制器 B、累加器和算术逻辑运算部件 C、累加器和控制器 D、通用寄存器和控制器 5、运算器的主要功能是（ A ） A、实现算术运算和逻辑运算 B、保存各种指令信息供系统其他部件使用 C、分析指令并进行译码 D、按主频指标规定发出时钟脉冲 6、微型计算机中，控制器的基本功能是（D） A、进行算术运算和逻辑运算 B、存储各种控制信息 C、保持各种控制状态 D、控制机器各个部件协调一致地工作 7、计算机系统的“主机”由（B）构成 A、CPU，内存储器及辅助存储器 B、CPU 和内存储器 C、存放在主机箱内部的全部器件 D、计算机的主板上的全部器件 8、为解决某一特定问题而设计的指令序列称为（C） A、文档 B、语言 C、程序 D、系统 9、计算机最主要的工作特点是（ A ） A、程序存储于自动控制 B、高速度与高精度 C、可靠性与可用性 D、有记忆能力 10、冯.诺依曼计算机工作原理的设计思想是（B） A、程序设计 B、程序存储 C、程序编制D 、算法设计 11、世界上最先实现的程序存储的计算机是（ B ） A、ENIAC B、EDSAC C、EDVAC D、NIV AC 12、通常，在微机中表明的P4 或奔腾 4 是指（D） A、产品型号 B、主频 C、微机名称 D、微处理器型号 13、以平均无故障时间，用于描述计算机的（A） A、可靠性 B、可维护性 C、性能价格比 D、以上答案都不对 14、以平均修复时间达到，用于描述计算机的（B） A、可靠性 B、可维护性 C、性能价格比 D、以上答案都不对 15、性能价格比也是一种用来衡量计算机产品优劣的概括性指标。 性能代表系统 的使用价值，它一般不包括（D）

计算机的基本结构及工作原理

计算机的基本结构及工作原理 教学内容：计算机的基本结构及工作原理 教学目的：了解计算机的分类及其基本结构，知道计算机的基本工作原理。教学过程： 一、学生看书： 二、精讲及板书： 1、计算机的基本结构 2、计算机的基本工作原理 三、小结： 计算机的工作原理 四、练习： 计算机是怎样工作的？ 计算机的工作真是ZYB重油煤焦油泵全自动的吗？ 第6课时计算机的分类及计算机的文化 教学内容：计算机的分类及计算机的文化 教学目的：了解计算机的分类，了解计算机文化的主要特点。 教学过程： 一、学生看书： 二、精讲及板书： 1、计算机的分类： 按工作用途可以分为通用计算机和专用计算机 按工作原理可以分为数字计算机和模拟计算机 2、计算机文化 所谓计算机文化就是因为计保温沥青泵算机的产生与使用使人类社会的生存方式发生了根本变化从而产生的一种新的文化形态。 三、小结： 计算机分类和计算机文化 四、练习： 1、计算机是怎样分类的？ 2、什么是计算机文化？ 第7课时计算机的硬件系统和软件系统 教学内容：计算机的硬件系统和软件系统 教学目的：了解计算机的硬件的基本组成，能正确识别计算机上的主要部件，并知道其作用。教学过程： 一、学生看书： 二、精讲及板书： 三、小结： 计算机的硬件系统和软件系统 四、练习： 计算机的硬件系统由那几部份组成？ 第8课时学会正确开、关机 教学内容：学会正确开、关机 教学目的和要求 学会开、关机 教学难点：1、了解计算机外设的开、关顺序

2、正确学会开、关机 教学准备：计算机、网络 教学过程： 一、教学导入 同学们，在你们面前看ZYB-B可调压式渣油泵到的是什么呀？ 对了，是电脑。 老师告诉你们电脑现在正在睡觉，这个大懒虫，到现在还在睡觉，我们让小朋友把它喊醒，让他和小朋友们一起学习好不好？ 二、教学新课 （一）教师示范讲解 在把电脑喊醒之前老师先考考小朋友们一个最最简单的问题，小朋友们早上醒来第一件事是干吗？老师再重复一遍，是第一件事。 刚才小朋友们说了很多，有的说穿衣服，有的小朋友说是洗脸，还有的小朋友说叠被子，但老师却不同意小朋友的意见，再好好想想，我们早上醒来的第一件事是做什么？ 对了，首先是睁开眼睛，我们小朋友只有先睁开眼睛然后才能去穿衣服、洗脸、刷牙等等。电脑同样如此，它也要先睁开眼睛，然后才能和小朋友一起学习。所以第一步我们要让电脑睁开眼睛。怎么做？ 1、教师示范开显示器，同时提醒电源指示灯的颜色变化 光睁开眼睛怎么行呢？，我KCB齿轮泵们的目的是让他和小朋友们一起做游戏，我们要让他动起来，那第二步我们应该怎么做？其实很简单，就是接通电源。 2、教师出示电源开关“POWER”标志，同时逐台电脑巡视开机情况 按下它之后，我们请小朋友们说一说你发现了什么？；左边的三个灯会同时闪一下，同时第一个灯变绿了，其；3、教师先展示几幅电脑作品，然后用“金山画王笔”；4、教师一步一步示范，手把手教学生关机，并重复几；小朋友早上起来的第一件事是3GR三螺杆泵睁开眼睛；5、教师示范关显示器；（二）、学生练习开、关电脑；在教师的组织下，有步骤的打开电脑和关闭电脑；教师巡视指导；第9 按下它之后，我们请小朋友们说一说你发现了什么？ 左边的三个灯会同时闪一下，同时第一个灯变绿了，其它两个灯熄灭了。现在电脑就会和小朋友一起来学习了。比如说画画了 3、教师先展示几幅电脑作品，然后用“金山画王笔”给学生做示范。刚才我们让电脑给我们小朋友画了几幅画，它说他累了，我们还是让他休息吧，下面我们就先来学习如何关机。 4、教师一步一步示范，手把手教学生关机，并重复几次。 小朋友早上起来的第一件事是3GR三螺杆泵睁开眼睛，那上床后我们会把眼睛闭上。然后开始休息。电脑同样如此。我们最后也要让电脑把眼睛闭上，要不然电脑就休息不好，他会生气的。再次提醒小朋友，我们最后千万不要让电脑的睁着眼睛睡觉。记住了要把电脑的显示器关掉。 5、教师示范关显示器。 （二）、学生练习开、关电脑 在教师的组织下，有步骤的打开电脑和关闭电脑。 教师巡视指导。

现代计算机组成原理实验报告微程序设计

课程实验项目目录 （该表格根据实验项目数适当增减）

实验八微程序设计 一、实验目的： 1．掌握微程序控制器的组成及工作过程； 二、预习要求： 1．复习微程序控制器工作原理； 2．预习本电路中所用到的各种芯片的技术资料。 三、实验设备： EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一台，连接线若干。 四、电路组成： 微程序控制器的原理图见图4-1(a)、4-1(b)、4-1(c)。 图4-1（a）控制存储器电路 图4-1（b）微地址形成电路

图4-1（c）微指令译码电路 以上电路除一片三态输出8D触发器74LS374、三片EEPROM2816和一片三态门74LS245，其余逻辑控制电路均集成于EP1K10内部。28C16、74LS374、74LS245芯片的 技术资料分别见图4-2~图4-4。 图4-2（a）28C16引脚图4-2（b）28C16引脚说明

图4-2（c）28C16工作方式选择 图4-3（a）74LS374引脚图4-3（b）74LS374功能 图4-4（a）74LS245引脚图4-4（b）74LS245功能 五、工作原理： 1、写入微指令 在写入状态下，图4-1（a）中K2须为高电平状态，K3须接至脉冲/T1端，否则无法写入。MS1—MS24为24位写入微代码，在键盘方式时由键盘输入，在开关方式时由24位微代码开关提供。uA5—uA0为写入微地址，在键盘方式时由键盘输入，

在开关方式时由微地址开关提供。K1须接低电平使74LS374有效，在脉冲T1时刻，uAJ1的数据被锁存形成微地址（如图4-1（b）所示），同时写脉冲将24位微代码写入当前微地址中（如图4-1（a）所示）。 2、读出微指令 在写入状态下，图4-1（a）中K2须为低电平状态，K3须接至高电平。K1须接低电平使74LS374有效，在脉冲T1时刻，uAJ1的数据被锁存形成微地址uA5—uA0（如图4-1（b）所示），同时将当前微地址的24位微代码由MS1—MS24输出。 3、运行微指令 在运行状态下，K2接低电平，K3接高电平。K1接高电平。使控制存储器2816处于读出状态，74LS374无效因而微地址由微程序内部产生。在脉冲T1时刻，当前地址的微代码由MS1—MS24输出；T2时刻将MS24—MS7打入18位寄存器中，然后译码输出各种控制信号（如图4-1（c）所示，控制信号功能见实验五）；在同一时刻MS6—MS1被锁存，然后在T3时刻，由指令译码器输出的SA5—SA0将其中某几个触发器的输出端强制置位，从而形成新的微地址uA5—uA0，这就是将要运行的下一条微代码的地址。当下一个脉冲T1来到时，又重新进行上述操作。 4、脉冲源和时序： 在开关方式下，用脉冲源和时序电路中“脉冲源输出”作为时钟信号，f的频率为1MHz，f/2的频率为500KHz，f/4的频率为250KHz，f/8的频率为125KHz，可根据实验自行选择一种频率的方波信号。每次实验时，只需将“脉冲源输出”的四个方波信号任选一种接至“信号输入”的“fin”，时序电路即可产生4种相同频率的等间隔的时序信号T1~T4。电路提供了四个按钮开关，以供对时序信号进行控制。工作时，如按一下“单步”按钮，机器处于单步运行状态，即此时只发送一个CPU周期的时序信号就停机，波形见图4-8。利用单步运行方式，每次只读一条微指令，可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。如按一下“启动”按钮，机器连续运行，时序电路连续产生如图4-9的波形。此时，按一下“停止”按钮，机器停机。 图4-8 单步运行波形图

现代计算机的诞生发展现代计算机发展

现代计算机的诞生和发展现代计算机问世之前，计算机的发展经历了机械式计算机、机电式计算机和萌芽期的电子计算机三个阶段。早在17世纪，欧洲一批数学家就已开始设计和制造以数字形式进行基本运算的数字计算机。1642年，法国数学家帕斯卡制成了最早的十进制加法器。1678年，德国数学家莱布尼兹制成的计算机，进一步解决了十进制数的乘、除运算。1884年，巴贝奇设计了一种程序控制的通用分析机。这台分析机虽然已经描绘出有关程序控制方式计算机的雏型，但限于当时的技术条件而未能实现。巴贝奇的设想提出以后的一百多年期间，电磁学、电工学、电子学不断取得重大进展，在元件、器件方面接连发明了真空二极管和真空三极管；在系统技术方面，相继发明了无线电报、电视和雷达……。所有这些成就为现代计算机的发展准备了技术和物质条件。与此同时，数学、物理也相应地蓬勃发展。社会上对先进计算工具多方面迫切的需要，是促使现代计算机诞生的根本动力。20世纪以后，各个科学领域和技术部门的计算困难堆积如山，已经阻碍了学科的继续发展。特别是第二次世界大战爆发前后，军事科学技术对高速计算工具的需要尤为迫切。在此期间，德国、美国、英国部在进行计算机的开拓工作，几乎同时开始了机电式计算机和电子计算机的研究。德国的朱赛最先采用电气元件制造计算机，电子计算机的开拓过程，经历了从制作部件到整机从专用机到通用机、从“外加式程序”到“存储程序”的演变。1943年，英国外交部通信处制成了“巨人”电子计算机。这是一种专用的密码分析机，在第二次世界大战中得到了应用。1946年2月美国宾夕法尼亚大学莫尔学院制成的大型电子数字积分计算机(ENIAC)，最初也专门用于火炮弹道计算，后经多次改进而成为能进行各种科学计算的通用计算机。这台完全采用电子线路执行算术运算、逻辑运算和信息存储的计算机，运算速度比继电器计算机快1000倍。这就是人们常常提到的世界上第一台电子计算机，。但是，这种计算机的程序仍然是外加式的，存储容量也太小，尚未完全具备现代计算机的主要特征。新的重大突破是由数学家冯·诺伊曼领导的设计小组完成的。1945年3月他们发表了一个全新的存储程序式通用电子计算机方案—电子离散变量自动计算机(EDVAC)。 1949年，英国剑桥大学数学实验室率先制成电子离散时序自动计算机(EDSAC)。至此，电子计算机发展的萌芽时期遂告结束，开始了现代计算机的发展时期 在创制数字计算机的同时，还研制了另一类重要的计算工具——模拟计算机。麦克斯韦巧妙地把积分(面积)的计算转变为长度的测量，于1855年制成了积分仪。 19世纪数学物理的另一项重大成就——傅里叶分析，对模拟机的发展起到了直接的推动作用。19世纪后期和20世纪前期，相继制成了多种计算傅里叶系数的分析机和解微分方程的微分分析机等。但是当试图推广微分分析机解偏微分方程和用模拟机解决一般科学计算问题时，人们逐渐认识到模拟机在通用性和精确度等方面的局限性，并将主要精力转向了数字计算机

计算机的基本组成及工作原理

计算机的基本组成及工作原理 1.3.1 计算机系统的组成 计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成，这一节将分别介绍计算机硬件系统和软件系统。 计算机硬件是构成计算机系统各功能部件的集合。是由电子、机械和光电元件组成的各种计算机部件和设备的总称，是计算机完成各项工作的物质基础。计算机硬件是看得见、摸得着的，实实在在存在的物理实体。 计算机软件是指与计算机系统操作有关的各种程序以及任何与之相关的文档和数据的集合。其中程序是用程序设计语言描述的适合计算机执行的语句指令序列。 没有安装任何软件的计算机通常称为“裸机”，裸机是无法工作的。如果计算机硬件脱离了计算机软件，那么它就成为了一台无用的机器。如果计算机软件脱离了计算机的硬件就失去了它运行的物质基础；所以说二者相互依存，缺一不可，共同构成一个完整的计算机系统。 计算机系统的基本组成如图1-6 所示。

1.3.2 计算机硬件系统的基本组成及工作原理 现代计算机是一个自动化的信息处理装置，它之所以能实现自动化信息处理，是由于采 用了“存储程序”工作原理。这一原理是1946年由冯 · 诺依曼和他的同事们在一篇题为《关 于电子计算机逻辑设计的初步讨论》的论文中提出并论证的。这一原理确立了现代计算机的 基本组成和工作方式。 ⑴ 计算机硬件由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 ⑵ 计算机内部采用二进制来表示程序和数据。 ⑶ 采用“存储程序”的方式，将程序和数据放入同一个存储器中（内存储器），计算机 能够自动高速地从存储器中取出指令加以执行。 可以说计算机硬件的五大部件中每一个部件都有相对独立的功能，分别完成各自不同 的工作。如图1-7所示，五大部件实际上是在控制器的控制下协调统一地工作。首先，把表 示计算步骤的程序和计算中需要的原始数据，在控制器输入命令的控制下，通过输入设备送 入计算机的存储器存储。其次当计算开始时，在取指令作用下把程序指令逐条送入控制器。 控制器对指令进行译码，并根据指令的操作要求向存储器和运算器发出存储、取数命令和运 算命令，经过运算器计算并把结果存放在存储器内。在控制器的取数和输出命令作用下，通 过输出设备输出计算结果。 1．运算器（ALU ） 运算器也称为算术逻辑单元ALU （Arithmetic Logic Unit ）。它的功能是完成算术运算和 逻辑运算。算术运算是指加、减、乘、除及它们的复合运算。而逻辑运算是指“与”、“或”、 “非”等逻辑比较和逻辑判断等操作。在计算机中，任何复杂运算都转化为基本的算术与逻 辑运算，然后在运算器中完成。 2．控制器（CU ） 控制器CU （Controller Unit ）是计算机的指挥系统，控制器一般由指令寄存器、指令译 码器、时序电路和控制电路组成。它的基本功能是从内存取指令和执行指令。指令是指示计 算机如何工作的一步操作，由操作码（操作方法）及操作数（操作对象）两部分组成。控制 器通过地址访问存储器、逐条取出选中单元指令，分析指令，并根据指令产生的控制信号作 用于其它各部件来完成指令要求的工作。上述工作周而复始，保证了计算机能自动连续地工 作。 通常将运算器和控制器统称为中央处理器，即CPU （Central Processing Unit ）,它是 整个计算机的核心部件，是计算机的“大脑”。它控制了计算机的运算、处理、输入和输出 等工作。 集成电路技术是制造微型机、小型机、大型机和巨型机的CPU 的基本技术。它的发展 使计算机的速度和能力有了极大的改进。在1965年，芯片巨人英特尔公司的创始人戈 登 · 摩尔，给出了著名的摩尔定律：芯片上的晶体管数量每隔18~24个月就会翻一番。让 所有人感到惊奇的是，这个定律非常精确的预测了芯片的30年发展。1958年第一代集成电 路仅仅包含两个晶体管，而1997年，奔腾II 处理器则包含了750万个晶体管，2000年的 程序 数据 控制流 数据流 图 1-7 计算机基本硬件组成及简单工作原理

计算机的工作过程

计算机基本构成模式 计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件 计算机中数的表示 计算机内部应采用二进制表示指令和数据 计算机的工作原理 计算机系统应按照下述模式工作：将编好的程序和原始数据，输入并存储在计算机的内存储器中（即“存储程序”）；计算机按照程序逐条取出指令加以分析，并执行指令规定的操作（即“程序控制”）。这一原理称为“存储程序”原理，是现代计算机的基本工作原理，至今的计算机仍采用这一原理。 计算机的工作原理 按照冯·诺依曼存储程序的原理，计算机在执行程序时须先将要执行的相关程序和数据放入内存储器中，在执行程序时CPU根据当前程序指针寄存器的内容取出指令并执行指令，然后再取出下一条指令并执行，如此循环下去直到程序结束指令时才停止执行。其工作过程就是不断地取指令和执行指令的过程，最后将计算的结果放入指令指定的存储器地址中。计算机工作过程中所要涉及的计算机硬件部件有内存储器、指令寄存器、指令译码器、计算器、控制器、运算器和输入/输出设备等，在以后的内容中将会着重介绍。 （一）计算机硬件系统 硬件通常是指构成计算机的设备实体。一台计算机的硬件系统应由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备。这五大部分通过系统总线完成指令所传达的操作，当计算机在接受指令后，由控制器指挥，将数据众输入设备传送到存储器存放，再由控制器将需要参加运算的数据传送到运算器，由运算器进行处理，处理后的结果由输出设备输出。 中央处理器 CPU（central processing unit）意为中央处理单元，又称中央处理器。CPU由控制器、运算器和寄存器组成，通常集中在一块芯片上，是计算机系统的核心设备。计算机以CPU为中心，输入和输出设备与存储器之间的数据传输和处理都通过CPU来控制执行。微型计算机的中央处理器又称为微处理器。 控制器 控制器是对输入的指令进行分析，并统一控制计算机的各个部件完成一定任务的部件。它一般由指令寄存器、状态寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。计算机的工作方式是执行程序，程序就是为完成某一任务所编制的特定指令序列，各种指令操作按一定的时间关系有序安排，控制器产生各种最基本的不可再分的微操作的命令信号，即微命令，以指挥整个计算机有条不紊地工作。当计算机执行程序时，控制器首先从指令指针寄存器中取得指令的地址，并将下一条指令的地址存入指令寄存器中，然后从存储器中取出指令，由指令译码器对指令进行译码后产生控制信号，用以驱动相应的硬件完成指纹操作。简言之，控制器就是协调指挥计算机各部件工作的元件，它的基本任务就是根据种类指纹的需要综合有关的逻辑条件与时间条件产生相应的微命令。 运算器 运算器又称积极态度逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）。运算器的主要任务是执行各种算术运算和逻辑运算。算术运算是指各种数值运算，比如：加、减、乘、除等。逻辑运算是进行逻辑判断的非数值运算，比如：与、或、非、比较、移位等。计算机所完成的全部运算都是在运算器中进行的，根据指令规定的寻址方式，运算器从存储或寄存器中取得操作数，进行计算后，送回到指令所指定的寄存

现代计算机组成原理——乘法器设计

现代计算机组成原理实验 学号 1115108052 姓名詹炳鑫 班级电子2班 华侨大学电子工程系

现代计算机组成原理实验一.程序 Cfq LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY cfq IS GENERIC (n:INTEGER:=5; m:INTEGER:=9); PORT( clock,resetn,start: IN STD_LOGIC; x,y : IN STD_LOGIC_VECTOR(n DOWNTO 1); p : OUT STD_LOGIC_VECTOR(m DOWNTO 1); done : OUT STD_LOGIC); END cfq; ARCHITECTURE ONE OF cfq IS SIGNAL ry : STD_LOGIC_VECTOR(n DOWNTO 1); SIGNAL pp : STD_LOGIC_VECTOR(m+1 DOWNTO 0); SIGNAL state: INTEGER RANGE 0 TO 5; BEGIN mulyiply: PROCESS(resetn, clock) VARIABLE temp: STD_LOGIC_VECTOR(n+1 DOWNTO 1); BEGIN IF resetn='0' THEN ry <= (OTHERS=>'0'); pp <= (OTHERS=>'0'); state <= 0; done <= '0'; ELSIF clock'EVENT AND clock ='1' THEN CASE state IS WHEN 0 => ry <= y; pp <= "00000"&x&'0'; IF start = '1' THEN state <= 1; END IF; WHEN 5 => IF pp(1 DOWNTO 0)="01" THEN temp:=(pp(m+1)&PP(m+1 DOWNTO n+1))+(ry(n)&ry);

现代计算机模型

现代计算机模型 计算机有各种不同的模型。现代计算机模型定义了计算机内部的结构，主要可归纳为以下三点：（1）计算机有5个组成部分，分别是输人、存储、处理（运算）、控制和输出。 （2）计算机的程序和程序运行所需要的数据以二进制形式存放在计算机的存储器中。 （3）计算机根据程序的指令序列执行，即程序存储的概念。 一：计算机的组成部分 在现代计算机模型中，控制器作为计算机的核心，对计算机的所有部件实施控制，协调整个系统有条不紊地工作。输人设备输入数据和程序，这些数据和程序被存放到存储器（Memory）中。 执行算术和逻辑运算的部件叫做运算器，也叫算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）。程序的执行结果由输出设备输出。 运算器和控制器的部分称为CPU（Cenlral Processing Unit，中央处理器）因此，可以把现代计算机结构划分为3个子系统：处理器子系统、存储器子系统和输入输出子系统。 二：程序存储的概念 在现代计算机模型结构中，程序被要求在执行之前放到计算机存储器中，而且程序和数据要求采用同样的格式，因为存储器只接收二进制数据格式。 进一步地，现代计算机模型要求程序必须由有限的指令数童组成。按照一般的理解，计算机指令是进行基本操作的机器代码，如进行一个数据的传送就是一个基本操作，即执行相应的代码。按照这个模型，控制器先从存储器中读取指令，然后执行指令。 编程是指在实际处理数据之前，确定处理的方法和处理过程。早期这些方法和过程是与计算机本

身的能力结合的；现在的编程概念已经不再与特定的计算机有关，相关的程序移植技术已经使计算机程序能够脱离特定的计算机，实现更广泛的应用。 使用程序存储的一个重要的理由是程序的“重用”，即对不同的原始数据，“计算”过程本身是相同的。 现代计算机模塑定义了计算机程序由一系列独立的基本操作（指令）组成，不同的程序可以由不同的指令组合实现。 三：数据的存储形式 数据有多种类型，最基本的就是整数、实数以及符号。因此，存储在计算机存储器中的数据，包括程序，都必须被转换为能够被计算机接受的方式，以实现数据的存储。 计算机内部的数据是以二进制形式存储的，因此，将计算机外部各种类型的数据变换为计算机二进制模式，并且有效地表达这些数据类型，成为计算机研究的重要方面——计算机的数据组织。 在业界曾认为现代计算机体系的提出者是冯诺依曼（John Von Neuman），但现在认为发明权属于阿塔纳索夫（John Atana soft）和贝里（K.Beny）。 还有一个有名的体系被称为哈佛结构（Harvard Architecture），哈佛结构中将数据和程序存储分为两个不同的存储器，而现在计算机体系中程序和数据是在同一个存储器中。实际上，现在的计算机中这两种体系都在被使用。 实际上还有其他一些模型使用在不同的计算机中，例如多处理器的流水线结构、并行结构等，但就其基本原理而言，它们应该是类似的。 原文链接：https://www.docsj.com/doc/e512156210.html,/1083.html