計算機組成原理

電子計算機

各種計算機特點

時間線發展

應用第一代1946~1957

電子管計算機

數字處理機得到應用

第二代1958~1964

電晶體計算機

工業控制機

第三代1965~1971

中小規模積體電路計算機

小型計算機

***1972~1990

大規模,超大規模積體電路計算機

微型計算機

第五代1991~

巨大規模積體電路計算機

單片計算機

運算器：在電子計算機裡，相當於算盤功能的部件。

儲存器：相當於紙那樣具有「記憶」功能的部件。

控制器：相當於人的大腦，能夠自動控制整個計算過程。

輸入裝置或輸出裝置: 相當於筆那樣把原始解題資訊送到計算機或把運算結果顯示出來的裝置。

運算器

主要功能是進行加減乘除等算術運算，除此之外還可以進行邏輯運算因此通常稱為alu(算術邏輯運算部件)。

當數的位數越多，計算的精度就越高，理論上，數的位數可以任意多，但是位數越多，所需的電子器件也就越多，因此運算器的長度一般為8位，16位，32位，64位。

儲存器

儲存器的功能是儲存或「記憶」解題的原始資料和解題步驟。

在儲存器中把儲存乙個數的16個觸發器稱為乙個儲存單元。儲存器是由許多儲存單元組成的。每個儲存單元都有編號，稱為位址。

儲存容量：儲存器所有儲存單元的總數。

外儲存器：計算機中配備的儲存容量更大的磁碟儲存器和光碟儲存器。

記憶體：半導體儲存器稱為記憶體儲器。

控制器

控制器是計算機中發號施令的部件，它控制計算機的各部件有條不紊地進行工作。

程式：每乙個基本操作就叫做一條指令，而解算某一問題的一串指令序列，叫做該問題的計算程式。

儲存程式：將解題的程式存放到儲存器中。

程式控制：控制器依據儲存的程式來控制全機協調的完成計算任務。

馮.諾依曼設計思想：儲存程式並按位址順序執行。

馮.諾依曼結構：指令和資料放在同乙個儲存器。

哈佛結構：指令和資料分別放在兩個儲存器一台計算機通常有幾十種基本指令，從而構成了該計算機的指令系統。

**處理器(cpu)：把運算器和控制器合在一起稱為**處理機，簡稱cpu。目前儲存器也放入到cpu晶元中。

取指週期中從記憶體讀出的資訊流是指令流，它流向控制器；而在執行器週期中從記憶體讀出的資訊流是資料流，它由記憶體流向運算器。

介面卡與輸入輸出裝置

介面卡的作用相當於乙個轉換器。它可以保證外圍裝置用計算機系統特性所要求的形式傳送或接受資訊。

計算機的軟體

現代電子計算機是由運算器、儲存器、控制器、介面卡、匯流排和輸入/輸出裝置組成的。

1.4.1軟體的組成與分類

系統程式：用來簡化程式設計，簡化使用方法，提高計算機的使用效率，發揮和擴大計算機的功能及用途。包括以下四類：

1、各種服務性程式，如診斷程式、排錯程式、；練習程式等；

2、語言程式，如匯程式設計序、編譯程式、解釋程式等；

3、作業系統；

4、資料庫管理系統。

應用程式：使用者利用計算機來解決某些問題而編制的程式，如工程設計程式、資料處理程式、自動控制程式、企業管理程式、情報檢索程式、科學計算程式等。

1.4.2軟體的發展演變

手程式設計序：人們直接用機器語言編寫的程式

目的程式：用機器語言書寫的程式，計算機完全可以「識別」並能執行

演算法語言：指按實際需要規定好的一套基本符號及由這套基本符號構成程式的規則

用演算法語言編寫的程式稱為源程式

資料庫和資料管理軟體一起，組成了資料庫管理系統

研究機器內資料表示的目的

表示機器數時需要考慮的因素

資料型別

資料範圍

資料精度

儲存和處理的代價

是否有利於軟體的移植

機器內資料的表示

真值：符號用「+」、「-」表示的資料表示方法。

機器數：符號數值化的資料表示方法, 用0、1表示符號。

三種常見的機器數：設定點數的形式為x0 x1 x2 x3 … xn

常見機器數特點

原碼

(由真值表示轉化,0代表正數，1代表負數)

表示簡單： [x]原 = 2^n-x

運算複雜：符號位不參加運算，要設定加法、減法器。

0的表示不唯一：[+0]原= 00000 [-0]原 =10000

計算分同號和異號：[x]原 + [y]原（不能直接判定是執行加法還是減法運算）

反碼

(正數的反碼是本身，負數的反碼是數值位取反)

表示相對原碼複雜： [x]反 = 2^(n+1) +x - 1

運算相對原碼簡單：符號位參加運算, 只需要設定加法器，但符號位的進製需要加到最低位。

0的表示不唯一：[+0]反= 00000 [-0]反 =11111

補碼

(正數的補碼是本身，負數的補碼是其反碼加1)

表示相對原碼複雜: [x]補 = 2^(n+1)+x

運算簡單：只需設定加法器。

0的表示唯一：[+0]補= 00000=[-0]補

移碼

(數值位與x的補碼相同，符號位與補碼相反)

表示方法：[x]移= 2^n+x (-2^n < x <= 2^n)

運算例項

x= +10101 [x]補=010101 [x]移=110101

x= –10101 [x]補=101011 [x]移=001011

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