03.第03节课第一章计算机系统概述&

罗泽兵 · 发表于 2024-4-15 08:54:03

那么，了解完计算机系统的层次？那么，了解完计算机系统的层次结构后，我们来看一下计算机体系结构和计算机组成。什么是计算机体系结构和计算机组成呢？其实在咱们计算机课程体系当中，这是两门课程啊。那我们来看一下他们的概念是什么呢？简单来了解一下哈，计算机体系结构啊，由我们程序员角度来看的话。就是程序员所能见到的计算机系统的一个属性。比如说我们的指令集，我们执行什么样的指令集，

我们有什么样的指令集，什么样的数据类型，什么样的选址技术。什么样的IO机理？这些概念性的结构有功能特性，功能特性啊。然后计算机的组成的话，那就是怎样去实现计算机体系结构所体现的这些属性？嗯。比如说具体指令的一个实现怎么样去取值，怎么样去分析指令，怎么样去运算等等。啊，就比如说在我们计算机体系结构当中，我要运行一个什么样的指令啊，

他具有一个什么样的指令？比如说我们要嗯，执行一个惩罚指令啊，在计算机体系结构当中，它有没有惩罚指令？如果有的话，那下一步那怎样去执行这个惩罚指令，那就是我们嗯，计算机组成当中所能实现的功能了。也就是我们这个惩罚指令怎样去实现啊？那就是在计算机组成这么嗯，这里面来实现的去如何去实现这个惩罚指令？而体系结构就是代表着他有没有这个惩罚职令啊，比如说我们要在这个计算机。那么，

程序员可以看到的呃，计算机系统的相关属性当中，有一个乘法指令或者加法指令，然后有什么样的数据类型，有没有这个？相关的指令集啊，没有相关的指令集，这是在计算机体系结构当中的啊，在计算机组成当中就是我具体的去实现了。啊，怎样去实现乘法乘法指令？怎样去实现加法指令？等等哈，这就是我们的计算机体系结构和计算机的组成。那么，

我们在计算机系统的基本组成当中，我们可以看到哈，在计算机的组成过过程中。它是由呃，计算机是由存储器。那么，在计算机系统的基本组成上，好，我们可以看到计算器。那么，在计算机系统基本组成上，我们可以看到计算机它有哪几部分组成就，比如说我们的存储器啊。CPU就是中央处理器，还有系统总线，

还有我们的输入输出设备，这是我们计算机有这四大部分组成的。啊，在这组成在这四大部分组成当中，我们的CPU是作为一个核心的部件，就是我们的中央处理器。在中央处理器里面，我们又可以进行一个划分啊，划分中央处理器又有哪些来组成的呢？由它是由a luc u还有寄存器以及我们CPU的内部互联组成的这四部分来组成的。在中央处理器里面，我们的CEO又可以继续往下划分啊，他的CEO是什么？是我们的一个控制单元。自然人里面又包括一个排队逻辑，

寄存器和解码器以及控制存储器等等。从这个框图当中，我们可以看到哈，这是一个自顶向下，由表及里的一个划分。啊，本门课程计算机组成原理的课程，我们也是按照这个嗯，这个划分来进行来，每一步进行去详细的去学习的。啊，最主要的这一块中央处理器CPU，我们在后面，我们会进行详细的去学习啊，在计算机的组成里，

我们可以看到有存储器。系统总线CPU输入输出设备这四大部分CPU又划分成cl UC u以及CPU的内部互联，还有寄存器。而cu我们的控制单元又分为排队逻辑，寄存器和解码器，以及控制存储器等等。这是我们计算机系统的一个基本组成。那我们看完计算机系统的基本组成，我们接下来来继续去学习计算机硬件的基本组成。首先我们来看一下冯诺依曼计算机硬件啊，我们的冯诺依曼计算机硬件它包含哪几大部分？啊，有这个图，我们有有这个图，我们可以看到哈，

包含一个是输入设备啊运算。输入设备运算器，输出设备控制器和存储器。这五大部分。运算器啊，它包含哪些内容呢？它包括一个算式运算和逻辑运算。从输入设备进行输入相关的数据之后，到达我们的运算器啊，运算器对它进行一个呃算术运算或者是一个逻辑运算进行相应的运算之后。啊，然后从存储器和控制器当中读取相应的数据，然后到输出设备进行输出相应的。数据，这是我们冯诺依曼计算机硬件的一个框图。

存储器我们知道是存放，是用来存放数据和程序的一个功能呃，而控制器它的功能是什么呢？是指挥程序的一个运行。输入设备是将信息转化成机器能够识别的一个形式啊，输出设备是将结果转化成人们熟悉的一个形式来进行输出。啊，我们在这个框图当中啊，首先我们进行把信息进行输入啊。输入啊，输入到放到我们输入设备当中，将输入设备将信息转化成机器能够识别的形式进行。嗯，输入输入之后，然后放到我们运算器当中，

然后控制器就是指挥这个程序进行一个运行。进行一个运行。存储器就是用来存放运算器呃，存放一些相关的数据和程序啊，运算器进行相应的算术运算和逻辑运算。最终最后的时候，我们将嗯结果转化成人们熟悉的一种形式，通过输出设备进行输出，也就是我们的诺依曼计算机的。一个硬件的运行和硬件的一个框图。比如说我们大部分组成每一个部分，它是有什么功能啊？实现什么样的操作，我们要知道和了解，要掌握哈。

我们知道，我们了解了计算机硬件框图之后，接下来来看一下冯诺依曼计算机的一个特点。首先，计算机同诺依曼计算机，它的是由五大部件组成，哪五大部件刚刚我也提到过了哈，第一个啊进行运算。存储控制，输入输出这五大部分运算器，存储器，控制器，输入设备，输出设备这五大部件组成。嗯，

第二个大的特点是指令和数据可以同等地位的存。存于咱们什么当中，存储器当中啊，可以按地址进行存，可以进行访寻访。按地址进行寻访，就是相关的指令和相关的数据，和他们以同等的地位放在咱们存储系统中，并且可以按照地址来寻访。第三个特点是指令和数据均用什么表示？均用一个二进制的形式来表示，也就是零和一来表示。第四个特点是指令由操作码和地址码来组成哈嗯，指令由操作码和地址码两部分来组成。第五个特点就是指令在存储器中按照顺序存放程序，

他是按顺序来存放程序的。也就是说，事先由编制嗯，事先编制程序啊，存入存储器当中，然后再进行运行程序，这是这么一个样的过程。第六个特点就是这个机器，它是以运算器为中心的哈，是以运算器为中心，而现在的计算机它是以什么？他是以存储器为中心的啊，机器与运算器为中心的特点。这是冯诺依曼计算机的一个特点，我们要掌握的啊，

要掌握的这六大特点。我们看完嗯，看完冯诺依曼的嗯六嗯，计算机的特点之后啊，我们再往后面看。是嗯，再往后的发展的话，是以存储器为中心的计算机的一个硬件框图啊。我们知道，冯诺依曼计算机它是以什么为为为中心的，是以运算器为中心的。而你存储器为中心的计算机的硬件放图是什么样的呢？我们来看一下哈。我们看到这个图当中，存储器是放在这个中间的位置，

控制器在上面，运算器在下面。数据和程序。数据和程序输入到输入设备当中，然后到存储器当中。存储器和运算器和控制器进行交换数据啊，然后最后输由输出设备输出计算结果。而他的特点当中，就是第一个是原始数据和处理程序，通过输入设备，输入计算机并存放于。咱们存储设备当中，存储系统中。控制器执行程序指挥运算器从内存中取出数据好，我们控制器它的作用是什么？

是执行程序指挥，运算器指挥，我们的运算器，控制器来控制运算器从内存当中。取出相应的数据控制器，控制了运算器，运算器从存储器当中读取数据。读取完数据之后，再存在运算器当中进行相应的处理，进行相应的处理。进行处理后将结果啊，将结果放入存储器。可取出数据之后，然后我们进行运算，进行相应的运算啊，

运算完之后我运算器再把相应的数据放到存储器当中。好，放到存储器当中之后啊，再通过存储器啊，输入到放到输出设备当中，通过输出设备把存储器中的。结果输出来。这是这么一个，这是咱们以存储器为中心的一个计算机的硬件过程，硬件框图我们可以看到这个图当中。是怎样来控制数据？怎样来存储数据，运算数据的哈？我们再来回顾一下数据啊，原始的数据从。

和和一些相应的程序啊，通过输入设备啊，通过输入设备输入到我们计算机当中，存放在存储器当中。存放到存储器当中之后，我们控制器是控制什么的？控制咱们的啊，运算器啊，执行程序。控制控制器执行的程序，指挥咱们的运算器指挥运算控制器给运算器一个信号，然后让它从存储器当中取出相应的数据。手机上的数据在运算器当中进行一系列的运算之后，然后再把数据放到存储器当中，放到存储器当中。

之后我们输出设备在从存储器当中读出相应的数据，然后输出。计算结果输出相应的结果，这是以存储器为核心的硬件框图。嗯，在随着进一步的发展之后，我们还有现代计算机的一个硬件框图，我们来看一下现代计算机的硬件框图是什么样的呢？它是由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备这五大部件组成。是一样的哈，我们运算器又称为又称之为alu，

然后控制器称之为cu啊，运算器和控制器。就和进呃。组合之后，然后是我们的CPU中央处理器，我们中央处理器包括运算器和控制器，然后再就是存储器。存储器他有什么啊？有主存储设备和辅存储器储存储存和储存两个部分。啊CPU加上咱们的存储器啊，组成咱们的主机，组成咱们的主机。组成主机，然后再往下就是输入设备和输出设备，我们又称为IO设备啊，

主机和IO设备是。是我们的一个硬件的组成，是它整体硬件的一个组成。我们看到这个框图可以看出来嗯，主机包含什么包含我们的存存，然后CPU alu和cu啊。CPU包含了两部分alu和cu，就是运算器和控制器啊，合成我们的CPU就是我们的中央处理器。好进行中央处理器和组存和组存，进行一个数据的交换，进行数据的交换。嗯，装处理器和储存就构成了我们的主机设备，主机设备啊，

主机设备再加上我们的IO设备。啊，再加上我们IO设备构成了我们。现代计算机硬件的一个整个框图就是这样的哈。计算机硬件计算机软，那么我们了解完那个计算机硬件的组成之后，我们来看一下。啊，计算机软件和计算机硬件的一个关系是什么啊？由我们的嗯，课件当中我们展示的嗯。可以看到啊，我们计算机的软硬件软件是什么啊？软件的发展，它可以充分发挥机器硬件的一个性能啊，

提高机器的一个工作效率。软件呢，它同时能够局部模拟人类的一个思维活动。现在目前软件已经成为评价计算机系统性能好坏的一个重要指标，就比如说我们在使用某个软件，我们使用WPS的过程当中。啊，这个软件对用户友好不友好是吧啊？运算速度快不快啊？然后那个嗯，它的性能好不好？嗯嗯，这个软件嗯，性能好坏已经成为评价我们计算机系统性能好坏的一个。啊，

重要的标志啊，包括我们的操作系统，我们的系统软件，我们的应用软件啊。软件的性能的发挥啊，它必须去依托于我们硬件的一个支撑，如果光有软件没有硬件，我们整个计算机也没有，我们也没有办法去运行。没有硬件的支撑，我们软件嗯，就没有办法去实现相应的功能，而计算机的性能也取决取决于什么？软件和硬件的一个总和软件和硬件的组合，我们可以看到计算机系统，

我们之前也讲到过哈它硬件，它分为硬件和软件两个部分。跟硬件软件两个部分，硬件指的是什么？指的是我们计算机的一个实体的部分，我们可以看到的，我们的主机。我们的外部设备，我们键盘鼠标，还有显示屏，我们一些外部设备，然后还包含了我们的主机，主机里面又包含了什么？包含了我们刚刚讲到的。CPU是吧？

还有内存嗯，存储器嗯。这是我们计算机的一个硬件啊，包括主机和外部设备等等哈嗯，计算机软件呢，是指我们看不见摸不着的一些东西看不见。摸不着摸不着的他，包括两大部分，一个是系统软件，一个是应用软件，系统软件，就比如说我们操作系统。是吧，我们说的什么win win 10 win 8等等，还有那个嗯，

我们的应用软件应用软件就很多了，我们可以经常用的什么QQ啊，微信呀，等等啊，这些什么WPS呀？这些是我们的相应的应用软件，应用软件他们之间的关系啊，我们这里也看述的很清楚哈。软件它可以嗯，充分发挥计算机的硬件的一个性能啊，提高咱们计算机的。他们机器的一个工作效率啊，软件他也可以局部去模拟人类的思维活动啊，同时他也能够作为评价计算机系统好坏的一个重要指标。嗯，

但是软件的发展软件的好嗯，发展他发挥他的作用也离不开咱们硬件的一个支撑。所以就是嗯，计算机它的整个整体的性能是取决于我们软硬件的一个总和的。这就是我们所说的计算机软件和硬件的一个关系。除此之外，我们可以从咱们计算机层次结构当中来。看一下计算机软件和硬件的一个关系啊，这张图我们在前面也有讲到过哈嗯，在高级语言过程当中是吧？高级语言我们用编译程序呃，需要需要用一个编译程序翻译成咱们汇编语言的一个程序啊。我们需要用编译程序去翻译成汇编语言程序，就是呃，是为了通过咱们虚拟GM四把高级语言翻译成咱们的汇编语言。

好，再把汇编语言翻译成机器语言，也就是用虚拟机m三把汇编语言翻译成相应的器器语言。啊，再用机器语言去解释去解释什么解释，我们的操作系统虚拟机m2。好操作系统在这一整个过程当中的编译和解释的过程是由我们软件来实现的，是由软件来实现的。高级语言互编语言操作系统。都是由软件实现的哈。嗯，再往下的话啊，我们到了操作系统之后，我们到了硬件的部分，实际机器m1实际机器m1它是什么？

用微指令去解释咱们的机器指令，用微指令解释指机器指令啊，就需要有一个实际机器m1就是硬件的组成是由硬件。来完成的好，再往下就是硬件直接执行微指令，微指令程序GM 0啊，就是我们最底层的微非程序。那微程序机器m0，他这两个部分m0和m1是咱们的硬件部分。嗯m2m虚拟机器m2虚拟机器m3虚拟机器m4是我们的软件的啊部分嗯。软件的部分。这是我们计算机层次结构的五大部分，当中的软件和硬件的一个划分啊。也可以看到，我们之间软硬件的关系是非常紧密的哈啊，

也就是我们的机器某些指令，某些操作需要依赖于咱们实际的硬件机器来实现啊。用微指令去解释咱机器指令，而这个指令去执行一些由硬件直接再去执行相应的微指令，完成相应的功能。呃。

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