• 1. 主讲教师:毛艳艳计算机组成原理E-mail: maoyanyan_ccec@126.com
  • 2. 本课程在计算机专业的地位数字逻辑C语言程序设计计算机组成 原理数据结构操作系统数据库原理及应用软件工程微机接口技术计算机网络计算机系统结构计算机组成原理在计算机专业教学中 处于核心位置2
  • 3. 教材《计算机组成与结构》(第四版) 王爱英主编 清华大学出版社3
  • 4. 参考书《计算机组成原理》白中英 科学出版社 《计算机组成原理》唐朔飞 高等教育出版社4
  • 5. 学习方法 课堂教学:从学会 会学,学思路. 认真做习题(含实验):会做. 找参考资料:会找,会看. 密切注意计算机发展动态:多听,多看5
  • 6. 第一章 计算机系统概述 1.1 计算机的语言 1.2 计算机的硬件 1.3 计算机系统的层次结构 1.4 电子计算机的发展简史 1.5 计算机的应用 1.6 计算机网络 6
  • 7. 1.1 计算机的语言自然语言:人类相互交流信息所用的语言 高级语言:当前计算机不具备理解自然语言的能力,人们找到一种和自然语言接近并能为计算机接受的语言。 机器语言:(由二进制代码表示的指令组成)目前的通用计算机不会直接执行高级语言程序,要先将其翻译成机器能执行的语言,这种语言被称为机器语言。 汇编语言:符号式程序设计语言。7
  • 8. 计算机软件的组成没有配备任何软件的“裸机”无法投入使用,没有配备足够的软件,其功能就不能很好的发挥。 计算机软件的分类如下: 8
  • 9. 软件组成系统软件应用软件操作系统或管理软件 汇编程序 高级语言的编译或解释程序 故障诊断或检验程序 系统调试程序 数据库管理程序 使用者根据需要采用各类语言 编写的各种应用程序,包括各 类应用软件包计算机软件的分类9
  • 10. 小常识:指令分为两部分:操作码 地址码算数逻辑运算指令:例如:加减乘除法指令,传送指令等10
  • 11. 1.2 计算机的硬件组成计算机的基本部件有 中央处理器CPU(运算器和控制器)、存储器和输入设备、输出设备。 计算机硬件组成结构如下图:11
  • 12. 计算机硬件组成运算器控制器存储器输入设备输出设备地址总线数据总线控制总线实际机器12
  • 13. 中央处理器又叫CPU,早期的计算机中分成运算器和控制器两部分,由于电路集成度的提高,现在已把它们集成在一个芯片中。计算机的硬件介绍存储器用来存放程序和数据,是计算机各种信息的存储和交流中心。存储器可与CPU、输入输出设备交换信息,起存储、缓冲、传递信息的作用。13
  • 14. 计算机的硬件介绍输入设备用来输入原始数据和处理这些数据的程序、输入的信息有数字符、字母和控制符等。输出设备用来输出计算机的处理结果。可以是数字、字母、表格、图形等.14
  • 15. 1.3 计算机系统的层次结构实际机器的物理基础什么?数字集成电路………只能直接识别二进制代码(高低电平信号、机器代码),使用不便。实际机器的有那些特点?15
  • 16. 1.3 计算机系统的层次结构用户用高级语言编写程序,连同数据一起送入计算机(用户程序一般称为源程序),然后由计算机将其翻译成机器语言程序(称为目标程序),在计算机上运行后输出结果。 计算机的解题过程 16
  • 17. 高级语言虚拟机器的层次结构17
  • 18. 翻译程序翻译程序有编译程序和解释程序两种。 编译程序是将源程序中全部语句翻译成机器语言,再执行机器语言。假如一个题目需要重复计算几遍,那么一旦翻译以后,只要源程序不变,不需再次进行翻译。 解释程序是将源程序的一条语句翻译成机器语言以后立即执行它,然后再翻译执行下一条语句。特点是翻译一次只能执行一次,效率较低。18
  • 19. 实际机器M1 (机器语言机器)虚拟机器2 (高级语言机器)虚拟机器M3 (汇编语言或中间语言机器)虚拟机器M4 (高级语言机器)虚拟机器M2 (操作系统语言机器)由硬件或微程序解释执行机器语言一般用机器语言解释操作系统语言由编译程序翻译成机器语言程序或操作系统语言高级语言程序经编译程序翻译成汇编语言或中间语言程序计算机系统的多级层次结构19
  • 20. 计算机的产生 1642年,年仅19岁的法国科学家Blaise Pascal(1623-1662)制造出的第一台能工作的计算机器。整台机器是纯机械设备,使用手柄驱动,用齿轮传动,能完成加法和减法。程序设计语言Pascal就是以他的名字命名的。 1945年, 美国数学家冯.诺依曼博士发表《电子计算工具逻辑设计》论文,提出二进制表达方式和存储程序控制计算机构想。 1.4 电子计算机的发展简史20
  • 21. 计算机的产生1946年, 美国宾西法尼亚大学研制成功电子数字计算机 ENIAC。重28吨,耗电150kW,占地170平米,用电子管18800个,每秒5000次加法。 1948年,贝尔实验室的John Bardeen、Walter Brattain和William Shockley发明了晶体管,他们也因此获得了1956年的诺贝尔物理奖。1953年,麻省理工学院林肯实验室成功研制了第一台晶体管计算机TX-0。 我国在1959年研制成功第一台数字计算机,第一台晶体管数字计算机于1965年完成。21
  • 22. 介绍: 不足: 存储容量小 20个字长10位 非自动 采用线路连接来编程 冯.诺依曼在此基础上提出了现代计算机的模型 第一台计算机 ENIAC5000次加法/秒 体重28吨 占地170m2 18800只电子管 1500个继电器 功率150KW22
  • 23. 计算机由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备五部分组成。 采用存储程序的方式,程序和数据放在同一存储器中,由指令组成的程序可以修改。 数据以二进制码表示 指令由操作码和地址码组成。 指令在存储器中按执行顺序存放,由指令计数器指明要执行的指令所在单元地址,一般按顺序替增。 机器以运算器为中心,数据传送都经过运算器。冯.诺依曼机的基本特点:23
  • 24. 算术运算 逻辑运算存放数据 和程序将信息转换成机 器能识别的形式将结果转换成 人们熟悉的形式指挥程序 运行冯·诺依曼计算机硬件框图存储器输入设备运算器控制器输出设备24
  • 25. 电子计算机的发展简史第一代 电子管时代(1946-1958) 耗电高,体积大,定点计算,机器语言,汇编语言 第二代 晶体管时代(1958-1965) 变集中处理为分级处理,浮点运算、高级语言 第三代 中小规模集成电路时代(1965-1970) 存储容量大,运算速度快,几十至几百万次/秒 第四代 大规模集成电路时代(1971至今) 向大型机和微型机两个方向发展 现代计算机发展方向 巨型化,微型化,网络化,智能化,多媒体化 根据摩尔定律集成电路大体上每18个月翻一番25
  • 26. 计算机的六大分类巨型机—世界几家公司生产,最快1.4万亿次,9千个CPU组成。 小巨型机—功能同巨型机相近,价格相对便宜。 大型机—大中型企事业单位作为计算中心的主机使用,统一调度主机资源,代表产品有IBM360,370等。 小型机—可满足部门性的需求,供小型企事业单位使用。 工作站—用于特殊的专业领域,如图象处理和辅助设计。 微型机—个人或家庭使用,价格低廉。26
  • 27. 世界上较快的五台超级计算机1. IBM: Seaborg 6080个 CPU 最大平均速度 7.304 TF 27
  • 28. 2. IBM: ASCI White8192个 CPU 最大平均速度 7.304 TF 世界上较快的五台超级计算机28
  • 29. 3. Linux NetworX : MCR Linux Cluster 2304个 CPU 最大平均速度 7.634 TF 世界上较快的五台超级计算机29
  • 30. 4. HP : ASCI Q 4096个 CPU 最大平均速度 13.88 TF世界上较快的五台超级计算机30
  • 31. 5.NEC: Earth Simulator 5120个 CPU 最大平均速度 35.86 TF 世界上较快的五台超级计算机31
  • 32. 1.5 计算机的应用领域科学研究计算 密码破译,天气预报,地质勘探,卫星轨道计算 过程控制 机器人以及各种自动化装备,温度调节,阀门控制 辅助设计/分析/制造/教学 机械CAD,建筑CAD,CAE,CAM,CAI 数据处理 数据库管理,企业信息管理,统计汇总、办公自动化 智能模拟 人工智能、专家系统、自学习32
  • 33. 1.6 计算机网络 1.6.1 计算机网络基础知识 1.6.2 局域网 1.6.3 广域网和网络协议 1.6.4 网络互联设备33
  • 34. 1.6.1 计算机网络基础知识计算机网络 连接介质 双绞线、同轴电缆、光缆 网络分类 局域网、城域网、广域网、接入网 信道、共享信道、点到点连接基本概念:34
  • 35. 信道分类 全双工、半双工、单工信道 计算机网络采用分组方式发送数据。 基带传输、宽带传输 调制器、解调器 基带信号 <----> 调制信号基本概念:35
  • 36. 广域网、城域网、接入网以及局域网的关系 城域网城域网接入网接入网接入网接入网接入网接入网广域网局域网局域网校园网企业网……返回36
  • 37. 各种电缆铜线铜线聚氯乙烯 套层聚氯乙烯 套层屏蔽层绝缘层绝缘层外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线 STP同轴电缆返回37
  • 38. 1.6.2 局域网网络拓扑结构总线拓扑环型拓扑 星型拓扑38
  • 39. 1.6.3 广域网和网络协议39
  • 40. 资源子网&&通信子网资源子网的组成:主计算机系统、终端、终端控制器、联网外设、各种软件资源与信息资源组成。 通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成。40
  • 41. OSI 与 TCP/IP 体系结构比较 应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7 6 5 4 3 2 1OSI 的体系结构应用层物理层网络层 IP (各种应用层协议如 TELNET, FTP, SMTP 等)运输层(TCP 或 UDP)TCP/IP 的体系结构41
  • 42. 计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部,成为应用层 PDU42
  • 43. 计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部,成为运输层报文43
  • 44. 计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部,成为 IP 数据报(或分组)44
  • 45. 计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部,成为数据链路层帧45
  • 46. 计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体46
  • 47. 计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2物理层接收到比特流,上交给数据链路层47
  • 48. 计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部 取出数据部分,上交给网络层48
  • 49. 计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2网络层剥去首部,取出数据部分 上交给运输层49
  • 50. 计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去首部,取出数据部分 上交给应用层50
  • 51. 计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层剥去首部,取出应用程序数据 上交给应用进程51
  • 52. 计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的 应用程序数据!52
  • 53. 计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部(尾部)的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层 首部T2链路层 尾部53
  • 54. 计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 210100110100101 比 特 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后 交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据54
  • 55. H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后 把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据55
  • 56. H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2网络层剥去分组首部后 把分组的数据部分交给运输层56
  • 57. H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去报文首部后 把报文的数据部分交给应用层57
  • 58. 应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层剥去应用层 PDU 首部后 把应用程序数据交给应用进程58
  • 59. 计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的 应用程序数据!59
  • 60. IP地址IPv4: 32位 例如:166. 111. 16. 5 IPv6: 128位60
  • 61. 沙漏计时器形状的 TCP/IP协议族 HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络接口层运输层应用层………网络接口 1网络接口 2网络接口 3Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务IP over Everything IP 可应用到各式各样的网络上61
  • 62. Internet提供的服务电子邮件 万维网浏览器 搜索引擎 文件传输(FTP) 例如:ftp://ftp.tsinghua.edu.cn 远程登录(Telnet) 电子公告板 BBS62
  • 63. 电子邮件地址的格式TCP/IP 体系的电子邮件系统规定电子邮件地址的格式如下: 收信人邮箱名@邮箱所在主机的域名 符号“@”读作“at”,表示“在”的意思。 例如,电子邮件地址 xiexiren@tsinghua.org.cn邮箱所在的主机的域名 在全世界必须是惟一的 这个用户名在该域名 的范围内是惟一的。 63
  • 64. telnet://bbs.tsinghua.edu.cn telnet bbs.tsinghua.edu.cn64
  • 65. 网络互连设备中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。 物理层中继系统:中继器(repeater)。 数据链路层中继系统:网桥或桥接器(bridge)。 网络层中继系统:路由器(router)。 网桥和路由器的混合物:桥路器(brouter)。 网络层以上的中继系统:网关(gateway)。 65
  • 66. 三级结构的因特网各网络之间需要使用路由器来连接。 有时在结构图中可不画出路由器。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器66
  • 67. The End67