计算机组成原理辅导

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1、计算机组成原理辅导1计算机系统概述1.1计算机系统的基本组成和它的层次结构计算机系统由硬件和软件（两类资源）组成。计算机的硬件系统是计算机系统中的物理设备。计算机的软件系统是计算机系统中的程序和数据，包括完成计算机资源管理、方便用户使用的系统软件操作系统。硬件是计算机系统中保存与运行软件程序的物质基础，软件则是指挥硬件完成预期功能的智能部分。计算机系统的层次结构（图1.1）计算机硬、软件系统可划分为6个层次，每一层是实现上一层的基础，是对下一层的功能扩展。①数字逻辑层指制造计算机硬件的数字逻辑电路技术。现在

2、人们所说的计算机或电脑，其全称应该是“通用数字电子计算机”，它的硬件的设计制造采用的是数字逻辑电路技术，所以计算机系统的最底层应该是数字逻辑层。使用何种电路实现信息存储、信息传送以及信息运算与加工，是这一层要解决的基本问题。②微体系结构层指的是由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备这5大部件组成的裸机。裸机实际是按照指令系统设计制造的，能够识别、执行特定指令的一个完整的电子装置。电子装置有很多种，如电视机、收音机等，而计算机裸机这个电子装置与其它电子装置的不同之处在于，计算机裸机能够（仅能够）识别、执

3、行二进制形式的指令（机器指令），这是计算机裸机的高明之处。进一步说，现在的计算机都是属于冯·诺依曼计算机，它的结构、工作原理决定它只要一加电，就会自动地从存储器中取出一条指令，然后分析这条指令，再然后根据分析结果执行这条指令；接着再取下一条指令，分析下一条指令，执行下一条指令，如此不断往复循环。人们根据特定的需要，将指令有序的组织起来（即成为程序了），就可以叫计算机做各种各样的事。这里也就体现了计算机的通用性。当然这里所说的指令是机器指令。这一层的主要内容是，为了执行指令，需要在计算机中设置哪些功能部件，每

4、个部件如何组成和工作，这些部件之间如何实现相互连接并协同工作等。这个层次是本课程的主要内容。③指令系统层指一台计算机特有的指令系统（当然是二进制形式的机器指令），它的位置特别特殊。指令系统层以上的所有层次的工作或者说成果，最终都要以机器指令的形式来表示，因为裸机只认识二进制形式的机器指令。从这个角度我们说这一层处于硬件和软件之间。④操作系统层。从这一层往上，都是软件层。操作系统层指的是目前几乎所有的计算机都配置的一种软件——操作系统。操作系统是一种软件，而其它的所有软件都在它的上面，唯独操作系统处于这样一种

5、特殊的地位，为什么呢？这要从操作系统的功能说起。1有了裸机和指令系统，理论上人们就可以使用计算机了。我们用指令系统（机器指令）编写程序，然后把程序放入裸机的存储器中，启动计算机，计算机就会执行相应的程序了。但实际的裸机有太多太复杂的各种器件，各器件之间的关系错综复杂，即便是裸机的设计者，面对裸机也无法随心所欲。记住，使用机器指令来编写程序是面向裸机的，所以当你用机器指令面向裸机编制程序，并试图操纵计算机的时候，一定会困难重重。为此，人们设计编制了一种软件，由这种软件来具体操纵、管理裸机的运作，这种软件就是操

6、作系统。操作系统除了具有这一功能外，还有其它的功能，如操作系统将人们经常需要的对裸机的一些复杂操作，（如向内存某个位置放入一个程序，向某个输出设备输出一串字符）预先编制了程序予以实现，提供给程序员的是一个抽象的程序（模块）接口，程序员只需按接口所要求的规范、参数，调用相应的程序就可以实现所需的功能。这就是操作系统中所谓的系统调用。有了系统调用，程序员就没有了面对裸机的烦恼和恐惧，换来的是面对系统调用的轻松和喜悦。操作系统还有一个重要的功能，就是向大众提供友好的使用界面。鉴于上述的各种功能，操作系统在整个计算

7、机系统中具有了特殊的地位，使它总的处于硬件系统和软件系统之间，有人将操作系统称为计算机系统中硬件和软件之间的桥梁。⑤汇编语言层，指对应于某种机器语言的汇编语言。这一层相对来说并不重要，甚至是无关紧要，不存在也无所谓。汇编语言是符号化（尽可能接近英语）的机器语言，相比于二进制形式的机器语言，符号化的汇编语言更容易记忆，识别，从而给程序员开发程序带来了方便。从这个角度说，汇编语言仅是程序员编程的一种工具，但相对于高级语言，汇编语言功能太弱。注意，程序员可以用汇编语言来编写程序，但最终要裸机来执行，还必须将汇编语

8、言编写的程序翻译成为机器语言形式的程序。这个翻译理论上当然可以由人工进行，但实际由人工翻译，一则需要此人熟悉机器语言，二则难度和工作量都太大，所以是不现实的。实际情况是由一种软件来承担这个翻译任务，这种软件一般称为汇编程序（或汇编系统）。⑥高级语言层，指的是各种接近于人类自然语言（一般指英语）的编程语言。人类用高级语言来编制各种希望计算机执行的各种程序，由于高级语言接近于人类的自然语言，当然还有适合于各种应用环境