计算机组成原理与体系结构
一、 计算机系统概述
（一） 计算机发展历程
第 一 台 电 子 计 算 机 ENIAC （ Electronic Numerical Integrator And
Computer）诞生于 1946 年的美国宾夕法尼亚大学。ENIAC 用了 18000 电子管、1500
继电器、重 30 吨、占地 170m3、耗电 140kw、每秒计算 5000 次加法。冯•诺依曼
（VanNeumann）首次提出存储程序的概念，将数据和程序一起放在存储器中，使
得编程更加方便。50 多年来，虽然对冯•诺依曼机进行了很多改革，但结构变化
不大，仍然称为冯•诺依曼机。
一般把计算机的发展分为四个阶段：
第一代（1946-50‘s 后期）：电子管计算机时代；
第二代（50‘s 中期-60’s 后期）：晶体管计算机时代；
第三代（60‘s 中期-70’s 前期）：集成电路计算机时代；
第四代（70‘s 初-）：大规模集成电路计算机时代。
（二） 计算机系统层次结构
1. 计算机硬件的基本组成
计算机硬件主要指计算机的实体部分，通常有运算器、控制器、存储器、输
入和输出五部分。
CPU 是指将运算器和控制器集成到一个电路芯片中。
2. 计算机软件的分类
计算机软件按照面向对象的不同可分两类：
系统软件：用于管理整个计算机系统，合理分配系统资源，确保计算机正常
高效地运行，这类软件面向系统。
应用软件：是面向用户根据用户的特殊要求编制的应用程序，这类软件通常
实现用户的某类要求。
3. 计算机的工作过程
（1）计算机的工作过程就是执行指令的过程
指令由操作码和操作数组成：
操作码指明本指令完成的操作
地址码指明本指令的操作对象
（2）指令的存储
指令按照存储器的地址顺序连续的存放在存储器中。
（3）指令的读取
为了纪录程序的执行过程，需要一个记录读取指令地址的寄存器，称为指
令地址寄存器，或者程序计数器。指令的读取就可以根据程序计数器所指出的指
令地址来决定读取的指令，由于指令通常按照地址增加的顺序存放，故此，每次
读取一条指令之后，程序计数器加一就为读取下一条指令做好准备。
（4）执行指令的过程
在控制器的控制下，完成以下三个阶段任务:
1）取指令阶段
操作码
地址码
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