计算机组成原理 NO1

1、计算机组成原理计算机组成原理临沂大学信息学院临沂大学信息学院Computer Architecture2课程介绍课程介绍n计算机组成原理计算机组成原理 讲解单台计算机的完整硬件系统的基本讲解单台计算机的完整硬件系统的基本组成原理与内部运行机制。组成原理与内部运行机制。计算机硬件各子系统的组成原计算机硬件各子系统的组成原理及实现技术，建立计算机系统的整体概念。理及实现技术，建立计算机系统的整体概念。 单台：讲单个简单的计算机系统，非多计算机系统，单台：讲单个简单的计算机系统，非多计算机系统，非多处理机结构。非多处理机结构。 完整：计算机整机，全部的硬件功能部件。完整：计算机整机，全部的硬件功能部

2、件。 基本：是最基础的最必要的组成部分，不一定是最高基本：是最基础的最必要的组成部分，不一定是最高性能最合理的组成。性能最合理的组成。n是计算机专业核心硬件类专业基础课程，必修课程。是计算机专业核心硬件类专业基础课程，必修课程。3教学的主要内容教学的主要内容n以逻辑电路为基础，以单机系统为对象，讲解计算机各主以逻辑电路为基础，以单机系统为对象，讲解计算机各主要部件的组成、工作原理、逻辑实现方法，从而了解计算要部件的组成、工作原理、逻辑实现方法，从而了解计算机最低层硬件软件的配合与功能的划分，系统地了解计算机最低层硬件软件的配合与功能的划分，系统地了解计算机内部的运行机制。机内部的运行机制。n前

3、导课程：前导课程：n计算机基础，电路与数字逻辑，汇编语言程序设计。计算机基础，电路与数字逻辑，汇编语言程序设计。n后续课程：后续课程：n计算机系统结构，微机原理与接口技术，操作系统，计算计算机系统结构，微机原理与接口技术，操作系统，计算机网络等。机网络等。n在先导课和后续课之间起着承上启下的作用。在先导课和后续课之间起着承上启下的作用。4教学内容安排教学内容安排1 1、计算机系统概论（第、计算机系统概论（第1 1、2 2章）章）2 2、系统总线（第、系统总线（第3 3章）章）3 3、运算方法和运算部件（第、运算方法和运算部件（第6 6章）章）4 4、存储器系统（第、存储器系统（第4 4章）章）

4、5 5、指令系统（第、指令系统（第7 7章）章）6 6、CPUCPU（第（第8 8、9 9、1010章）章）7 7、输入输出系统（第、输入输出系统（第5 5章）章）教学内容安排教学内容安排56考试大纲考试大纲【考查目标考查目标】 1. 1.理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念。概念。2.2.理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方

5、法。的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。3.3.能够运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计能够运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。对一些基本部件进行简单设计。 7一、一、计算机系统概述计算机系统概述（一）（一）计算机发展历程计算机发展历程（二）（二）计算机系统层次结构计算机系统层次结构 1.1.计算机硬件的基本组成计算机硬件的基本组成 2.2.计算机软件的分类计算机软件的分类 3.3.计算机的工作过程计算机的工作过程（三）（三） 计算机性

6、能指标计算机性能指标 吞吐量、响应时间；吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间；执行时间；MIPS、MFLOPS。 8二、二、总线总线 （一）（一） 总线概述总线概述 1. 1. 总线的基本概念总线的基本概念 2. 2. 总线的分类总线的分类 3. 3. 总线的组成及性能指标总线的组成及性能指标（二）（二） 总线仲裁总线仲裁 1. 1. 集中仲裁方式集中仲裁方式 2. 2. 分布仲裁方式分布仲裁方式（三）（三） 总线操作和定时总线操作和定时 1. 1. 同步定时方式同步定时方式 2. 2. 异步定时方式异步定时方式（四）（四） 总线标准总线标准9三、三、

7、 数据的表示和运算数据的表示和运算（一）（一） 数制与编码数制与编码 1. 1. 进位计数制及其相互转换进位计数制及其相互转换 2. 2. 真值和机器数真值和机器数 3. BCD3. BCD码码 4. 4. 字符与字符串字符与字符串 5. 5. 校验码校验码（二）（二） 定点数的表示和运算定点数的表示和运算 1. 1. 定点数的表示定点数的表示 无符号数的表示；有符号数的表示。无符号数的表示；有符号数的表示。 2. 2. 定点数的运算定点数的运算 定点数的位移运算；原码定点数的加定点数的位移运算；原码定点数的加/ /减运算；补减运算；补码定点数的加码定点数的加/ /减运算；定点数的乘减运算；定

8、点数的乘/ /除运算；溢出概念和除运算；溢出概念和判别方法。判别方法。10三、三、 数据的表示和运算数据的表示和运算（三）（三） 浮点数的表示和运算浮点数的表示和运算 1. 浮点数的表示浮点数的表示 IEEE754标准标准 2. 浮点数的加浮点数的加/减运算减运算（四）（四） 算术逻辑单元算术逻辑单元ALU 1. 串行加法器和并行加法器串行加法器和并行加法器 2. 算术逻辑单元算术逻辑单元ALU的功能和结构的功能和结构11四、四、存储器层次结构存储器层次结构 （一）（一） 存储器的分类存储器的分类（二）（二） 存储器的层次化结构存储器的层次化结构（三）（三） 半导体随机存取存储器半导体随机存取

9、存储器 1. SRAM存储器的工作原理存储器的工作原理 2. DRAM存储器的工作原理存储器的工作原理（四）（四） 只读存储器只读存储器（五）（五） 主存储器与主存储器与CPU的连接的连接（六）（六） 双口双口RAM和多模块存储器和多模块存储器12四、四、存储器层次结构存储器层次结构（七）（七） 高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（CacheCache） 1. 1. 程序访问的局部性原理程序访问的局部性原理 2. Cache2. Cache的基本工作原理的基本工作原理 3. Cache3. Cache和主存之间的映射方式和主存之间的映射方式 4. Cache4. Cache中主存块的替换算法中主存

10、块的替换算法 5. Cache5. Cache写策略写策略（八）（八） 虚拟存储器虚拟存储器 1. 1. 虚拟存储器的基本概念虚拟存储器的基本概念 2. 2. 页式虚拟存储器页式虚拟存储器 3. 3. 段式虚拟存储器段式虚拟存储器 4. 4. 段页式虚拟存储器段页式虚拟存储器13五、五、指令系统指令系统 （一）（一） 指令格式指令格式 1. 1. 指令的基本格式指令的基本格式 2. 2. 定长操作码指令格式定长操作码指令格式 3. 3. 扩展操作码指令格式扩展操作码指令格式（二）（二） 指令的寻址方式指令的寻址方式 1. 1. 有效地址的概念有效地址的概念 2. 2. 数据寻址和指令寻址数据寻

11、址和指令寻址 3. 3. 常见寻址方式常见寻址方式（三）（三） CISCCISC和和RISCRISC的基本概念的基本概念14六、六、中央处理器（中央处理器（CPUCPU） （一）（一） CPUCPU的功能和基本结构的功能和基本结构（二）（二） 指令执行过程指令执行过程（三）（三） 数据通路的功能和基本结构数据通路的功能和基本结构（四）（四） 控制器的功能和工作原理控制器的功能和工作原理 1. 1. 硬布线控制器硬布线控制器 2. 2. 微程序控制器微程序控制器 微程序、微指令和微命令；微指令的编码方式；微地微程序、微指令和微命令；微指令的编码方式；微地址的形式方式。址的形式方式。（五）（五）

12、指令流水线指令流水线 1. 1. 指令流水线的基本概念指令流水线的基本概念 2. 2. 超标量和动态流水线的基本概念超标量和动态流水线的基本概念15七、七、输入输出（输入输出（I/OI/O）系统）系统 （一）（一） I/OI/O系统基本概念系统基本概念（二）（二） 外部设备外部设备 1. 1. 输入设备：键盘、鼠标输入设备：键盘、鼠标 2. 2. 输出设备：显示器、打印机输出设备：显示器、打印机 3. 3. 外存储器：硬盘存储器、磁盘阵列、光盘存储器外存储器：硬盘存储器、磁盘阵列、光盘存储器（三）（三） I/OI/O接口（接口（I/OI/O控制器）控制器） 1. I/O1. I/O接口的功能和

13、基本结构接口的功能和基本结构 2. I/O2. I/O端口及其编址端口及其编址16七、七、输入输出（输入输出（I/OI/O）系统）系统（四）（四） I/OI/O方式方式 1. 1. 程序查询方式程序查询方式 2. 2. 程序中断方式程序中断方式 中断的基本概念；中断响应过程；中断处理过程；多中断的基本概念；中断响应过程；中断处理过程；多重中断和中断屏蔽的概念。重中断和中断屏蔽的概念。 3. DMA3. DMA方式方式 DMADMA控制器的组成；控制器的组成；DMADMA传送过程。传送过程。 4. 4. 通道方式通道方式17实验实验n预习预习n操作操作n实验报告实验报告18参考资料参考资料n主要

14、教材：主要教材：n计算机组成原理（计算机组成原理（2），唐朔飞，高等教育出版社），唐朔飞，高等教育出版社 2008n参考教材：参考教材：n11计算机组成与结构（计算机组成与结构（3 3），王爱英主编，清华大学出版），王爱英主编，清华大学出版社出版。社出版。n22计算机组成原理（计算机组成原理（3 3），白中英，科学出版社，），白中英，科学出版社，20012001n33计算机组成原理计算机组成原理 ，王诚等，高等教育出版社，王诚等，高等教育出版社，20112011n44计算机组成原理习题与解析，唐朔飞，高等教育出版计算机组成原理习题与解析，唐朔飞，高等教育出版社，社，20082008n电子资源：电子资源：nhttp:/ http:/ 国家精品课程资国家精品课程资源网源网19课程考核课程考核n学习评价用结构化成绩形成。学习评价用结构化成绩形成。n主卷：期末考试采用笔试闭卷考试。主卷：期末考试采用笔试闭卷考试。记分项目记