计算机组成原理第一

计算机组成原理南京邮电大学物联网学院闵丽娟课程的性质、目的、任务

本课程的目的和任务，主要讲述计算机硬件系统的基本组成原理与运行机制。通过对计算机各部件工作原理、信息加工处理及控制过程的分析，使学生掌握基本的分析方法、设计方法和互连成整机的技术。具备维护、使用计算机的基本技能，并为具备硬件系统的开发应用能力打下一定的基础。本课程对于非计算机专业的学生是一门选修课。第１章计算机系统概论第３章系统总线第４章存储器第５章输入输出系统第６章计算机的运算方法第７章指令系统第８章CPU的结构和功能第９章控制单元的功能第10章控制单元的设计第２章计算机的发展及应用课程内容

实验安排

实验内容1）存储器实验2）运算器实验参考书

[1]《计算机组成原理》（第五版），白中英，科学出版社，2013年[2]《计算机组成原理：学习指导与习题解答》，唐朔飞，高等教育出版社，2012年[3]《计算机组成原理教程》，张代远，清华大学出版社，2009年对学生的要求

时间紧任务重，课前要预习、课后要复习不迟到早退，课上认真听讲，并做适量的笔记理论课和实验课均不可缺席作业按时完成完成并提交三次实验报告

总评分＝平时成绩*30%+期末成绩*70%平时成绩的组成：课堂作业＋课后作业＋实验报告评分标准

说明联系方式：minlj@答疑时间、地点：周四12:30-13:20教3-518第１章计算机系统概论1.1计算机系统简介1.4本书结构1.3计算机硬件的主要技术指标1.2计算机的基本组成1.1计算机系统简介由具有各类特殊功能的信息（程序）组成1.计算机系统计算机系统计算机的实体，如主机、外设等一、计算机的软硬件概念硬件软件按任务需要编制成的各种程序用来管理整个计算机系统系统软件应用软件语言处理程序操作系统服务性程序数据库管理系统网络软件软件1.1计算机高级语言程序目标程序结果翻译运行1.12.计算机的解题过程二、计算机系统的层次结构高级语言虚拟机器M3汇编语言虚拟机器M2操作系统虚拟机器机器语言实际机器M1微指令系统微程序机器M01.1用编译程序翻译成汇编语言程序用汇编程序翻译成机器语言程序用机器语言解释操作系统用微指令解释机器指令由硬件直接执行微指令软件硬件1.1虚拟机器M4虚拟机器M3虚拟机器M2实际机器M1微程序机器M0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1.2存储器输入设备运算器控制器输出设备1.2计算机的基本组成1.计算机由五大部件组成一、冯·诺依曼计算机的特点3.指令和数据用二进制表示4.指令由操作码和地址码组成6.以运算器为中心2.指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访5.存储程序5.存储程序二、计算机硬件框图1.21.以存储器为中心的计算机硬件框图程序存储器输出设备输入设备运算器控制器数据结果计算ALU主存辅存CPU主机I/O设备硬件CU2.现代计算机硬件框图存储器输入设备运算器输出设备控制器1.2ALUCPU主机I/O设备CU主存1.2三、计算机的工作步骤编程举例:取x

至运算器中乘以x

在运算器中乘以a

在运算器中存ax2

在存储器中取b

至运算器中乘以x

在运算器中加ax2

在运算器中加c

在运算器中=(ax

+

b)x

+

c

取x

至运算器中乘以a

在运算器中加b

在运算器中乘以x

在运算器中加c

在运算器中计算ax2+bx+c指令和数据存于主存单元的地址指令注释操作码地址码00000010000001000取数x至ACC10001000000001001乘a得ax

,存于ACC中20000110000001010加b得ax+b

,存于ACC中30001000000001000乘x得（ax+b)x,存于ACC中40000110000001011加c得ax2+bx+c

,存于ACC50000100000001100将ax2+bx+c

,存于主存单元60001010000001100打印7000110停机8

x原始数据x9

a原始数据a10

b原始数据b11

c原始数据c12存放结果1.2计算ax2+bx+c

程序清单存储体大楼存储单元存放一串二进制代码存储字存储单元中二进制代码的组合存储字长存储单元中二进制代码的位数每个存储单元赋予一个地址号按地址寻访–存储单元–存储元件（0/1）–

教室–

座位（无人/

有人）(1)存储器的基本组成1.2MDR主存储器存储体MAR2.计算机的解题过程MARMDR存储单元个数=

16?存储字长

=8?

设MAR

=

4

位

MDR

=

8

位1.2存储器地址寄存器反映存储单元的个数存储器数据寄存器反映存储字长(1)存储器的基本组成MDR主存储器存储体MAR(2)运算器的基本组成及操作过程1.2运算器MQACCALUXACC累加器MQ乘商寄存器ALU算术逻辑单元X操作数寄存器运算器MQACCALUXACC

被加数ACC初态①加法操作过程1.2[ACC]+[X]ALU[M]XXACCACC指令加M1.2②减法操作过程运算器MQACCALUX指令减MACC

被减数ACC初态[M]XX[ACC]-[X]ALUACCACCPC：程序计数器，存放当前欲执行指令的地址，具有计数功能（PC）+1IR：指令寄存器，存放当前欲执行的指令CU：控制单元PCIRCU完成一条指令：取指令、分析指令、执行指令1.2(3)控制器的基本组成12356789以取数指令为例4(4)主机完成一条指令的过程1.2CU控制单元主存储器MDRMAR存储体CPUPC控制器IR…运算器MQACCALUXI/O设备(5)ax2+bx+c

程序的运行过程将程序通过输入设备送至计算机程序首地址打印结果分析指令取指令…停机启动程序运行,(PC

)+

1PC执行指令

1.2MARMMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)MARMMDRACCPC1.3计算机硬件的主要技术指标1.机器字长2.运算速度CPU

一次能处理数据的位数与

CPU

中的

寄存器位数

有关=ni

=1fi

tiTM∑吉普森法主频每秒执行百万条指令MIPS执行一条指令所需时钟周期数CPI每秒浮点运算次数FLOPS221

=

256

KB213

=

1

KB如3.存储容量存储容量表示方法存储单元个数

×

存储字长字节数80GB如MARMDR

容量10

816

32存放二进制信息的总位数1.31K=210

1B=23b1G=2301

K

×

8位64

K

×

32位第１篇概论1.4本书结构