计算机组成原理-计算机系统概论

计算机组成原理

主讲教师：吴继明

计算机学院计算机工程系

TEL/p>

E-mail:wujml170@163.com

结束开始授课

脑点专业技术基础课

硬件系列课程之一

计算机组成原理

微机原理及接口技术

计算机体系结构

单片机原理与应用

嵌入式系统开发与应用

指定选修课

以技术为主

面向应用

软硬件相结合

先修课程

数字逻辑

提供硬件基础

汇编语言程序设计

建立必备软件基础

掌握指令系统、程序格式

课程目标

»使学生掌握微型计算机各大部件的

(1)部件的组成原理

(2)部件的设计方法

(3)数字逻辑层的实现技术

(4)互连构成单机系统的技术.

打好计算机系统分析、设计、开发和使用的

基础。

J向客章节目录计划学时

第1章计算机系统概论2

第2章运算方法和运算器16

第3章存储系统15

第4章指令系统5

第5章中央处理器18

】内容

章节目录（续）计划学时

第6章总线系统3

第7章外围设备2

第8章输入输出设备3

度：也里的"创学时不包挺安彩母时。

Jj孽习

y塞求学习方法很重要

复习并掌握先修课的有关内容

课堂：听讲与理解、适当笔记

课后：认真完成作业

实验：充分准备、勇于实践

总成绩=考试成绩（70%）+

实验成绩（20%）+平时成绩（10%）

&篇参考书目

a《计算机组成与结构》王爱英清华大学出版社

＞《计算机组织与结构》金兰高等教育出版社

■《计算机组成原理实验指导书与习题集》王诚等

清华大学出版社

■《COMPUTERORGANIZATIONAND

ARCHITECTURESWilliamStallings

Prentice-HalIJnc.

＞《结构化计算机组成》AndrewS.Tanenbaum,

机械工业出版社

•清华、科大、电子、机械等出版社出版的相关教材

第一章计算机系统概论

a［知识要点］

L计算机的发展、分类、特点与应用；

2,计算机硬件和软件的基本概念；

3.计算机硬件系统的组织，各部分的功能及其组

成框图；

4.计算机的工作过程，即执行指令的过程；

5.冯・努依曼型计算机的设计思想;

6.计算机系统的层次结构及其演化过程。

第一章计算机系统概论

§1.1计算机的分类和应用

§1.2计算机的硬件

§1.3计算机的软件

§1.4计算机系统的层次结构

§本章知识小结

结束

计1.1计算机的分类和应用

算r电子模拟计算机巨型机

机大型机

的「专用计算机r丑型机

分Y电子数字J小型机

类计算机〔通用计算机《微型机

单片机

计算机的应用

<「

科自测信教家人

学动量息育用工

计控和处和电智

算制测理卫器能

试生

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§1.2计算机的硬件

例子：通过算盘、纸和笔，用手

工方法计算y=a*b+b-Co

计算y=a*X+b-c

行号解题步骤和数据说明

■V

1取数(9)一算盘(9)表示第9行的数a,

2乘法(12)一算盘完成a*x,结果在算盘上

3加法(10)一算盘完成ax+b

4减法(11)一算盘完成y=ax+b-c

5存数y-13算盘上的y值存到第13行

算一

6输出把算盘上的y值输出

1111，7停止运算完毕

8

9a数据

10b数据

纸一

11c数据

12X数据

13y_________数据.

纸----------A存储原始的数据及解题步骤

算盘执行所要求的四则运算

笔•输入/输出原始数据及结果

人的•控制整个解题过程的有序执行

大脑

・一,数字计算机的硬件组成

1.主要组成结构：运算器，存储器，控制器，

适配器与输入输出设备

・运算器——进行算术运算、逻辑运算；第2

章介绍定点数和浮点数的加、减、乘和除运

算，及实现这些运算的组成器件电路。

运算器结构示意图

•存储器——用二进制的形式把指令和数据

存储起来，每个存储单元有唯一的址；第3

章介绍存储器的工作原理、分类及计算机

的右储系统存储器结构示意图

•控制器：使计算机按照编写好的程序运行

•控制器的任务：

(1)在时序的同步下，保证指令按照一定

的顺序执行；

(2)遵循取指、译码、执行的步骤；

(3)根据存储的程序来控制任务的执行。

•输入、输出设备——完成人机交互任务；

•适配器——解决外设与主机间的信号匹配。

•有关概念:

指令流/数据流：从内存取出的由0/1二进制数

构成的信息流。

CPU：控制器和运算器;

主机：CPU和存储器；

数字计算机的主要组成结构

2-冯・诺依曼体系结构计算机特点：

•采用二进制形式表示数据和指令

•程序存储方式：控制流（指令流）驱动方

式。即按照指令的执行序列，依次读取

指令，然后根据指令所含的控制信息，

调用数据进行处理。

•运算器、存储器、控制器、输入设备和

输出设备五大部件，通过共享总线的方

式组成计算机系统，并规定了这五部分

的基本功能。

.二.计算机系统结构的发展历程

自1946年在美国宾夕法尼亚大学制成的世界上第

一台电子数字计算机以来，计算机的发展大致经历

了五代的变化：

1.1946年开始的第一代电子管计算机：

2.1958年开始的第二代晶体管计算机：

3.1965年开始的第三代中小规模集成电路计算机

4.1971年开始的第四代大规模集成电路计算机

5.1986年开始的第五代巨大规模集成电路计算机

工计算机发展趋势

1.高速电脑技术：利用空气的绝缘性能来

成倍地提高计算机运行速度的新技术；

2.生物计算机：采用了生物芯片，它由生

物工程技术产生的蛋白质分子构成。在

这种芯片中，信息以波的形式传播，

运算速度比当今最新一代计算机快10万

倍，能量消耗仅相当于普通计算机的十

分之一，并且拥有巨大的存储能力。

3.光学计算机：它的速度永远等于光速、

具有电子所不具备的频率及偏振特征，

从而大大提高了传载信息的能力。光学

计算机的智能水平也将远远超过电子计

算机的智能水平，是人们梦寐以求的理

想计算机。

4.量子计算机：根据量子力学理论，利用

了量子相干性，实现量子计算。目前，

还处在量子并行计算和模拟量子系统阶

段。

§1.3计算机的软件

1.系统软件：为用户操作计算机及应用程序的运

行提供一个方便的界面，它包含有四类：

(1)各种服务性程序，如诊断程序

(2)语言程序，如汇编程序，编译程序

(3)操作系统

(4)数据库管理系统

2,应用软件：应用软件是面向用户应用的功能软件,

专门为解决某个应用领域中的具体任务而编写的，

如CAD、多媒体软件、数据处理软件等。

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§1.4计算机系统的层次结构

一•计算机层次化的产生

1.机器语言：供人和计算机交互的语言；

2.语言的产生：以方便人们使用的方式来

产生序列层次的机器语言；

3,系列层：由某一种机器语言技术构成的

计算机；

4.语言和相应的虚拟机相互定义。

二.现代计算机的层次化结构

由解决实际问题的应用程序

层tri_.~~-,,、-

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