计算机组成原理第1章概论

。课程概述)

第1章计算机系统概论1.1计算机发展概况

第2章运算方法和运算部件1.2计算机的基本组成

第3章主存储・基本组成

案4章指令系统•结构特点

第5章中央处理器CPU1.3数的表示与计算

第6章存储系统・进制数的表示方法

第7章系统总线•数的进制转换

第8章输入输出系统1.4计算机硬件的主要技术

指标

V)

9课程概述）

2.1带符号的数据表示方法

第1章计算机系统概论・定点数的数据表示

第2章运算方法和运算部件•浮点数的数据表示

2.2机器数的运算方法

第3章主存储・定点数加减运算

案4章指令系统・二进制乘法运算

•二进制除法运算

第5章中央处理器CPU

・浮点数的运算

第6章存储系统2.3数据校验码

第7章系统总线•奇偶校验码

•海明校验码

第8章输入输出系统・循环冗余校验码

2.4算术逻辑单元

・ALU电路

・快速进位链

9课程概述）

第1章计算机系统概论3.1概述

第2章运算方法和运算部件•存储器的层次结构

第3章主存储器•存储器的分类

第4章指令系统

•存储器的基本组成

第5章中央处理器CPU

3.2主存储器的组成

第6章存储系统

与控制

第7章系统总线

第8章输入输出系统

9课程概述）

4.1指令格式和操作码的扩

第1章计算机系统概论展技术

第2章运算方法和运算部件•指令格式

第3章主存储器・操作码的扩展技术

第4章指令系统4.2寻址方式

第5章中央处理器CPU•指令寻址

•数据寻址

第6章存储系统

4.3指令系统

第7章系统总线

4.4RISC技术

第8章输入输出系统

9课程概述）

第1章计算机系统概论

5.1CPU的结构

第2章运算方法和运算部件

5.2指令周期

第3章主存储

控制器的组成

案4章指令系统5.3

5.4微程序控制器

第5章中央处理器CPU

第6章存储系统5.5组合逻辑控制器

第7章系统总线5.6流水线技术

第8章输入输出系统

9课程概述)

第1章计算机系统概论

第2章运算方法和运算部件6.1高速缓冲存储器

第3章主存储(cache)

案4章指令系统•cache-主存地址映射

第5章中央处理器CPU

・替换策略

第6章存储系统

6.2虚拟存储器

第章系统总线

76.3相联存储器

第8章输入输出系统

Q课程概述）

第1章计算机系统概论

7.1总线概述

第2章运算方法和运算部伸

第3章主存储7.2总线特性和性能指标

案4章指令系统

7.3总线的工作原理

第5章中央处理器CPU

第6章存储系统7.4总线结构

第7章系统总线

第8章输入输出系统7.5总线控制

9课程概述）

第1章计算机系统概论8.1输入输出系统概述

第2章运算方法和运算部件

8.2输入输出接口

第3章主存储

案4章指令系统8.3程序查询方式

第5章中央处理器CPU8.4程序中断方式

第6章存储系统8.5DMA方式

第7章系统总线

第8章输入输出系统

•计算机组成原理-学习方法

1.把握重点、难点问题，分清主次，紧扣教学大纲；

2.正确理解基本概念，把握住概念的要点；

3.强调计算机各部分基本原理，和具体实例相结合，

基本原理为主线；

4.把概念和原理结合起来，不要孤立的学习各个部分

内容；

5.强调计算机整机的完整组成，以硬件知识为主，

结合一些相关软件知识。

一、考查目标

1、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

整机概念。

2、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法。

3、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

对一些基本部件进行简单设计。

二、知识点解析

主要考查计算机系统基础知识、数据的表示和运算、存储器

层次结构、指令系统、中央处理器、总线、输入输出系统。

9参考资料）

《计算机组成与结构》第3版，

王爱英编，清华大学出版。

•《计算机组成原理》蒋本珊编，

清华大学出版。+—玄・虢计*“拿干■•丛书

计算机组成原理

习题与解析A级

・《计算机组成原理习题与解析》

徐爱萍编，清华大学出版。

第1章

计算机系统概述

,1.1计算机发展概况

1.2微型计算机的结构

1.2.1基本组成

1.2.2结构特点

L3数的表示与计算

1.3.1进制数的基本表示方法

1.3.2数的进制转换

,L4计算机硬件的主要技术指标

教学要求

♦了解计算机发展史；

♦掌握冯•诺伊曼计算机结构特点；

♦掌握数制之间的转换关系

（二进制、十进制和十六进制）；

♦掌握BCD码、ASCII码的编码特点;

♦掌握计算机硬件的主要技术指标

L1计算机发展概况

1.1.1计算机的发展史

•世界上第1台计算机

・名称：ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandComputer)

•目的：用于第2次世界大战后期的弹道计算

•诞生时间：1946年2月15日

•诞生地：美国宾夕法尼亚大学

ENIAC计算机

•使用18000只电子管

・占地面积lOOm2

・重量30吨

•耗电量140千瓦

\__________)

1.1计算机发展概况

1.1.1计算机的发展史

・计算机发展的四个时代（按元器件划分）

第一代（1946-1957）电子管计算机

第二代（19574964）晶体管计算机

第三代（1965-1971）集成电路计算晶体管

第四代（1971年至今）大规模集成电

•1959年，美国公司利用照像

技术把目和电路蚀刻在一

块硅片,半导体集合体就是：

“集成《

IC（Integratedcircui

微型计算机的发展

1.1.21971年

第1台微型计算机诞

年代CPU（中央处理器）

1971~1972Intel4004/8008~-C

1973〜1977Jntel8080

1978〜1983TO*，。0翌6

1984〜至今Intel80386/80486

--------------------------------------------------------------------O---------------------------------------------------

Pentium586

PentiumII

PentiumIII

（gpntiumIV

Intel公司

生出32位微处理器芯

最早的计算机模型

最早的计算机模型

输出设备I中央处理器输入设备

经过改进后的计算机模型

内部存储器

口

改进后的计算机模型

输出设备中央处理器^■输入设备

1.1计算机发展概况

现在的计算机模型

•硬件技术对计算机更新换代的影响

代时间硬件技术速度/（次/秒）

—1946-1957电子管40000

二1958-1964晶体管200000

中小规模

三1965-19711000000

集成电路

大规模

四

1972-1977集成电路10000000

超大规模

五1978—现在100000000

集成电路

121微型计算机的结构

•冯•诺依曼结构

输入设备J运算器|控制器输出设备

键盘、光电输入机阵列式打印机

存储器磁芯存储器

•冯•诺依曼结构的特点

♦以运算器为数据流动中枢，以控制器为控制命令中枢；

♦机器由硬件与软件组成，硬件功能不能改变；

♦“存储程序”的工作原理，程序像数据一样存放在内存中

♦指令由操作码和地址码组成；

♦指令在存储器中按执行顺序存放，由PC指明要执行

的指令所在的单元地址；

♦计算机内信息（数据和控制信息）用表示。

1・2・2基本组成

（微处理器）

•也称为中央处理单元（CentralProcessingUnit,CPU）,

包括运算电、控制器以及寄存器组，是整个硬件系统的核心。

（存储器）

・计算机系统中的一种存储记忆设备；

用来存心指令、数据、运算结果以及各种需要保存的信息。

（总线）

•指一组信号线的集合，计算机系统中各部件之间传输地址、数据和

控制信息的公共通路。由一组导线和相关的控制电路、驱动电路组成

（输入输出接口）

・微机通过它们与外界进行数据交换。

（外围设备）

•主要分为输入设备、输出设备和输入/输出双向设备。

数的表示与计算

L3数的表示与计算

基本概念

1.计数制:按进位的方法进行计数。

2.基数:计数制的数码个数.

3.权:数制每一位所具有的值.

4.计算机中的进位计数制

①十进制数：由0〜9组成。运算时“逢十进一，借一当十”

②二进制数：由0和1组成。运算时“逢二进一，借一当二”

③八进制数：由0〜7组成。运算时“逢八进一，借一当八”

④十六进制数：由0〜9,A〜F或a〜f组成。

运算时“逢十六进一，借一当十六”。.

L3数的表示与计算

［例1］十进制数3058.72可表示为：

3058.72==3X103+0X102+5X1O1+8X1O0

+7X101+2X10-2

［例2］在二进制数10111.01可表示为：

10111.01==1X24+0X23+1X22+1X21+1X20

+0X21+1X22

［例3］在十六进制数1AB4可表示为：

1AB4=1X163+10X162+11X161+4X16°

d

按权展开建

L3数的表示与计算

13.1进制数的基本表示方法

1.进制数的基本表示方法

•二进制数(B)

000000010010001101000101(1101)2

•八进制(Q)

12345671011...1720...2730(57八

・十进制(D)

12345678910111213...1920(22)10

•十六进制(H)

101112131415

1...9ABCDEF1011...1F20(2E6)16

L3数的表示与计算

2.二进制数的运算

⑴加法运算：0+0=00+1=11+0=11+1=10

⑵减法运算：0・0=01-0=11-1=00-1=1（有借位）

（3）乘法运算：0X0=01X0=00X1=01X1=1

（4）除法运算：与十进制相同

⑸逻辑“与”运算：（逻辑乘）

0A0=01A0=00A1=01A1=1（全1出1）

⑹逻辑“或”运算：（逻辑加）

0V0=01V0=l0Vl=lIV1=1（有1出1）

⑺逻辑“异或”运算：

0㊉0=01©0=10©1=11㊉1=0（相异为1）

L3数的表示与计算

3.进制数的使用特点

［例］1111B=15D=FH

(1)采用二进制的特点

❖容易实现；

❖运算简单；

工作可靠；

逻辑判断方便.

(2)采用十六进制的特点

书写阅读方便；

容易转换，方便存储；।

可直观判断数据的构成.i

1.3.2数的进制转换

■各种进制间的对应关系

二进制八进制十进制士六进制

_____0000000

2不同遮制数换算方法11

0010222

,---__001133

mod.2~■*<r_*<^4nod.l6

■5

(oiiox1卜J66

01117・米ii伯琳伊”木LLnn仝工*入1

10008/刈严UJ:JK歼gjV_LL.3白_LL/\，

100199

10101210A

10111311B

11001412C

11011513D

11101614E

11111715F

10000201610

110001211711

•二进制-一十进制换算

mod・2>CmodJOZ)［例］(11011.01)2=27.25

个位

mod.2mod.10▼

11011.011X24+lX23+0X22+1X2X+1X2°+0Xl^lX2-2

■mod.2［例］(18.8125)10=10010.11

整数部分(除2取余法)小数部分(乘2取整法)

0.8125

X2

1.625……整数部分=1

X2

1.25……整数目3分=1

X2

一港一……整数部分=0

10010

110

•八进制一十进制换算

厂--------^-----------［例］(1246.12)8=678.15625

m--o-d--.8------♦-------m--od-.10

个位

mod.8mod.10▼

1246.12|1X83+2X82+4X81+6X8°+lX8-42X82

CmodJO^)mod.8［例］(678.156)10=1246.117

整数部分(除8取余法)小数部分(乘8取整法)

余60.156

余4X8

余21.248整数部分=1

余1X8

1.984整数部分=1

X8

7.872……整数部分=7］

1246117

•十六进制一-十进制换算

C^odJ6^CmodJO^)［例］(314.12)16=788.07031

个位

mod.16mod.10▼

314.123X162+lX16X+4X16°+1X164+2X16-2

Cmod10^)>mod.16［例］(314.31)10=13A.4F

整数部分(除16取余法)小数部分(乘16取整法)

0.31

16|314……余10一AX16

16|19……余34.96……整数部分=4

1……余1X16

15.36……整数部分=15一F

13A4F

•二进制一-八进制换算

mod.2匚mod.8

［例］(11101.1101)2=(35.64)8

•规则，3位并1位计数方向：左一,一右位数不足补0

mod.2011101.110100

mod.835.64

:mod.2

［例］(45.61)8=(100101.110001)2

・规则：1位拆3位

mod.845.6

mod.2100101.110001

・二进制一■十六进制换算

mod.2，＞mod.16

［例］(111101.010111)2=(3D.5c卜6

•规则：4位并1位计数方向：左一.一右位数不足补0

mod.20011110101011100

mod.163D5C

mod.16mod.2

［例］(4B.61)16=(1001011.01100001)2

•规则：1位拆4位

mod.1646

mod.201001011.01100001

1.3.3字符二进制编码

BCD码

・用二进制编码表示每一位十进制数的编码,又称为二一十进制码。

・最常用的BCD码是8421码，它用四位二进制数表示一位十进制数。

•BCD码分类：

A压缩BCD码：用四位二进制数表示一位十进制数；

A非压缩BCD码：用八位二进制数表示一位十进制数，高4位无意义。

00110001(31H)

【例】求6231的BCD码01100010(62H)

压缩BCD码：

0110001000110001B00000001(01H)

非压缩BCD码:00000011(03H)

00000110000000100000001100000001B00000010(02H)

00000110(06H)

1.3.3字符二进制编码

字符编码

•ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)码

美国国家信息交换标准代码。

•ASCII码是7位二进制编码，表示27共128种字符。

包括：

＞0〜9十个阿拉伯数字；

＞英文字母共52个（大小写各26个）；

＞其他为常用的标点和控制字符。

•7位ASCH码表

D5D4

DtDiDi^o000001Oil100101110

0000NULspace0@

!A

0001SOH•1a・注意：

B

0010STX662不同的语言程序

c

0011ETX3c使用不同进制的

0100EOT4:ASCII码表。如

0101ENO5珥:1110&8或1110216

0110ACK6b:

0111（振铃）7釐•记忆：

10008数字0-9(30H・39H)

91

1001：A-Z(41H-5AH)

••

•a-z(61H-7AH)

•0•