機(jī)組 第1章 概論 2

1、軟件學(xué)院軟件學(xué)院 嵌入式軟件系嵌入式軟件系 學(xué)習(xí)內(nèi)容：學(xué)習(xí)內(nèi)容： 計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理 前修科目前修科目: : 數(shù)字電子、模擬電子數(shù)字電子、模擬電子后續(xù)科目后續(xù)科目: : 計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)課程性質(zhì)：課程性質(zhì)：考試考試學(xué)時(shí)安排學(xué)時(shí)安排：4848學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)上課時(shí)間：上課時(shí)間：3-143-14周周考試時(shí)間：考試時(shí)間：1515周以后周以后教學(xué)安排教學(xué)安排考核方式：百分制（筆試考核方式：百分制（筆試8080分，平時(shí)分，平時(shí)2020分）分）平時(shí)成績包含：出勤、提問、作業(yè)及測(cè)驗(yàn)平時(shí)成績包含：出勤、提問、作業(yè)及測(cè)驗(yàn)考勤事項(xiàng)考勤事項(xiàng), ,嚴(yán)格按學(xué)生手

2、冊(cè)處理。嚴(yán)格按學(xué)生手冊(cè)處理。平時(shí)出勤扣分原則：平時(shí)出勤扣分原則：（1 1）遲到）遲到1 1次扣次扣1 1分分（2 2）病假、事假）病假、事假1 1次扣次扣0.50.5分分（3 3）沒交作業(yè)）沒交作業(yè)1 1次減次減0.50.5分分（4 4）無故曠課）無故曠課1 1次平時(shí)成績減次平時(shí)成績減2 2分分（5 5）無故曠課）無故曠課3 3次以上不及格次以上不及格課程考核方式課程考核方式 課程概述課程概述 5.1 5.1 計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)5.2 5.2 控制器的組成控制器的組成5.3 5.3 微程序控制計(jì)算機(jī)的微程序控制計(jì)算機(jī)的 基本工作原理基本工作原理5.4 5.4 微程序設(shè)計(jì)技術(shù)微程序

3、設(shè)計(jì)技術(shù)5.5 5.5 控制器的控制方式控制器的控制方式5.6 5.6 流水線工作原理流水線工作原理 1.1.把握重點(diǎn)、難點(diǎn)問題把握重點(diǎn)、難點(diǎn)問題，分清主次，緊扣教學(xué)大綱；，分清主次，緊扣教學(xué)大綱；2.2.正確理解基本概念正確理解基本概念，把握住概念的要點(diǎn)；，把握住概念的要點(diǎn)；3.3.強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)各部分基本原理強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)各部分基本原理，和具體實(shí)例相結(jié)合，和具體實(shí)例相結(jié)合， 基本原理為主線；基本原理為主線；4.4.把概念和原理結(jié)合起來把概念和原理結(jié)合起來，不要孤立的學(xué)習(xí)各個(gè)部分；，不要孤立的學(xué)習(xí)各個(gè)部分；5.5.強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)整機(jī)的完整組成強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)整機(jī)的完整組成，以硬件知識(shí)為主，以硬件知識(shí)為主， 結(jié)

4、合一些相關(guān)軟件知識(shí)。結(jié)合一些相關(guān)軟件知識(shí)。 計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理-學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法一、考查目標(biāo)一、考查目標(biāo)1 1、理解單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件的內(nèi)部工作原理、理解單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件的內(nèi)部工作原理、組成結(jié)構(gòu)以及相互連接方式，組成結(jié)構(gòu)以及相互連接方式，具有完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的具有完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念。整機(jī)概念。2 2、理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次化結(jié)構(gòu)概念，熟悉硬件與軟件之間、理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次化結(jié)構(gòu)概念，熟悉硬件與軟件之間的界面，掌握指令集體系結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)和基本實(shí)現(xiàn)方法。的界面，掌握指令集體系結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)和基本實(shí)現(xiàn)方法。3 3、能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成的、能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成的基本原理和

5、基本方法基本原理和基本方法，對(duì)有關(guān)計(jì)，對(duì)有關(guān)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的理論和實(shí)際問題進(jìn)行計(jì)算、分析，并能算機(jī)硬件系統(tǒng)中的理論和實(shí)際問題進(jìn)行計(jì)算、分析，并能對(duì)一些基本部件進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。對(duì)一些基本部件進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。二、知識(shí)點(diǎn)解析二、知識(shí)點(diǎn)解析主要考查計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算、存儲(chǔ)器主要考查計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算、存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、中央處理器、總線、輸入輸出系統(tǒng)。層次結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、中央處理器、總線、輸入輸出系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)第第3 3版，版， 王愛英編，清華大學(xué)出版。王愛英編，清華大學(xué)出版。計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算

6、機(jī)組成原理蔣本珊編蔣本珊編, , 清華大學(xué)出版。清華大學(xué)出版。計(jì)算機(jī)組成原理習(xí)題與解析計(jì)算機(jī)組成原理習(xí)題與解析 徐愛萍編徐愛萍編, ,清華大學(xué)出版。清華大學(xué)出版。參考資料參考資料 u了解計(jì)算機(jī)發(fā)展史了解計(jì)算機(jī)發(fā)展史;u掌握馮掌握馮諾伊曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)諾伊曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn);u掌握數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系掌握數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系 （二進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制）（二進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制）;u掌握掌握BCD碼、碼、ASCII碼的編碼特點(diǎn)；碼的編碼特點(diǎn)；u掌握計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)掌握計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo) 教教 學(xué)學(xué) 要要 求求 年代年代 CPU(中央處理器中央處理器)19711972Intel 4004

7、 / 800819731977Intel 808019781983Intel 8086 / 8088 / 802861984至今至今 Intel 80386 / 80486Pentium 586Pentium Pentium Pentium 2、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展最早的計(jì)算機(jī)模型最早的計(jì)算機(jī)模型改進(jìn)后的計(jì)算機(jī)模型改進(jìn)后的計(jì)算機(jī)模型現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)模型現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)模型l硬件技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的影響硬件技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的影響 100 000 000 超大規(guī)模超大規(guī)模 集成電路集成電路 1978現(xiàn)在現(xiàn)在五五 10 000 000 大規(guī)模大規(guī)模 集成電路集成電路 19721977 1

8、000 000 中小規(guī)模中小規(guī)模 集成電路集成電路 19651971 200 000 晶體管晶體管 19581964 40 000 電子管電子管 19461957 速度速度 /（次（次/秒）秒） 硬件技術(shù)硬件技術(shù) 時(shí)間時(shí)間 代代三三四四二二一一u運(yùn)算器為數(shù)據(jù)流動(dòng)中樞，控制器為控制命令中樞；運(yùn)算器為數(shù)據(jù)流動(dòng)中樞，控制器為控制命令中樞；u機(jī)器由硬件與軟件組成，硬件功能不能改變；機(jī)器由硬件與軟件組成，硬件功能不能改變； u“存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)程序”的工作原理，程序像數(shù)據(jù)一樣存放在內(nèi)存中；的工作原理，程序像數(shù)據(jù)一樣存放在內(nèi)存中；u指令由操作碼和地址碼組成；指令由操作碼和地址碼組成；u指令在存儲(chǔ)器中按執(zhí)行順序

9、存放指令在存儲(chǔ)器中按執(zhí)行順序存放 由由PCPC指明指明要執(zhí)行的指令所在的單元地址；要執(zhí)行的指令所在的單元地址；u計(jì)算機(jī)內(nèi)信息用二進(jìn)制表示。計(jì)算機(jī)內(nèi)信息用二進(jìn)制表示。1. 計(jì)數(shù)制計(jì)數(shù)制:按進(jìn)位的方法進(jìn)行計(jì)數(shù)。按進(jìn)位的方法進(jìn)行計(jì)數(shù)。2. 基數(shù)基數(shù):計(jì)數(shù)制的數(shù)碼個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)制的數(shù)碼個(gè)數(shù).3. 權(quán)權(quán):數(shù)制每一位所具有的值數(shù)制每一位所具有的值.4. 計(jì)算機(jī)中的進(jìn)位計(jì)算機(jī)中的進(jìn)位計(jì)數(shù)制計(jì)數(shù)制 十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù) : 由由09組成。運(yùn)算時(shí)組成。運(yùn)算時(shí)“逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十” 二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù) : 由由0和和1組成。運(yùn)算時(shí)組成。運(yùn)算時(shí)“逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二”。 八進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù) ：由

10、：由07組成。運(yùn)算時(shí)組成。運(yùn)算時(shí)“逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八” 十六進(jìn)制數(shù)：由十六進(jìn)制數(shù)：由09，AF或或a f組成。組成。 運(yùn)算時(shí)運(yùn)算時(shí)“逢十六進(jìn)一，借一當(dāng)十六逢十六進(jìn)一，借一當(dāng)十六”。例例1十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)4058.72 可表示為：可表示為： 4058.76=4103+0102+5101+8100 + 710-1+610-2例例2在二進(jìn)制數(shù)在二進(jìn)制數(shù)10111.01 可表示為可表示為: 10111.01=124+023+122+121+120 +02-1+12-2例例3在十六進(jìn)制數(shù)在十六進(jìn)制數(shù)1AB4可表示為可表示為: 1AB411631016211161 4160按權(quán)展開按權(quán)展

11、開1. 2. 二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算(1) 加法運(yùn)算：加法運(yùn)算：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10(2) 減法運(yùn)算：減法運(yùn)算：0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=1（有借位）（有借位）(3) 乘法運(yùn)算：乘法運(yùn)算： 00=0 10=0 01=0 11=1(4) 除法運(yùn)算：除法運(yùn)算：與十進(jìn)制相同與十進(jìn)制相同(5) 邏輯邏輯“與與”運(yùn)算：運(yùn)算：(邏輯乘邏輯乘) 00=0 1 0=0 0 1=0 11=1 (全全1出出1)(6) 邏輯邏輯“或或”運(yùn)算運(yùn)算: (邏輯加邏輯加) 00=0 1 0=1 0 1=1 11=1 (有有1出出1)(7)邏輯邏輯“異或異或”運(yùn)算：運(yùn)算：

12、0 0=0 1 0=1 0 1=1 1 1=0 (相異為相異為1)3. 進(jìn)制數(shù)的使用特點(diǎn)進(jìn)制數(shù)的使用特點(diǎn) 例例 1111 B = 15 D = F H二進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制八進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制十六進(jìn)制00000000001111001022200113330100444010155501106660111777100010881001119910101210A10111311B11001412C11011513D11101614E11111715F1000020161010001211711二進(jìn)制二進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制八進(jìn)制八進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制八進(jìn)制二

13、進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制十六進(jìn)制壓縮壓縮BCD碼碼：非壓縮非壓縮BCD碼碼：【例】求【例】求6231的的BCD碼碼 壓縮壓縮BCD碼：碼：0110 0010 0011 0001B 非壓縮非壓縮BCD碼：碼：00000110 00000010 00000011 00000001B0011 000（31H）0110 001（62H）0000 000（01H）0000 001（03H）0000 001（02H）0000 011（06H）1.4 計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)1. .機(jī)器字長機(jī)器字長2. .運(yùn)算速度運(yùn)算速度l CPU 一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)l 與與 CPU 中的寄存器位數(shù)有關(guān)中的寄存器位數(shù)有關(guān)l 決定數(shù)的表示范圍和精度決定數(shù)的表示范圍和精度= =ni = =1fi tiTMl吉普森法吉普森法l主頻主頻lMIPS 每秒執(zhí)行百萬條指令每秒執(zhí)行百萬條指令lCPI 執(zhí)行一條指令所需時(shí)鐘周期數(shù)執(zhí)行一條指令所需時(shí)鐘周期數(shù)lFLOPS 每秒