計(jì)算機(jī)組成原理第一

計(jì)算機(jī)組成原理南京郵電大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院閔麗娟課程的性質(zhì)、目的、任務(wù)

本課程的目的和任務(wù)，主要講述計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本組成原理與運(yùn)行機(jī)制。通過對(duì)計(jì)算機(jī)各部件工作原理、信息加工處理及控制過程的分析，使學(xué)生掌握基本的分析方法、設(shè)計(jì)方法和互連成整機(jī)的技術(shù)。具備維護(hù)、使用計(jì)算機(jī)的基本技能，并為具備硬件系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用能力打下一定的基礎(chǔ)。本課程對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生是一門選修課。第１章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論第３章系統(tǒng)總線第４章存儲(chǔ)器第５章輸入輸出系統(tǒng)第６章計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法第７章指令系統(tǒng)第８章CPU的結(jié)構(gòu)和功能第９章控制單元的功能第10章控制單元的設(shè)計(jì)第２章計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用課程內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)安排

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)2）運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)參考書

[1]《計(jì)算機(jī)組成原理》（第五版），白中英，科學(xué)出版社，2013年[2]《計(jì)算機(jī)組成原理：學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答》，唐朔飛，高等教育出版社，2012年[3]《計(jì)算機(jī)組成原理教程》，張代遠(yuǎn)，清華大學(xué)出版社，2009年對(duì)學(xué)生的要求

時(shí)間緊任務(wù)重，課前要預(yù)習(xí)、課后要復(fù)習(xí)不遲到早退，課上認(rèn)真聽講，并做適量的筆記理論課和實(shí)驗(yàn)課均不可缺席作業(yè)按時(shí)完成完成并提交三次實(shí)驗(yàn)報(bào)告

總評(píng)分＝平時(shí)成績(jī)*30%+期末成績(jī)*70%平時(shí)成績(jī)的組成：課堂作業(yè)＋課后作業(yè)＋實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

說明聯(lián)系方式：minlj@答疑時(shí)間、地點(diǎn)：周四12:30-13:20教3-518第１章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.4本書結(jié)構(gòu)1.3計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)1.2計(jì)算機(jī)的基本組成1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介由具有各類特殊功能的信息（程序）組成1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的實(shí)體，如主機(jī)、外設(shè)等一、計(jì)算機(jī)的軟硬件概念硬件軟件按任務(wù)需要編制成的各種程序用來(lái)管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件語(yǔ)言處理程序操作系統(tǒng)服務(wù)性程序數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)軟件軟件1.1計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言程序目標(biāo)程序結(jié)果翻譯運(yùn)行1.12.計(jì)算機(jī)的解題過程二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)高級(jí)語(yǔ)言虛擬機(jī)器M3匯編語(yǔ)言虛擬機(jī)器M2操作系統(tǒng)虛擬機(jī)器機(jī)器語(yǔ)言實(shí)際機(jī)器M1微指令系統(tǒng)微程序機(jī)器M01.1用編譯程序翻譯成匯編語(yǔ)言程序用匯編程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序用機(jī)器語(yǔ)言解釋操作系統(tǒng)用微指令解釋機(jī)器指令由硬件直接執(zhí)行微指令軟件硬件1.1虛擬機(jī)器M4虛擬機(jī)器M3虛擬機(jī)器M2實(shí)際機(jī)器M1微程序機(jī)器M0算術(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)算存放數(shù)據(jù)和程序?qū)⑿畔⑥D(zhuǎn)換成機(jī)器能識(shí)別的形式將結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們熟悉的形式指揮程序運(yùn)行1.2存儲(chǔ)器輸入設(shè)備運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備1.2計(jì)算機(jī)的基本組成1.計(jì)算機(jī)由五大部件組成一、馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)3.指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示4.指令由操作碼和地址碼組成6.以運(yùn)算器為中心2.指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲(chǔ)器，可按地址尋訪5.存儲(chǔ)程序5.存儲(chǔ)程序二、計(jì)算機(jī)硬件框圖1.21.以存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)硬件框圖程序存儲(chǔ)器輸出設(shè)備輸入設(shè)備運(yùn)算器控制器數(shù)據(jù)結(jié)果計(jì)算ALU主存輔存CPU主機(jī)I/O設(shè)備硬件CU2.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件框圖存儲(chǔ)器輸入設(shè)備運(yùn)算器輸出設(shè)備控制器1.2ALUCPU主機(jī)I/O設(shè)備CU主存1.2三、計(jì)算機(jī)的工作步驟編程舉例:取x

至運(yùn)算器中乘以x

在運(yùn)算器中乘以a

在運(yùn)算器中存ax2

在存儲(chǔ)器中取b

至運(yùn)算器中乘以x

在運(yùn)算器中加ax2

在運(yùn)算器中加c

在運(yùn)算器中=(ax

+

b)x

+

c

取x

至運(yùn)算器中乘以a

在運(yùn)算器中加b

在運(yùn)算器中乘以x

在運(yùn)算器中加c

在運(yùn)算器中計(jì)算ax2+bx+c指令和數(shù)據(jù)存于主存單元的地址指令注釋操作碼地址碼00000010000001000取數(shù)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將ax2+bx+c

,存于主存單元60001010000001100打印7000110停機(jī)8

x原始數(shù)據(jù)x9

a原始數(shù)據(jù)a10

b原始數(shù)據(jù)b11

c原始數(shù)據(jù)c12存放結(jié)果1.2計(jì)算ax2+bx+c

程序清單存儲(chǔ)體大樓存儲(chǔ)單元存放一串二進(jìn)制代碼存儲(chǔ)字存儲(chǔ)單元中二進(jìn)制代碼的組合存儲(chǔ)字長(zhǎng)存儲(chǔ)單元中二進(jìn)制代碼的位數(shù)每個(gè)存儲(chǔ)單元賦予一個(gè)地址號(hào)按地址尋訪–存儲(chǔ)單元–存儲(chǔ)元件（0/1）–

教室–

座位（無(wú)人/

有人）(1)存儲(chǔ)器的基本組成1.2MDR主存儲(chǔ)器存儲(chǔ)體MAR2.計(jì)算機(jī)的解題過程MARMDR存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)=

16?存儲(chǔ)字長(zhǎng)

=8?

設(shè)MAR

=

4

位

MDR

=

8

位1.2存儲(chǔ)器地址寄存器反映存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器反映存儲(chǔ)字長(zhǎng)(1)存儲(chǔ)器的基本組成MDR主存儲(chǔ)器存儲(chǔ)體MAR(2)運(yùn)算器的基本組成及操作過程1.2運(yùn)算器MQACCALUXACC累加器MQ乘商寄存器ALU算術(shù)邏輯單元X操作數(shù)寄存器運(yùn)算器MQACCALUXACC

被加數(shù)ACC初態(tài)①加法操作過程1.2[ACC]+[X]ALU[M]XXACCACC指令加M1.2②減法操作過程運(yùn)算器MQACCALUX指令減MACC

被減數(shù)ACC初態(tài)[M]XX[ACC]-[X]ALUACCACCPC：程序計(jì)數(shù)器，存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址，具有計(jì)數(shù)功能（PC）+1IR：指令寄存器，存放當(dāng)前欲執(zhí)行的指令CU：控制單元PCIRCU完成一條指令：取指令、分析指令、執(zhí)行指令1.2(3)控制器的基本組成12356789以取數(shù)指令為例4(4)主機(jī)完成一條指令的過程1.2CU控制單元主存儲(chǔ)器MDRMAR存儲(chǔ)體CPUPC控制器IR…運(yùn)算器MQACCALUXI/O設(shè)備(5)ax2+bx+c

程序的運(yùn)行過程將程序通過輸入設(shè)備送至計(jì)算機(jī)程序首地址打印結(jié)果分析指令取指令…停機(jī)啟動(dòng)程序運(yùn)行,(PC

)+

1PC執(zhí)行指令

1.2MARMMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)MARMMDRACCPC1.3計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)1.機(jī)器字長(zhǎng)2.運(yùn)算速度CPU

一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)與

CPU

中的

寄存器位數(shù)

有關(guān)=ni

=1fi

tiTM∑吉普森法主頻每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令MIPS執(zhí)行一條指令所需時(shí)鐘周期數(shù)CPI每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)FLOPS221

=

256

KB213

=

1

KB如3.存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量表示方法存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)

×

存儲(chǔ)字長(zhǎng)字節(jié)數(shù)80GB如MARMDR

容量10

816

32存放二進(jìn)制信息的總位數(shù)1.31K=210

1B=23b1G=2301

K

×

8位64

K

×

32位第１篇概論1.4本書結(jié)構(gòu)