計算機組成原理第一

計算機組成原理南京郵電大學物聯(lián)網(wǎng)學院閔麗娟課程的性質(zhì)、目的、任務

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

實驗安排

實驗內(nèi)容1）存儲器實驗2）運算器實驗參考書

[1]《計算機組成原理》（第五版），白中英，科學出版社，2013年[2]《計算機組成原理：學習指導與習題解答》，唐朔飛，高等教育出版社，2012年[3]《計算機組成原理教程》，張代遠，清華大學出版社，2009年對學生的要求

時間緊任務重，課前要預習、課后要復習不遲到早退，課上認真聽講，并做適量的筆記理論課和實驗課均不可缺席作業(yè)按時完成完成并提交三次實驗報告

總評分＝平時成績*30%+期末成績*70%平時成績的組成：課堂作業(yè)＋課后作業(yè)＋實驗報告評分標準

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

至運算器中乘以x

在運算器中乘以a

在運算器中存ax2

在存儲器中取b

至運算器中乘以x

在運算器中加ax2

在運算器中加c

在運算器中=(ax

+

b)x

+

c

取x

至運算器中乘以a

在運算器中加b

在運算器中乘以x

在運算器中加c

在運算器中計算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存放結果1.2計算ax2+bx+c

程序清單存儲體大樓存儲單元存放一串二進制代碼存儲字存儲單元中二進制代碼的組合存儲字長存儲單元中二進制代碼的位數(shù)每個存儲單元賦予一個地址號按地址尋訪–存儲單元–存儲元件（0/1）–

教室–

座位（無人/

有人）(1)存儲器的基本組成1.2MDR主存儲器存儲體MAR2.計算機的解題過程MARMDR存儲單元個數(shù)=

16?存儲字長

=8?

設MAR

=

4

位

MDR

=

8

位1.2存儲器地址寄存器反映存儲單元的個數(shù)存儲器數(shù)據(jù)寄存器反映存儲字長(1)存儲器的基本組成MDR主存儲器存儲體MAR(2)運算器的基本組成及操作過程1.2運算器MQACCALUXACC累加器MQ乘商寄存器ALU算術邏輯單元X操作數(shù)寄存器運算器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減法操作過程運算器MQACCALUX指令減MACC

被減數(shù)ACC初態(tài)[M]XX[ACC]-[X]ALUACCACCPC：程序計數(shù)器，存放當前欲執(zhí)行指令的地址，具有計數(shù)功能（PC）+1IR：指令寄存器，存放當前欲執(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)主機完成一條指令的過程1.2CU控制單元主存儲器MDRMAR存儲體CPUPC控制器IR…運算器MQACCALUXI/O設備(5)ax2+bx+c

程序的運行過程將程序通過輸入設備送至計算機程序首地址打印結果分析指令取指令…停機啟動程序運行,(PC

)+

1PC執(zhí)行指令

1.2MARMMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)MARMMDRACCPC1.3計算機硬件的主要技術指標1.機器字長2.運算速度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=ni

=1fi

tiTM∑吉普森法主頻每秒執(zhí)行百萬條指令MIPS執(zhí)行一條指令所需時鐘周期數(shù)CPI每秒浮點運算次數(shù)FLOPS221

=

256

KB213

=

1

KB如3.存儲容量存儲容量表示方法存儲單元個數(shù)

×

存儲字長字節(jié)數(shù)80GB如MARMDR

容量10

816

32存放二進制信息的總位數(shù)1.31K=210

1B=23b1G=2301

K

×

8位64

K

×

32位第１篇概論1.4本書結構