第一计算机系统概论.pptVIP

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 TELE-mail:wujm1170@163.com 《 计算机组成原理》是一门硬件专业课，有很强的实践性。 特点： 基于层次结构的观点，以信息的加工和处理为主线，讨论了计算机的一般结构及工作原理。 目标： 掌握运算器、存储器、中断的基本原理。 掌握控制整个计算机协调工作所需控制信号的产生方法---微程序、硬布线 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． （5）基于MAX+PLUS平台的仿真设计。 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 10 第3章 存储系统 10 第4章 指令系统 5 第5章 中央处理器 18 课程内容 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 6 参考书目 《计算机组成与结构》 王爱英 清华大学出版社 《CPU芯片逻辑设计技术》朱子玉清华大学出版社 《COMPUTER ORGANIZATION AND ARCHITECTURE》 William Stallings Prentice-Hall,Inc. 《结构化计算机组成》Andrew S.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 [知识要点] 1. 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 本章知识纲要 计算机硬件的组成模块：特点、功能 模块之间的通信方式：体系结构---冯诺依曼体系结构，即总线的分时复用模式 语言的作用，基于机器沟通的语言角度，对计算机系统的层次化理解； 计算机的多层次发展历程 软件、硬件之间的等价性、模糊性。 §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 – c。 一.数字计算机的硬件组成 运算器——进行算术运算、逻辑运算； 思考： 1）数如何表示？ 2）运算方法？出错检测 3）如何设计执行运算的器件？ 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。 4）MAX+PLUS平台设计ALU、乘法、除法运算器 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地址； 思考： 1）存储0或1的原理？ 2）容量的表示，大容量存储的实现？ 3）高速访问存储器的实现方法？ 4）Cache的地址映射方法及物理地址计算 基本概念： 存储元：存储一个二进制位0或1的器件； 存储单元：存储若干个0或1的存储元； 存储容量：MB，GB，TB表示总的存储单元 最大内存容量 地址线数目 机器字长：运算器一次能完成的二进制位数 CPU执行时间：CPI，MIPS，MFLOPS； 控制器：使计算机按照编写好的程序，有序地取出、执行各个指令。 指令的功能：发出控制信号，访问运算数据 指令的形式：操作码+地址码 思考： 1）指令和数据如何存储，并被识别访问？ 2）源程序代码 机器指令 CPU 第4章，介绍指令的定义与编码方式； 第5章，阐述控制器的工作原理，尤其是指令的执行过程，及其对各部件的控制原理。 输入、输出设备——完成人机交互任务； 思考： 1）如何连接外围设备？ 2）外围设备如何与CPU协调工作？ 3）中断源优先级的解决办法 第7章介绍各种输入、输出设备原理； 第8章介绍CPU与外围设备之间的主/从工作模式。 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。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，指令和数据存储在同一个存储器中，通过共享总线的方式组成计算机系统。 二. 计算机系统结构的发展历程 计算机的五代变化： 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