第1章-计算机组成原理概述

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1、计算机组成原理教学说明中山大学信息科学与技术学院陈任chenren@mail.sysu.edu.cn2010.9硬件课程体系硬件课程体系先修课程：数字电路与逻辑设计计算机组成原理汇编语言后续课程：计算机接口技术单片机设计与编程计算机体系结构嵌入式系统课程介绍本课程重点介绍单处理器计算机硬件系统的组成原理与技术。教材：白中英等《计算机组成原理》（第四版）参考书：1.白中英等《计算机组成原理》（第三版）2.白中英等，计算机组成原理题解、题库与实验（第三版），科学出版社，2000年3.唐朔飞，计算机组成原理，高等教育出版社，2000年4.Patterson&Hennessy著，

2、计算机组成和设计（硬件/软件接口，2E），清华大学出版社，2003年为什么要学这些基本原理？大部分人并不想成为计算机系统结构的专家。然而，软件设计者对系统中硬件技术的理解程度在很大程度上决定了未来的软件系统的性能。因此，编译器的设计者、操作系统的设计者、数据库的设计者和其它软件设计人员都需要理解本书讲述的基本原理。同样，硬件设计者也应该清楚地认识到他们的工作对于软件应用产生的影响。---------------Patterson,Hennessy成绩评定:平时40%（作业10%+上课表现10%+期中20%）+期末60%一、计算机系统概论1.课程简介；2．计算机系统的基本组成（重

3、点是硬件组成和功能）；3．计算机指令系统举例、硬件执行程序的过程；4.计算机系统的层次结构二、运算方法和运算器1.IEEE754表示；2．定点数的原码、补码、移码（定义及转换方法）3.补码加/减法器（补码加减法、溢出与检测、加减法器电路、先行进位）4.定点乘法器5.定点除法器;6.浮点四则运算方法7.浮点运算流水线三、内部存储器1．存储系统概述；2.随机读写存储器；3.只读存储器和闪存；4.用SRAM和ROM构造一个简单的存储器；5.并行存储器（双端口存储器；多模交叉存储器）;6.高速缓冲存储器，高速缓冲存储器的基本组成和工作原理四、指令系统和汇编语言五、中央处理机六、总线系统七、

4、输入输出系统一、计算机系统概论二、运算方法和运算器三、内部存储器四、指令系统和汇编语言1．机器指令；2．操作数类型和操作类型；3．寻址方式；4．指令格式设计与优化；5.8086指令系统简介;6.IBM-PC汇编语言程序设计简介五、中央处理机1.CPU的功能和组成；2.指令周期；3.时序产生器;4.微程序控制原理；5.微程序设计技术;6.硬连线控制器；7.流水CPU；8.RISCCPU六、总线系统1.总线的概念和结构；2．总线接口；3.总线的仲裁;4.总线的定时和数据传送模式；七、输入输出系统1.输入输出系统概述;2.程序查询方式;3.程序中断方式;4.DMA方式;5.通道方式;计算

5、机系统概述计算机发展历史微机发展历史数字计算机的硬件组成、功能及各组件的功能冯诺依曼计算机的设计思想计算机的多级层次结构软件与硬件的逻辑等价性计算机的发展历史计算机的发展历史1847和1854年，英国数学家布尔创立逻辑代数1902年，英国人弗莱明发明电子真空二极管。1904年，美国人德弗雷斯特发明电子三极管。并促成了无线电技术的发展1936年，24岁的英国数学家图林提出现代通用数字计算机的数学模型。1938年，信息论的创始人、美国科学家仙农发表论文《继电器和开关电路的符号分析》，首次阐述了如何将布尔代数运用于逻辑电路，奠定了现代电子计算机开关电路的理论基础。1939年，阿塔纳索夫

6、提出计算机三原则：采用二进制，采用电子技术进行控制和运算，计算和存储分离。1940年，美国科学家维纳阐述了自己对现代计算机的五点设计原则：数字式而不是模拟式；以电子元件构成并尽量减少机械装置；采用二进制而不是十进制；内部存放计算表；内部存储数据。1946年2月15日，世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC研制成功，承担开发任务的“莫尔小组”由四位科学家和工程师埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯组成，总工程师埃克特当时年仅24岁。冯冯··诺依曼计算机诺依曼计算机为了治愈第一台计算机ENIAC的健忘症，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼于1946年提出把程序本身当作数据来对待，并和该程序处理的

7、数据用同样的方式储存。（1）计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件。（2）计算机内部应采用二进制来表示指令和数据。每条指令一般具有一个操作码和一个地址码。其中操作码表示运算性质，地址码指出操作数在存储器中的地址。（3）采用存储程序方式。将编好的程序送人内存储器中，然后启动计算机工作，计算机勿需操作人员干预，能自动逐条取出指令和执行指令。冯．诺依曼设计思想最重要之处在于明确地提出了“程序存储”的概念，他的全部设计思想实际上是对“程序存储”概念的具