计算机组成原理教学课件王诚教授清华大学计算机系2009年

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1、计算机组成原理教学课件王诚教授清华大学计算机系2009年10月第1章计算机系统概述（为何要学习这门课程，怎么学，如何要求，课程主要内容简介）1.1计算机系统的基本组成及其层次结构1.2计算机硬件的５个功能部件及其功能1.3计算机系统主要的技术与性能指标1.4计算机的体系结构、组成和实现概述1.5计算机发展进步、分类和拓展应用进程为什么要学习计算机组成原理这门课程计算机组成原理是计算机专业本科生的一门统设必修的专业基础课程。在我们系强调培养计算机应用型人才，是把这门课程作为计算机系统平台的内容之一来安排的。不是只有设计计算机硬件系

2、统的人才要学这门课,计算机专业的人员都应该对其有所了解。选择了计算机专业，终生要与计算机系统打交道、要使用好计算机就应该学习这门课，否则就算不上一名合格的计算机专业人员。总不该把计算机硬件系统看作为电视机一样的产品，开一下电源选选台能看节目了就行了。计算机中有许多知识是到处都会用到的，是学习后续多门课程(系统结构，操作系统，编译原理，高级语言程序设计,计算机网络，数据库)的基础，将来工作中如何想清楚、如何解决遇到的许多问题都会涉及到计算机的硬件问题。1课程有多难，能不能学好说计算机组成原理课程不是太难学是不能令人信服的，说根本无

3、法学好也缺乏足够的理由和证据。从计算机组成原理的内容来讲，实在没有太多难懂的原理，与生活中遇到的许多很平常的现象大有同工异曲之处，它不像数学，没有多少理论推导，也没有物理学中的高深理论，不用冥思苦想，接受它的规定和实现方案即可。如果说难，难就难在计算机中的问题是我们平时从未接触到、更没亲眼看见过事物，尚未碰到先怕三分，把本来简单的问题折腾复杂了；教师缺乏计算机系统设计的工程背景进一步加剧了这个矛盾。学生应该根据自己的实际水平和将来的工作要求，恰当地确定对自己学习这门课程的要求。2课程教学定位和教学要求计算机组成原理课程教学应该建

4、立在硬、软件组成大体完整的系统平台之上，无疑这是一门硬件内容为主的课程，但需要兼顾一点基础软件的课程，认为课程内容只限于纯硬件(裸机)是很过时的认识，至少需要了解汇编语言以及计算机系统操作使用方面的基础知识，把学习和使用硬件结合起来。教学过程中，要把学习原理知识和应用原理解决实际问题结合起来，避免泛泛地讲解书本内容，解决问题可以首先从看别人怎么用已知原理设计实现实用系统，再考虑自己能做些什么实际工作才会使学习更有趣味，更有用。学生可以对自己提出主要学懂基本原理并能通过考试为底线要求，和还有一定应用能力的正常要求。3这里说的计算机

5、系统（computersystem），是指电子数字通用计算机系统，三个定语各自表明了计算机系统的一个方面的特性。“电子”一词表明使用电子线路（不同于机械、继电器等）来实现计算机硬件的关键逻辑功能；“数字”一词表明使用的电子线路是数字式电路（不同于模拟电路），运算和处理的数据是二进制的离散数据（不同于连续的电压或电流量）；“通用”一词表明计算机本身功能多样(并非专用于某种特定功能)，具有完成各种运算或数据处理能力。1、计算机系统概述4计算机系统由硬件和软件两大部分组成。硬件指由中央处理器、存储器以及外围设备等组成的实际装置，硬件的

6、作用是完成每条指令规定的功能。指令是计算机运行的最小的功能单位，指令是指示计算机硬件执行某种运算、处理功能的命令。软件是为了使用计算机而编写的各种系统的和用户的程序，程序由一个序列的计算机指令组成。指令是用于设计程序的一种计算机语言。一台计算机提供的全部指令构成该计算机的指令系统。指令系统的设计质量关系到厂家和用户的利益。硬、软件系统相互依存，分工互动，缺一不可，如同一个健全人的物质性的肉体和精神性的智力与思维。计算机系统概述5汇编语言层操作系统层指令系统层微体系结构层数字逻辑层高级语言层应用层计算机系统的层次结构可以从6个层次

7、分析和看待计算机系统的基本组成。最低的２层属于硬件部分，硬件系统用于实现每条指令的功能，解决程序中指令间的衔接系。上面的３层属于软件部分，软件由按一定规则组织起来的许多条指令组成，完成一定的数据运算或者事务处理功能。指令系统处在硬件系统和软件系统之间，是硬、软件之间的接口部分，对两部分都有重要影响。微体系结构层软件系统硬件系统计算机系统的层次结构6软件是为了使用计算机而编写的各种系统的和用户的程序，程序由一个序列的计算机指令组成。在计算机系统的６层结构中给出的基本软件包括操作系统和３个级别的计算机语言。操作系统主要完成对系统中的

8、硬、软件资源的管理与调度分配，并向程序设计人员和计算机的操作者提供各种服务。３个级别的语言是机器语言（二进制代码语言）、汇编语言（符号语言）和高级语言（算法语言），使用它们设计程序的难易程度和工作效率差别很大。计算机中的基本软件系统7以计算从1到10的累加和为例