计算机组成原理最终版

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1、计算机组成原理教案姜涛第一章概论1.1计算机系统的组成和特点1.1.1发展历史第一代（1945~1954）电子管与继电器存储器用导线互连，单个CPU，CPU用程序计数器和累加器顺序完成定点运算，采用机器语言和汇编语言，用CPU程序控制I/O。代表：1946年IAS机。IBM1953年IBM701第二代（1955~1964）晶体管，铁氧体磁芯，用印刷电路互连，采用变址寄存器、浮点运算，多路存储器，I/O处理机，采用有编译的高级语言，子程序库、批处理。代表：1962IBM7030第三代（1965~1974）小、中规模集成电路，多层印刷电路，采用流水线，高速缓存，先行处理

2、机，微程序控制，软件采用分时操作系统，多道程序设计。代表：IBM360~370系列第四代（1975~1991）大、超大规模集成电路，半导体存储器，出现了并行计算机，产生了并列处理和1计算机组成原理教案姜涛分布式处理的软件工具和环境。代表：VAX9000第五代（1992~至今）采用VLSI工艺的高密度、高速度处理器和存储芯片，大规模并行处理，采用了可扩展和可时延的系统结构。计算机换代的突出标志1器件的换代2系统结构的改进区分三个基本概念：1、计算机的系统结构（Amdahl1964年提出的经典定义）是由程序设计者所看到的计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性（计算机系

3、统的外特性）。按照计算机层次结构，不同的程序设计者看到的计算机不同的属性。Amdahl提出的程序设计者指的是机器语言或编译程序设计者，他们看到的是硬件子系统的概念结构及其功能特性，包括：数据表示，寻址方式，寄存器组织（定义、数量、使用约定等），指令系统，存储系统（包括最小编址单位，编址方式，主存容量，空间等），中断机构，I/O结构等。计算机系统结构作为一门学科，主要研究软、硬件功能分配以及对软、硬件界面的确定，即哪些功能由软件完成，哪些由硬件完成。*透明性------在计算机技术中，一种本来是存在的事物或属2计算机组成原理教案姜涛性，但从某种角度看似乎不存在的现象。

4、如，低层机器级的概念性结构和功能特性，对于高级语言程序员来说是透明的。2、计算机的组成指计算机系统结构的逻辑实现，包括机器内数据流、控制流的组成及逻辑设计等。计算机组成的设计是按希望达到的性能价格比，最佳、最合理地把各种设备和部件组成计算机，以实现所确定的系统结构。3、计算机的实现是计算机组成的物理实现。包括处理机、主存等的物理结构，器件的集成度和速度，信号传输，器件、模块的划分连接，电源、装配及制造工艺等。1.1.2冯·诺依曼体制设计思想(1945)1.采用二进制形式来表示数据和指令2.采用存储程序的方式(核心内容)事先编制程序，将程序（指令和数据）存入主存储器中

5、，计算机在运行程序时就能自动地、连续地从主存储器中依次地取出指令且执行，这是计算机高速运行的基础。为了控制指令序列的执行顺序，设置一个程序计数器PC，它就象一个3计算机组成原理教案姜涛指针，一直指示着程序的执行过程。3.采用由运算器、控制器、存储器、输入输出装置等五大部件组成计算机系统，并拟定了各自的功能。*指令和数据都放在内存中，形式上他们都是二进制数，控制器如何区分它们？1.1.3典型计算机的组成及各部件的功能状运算器命态令数结据果程序结果输入设备存储器输出设备地指请命命请址令求令令求控制器1.1.4信息的数字化表示1.1.5数字计算机的特点1能在程序的控制下自

6、动地连续工作2速度快3精度高4信息存储能力强4计算机组成原理教案姜涛5通用性强1.1.6计算机系统的层次结构运算器CPU控制器硬件系统存储器I/O设备I/O接口操作系统类语言处理程序系统软件数据库管理系统各种服务性支持软件软件系统标准程序库科学计算类应用软件工程设计数据处理层次结构的模型(从软硬件组成的角度划分)P16目的：将计算机和从不同的角度分成若干级（层次），根据不同的工作需要，选择某一层次去观察分析计算机的组成、性能和工作机理或进行设计。

7、在构造一个完整的系统时，可以分层次地逐级实现，按这样结构化的设计策略实现的系统，易于建造，调试，维护和扩充。1.1.7软硬件的逻辑等价性软件的硬化硬件的软化固件5计算机组成原理教案姜涛第二章运算方法和运算器运算方法基本思想复杂的计算四则运算和基本的逻辑运算四则运算的核心是加法2.1数据信息的表示方法一.常用的二进制数码序列：xnxn-1…x0.x-1x-2…x-nnn-10-1多项式表示：S(2)=xn·2+xn-1·2…+x0·2+x-1·2-m+…+x-m·2mix2i=(xi为0或1)in二.八进制三.十六进制四.二—十进制BCD码：用二进制编码