《计算机组成原理》教程第1章概述

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1、计算机组成原理第一章概论张连姣Zhanglianjiao@tom.com教学目的硬件系列课程之一计算机组成原理对计算机系统的基本组成和工作机制有比较透彻的理解本课程的目的深入理解计算机系统的硬件组成和工作原理系统构成、总线、存储器、I/O系统等深入理解处理器的内部结构和工作原理对计算机系统当前的发展动向和水平有明确的概念课程内容系统硬件结构系统总线（总线性能、总线结构、总线控制）存储器（主存储器、高速缓存、辅助存储器）输入输出系统（外设、I/O接口、I/O控制方式）中央处理器（CPU）计算机的运算方法指令系统CPU的结构控制单元

2、设计教材Textbook：陈明　王智广，《计算机组原理》清华大学出版社，2004Reference:白中英，《计算机组成原理》，科学出版社,2001成绩考核期末考试：70％（闭卷）作业：20％，不能抄袭课堂练习：10％本章教学内容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。1.计算机系统组成计算机系统硬件主机处理器(CPU)软件外围设备运算器控制器存储器(

3、内存)RAMROM外部设备辅助设备输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪…)输出设备(显示器、打印机、绘图仪、…)辅助存储器(磁带、磁盘、光盘)输入/输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…)(I/O接口)总线(AB、DB、CB)系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序…)应用软件(科学计算，工业控制，数据处理…)程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言)电源电路时钟电路2.计算机系统组成——硬件系统华硕P4S533-MX主板内存条插槽CPU风扇支架PCI扩展槽IDE硬盘接口各种外设接口，包括：键盘、鼠标、

4、显示器、USB、声卡、网卡、并行口等CPU插槽3计算机的软件系统计算机硬件是载体，软件是灵魂。软件的组成与分类分类：系统程序、应用程序软件的发展演变手编程序（目的程序）→汇编程序→算法语言(高级语言）高级语言与机器语言的转换：编译系统、解释系统机器语言由0/1代码表示机器能完成的各种操作（指令）例：MCS-51两个寄存器相加的机器语言指令：00101000依赖于机器（处理器指令集），难于理解汇编语言用便于书写和记忆的符号表示机器的各种操作ADD、SUB、MUL、DIV、JMP、CMP等例：MCS-51两个寄存器相加汇编语言指令：

5、ADDA，R0依赖于机器高级语言程序描述方式适合人类的习惯与平台无关性需要将高级语言程序转换成机器语言程序，才能在实际机器上执行编译执行：利用编译器一次性将高级语言程序翻译成机器语言程序C、FORTRAN……解释执行：语句翻译一条，执行一条，直至结束BASIC用户采用程序设计语言描述问题的求解过程，计算机在程序的控制下完成问题的求解计算机只能识别用0/1代码表示的程序用户需要使用高级语言编程高级语言源程序机器语言目标代码实际机器执行结果问题4.VonNeumann(冯诺依曼)机的特征计算机由五个部分构成：运算器、控制器、存储器、

6、输入设备、输出设备指令和数据“以同等地位”存放于存储器内，分别按地址访问指令和数据均用二进制码表示指令由操作码和地址码构成指令按顺序存放，顺序执行机器以运算器为中心VonNeumann机的组织结构5.指令的执行过程取指根据PC访存读取当前要执行的指令PC＋1译码识别指令字中的操作类型，产生相应的控制信号取操作数根据指令字的地址域访存执行写回计算机的工作过程执行每一条指令，都包括取指、译码和执行三个基本步骤，所以，计算机的工作过程，也就是不断地取指令、译码和执行的过程，直到遇到停机指令。存储器的组织存储单元按字节或字寻址程序和数据

7、顺序存放数据段代码段读写操作以数据总线宽度为单位00000001001011101111低端高端1KB存储器地址存储内容010011010101101011…102310100111CPU地址内容读写控制示例——操作过程寄存器使用规则ACC：操作数之一和结果MQ：操作数之一和结果X：操作数之一加法[M]->X;ACC+[X]->ACC减法[M]->X;ACC-[X]->ACC乘法[M]->MQ;ACC->X;0->ACC;[X]*[MQ]->ACC//MQ除法[M]->X;ACC/[X]->MQ;余数在ACC中示例——ax2+b

8、x+c(ax+b)x+cx->ACCx*a->ACCax+b->ACCx*(ax+b)->ACC(ax+b)x+c->ACC地址opopr0000000001(ld)00000010000001000100(mul)00000010010010000011(ad