計(jì)算機(jī)組成原理第1章概論

。課程概述)

第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展概況

第2章運(yùn)算方法和運(yùn)算部件1.2計(jì)算機(jī)的基本組成

第3章主存儲(chǔ)?基本組成

案4章指令系統(tǒng)?結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

第5章中央處理器CPU1.3數(shù)的表示與計(jì)算

第6章存儲(chǔ)系統(tǒng)?進(jìn)制數(shù)的表示方法

第7章系統(tǒng)總線(xiàn)?數(shù)的進(jìn)制轉(zhuǎn)換

第8章輸入輸出系統(tǒng)1.4計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)

指標(biāo)

V)

9課程概述）

2.1帶符號(hào)的數(shù)據(jù)表示方法

第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論?定點(diǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)表示

第2章運(yùn)算方法和運(yùn)算部件?浮點(diǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)表示

2.2機(jī)器數(shù)的運(yùn)算方法

第3章主存儲(chǔ)?定點(diǎn)數(shù)加減運(yùn)算

案4章指令系統(tǒng)?二進(jìn)制乘法運(yùn)算

?二進(jìn)制除法運(yùn)算

第5章中央處理器CPU

?浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算

第6章存儲(chǔ)系統(tǒng)2.3數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼

第7章系統(tǒng)總線(xiàn)?奇偶校驗(yàn)碼

?海明校驗(yàn)碼

第8章輸入輸出系統(tǒng)?循環(huán)冗余校驗(yàn)碼

2.4算術(shù)邏輯單元

?ALU電路

?快速進(jìn)位鏈

9課程概述）

第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論3.1概述

第2章運(yùn)算方法和運(yùn)算部件?存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)

第3章主存儲(chǔ)器?存儲(chǔ)器的分類(lèi)

第4章指令系統(tǒng)

?存儲(chǔ)器的基本組成

第5章中央處理器CPU

3.2主存儲(chǔ)器的組成

第6章存儲(chǔ)系統(tǒng)

與控制

第7章系統(tǒng)總線(xiàn)

第8章輸入輸出系統(tǒng)

9課程概述）

4.1指令格式和操作碼的擴(kuò)

第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論展技術(shù)

第2章運(yùn)算方法和運(yùn)算部件?指令格式

第3章主存儲(chǔ)器?操作碼的擴(kuò)展技術(shù)

第4章指令系統(tǒng)4.2尋址方式

第5章中央處理器CPU?指令尋址

?數(shù)據(jù)尋址

第6章存儲(chǔ)系統(tǒng)

4.3指令系統(tǒng)

第7章系統(tǒng)總線(xiàn)

4.4RISC技術(shù)

第8章輸入輸出系統(tǒng)

9課程概述）

第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

5.1CPU的結(jié)構(gòu)

第2章運(yùn)算方法和運(yùn)算部件

5.2指令周期

第3章主存儲(chǔ)

控制器的組成

案4章指令系統(tǒng)5.3

5.4微程序控制器

第5章中央處理器CPU

第6章存儲(chǔ)系統(tǒng)5.5組合邏輯控制器

第7章系統(tǒng)總線(xiàn)5.6流水線(xiàn)技術(shù)

第8章輸入輸出系統(tǒng)

9課程概述)

第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

第2章運(yùn)算方法和運(yùn)算部件6.1高速緩沖存儲(chǔ)器

第3章主存儲(chǔ)(cache)

案4章指令系統(tǒng)?cache-主存地址映射

第5章中央處理器CPU

?替換策略

第6章存儲(chǔ)系統(tǒng)

6.2虛擬存儲(chǔ)器

第章系統(tǒng)總線(xiàn)

76.3相聯(lián)存儲(chǔ)器

第8章輸入輸出系統(tǒng)

Q課程概述）

第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

7.1總線(xiàn)概述

第2章運(yùn)算方法和運(yùn)算部伸

第3章主存儲(chǔ)7.2總線(xiàn)特性和性能指標(biāo)

案4章指令系統(tǒng)

7.3總線(xiàn)的工作原理

第5章中央處理器CPU

第6章存儲(chǔ)系統(tǒng)7.4總線(xiàn)結(jié)構(gòu)

第7章系統(tǒng)總線(xiàn)

第8章輸入輸出系統(tǒng)7.5總線(xiàn)控制

9課程概述）

第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論8.1輸入輸出系統(tǒng)概述

第2章運(yùn)算方法和運(yùn)算部件

8.2輸入輸出接口

第3章主存儲(chǔ)

案4章指令系統(tǒng)8.3程序查詢(xún)方式

第5章中央處理器CPU8.4程序中斷方式

第6章存儲(chǔ)系統(tǒng)8.5DMA方式

第7章系統(tǒng)總線(xiàn)

第8章輸入輸出系統(tǒng)

?計(jì)算機(jī)組成原理-學(xué)習(xí)方法

1.把握重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題，分清主次，緊扣教學(xué)大綱；

2.正確理解基本概念，把握住概念的要點(diǎn)；

3.強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)各部分基本原理，和具體實(shí)例相結(jié)合，

基本原理為主線(xiàn)；

4.把概念和原理結(jié)合起來(lái)，不要孤立的學(xué)習(xí)各個(gè)部分

內(nèi)容；

5.強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)整機(jī)的完整組成，以硬件知識(shí)為主，

結(jié)合一些相關(guān)軟件知識(shí)。

一、考查目標(biāo)

1、理解單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件的內(nèi)部工作原理、

組成結(jié)構(gòu)以及相互連接方式，具有完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的

整機(jī)概念。

2、理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次化結(jié)構(gòu)概念，熟悉硬件與軟件之間

的界面，掌握指令集體系結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)和基本實(shí)現(xiàn)方法。

3、能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成的基本原理和基本方法，對(duì)有關(guān)計(jì)

算機(jī)硬件系統(tǒng)中的理論和實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算、分析，并能

對(duì)一些基本部件進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。

二、知識(shí)點(diǎn)解析

主要考查計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算、存儲(chǔ)器

層次結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、中央處理器、總線(xiàn)、輸入輸出系統(tǒng)。

9參考資料）

《計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》第3版，

王愛(ài)英編，清華大學(xué)出版。

?《計(jì)算機(jī)組成原理》蔣本珊編，

清華大學(xué)出版。+—玄?虢計(jì)*“拿干■?叢書(shū)

計(jì)算機(jī)組成原理

習(xí)題與解析A級(jí)

?《計(jì)算機(jī)組成原理習(xí)題與解析》

徐愛(ài)萍編，清華大學(xué)出版。

第1章

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

,1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展概況

1.2微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)

1.2.1基本組成

1.2.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

L3數(shù)的表示與計(jì)算

1.3.1進(jìn)制數(shù)的基本表示方法

1.3.2數(shù)的進(jìn)制轉(zhuǎn)換

,L4計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)

教學(xué)要求

?了解計(jì)算機(jī)發(fā)展史；

?掌握馮?諾伊曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；

?掌握數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系

（二進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制）；

?掌握BCD碼、ASCII碼的編碼特點(diǎn);

?掌握計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)

L1計(jì)算機(jī)發(fā)展概況

1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史

?世界上第1臺(tái)計(jì)算機(jī)

?名稱(chēng)：ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandComputer)

?目的：用于第2次世界大戰(zhàn)后期的彈道計(jì)算

?誕生時(shí)間：1946年2月15日

?誕生地：美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)

ENIAC計(jì)算機(jī)

?使用18000只電子管

?占地面積lOOm2

?重量30噸

?耗電量140千瓦

\__________)

1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展概況

1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史

?計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)時(shí)代（按元器件劃分）

第一代（1946-1957）電子管計(jì)算機(jī)

第二代（19574964）晶體管計(jì)算機(jī)

第三代（1965-1971）集成電路計(jì)算晶體管

第四代（1971年至今）大規(guī)模集成電

?1959年，美國(guó)公司利用照像

技術(shù)把目和電路蝕刻在一

塊硅片,半導(dǎo)體集合體就是：

“集成《

IC（Integratedcircui

微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

1.1.21971年

第1臺(tái)微型計(jì)算機(jī)誕

年代CPU（中央處理器）

1971~1972Intel4004/8008~-C

1973?1977Jntel8080

1978?1983TO*，。0翌6

1984?至今Intel80386/80486

--------------------------------------------------------------------O---------------------------------------------------

Pentium586

PentiumII

PentiumIII

（gpntiumIV

Intel公司

生出32位微處理器芯

最早的計(jì)算機(jī)模型

最早的計(jì)算機(jī)模型

輸出設(shè)備I中央處理器輸入設(shè)備

經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的計(jì)算機(jī)模型

內(nèi)部存儲(chǔ)器

口

改進(jìn)后的計(jì)算機(jī)模型

輸出設(shè)備中央處理器^■輸入設(shè)備

1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展概況

現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)模型

?硬件技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的影響

代時(shí)間硬件技術(shù)速度/（次/秒）

—1946-1957電子管40000

二1958-1964晶體管200000

中小規(guī)模

三1965-19711000000

集成電路

大規(guī)模

四

1972-1977集成電路10000000

超大規(guī)模

五1978—現(xiàn)在100000000

集成電路

121微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)

?馮?諾依曼結(jié)構(gòu)

輸入設(shè)備J運(yùn)算器|控制器輸出設(shè)備

鍵盤(pán)、光電輸入機(jī)陣列式打印機(jī)

存儲(chǔ)器磁芯存儲(chǔ)器

?馮?諾依曼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

?以運(yùn)算器為數(shù)據(jù)流動(dòng)中樞，以控制器為控制命令中樞；

?機(jī)器由硬件與軟件組成，硬件功能不能改變；

?“存儲(chǔ)程序”的工作原理，程序像數(shù)據(jù)一樣存放在內(nèi)存中

?指令由操作碼和地址碼組成；

?指令在存儲(chǔ)器中按執(zhí)行順序存放，由PC指明要執(zhí)行

的指令所在的單元地址；

?計(jì)算機(jī)內(nèi)信息（數(shù)據(jù)和控制信息）用表示。

1?2?2基本組成

（微處理器）

?也稱(chēng)為中央處理單元（CentralProcessingUnit,CPU）,

包括運(yùn)算電、控制器以及寄存器組，是整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心。

（存儲(chǔ)器）

?計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一種存儲(chǔ)記憶設(shè)備；

用來(lái)存心指令、數(shù)據(jù)、運(yùn)算結(jié)果以及各種需要保存的信息。

（總線(xiàn)）

?指一組信號(hào)線(xiàn)的集合，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件之間傳輸?shù)刂?、?shù)據(jù)和

控制信息的公共通路。由一組導(dǎo)線(xiàn)和相關(guān)的控制電路、驅(qū)動(dòng)電路組成

（輸入輸出接口）

?微機(jī)通過(guò)它們與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

（外圍設(shè)備）

?主要分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和輸入/輸出雙向設(shè)備。

數(shù)的表示與計(jì)算

L3數(shù)的表示與計(jì)算

基本概念

1.計(jì)數(shù)制:按進(jìn)位的方法進(jìn)行計(jì)數(shù)。

2.基數(shù):計(jì)數(shù)制的數(shù)碼個(gè)數(shù).

3.權(quán):數(shù)制每一位所具有的值.

4.計(jì)算機(jī)中的進(jìn)位計(jì)數(shù)制

①十進(jìn)制數(shù)：由0?9組成。運(yùn)算時(shí)“逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十”

②二進(jìn)制數(shù)：由0和1組成。運(yùn)算時(shí)“逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二”

③八進(jìn)制數(shù)：由0?7組成。運(yùn)算時(shí)“逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八”

④十六進(jìn)制數(shù)：由0?9,A?F或a?f組成。

運(yùn)算時(shí)“逢十六進(jìn)一，借一當(dāng)十六”。.

L3數(shù)的表示與計(jì)算

［例1］十進(jìn)制數(shù)3058.72可表示為：

3058.72==3X103+0X102+5X1O1+8X1O0

+7X101+2X10-2

［例2］在二進(jìn)制數(shù)10111.01可表示為：

10111.01==1X24+0X23+1X22+1X21+1X20

+0X21+1X22

［例3］在十六進(jìn)制數(shù)1AB4可表示為：

1AB4=1X163+10X162+11X161+4X16°

d

按權(quán)展開(kāi)建

L3數(shù)的表示與計(jì)算

13.1進(jìn)制數(shù)的基本表示方法

1.進(jìn)制數(shù)的基本表示方法

?二進(jìn)制數(shù)(B)

000000010010001101000101(1101)2

?八進(jìn)制(Q)

12345671011...1720...2730(57八

?十進(jìn)制(D)

12345678910111213...1920(22)10

?十六進(jìn)制(H)

101112131415

1...9ABCDEF1011...1F20(2E6)16

L3數(shù)的表示與計(jì)算

2.二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算

⑴加法運(yùn)算：0+0=00+1=11+0=11+1=10

⑵減法運(yùn)算：0?0=01-0=11-1=00-1=1（有借位）

（3）乘法運(yùn)算：0X0=01X0=00X1=01X1=1

（4）除法運(yùn)算：與十進(jìn)制相同

⑸邏輯“與”運(yùn)算：（邏輯乘）

0A0=01A0=00A1=01A1=1（全1出1）

⑹邏輯“或”運(yùn)算：（邏輯加）

0V0=01V0=l0Vl=lIV1=1（有1出1）

⑺邏輯“異或”運(yùn)算：

0十0=01?0=10?1=11十1=0（相異為1）

L3數(shù)的表示與計(jì)算

3.進(jìn)制數(shù)的使用特點(diǎn)

［例］1111B=15D=FH

(1)采用二進(jìn)制的特點(diǎn)

?容易實(shí)現(xiàn)；

?運(yùn)算簡(jiǎn)單；

工作可靠；

邏輯判斷方便.

(2)采用十六進(jìn)制的特點(diǎn)

書(shū)寫(xiě)閱讀方便；

容易轉(zhuǎn)換，方便存儲(chǔ)；?

可直觀判斷數(shù)據(jù)的構(gòu)成.i

1.3.2數(shù)的進(jìn)制轉(zhuǎn)換

■各種進(jìn)制間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

二進(jìn)制八進(jìn)制十進(jìn)制士六進(jìn)制

_____0000000

2不同遮制數(shù)換算方法11

0010222

,---__001133

mod.2~■*<r_*<^4nod.l6

■5

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01117?米ii伯琳伊”木LLnn仝工*入1

10008/刈嚴(yán)UJ:JK殲gjV_LL.3白_LL/\，

100199

10101210A

10111311B

11001412C

11011513D

11101614E

11111715F

10000201610

110001211711

?二進(jìn)制-一十進(jìn)制換算

mod?2>CmodJOZ)［例］(11011.01)2=27.25

個(gè)位

mod.2mod.10▼

11011.011X24+lX23+0X22+1X2X+1X2°+0Xl^lX2-2

■mod.2［例］(18.8125)10=10010.11

整數(shù)部分(除2取余法)小數(shù)部分(乘2取整法)

0.8125

X2

1.625……整數(shù)部分=1

X2

1.25……整數(shù)目3分=1

X2

一港一……整數(shù)部分=0

10010

110

?八進(jìn)制一十進(jìn)制換算

廠(chǎng)--------^-----------［例］(1246.12)8=678.15625

m--o-d--.8------?-------m--od-.10

個(gè)位

mod.8mod.10▼

1246.12|1X83+2X82+4X81+6X8°+lX8-42X82

CmodJO^)mod.8［例］(678.156)10=1246.117

整數(shù)部分(除8取余法)小數(shù)部分(乘8取整法)

余60.156

余4X8

余21.248整數(shù)部分=1

余1X8

1.984整數(shù)部分=1

X8

7.872……整數(shù)部分=7］

1246117

?十六進(jìn)制一-十進(jìn)制換算

C^odJ6^CmodJO^)［例］(314.12)16=788.07031

個(gè)位

mod.16mod.10▼

314.123X162+lX16X+4X16°+1X164+2X16-2

Cmod10^)>mod.16［例］(314.31)10=13A.4F

整數(shù)部分(除16取余法)小數(shù)部分(乘16取整法)

0.31

16|314……余10一AX16

16|19……余34.96……整數(shù)部分=4

1……余1X16

15.36……整數(shù)部分=15一F

13A4F

?二進(jìn)制一-八進(jìn)制換算

mod.2匚mod.8

［例］(11101.1101)2=(35.64)8

?規(guī)則，3位并1位計(jì)數(shù)方向：左一,一右位數(shù)不足補(bǔ)0

mod.2011101.110100

mod.835.64

:mod.2

［例］(45.61)8=(100101.110001)2

?規(guī)則：1位拆3位

mod.845.6

mod.2100101.110001

?二進(jìn)制一■十六進(jìn)制換算

mod.2，＞mod.16

［例］(111101.010111)2=(3D.5c卜6

?規(guī)則：4位并1位計(jì)數(shù)方向：左一.一右位數(shù)不足補(bǔ)0

mod.20011110101011100

mod.163D5C

mod.16mod.2

［例］(4B.61)16=(1001011.01100001)2

?規(guī)則：1位拆4位

mod.1646

mod.201001011.01100001

1.3.3字符二進(jìn)制編碼

BCD碼

?用二進(jìn)制編碼表示每一位十進(jìn)制數(shù)的編碼,又稱(chēng)為二一十進(jìn)制碼。

?最常用的BCD碼是8421碼，它用四位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)。

?BCD碼分類(lèi)：

A壓縮BCD碼：用四位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)；

A非壓縮BCD碼：用八位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)，高4位無(wú)意義。

00110001(31H)

【例】求6231的BCD碼01100010(62H)

壓縮BCD碼：

0110001000110001B00000001(01H)

非壓縮BCD碼:00000011(03H)

00000110000000100000001100000001B00000010(02H)

00000110(06H)

1.3.3字符二進(jìn)制編碼

字符編碼

?ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)碼

美國(guó)國(guó)家信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼。

?ASCII碼是7位二進(jìn)制編碼，表示27共128種字符。

包括：

＞0?9十個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字；

＞英文字母共52個(gè)（大小寫(xiě)各26個(gè)）；

＞其他為常用的標(biāo)點(diǎn)和控制字符。

?7位ASCH碼表

D5D4

DtDiDi^o000001Oil100101110

0000NULspace0@

!A

0001SOH?1a?注意：

B

0010STX662不同的語(yǔ)言程序

c

0011ETX3c使用不同進(jìn)制的

0100EOT4:ASCII碼表。如

0101ENO5珥:1110&8或1110216

0110ACK6b:

0111（振鈴）7釐?記憶：

10008數(shù)字0-9(30H?39H)

91

1001：A-Z(41H-5AH)

??

?a-z(61H-7AH)

?0?