计算机组成原理第一章解读.ppt

课 程 简 介 教 学 目 的 硬件系列课程之一 数字逻辑 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 微型计算机原理 突出应用，详细讲述微处理器芯片、主板、接口技术和应用编程方法 计算机体系结构 重点论述计算机系统的各种基本结构、设计技术和性能定量分析方法 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 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 第1章 计算机系统概论 1.1 计算机系统简介 例一：对于IBM PC与RS6000两种机器 对于高级语言程序员来说，可以看成是同一属性的机器。 对于汇编语言程序员来说，是截然不同的两种机器。因为其指令集、数据类型、寻址技术等都完全不同。 因此，这两种机器的体系结构是各不相同的。 例二：一台机器是否具备乘法指令的功能，这是一个计算机体系结构的问题；但是，实现这个乘法指令采用什么方式来实现，比如，用专门的乘法电路或连续相加的加法电路来实现，这属于计算机组成的问题。 1.2 计算机的基本组成 1.3 计算机硬件的主要技术指标 机器字长 CPU 一次能处理数据的位数，与 CPU 中的 寄存器位数 有关 字长越长，数的表示范围越大，精度越高 4位、8位、16位、32位、64位 1.4 本书结构 1.4 本书结构 1.4 本书结构 1.4 本书结构 小 结 计算机系统由软件和硬件组成 计算机系统存在层次化结构 计算机组成 vs. 计算机体系结构 Von Neumann机 计算机硬件系统由五大部件组成 信息以二进制表示 指令由op和addr构成 “存储程序控制顺序执行” 指令的执行过程 硬件系统技术指标 作业：P19－1.6、1.8 (5) ax2 + bx + c 程序的运行过程 将程序通过输入设备送至计算机 程序首地址 打印结果 分析指令 取指令 … 停机 启动程序运行 ,(PC )+ 1 PC 执行指令 MAR M MDR IR PC CU OP(IR) Ad(IR) MAR M MDR ACC PC 1.2 （取数x至ACC） 1.3 221 = 256 KB 213 = 1 KB 如 存储容量 主存容量 辅存容量 存储单元个数 × 存储字长 字节数 字节数 80 GB 如 MAR MDR 容量 10 8 16 32 存放二进制信息的总位数 1K = 210 1B = 23b 1G = 230 1 K × 8位 64 K × 32位 1.3 运算速度 = n i =1 fi ti TM ∑ 吉普森法 主频：处理器（CPU）内核工作的时钟频率，单位是MHz 每秒执行百万条指令 执行一条指令所需时钟周期数 每秒浮点运算次数 与许多因素有关，依赖于机器的主频、操作类型、存储器访问时间等。 由于执行不同类型的指令所需时间长度不同，综合考虑每条指令的执行时间以及在全部操作中所占的百分比。 MIPS CPI FLOPS 1.4 第１篇 概论 计算机 1.4 第２篇 计算机系统的硬件结构 计算机 I/O 系统总线 存储器 CPU 1.4 CPU 内部互连 ALU CU 寄存器 中央处理器 第３篇 CPU 计算机 I/O 系统总线 存储器 CPU 1.4 CPU 内部互连 ALU CU 寄存器 中央处理器 寄存器 和解码器 控制单元 排队 逻辑 控制 存储器 第４篇 CU 计算机 I/O 系统总线 存储器 CPU * 类型：专业（必修考查）课 课时：56学时（理论48学时，实验8学时） 教材：唐朔飞 《计算机组成原理》第2版 高等教育出版社，2008 参考教材 计算机组成原理 白中英 科学出版社 2002年4月 计算机组成原理 俸远祯 电子工业出版社 2002年2月 成绩考核 期末考试：80％（闭卷） 作业+出勤+实验：20% 1.1 计算机系统简介 1.4 本书结构 1.3 计算机硬件的主要技术指标 1.2 计算机的基本组成 由具有各类特殊功能 的信息（程序）组成 计算机系统 计算机的实体部分 如主机、外设等 一、 计算机的软硬件概念 硬件 软件 1.1 概括而言，计算机性能的好坏，取决于软、硬件功能的总和。 根据任务需要编制成的各种程序 用来管理整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理调度，确保高效运行。 系统软件 应用软件 语言处理程序 操作系统 服务性程序 数据库管理系统 网络软件 软 件 1.1 （系统程序） （应用程序） 计算机 高级语言程 序（源程序） 目标 程序 结 果