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计算机组成原理与汇编语言（组成原理部分）2000级 北航计算机学院 刘旭东 Tel 82317634 Mail：liuxd@buaa.edu.cn 课程介绍（1） 教学内容：计算机单机系统的组成及其工作原理 存储系统的组成与基本工作原理 内部存储器的组成与工作原理 高速缓冲存储器的结构与工作原理 辅助存储器的结构与工作原理 虚拟存储系统等 指令系统的分析与设计 指令系统基本要素 指令系统的设计 典型指令系统分析 CPU的内部结构与工作原理 运算器结构 基本运算方法 控制单元的结构 指令执行过程分析 控制单元的设计（硬连线设计） 微程序控制器 系统总线及输入输出系统 课程介绍（2） 目的 掌握计算机的基本组成、内部结构和工作原理。 培养学生分析和设计计算机的能力。 重点与难点 主存储器与高速缓冲存储器 指令系统的设计 CPU的内部结构与工作原理 与其他课程的关系 课程定位：计算机专业基础课程、重点必修课程（7学分）； 先导课程：计算机导论、数字逻辑； 后续课程：计算机接口与通信、计算机系统结构； 课程安排 课堂教学：共72学时（含汇编语言部分） 同步实验：计算机教学实验中心单独开设，但成绩计入本课程。 课程考试：期终考试（含汇编语言，A、B卷，闭卷） 成 绩：考试成绩 × 85％ ＋ 实验成绩 × 15％ 课程介绍（3） 上课时间及地点 第一周：星期二1/2节（主M301） 2~17周: 星期三3/4节，星期六1/2节（一号楼323） 教材及参考书 教材：《计算机组成原理》，高等教育出版社，唐朔飞编著 《IBM PC汇编语言程序设计》，清华大学出版社，沈美明编著 教材到学校教材发行库购买。 参考书：《计算机组织与结构（性能设计）》第五版，电子工业出版社 《计算机组成原理教程》，科学出版社，白仲英编著 授课教师 组成原理部分：刘旭东 汇编语言部分：熊桂喜 实验部分：李宪永 第一部分：概述 1.1 计算机系统 硬件（Hardware） 计算机的实体部分，可以实现计算机最基本的操作行为。 软件（Software） 使计算机实现各种功能的程序集合。包括系统软件、应用软件两大类。 1.2 计算机系统层次结构 计算机的层次结构的演变 1.2 计算机系统层次结构 三级层次结构的计算机系统 1.2 计算机系统层次结构 四级层次结构的计算机系统 1.3 计算机的基本组成 计算机的功能 ? Data Processing (数据处理) ? Data Storage （数据存储） ? Data Movement （数据移动，交换） ? Control （控制） 计算机的功能结构 1.3 计算机的基本组成 运算器：实现数据处理的部件 完成最基本的算术逻辑运算 ALU (Arithmetic and Logic Unit） ＋ Registers＋ DataPath 运算器与机器字长（字的概念）的关系 运算器与机器性能指标： MIPS：Millions of Instructuions Per Second SPEC：System Performance Evaluation Cooperative （SPECint’2000，SPECfp’2000 ） 简单运算器结构图 1.3 计算机的基本组成 存储器：实现数据存储的部件 保存程序和数据（二进制信息） 存储单元：bit, Byte, Word 地址的概念：每一个字节单元拥有一个唯一的地址（索引） 存储器的工作方式：读、写 存储器结构简图 1.3 计算机的基本组成 控制器：实现控制功能的部件 提供各部件工作所需的控制信号，控制计算机其他部件协同工作 指令部件（Instruction Register ，Instruction Decoder） 指令顺序控制（Program Counter） 时序逻辑部件（Clock，Timer ，Sequencing Logic） 控制信号生成部件（Control Signal Generator or Control Memory） 运算器＋控制器＝CPU（Central Process Unit） 控制器结构简图 1.3 计算机的基本组成 输入输出：实现数据交换的部件 实现计算机内部与外界（其他系统或人类）的信息交换 实现数据交换的设备：输入设备、输出设备 接口标准与接口部件 计算机整体结构简图 1.4 计算机结构 总线结构 总线：符合一定的标准的一组公共数据通道 构成：地址总线、数据总线、控制总线 单总线结构 多总线结构 标准总线 ISA---Industry Standard Architecture（工业标准结构） EISA----Exten