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计算机组成原理教学课件 王 诚 教授 清华大学计算机系 2009年10月 第 1 章 计算机系统概述 （为何要学习这门课程，怎么学，如何要求， 课程主要内容简介） 1.1 计算机系统的基本组成及其层次结构 1.2 计算机硬件的５个功能部件及其功能 1.3　计算机系统主要的技术与性能指标 1.4 计算机的体系结构、组成和实现概述 1.5 计算机发展进步、分类和拓展应用进程 为什么要学习计算机组成原理这门课程 计算机组成原理是计算机专业本科生的一门统设必修的专业基础课程。在我们系强调培养计算机应用型人才，是把这门课程作为计算机系统平台的内容之一来安排的。 不是只有设计计算机硬件系统的人才要学这门课,计算机专业的人员都应该对其有所了解。选择了计算机专业，终生要与计算机系统打交道、要使用好计算机就应该学习这门课，否则就算不上一名合格的计算机专业人员。总不该把计算机硬件系统看作为电视机一样的产品，开一下电源选选台能看节目了就行了。 计算机中有许多知识是到处都会用到的，是学习后续多门课程 (系统结构， 操作系统，编译原理，高级语言程序设计, 计算机网络，数据库) 的基础，将来工作中如何想清楚、如何解决遇到的许多问题都会涉及到计算机的硬件问题。 课程有多难，能不能学好 说计算机组成原理课程不是太难学是不能令人信服的，说根本无法学好也缺乏足够的理由和证据。 从计算机组成原理的内容来讲，实在没有太多难懂的原理，与生活中遇到的许多很平常的现象大有同工异曲之处，它不像数学，没有多少理论推导，也没有物理学中的高深理论，不用冥思苦想，接受它的规定和实现方案即可。如果说难，难就难在计算机中的问题是我们平时从未接触到、更没亲眼看见过事物，尚未碰到先怕三分，把本来简单的问题折腾复杂了；教师缺乏计算机系统设计的工程背景进一步加剧了这个矛盾。 学生应该根据自己的实际水平和将来的工作要求，恰当地确定对自己学习这门课程的要求。 课程教学定位和教学要求 计算机组成原理课程教学应该建立在硬、软件组成大体完整的系统平台之上，无疑这是一门硬件内容为主的课程，但需要兼顾一点基础软件的课程，认为课程内容只限于纯硬件(裸机)是很过时的认识，至少需要了解汇编语言以及计算机系统操作使用方面的基础知识，把学习和使用硬件结合起来。 教学过程中，要把学习原理知识和应用原理解决实际问题结合起来，避免泛泛地讲解书本内容，解决问题可以首先从看别人怎么用已知原理设计实现实用系统，再考虑自己能做些什么实际工作才会使学习更有趣味，更有用。 学生可以对自己提出主要学懂基本原理并能通过考试为底线要求，和还有一定应用能力的正常要求。 硬件系统由 5 个功能部件组成，是课程的核心内容 　　硬件系统由5个功能部件组成。数据输入设备分担对程序和原始数据的输入功能，数据存储部件分担对程序和数据的存储功能，数据运算部件分担对数据的运算处理功能，结果输出设备分担对运算处理结果的输出功能。控制器部件则是依照每条指令的运行功能的需要，向各个部件或设备提供它们协调运行所需要的控制信号，在整个硬件系统中起到指挥、协调和控制的作用。　　图中间部位给出的是计算机的３种类型的总线，可以看出，计算机的５个功能部件正是通过这３种类型的总线被有机地连接在一起，从而构成一台完整的、可以协调运行（执行程序）的计算机硬件系统。 　 　　可以把计算机想象为一个加工处理数据的工厂，则数据运算部件就是数据加工车间，数据存储部件就是存放原材料、半成品和产品的库房，输入设备相当于运入原材料的卡车，输出设备相当于运出最终产品的卡车，控制部件则相当于承担领导指挥功能的厂长和各个职能办公室。在领导的正确指挥下，如果能够源源不断地取得原材料，工厂内又有存放的场所，车间能够对这些原材料进行指定的加工处理，加工后的产品可以畅通地运出去销售，则这个工厂（计算机）就纳入正常运行的轨道。　　前面说的还只限于硬件，当然号必须有配套的软件系统，例如工厂就需要有管理制度、运营策略等。 第3、4章 主要教学内容 第3章 讲解数据表示和运算方法，这是设计实现计算机运算器部件的理论基础。 　计算机中都使用二进制的信息编码。二进制编码和码制转换是数据运算的数学基础。 　整数的原码、补码表示是为了简化数据运算的方案，可以简化用到的硬件线路，提高运算速度。 　数据的检错纠错编码技术是提高硬件可靠性的有效措施。 第4章 讲解计算机的运算器部件，有定点运算器和浮点运算器２种类型，是实现数据运算的执行部件。 　重点学习定点运算器，由完成算数与