计算机组成原理自学教材.doc

计算机组成原理 教学目的和要求：了解电子计算机的发展、分类及应用;理解计算机系统的硬件组成及主要功能 ; 了解计算机系统的软件（发展、组成、分类）; 理解计算机的工作过程及主要的技术指标; 认识计算机系统层次结构。 重点和难点：计算机软件、硬件的组成及其功能;计算机系统的层次结构。 教学方法：引导、传授。 教学过程： 计算机系统不同于一般的电子设备，它是一个由硬件和软件组成的复杂的自动化设备，本节课先说明计算机的分类和应用，再粗略的介绍应用、软件的概念和组成，目的是使同学们有一个较粗的总体概念，以便展开后面章节的学习。 1.1计算机的分类和应用 1.1.1计算机的分类 1.1.2 计算机的应用 　　 计算机应用广泛，大致可以归纳成七个方面： 1.科学计算　　 2.自动控制 3.测量和测试 4.信息处理 　　5.教育和卫生 　　6.家用电器 7.人工智能 1.2 计算机的发展简介 1.2.1 计算机的五代变化 　　自1946年在美国宾夕法尼亚大学制成的世界上第一台电子数字计算机以来，计算机的发展大致经历了五代的变化： 1. 1946年开始的第一代电子管计算机: 　　2. 1958年开始的第二代晶体管计算机: 　　3. 1965年开始的第三代中小规模集成电路计算机: 　　4. 1971年开始的第四代大规模集成电路计算机: 5. 1986年开始的第五代巨大规模集成电路计算机: 1.2.2半导体存储器的发展 20世纪50～60年代，所有计算机存储器都是由微小的铁磁体环 1970年，仙童半导体公司生产出了第一个较大容量半导体存储器 从1970年起，半导体存储器经历了11代：单个芯片1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB、64MB、256MB、GB。 其中1K=210,1M=220,1G=230 1.2.3微处理器的发展 1971年Intel公司开发出Intel 4004。这是第一个将CPU的所有元件都放入同一块芯片内的产品，于是，微处理器诞生了。 微处理器演变中的另一个主要进步是1972年出现的Intel 8008，这是第一个8位微处理器，它比4004复杂一倍。 1974年出现了Intel 8080。这是第一个通用微处理器，而4004和8008是为特殊用途而设计的。8080是为通用微机而设计的中央处理器。 20世纪70年代末才出现强大的通用16位微处理器，8086便是其中之一。 这一发展趋势中的另一阶段是在1981年，贝尔实验室和HP公司开发出了32位单片微处理器。 Intel于1985年推出了32位微处理器Intel 80386。 到现在的64位处理器和多核处理器 1.3计算机的硬件 1.3.1硬件组成要素 要了解数字计算机的硬件组成和工作原理，可从算盘说起（详细分析）。 　　 算盘计算中用到了：　 　　 1)纸:用于存储解题的原始信息 （存储器） 　　　2)算盘:用于对数据进行加、减、乘、除等算术运算 （运算器） 　　　3)笔:用于把原始数据和解题步骤记录到纸上，及把运算结果写出 （输入设备输出设备） 　　　4)我们人本身(主要是脑和手)用于控制解题步骤 （控制器）。 1.3.2运算器 　　运算器就好比一个由电子线路构成的算盘，能进行加、减、乘、除等算术运算，还可进行逻辑运算。目前计算机的运算器长度一般是8位、16位、32位或64位。 1.3.3.存储器 存储器的功能:保存或“记忆”解题的原始数据和解题步骤。在运算前把参加运算的数据和解体步骤通过输入输出设备送到存储器中保存起来。 存储单元：在存储器中保存一个数的16个触发器，称为一个存储单元。 　　地址：存储器是由许多存储单元组成，每个存储单元的编号，称为地址。 　　存储容量：存储器所有存储单元的总数。通常用单位“KB、MB”表示，如64KB，128KB。存储容量越大，表示计算机记忆储存的信息就越多。 　　外存储器：计算机中又配备的存储容量更大的磁盘存储器、光盘存储器等。相对而言，半导体存储器称为内存储器，简称内存。 1.3.4控制器 　　控制器是计算机中发号施令的部件，它控制计算机的个部件有条不紊地进行工作。具体的讲，控制器的任务是从内存中取出解题步骤加以分析，然后执行某种操作: (1) 计算程序 　　运算器只能完成加、减、乘、除四则运算及其他一些辅助操作。对于比较复杂的算题，计算机在运算前必须化成一步一步简单的加、减、乘、除等基本操作来做。每一个基本操作就叫做一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，叫做该问题的计算程序，简称为程序。 　　(2) 指令的形式 每条指令应当明确告诉控制器，从存储器的那个单元取数，并进行何种操作。 指令的内容由两部分组成，即操作的性质和操作