计算机组成原理简介.ppt

1、计计算机算机组组成原理与系成原理与系统结统结构构田田 晶晶 国家精品国家精品课程主程主讲教材教材 包健包健西北西北农林科技大学信息工程学院林科技大学信息工程学院 前前 言言 计算算机机组成成原原理理是是计算算机机科科学学与与技技术专业的的一一门重重要要的的专业基基础课。通通过本本课程程的的学学习，能能了了解解计算算机机的的硬硬件件组成成、计算算机机软、硬硬件件的的相相互互联系系、计算算机机的的基基本本工工作作原原理理。能能使使学学生生深深入入了了解解计算算机机中中程程序序、数数据据的的表表示示方方法法，乘乘除除运运算算实现方方法法，掌掌握握计算算机机运运算算器器、控控制制器器、存存储器器、I/

2、OI/O系系统的的功功能能、硬硬件件组成成、工工作作方方法法及及控控制制方方法法。并并通通过对当当代代计算算机机正正在在采采用用的的系系统结构构（流流水水线组织、精精简指指令令系系统RISCRISC、并并行行处理理技技术）的的学学习，以以了了解解计算算机机系系统发展展方方向向及及实现技技术。本本课程程主主要要特特点点：知知识面面广广（牵扯扯数数模模电路路、计算算机机语言，操作系言，操作系统、编译原理等原理等 ）、内容多、更新快。）、内容多、更新快。课课程内容程内容总总学学时时：72学学时时=上上课课5656学学时时+实验实验1616学学时时理理论课论课：56学学时时介介绍单处绍单处理机理机计计

3、算机系算机系统统基本硬件基本硬件组组成（重点成（重点运算器、控制器、存运算器、控制器、存储储器）、基本工作原理，器）、基本工作原理，介介绍绍典型典型计计算机系算机系统结统结构及主要构及主要实现实现技技术术。实验课实验课：1616学学时时 剖析剖析1616位位实验计实验计算机算机TEC-XP TEC-XP 的基本硬件的基本硬件组组成、指令系成、指令系统统及及软软件系件系统统的的组组成。完成运算器、成。完成运算器、控制器、存控制器、存储储器器实验实验，以加深，以加深对对理理论课论课程的理程的理解。解。学学基本要求基本要求：了解并掌握了解并掌握计算机（算机（单机）系机）系统的硬件的硬件组成成结构，掌

4、握其构，掌握其工作原理；工作原理；掌握掌握计算机指令、指令系算机指令、指令系统的的设计方法；方法；了解了解计算机（多机）系算机（多机）系统概念，了解当今概念，了解当今计算机系算机系统结构构的的组成，明确今后成，明确今后计算机系算机系统结构的构的发展方向；展方向；培养学生的硬件分析、培养学生的硬件分析、设计和和调试能力，使学生掌握能力，使学生掌握宽厚厚的硬件基的硬件基础知知识和整机概念，以适和整机概念，以适应在各在各类计算机上从事开算机上从事开发和和应用的要求。用的要求。推荐教材或参考推荐教材或参考书目目教材教材：计算机算机组成原理与系成原理与系统结构构 包健包健 高教出版社高教出版社主要参考主

5、要参考书目目：计算机算机组成原理第二版成原理第二版 唐朔唐朔飞主主编 高教出版社高教出版社 计算机算机组成原理学成原理学习指指导与与习题解答。解答。目目 录录第第1 1章章 计算机算机组成原理概成原理概论 2 2第第2 2章章 计算机硬件基算机硬件基础（自学）（自学）第第3 3章章 信息信息编码与数据表示与数据表示 6 6第第4 4章章 运算方法与运算器运算方法与运算器 8 8第第5 5章章 存存储体系体系 8 8第第6 6章章 指令系指令系统 1010第第7 7章章 控制器控制器 8 8第第8 8章章 I/O I/O系系统 4 4第第9 9章章 总线 4 4第第1010章章 流水流水线与并行

6、与并行处理技理技术 4 4第第1 1章章 计计算机系算机系统统概述（概述（2 2学学时时）讲讲授授:计计算机系算机系统组统组成，成，软软、硬件概念，、硬件概念，计计算机系算机系统统的的层层次次结结构，构，计计算机的基本算机的基本组组成与基本工作原理。成与基本工作原理。重点：重点：计计算机的基本硬件算机的基本硬件组组成与工作原理。成与工作原理。难难点：点：计计算机系算机系统统的的层层次次结结构。构。教学要求：教学要求：了解了解计计算机系算机系统统的基本概念；掌握的基本概念；掌握计计算机系算机系统统的基本硬件的基本硬件组组成；了解成；了解冯诺冯诺依曼依曼计计算机算机结结构与特点及构与特点及现现代代

7、计计算机的基本算机的基本结结构与特点；了构与特点；了解解单处单处理机系理机系统统及多及多处处理机系理机系统统的概念。的概念。第第2 2章章 数字数字电电路基路基础础（自学自学）内容内容:数字数字电电路基本元件（二极管、三极管）路基本元件（二极管、三极管）；基本；基本门电门电路；路；组组合合逻辑电逻辑电路、路、时时序序逻辑逻辑电电路。路。重点：重点：组组合合逻辑电逻辑电路及路及时时序序逻辑电逻辑电路。路。要求：要求：本本节节内容是内容是计计算机算机组组成原理学成原理学习习基基础础，大部分内容在数字，大部分内容在数字电电路及模路及模拟电拟电路重路重已已经经学学习习，要求通，要求通过过自学看自学看书

8、书、上网、上网查资查资料，了解和掌握料，了解和掌握这这些内容，重点掌握些内容，重点掌握逻辑逻辑电电路。路。第第3 3章章 信息信息编码编码与数据表示（与数据表示（6 6学学时时）内容内容:1、讲讲授授计计算机数算机数值值数据、非数数据、非数值值数据的二数据的二进进制数字表示制数字表示2 2、定点数的原、定点数的原码码、反、反码码、补码补码表示表示3 3、浮点数表示、浮点数表示4 4、校、校验码验码 重点和重点和难难点：点：数的定点、浮点表示。数的定点、浮点表示。教学要求：教学要求：了解了解计计算机各种信息的二算机各种信息的二进进制表制表示，掌握数据的定点表示和浮点表示。示，掌握数据的定点表示和

9、浮点表示。第第4 4章章 运算方法与运算器（运算方法与运算器（8 8学学时时）内容内容:1 1、讲讲授授定点数定点数的加、减、乘、除运算方法及的加、减、乘、除运算方法及电电路路实现实现；2 2、讲讲授授浮点数浮点数的加、减、乘、除运算方法及的加、减、乘、除运算方法及电电路路实现实现；3 3、讲讲授算授算术逻辑术逻辑部件部件ALUALU功能、功能、电电路路实现实现；4 4、讲讲授授实验计实验计算机算机AM2901AM2901运算器芯片功能、运算器芯片功能、电电路路组组成、及成、及应应用。用。重点重点难难点：点：AM2901AM2901运算器及其运算器运算器及其运算器辅辅助助电电路路组组成及其运算

10、控制方法。成及其运算控制方法。教学要求教学要求：掌握运算器的电路组成、运算控制及提高运算速度的方法。第第5 5章章 存存储储体系（体系（8 8学学时时）内容内容:讲讲授存授存储储器分器分类类、特点；、特点；讲讲授存授存储储器系器系统统的的层层次次结结构及特点；构及特点；讲讲授高速授高速缓缓冲存冲存储储器器组组成及其成及其基本原理；基本原理；讲讲授主存授主存储储器器结结构、工作原理、与系构、工作原理、与系统总线统总线的的连连接及主存接及主存储储器的器的扩扩展方法；展方法；讲讲授虚授虚拟拟存存储储器器组组成及管理。成及管理。重点：重点：高速高速缓缓冲存冲存储储器器组组成及基本原理；主存成及基本原理

11、；主存储储器与系器与系统总线统总线的的连连接及内存接及内存储储器的器的扩扩展方法。展方法。难难点：点：高速存高速存储储器器结结构构组组成及成及读读写原理。写原理。教学要求：教学要求：了解存了解存储储器器组组成及成及读读写原理；掌握写原理；掌握存存储储体系体系组组成及基本工作原理；成及基本工作原理；掌握存掌握存储储器与系器与系统统总线总线的的连连接和存接和存储储器器扩扩展方法。展方法。第第6 6章章 指令系指令系统统（1010学学时时）内容：内容：讲讲授指令功能、授指令功能、组组成、分成、分类类；讲讲授指令系授指令系统统、寻寻址方式概念址方式概念；讲讲授指令格式的分析与授指令格式的分析与设计设计

12、；讲讲授授指令系指令系统统的的CISCCISC和和RISCRISC两种两种发发展方向及其特点。展方向及其特点。举举例例讲讲授授TEC-XPTEC-XP实验计实验计算机指令系算机指令系统统和和Intel8086Intel8086指指令系令系统统。重点与重点与难难点：点：指令指令寻寻址方式的表示，指令的分析与址方式的表示，指令的分析与设计设计。教学要求：教学要求：能能分析分析指令系指令系统统的特点，掌握的特点，掌握计计算机指算机指令的令的设计设计方法方法，能根据要求，能根据要求，设计设计指令格式。指令格式。第第7 7章章 控制器（控制器（8 8学学时时）内容：内容：控制器功能及控制器功能及电电路路

13、组组成；硬布成；硬布线线控控制器制器组组成及运行原理；微程序控制器成及运行原理；微程序控制器组组成成及运行原理：及运行原理：TPC-XPTPC-XP实验计实验计算机控制器算机控制器组组成。成。重点：重点：硬布硬布线线控制器、微程序控制器。控制器、微程序控制器。难难点：点：微指令格式微指令格式设计设计及微程序及微程序设计设计。教学要求：教学要求：掌握指令、微指令、微程序掌握指令、微指令、微程序间间关系；了解并掌握关系；了解并掌握组组合合逻辑设计逻辑设计、微程序、微程序设计设计控制器的控制器的电电路路组组成及工作原理，掌握成及工作原理，掌握设计设计方法。方法。内容内容:1 1、讲授授I/OI/O系

14、系统的的组成、成、I/OI/O接口功能及接口功能及组成；成；2 2、主机与外、主机与外设信息交信息交换方式；方式；3 3、计算机中断系算机中断系统组成及中断成及中断处理理过程及程及处理方法。理方法。重点重点难点：点：中断系中断系统组成及中断成及中断传送方式下送方式下接口接口电路路组成及中断成及中断处理理过程及其控制。程及其控制。教学要求：教学要求：了解接口概念及了解接口概念及组成；掌握外成；掌握外设I/OI/O的控制方式及接口的控制方式及接口电路路组成与工作原理。成与工作原理。第第8 8章章 输入入/输出系出系统（6 6学学时）第第9 9章章 总线总线（4 4学学时时）内容：内容：1、总线的概

15、念、组成、分类、性能指标；2、系统总线结构、信息传送方式、总线传输控制；3、实用总线标准简介。重点重点难难点：点：总线传输控制方法教学要求：教学要求：了解总线组成；掌握总线传输控制中总线仲裁方法及传输定时控制方法。第第1010章章 流水流水线线与并行与并行处处理技理技术术（4 4学学时时）内容：内容：1 1、讲讲授授计计算机流水算机流水线线技技术术（流水（流水线线原理、流水原理、流水线线相关相关处处理、流水理、流水线调线调度方法）；度方法）；2 2、讲讲授授现现代代计计算机并行算机并行处处理技理技术术（并行（并行处处理概理概念、念、阵阵列列处处理机、多理机、多处处理机系理机系统统）重点：重点：

16、计计算机流水算机流水线线技技术术；难难点：点：计计算机并行算机并行处处理技理技术术。教学要求：教学要求：（1 1）课课堂了解和掌握流水堂了解和掌握流水线处线处理技理技术术。（2 2）通）通过过看看书书、上网差、上网差资资料等了解料等了解现现代代计计算机系算机系统结统结构构发发展情况；了解展情况；了解阵阵列列处处理机、数据流理机、数据流计计算算机等新型机等新型计计算机系算机系统结统结构构组组成及工作原理。成及工作原理。学学习习方法方法首先首先明确本课程“学什么？”（学习计算机硬件组成及工作原理）。其次其次搭建起“课课程体系框架程体系框架”（即计算机系统组成、硬件5大部件组成及功能和相互联系）。然后然后采用“层层层层分解、逐步分解、逐步细细化化”方法学习每一章、每一节内容（即5大部件又细分由哪些子部件组成，每个子部件功能、组成，相互关系及联系）最后最后软硬结合起来分析计算机工作过程（软件如何转化为机器语言程序？指令如何执行？指令执行如何发出控制信号及控制信号怎么控制计算机各个硬件部件协调工作完成运算任务。）要要 求求课课堂：堂：认认真听真听讲讲，抓住重点，下，抓住重点，下课课小小结结本堂本