计算机组成原理简介

计算机组成原理田晶面向21世纪课程教材配套课件西北农林科技大学信息工程学院前言计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门核心专业基础课程,它在基础课和专业课之间起着重要的衔接作用,通过本课程的学习，使学生能深入了解计算机中程序、数据的表示方法、运算方法，掌握计算机运算器、控制器、存储器的硬件组成、功能、控制方法，并通过对当代一般计算机正在采用的系统结构（流水线组织、精简指令系统RISC、并行处理）的学习，对计算机的发展与实现提供必要的也是最基本的知识。本课程主要特点：知识面广（数字电路、模拟电路等）、内容多、更新快。教材组织方式：从计算机外部大框架入手，层层细化，逐步深入，突出讲授计算机组成的一般原理。教材内容组织•第一篇（1、2章）：介绍计算机总体概貌（基本组成、发展应用与展望）。•第二篇（3、4、5章）：介绍系统总线、存储器、I/O系统。•第三篇（6、7、8章）：详细介绍CPU组成、特性、结构和功能（运算器、运算方法、指令系统、中断系统）。•第四篇（9、10章）：详细讲授控制器（功能、组成、工作原理、设计方法及实现措施）1.4本书结构内部互连ALUCU寄存器中央处理单元寄存器解码器控制单元排队逻辑控制存储器计算机I/O系统总线存储器CPU学基本要求：⒈掌握计算机（单机）系统的硬件组成结构，掌握其工作原理；⒉掌握计算机指令、指令系统的设计方法；⒊了解计算机（多机）系统概念，了解当今计算机系统结构的组成，明确今后计算机系统结构的发展方向；⒋培养学生的硬件分析、设计和调试能力，使学生掌握宽厚的硬件基础知识和整机概念，以适应在各类计算机上从事开发和应用的要求。推荐教材或参考书目教材：高等教育出版社（2000年）出版、唐朔飞主编的《计算机组成原理》。主要参考书目：《计算机组成与结构》清华大学出版社主编王爱英2000年。高等教育出版社（2000年）出版、唐朔飞主编的《计算机组成原理》学习指导与习题解答。目录第一章计算机系统概论第二章计算机的发展及应用第三章系统总线第四章存储器第五章输入输出系统第六章计算机的运算方法第七章指令系统第八章CPU的结构和功能第九章控制单元的功能第十章控制单元的设计第1章计算机系统概念讲授:•计算机软硬件概念，计算机系统的层次结构，计算机的基本组成与基本工作原理。•重点：计算机的基本硬件组成与工作原理。•难点：计算机系统的层次结构。•教学要求：了解计算机系统的基本概念；掌握计算机系统的基本硬件组成；了解冯诺依曼计算机结构与特点及现代计算机的基本结构与特点；了解单处理机系统及多处理机系统的概念。第2章计算机的发展及应用•内容:计算机发展史、每代计算机特点，计算机应用及发展。•重点：每代计算机的特点；微处理器的发展情况。•要求：通过自学看书、上网查资料，了解计算机的发展及应用情况。了解并掌握微处理器的发展情况。第3章系统总线•内容:讲授总线的功能、组成、分类及特点，总线结构及特点；自学总线控制方法。•重点和难点：总线结构、原理、特点。•教学要求：了解总线功能、分类及特点，掌握不同总线结构、工作原理及特点，了解总线控制方法。第4章存储器•内容:讲授高速缓冲存储器概念、组成及其基本工作原理，内存储器与系统总线的连接及内存储器的扩展方法。自学存储器功能、结构组成、分类及特点，存储器层次结构组成及其工作原理。•重点：高速缓冲存储器基本工作原理；内存储器与系统总线的连接及内存储器的扩展方法。•难点：内存储器与系统总线的连接及内存储器的扩展方法。•教学要求：了解存储器分类及特点，掌握存储器基本工作原理；掌握存储器与系统总线的连接方法和存储器扩展方法。内容:讲授常用外设的组成、工作原理，外设输入/输出控制方式，I/O接口的功能、组成、编址、译码、数据传送方式等。重点：常用外设（磁盘）的组成、工作原理；外设输入/输出控制方式。难点：外设输入/输出接口电路组成、工作原理及控制方式。教学要求：了解接口概念，掌握外设I/O的控制方式及接口电路组成与工作原理。第5章输入/输出接口第6章运算方法和运算部件•内容：讲授运算器的电路组成与工作原理，数据校验码的概念。自学计算机中各种信息的表示方法，计算机中定点数，浮点数的表示与运算。•重点：计算机定点数、浮点数的表示与运算；算术逻辑单元ALU的基本硬件组成与工作原理。•难点：算术逻辑单元ALU的基本硬件组成与工作原理。•教学要求：•（1）掌握数的编码表示（原码、补码、反码、移码）；•（2）掌握定点数与浮点数的表示与运算；•（3）掌握运算器的电路组成与工作原理。第7章指令系统•内容：讲授寻址方式概念，CISC和RISC指令系统的概念。计算机指令组成、分类方法，指令系统、指令操作数概念。•重点与难点：指令寻址方式的表示，指令的设计。•教学要求：能分析计算机指令系统的特点，掌握计算机指令的设计方法，能根据要求，设计指令格式。第8章CPU结构和功能•内容：讲授CPU功能、结构组成、基本工作原理，CPU内流水线技术，计算机中断概念、中断系统组成与实现。•重点：CPU结构组成及工作原理，计算机中断系统电路实现及工作原理。•难点：中断系统的电路实现。•教学要求：掌握CPU基本组成及其工作原理；掌握计算机中断系统的组成及中断处理过程。第9章控制单元的功能•内容：指令周期、微操作、微命令概念；指令周期、机器周期、时钟周期与微操作的关系；计算机执行指令时控制单元产生控制信号特点。•重点：计算机执行不同指令时控制单元在不同周期产生控制命令及作用；控制单元的控制方式。•难点：•⑴指令周期、机器周期、时钟周期与操作命令的关系；•⑵控制单元的控制方式。第10章控制单元设计•内容：指令、微指令概念及关系；控制单元的组合逻辑设计、控制单元的微程序设计。•重点：控制单元的微程序设计。•难点：控制单元的微程序设计。•教学要求：掌握指令、微指令、微程序间关系；了解并掌握组合逻辑设计、微程序设计控制器的电路组成及工作原理，掌握设计方法。