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1、计算机组成与结构ComputerOrganizationandArchitecture刘宇熹2005.9关于本课程1.性质:核心的专业基础课.2.内容:以计算机系统结构为主线,以计算机原理为重点.通过本课程的教学，使学生掌握计算机系统的组织和结构；计算机的基本工作原理。计算机各部分的组成、原理、新技术和新方法；进一步培养学生的逻辑思维和推理能力；启迪学生的创新意识；锻炼学生的动手能力，促使学生全面素质的提高。3.特点：知识面广，内容多，更新快且难度较大。三、对计算机组成与结构的解释1.组成:是指计算
2、机硬件的具体实现,涉及硬件部件的构造及如何把它们连接在一起,组成一个计算机系统.是硬件设计人员所关心的问题. 2.结构:是指计算机体系结构,可定义为系统程序员所见到的计算机的硬件特性,如指令系统及其格式,程序可访问的寄存器,数据类型及格式等.计算机结构是计算机硬件与软件的接口(I/F),同一个计算机系统结构可用不同的计算机组成来实现.3.两者的关系(1)计算机组成涉及硬件结构,包括硬件部件的构造和如何连接这些部件组成一个计算机系统.例有三台计算机:无CACHE有L1无L2组成不同,但系统结构可能同有
3、L1和L2关于cacheCache高速缓冲存储器，它在高速的CPU与慢速的RAM(主存MM)起缓冲的作用。它先将主存MM中的一部分内容复制到CACHE中,CPU在读写数据时,先访问CACHE.CPUCACHEL1CACHEL2MM(主存)AM(外存)8/31/20215(2)系统结构:是指从程序员角度所看到的计算机系统的属性,即概念性的结构与功能特性,大都是抽象的.如两台机器的组成不同而系统体系结构同,那么在第一台上编译后目标程序拿到第二台上能运行,但运行时间可能不同(例PⅢ和K7).(3)总结:
4、①只知结构,不知其组成,可能选不好性价比最合适的计算机. ②一种机器的体系结构可能维持多年,但其组成随计算机技术不断变化.保持结构不变可使用户减少软件投资.三.学习方法(1)课堂教学:从学会会学,学思路.(2)认真做习题:会做.(3)找参考资料:会找,会看.(4)密切注意计算机发展动态:多听,多看四.本课程与先导课,后续课的关系:数字逻辑电路汇编语言本课程OS网络计算机文化基础本课程在计算机专业教学中的地位数字逻辑C语言程序设计计算机组成原理数据结构操作系统数据库原理及应用软件工程微机接口技术计算机
5、网络计算机系统结构计算机组成原理课在计算机专业教学中处于核心地址8/31/20218具有专业基础和专业课双重性质本课程的教学内容跨越专业基础和专业课两个层次.因此,它具有专业基础和专业课双重性质.基础课计算机组成原理专业基础课专业课本课程在计算机专业层次结构中的位置8/31/20219章节目录第一章计算机系统概述第二章存储系统第三章输入输出及其控制第四章总线系统第五章处理器第六章计算机系统的发展8/31/202110第一章计算机系统结构概述本章重点:1.开关逻辑—元件级的计算机结构2.功能模块级的计
6、算机组成3.指令系统级的CPU界面4.操作系统级的计算机系统界面5.计算机系统评价与发展返回8/31/2021111.1计算工具及其进步1、结绳记事等2、算筹（小竹棍）《周髀算经》3、算盘（宋元时期开始流行，彻底淘汰算筹）4、进入机械时代后，西方文明发明了各种机械计算工具，比如乘法器、手摇计算机等5、进入电气时代后，出现了集成电路，即现代电子数字计算机，PC机6、网络时代？云计算？（概念是由Google提出的，这是一个美丽的网络应用模式）生物计算机？（仿生学）第一章计算机系统结构概述8/31/20
7、2112第一章计算机系统结构概述本章思路:分4个层次讲从元器件级功能模块级指令系统级操作系统级1.1元器件级计算机结构——开关逻辑1.1.1数据的开关表示开关的二个状态用符号“0”和“1”表示1.数值数据的0,1编码数值数据:是表示数量多少,数值大小的数据.两个概念:数值范围—能表示的最大与最小值数值精度—用实数表示的有效数字位数8/31/2021131.1元器件级计算机结构——开关逻辑十进制记数法—“逢十进一”●采用0,1,2,3,……9这十个符号表示数字。●十进制的位权是10的幂,即10i,10
8、i-1,…102103,102,101,100,10-1,10-2,10-3,…处于不同位置的数符代表的值不同,与所在位置的权值有关.位权是位置本身具有的数量级别。二进制记数法—“逢二进一”●采用0,1这两个符号表示数字。●二进制的位权是2的幂,即2i,2i-1,…22,23,22,21,20,2-1,2-2,2-3,…(1)二—十(BD)进制转换(略)(2)整数十-二进制转换(略)(3)小数十-二进制转换(略)8/31/2021142.二进制运算法则(1)加法法则:
