一、本课程在计算机系统中的位置

一、课程目标

1、结构与原理掌握

建立计算机系统的整机概念；

掌握计算机各部件的组成原理与技术；

了解计算机系统组成与结构的新技术

2、分析与计算能力

掌握对组成与结构进行性能分析的方法；

通过量化计算，加深对组成原理的理解与掌握

3、应用与设计能力

通过实验，培养逻辑设计及理论指导实践的能力

二、课程内容组织

第1章 计算机系统概论

计算机的模型、硬件组成，计算机的工作过程、性能指标

第2章 数据的表示和运算

数据的编码及表示，定点及浮点运算方法，ALU结构与组成

第3章 存储系统

层次结构，RAM组成，主存、Cache、虚存的组成原理

第4章 指令系统

指令功能与指令格式，操作数存放及寻址方式，CISC/RISC

第5章 中央处理器

CPU的功能与结构、工作流程，指令执行过程，数据通路组织，CU的结构及组成，微程序控制器技术，指令流水技术计算机软件(指令串及数据)

计算机软件(指令串及数据)

CU

ALU

存储器

…

系统总线

I/O设备1

I/O接口1

I/O设备2

I/O接口2

I/O设备n

I/O接口n

第6章 总线 概述，操作步骤，仲裁/定时方式，互连结构

第7章 I/O系统 组成，I/O设备，I/O接口，I/O方式(4种)

1、学习方法

建立整机概念，将所学知识点融合在一起；

从逻辑设计出发，分析多种方案的利与弊；

通过量化分析，加深对原理的掌握与理解。

2、学习效率

第1章 计算机系统概论

◆ 计算机：按照内部存储的指令序列，对数字化信息进行自动高速处理、存储、传送、控制的装置。

? 指令：指示计算机硬件完成某种功能的明确的命

? 信息：有用的数据，有多种不同类型，其表现手段可以采用数字化形式或模拟量形式；

? 运算：包括算术运算和逻辑运算，要求自动与高速；

? 处理：对信息进行搜索、识别、变换，甚至联想、思考和推理等等。

◆ 计算机的基本功能主要包括

? 数据处理 ? 数据存储 ? 数据传送 ? 控制

◆ 数据处理功能

? 运算功能：算术运算功能和逻辑运算，应用于数值计算和非数值计算两个方面 ；

处理对象：数值、字符、图形、图像、声音和视频等。

◆ 数据存储功能

主存储器：保存指令和数据；

辅助存储器：以文件的形式保存大量数据信息。

◆ 数据传送功能

内部数据流动 ：CPU和主存以及CPU内部寄存器与运算器之间的数据流动；

外部数据传送：输入/输出(I/O)和计算机通信。

◆ 控制功能

? 控制器：产生各种基本操作信号并按某种时序发出以完成相应功能 ；

? 指令编码、指令系统：一台计算机的所有指令集合 。

1.1.1计算机系统的软硬件

*计算机系统的组成：

功能的实现方式— ①硬件具备数据的存储、传送及处理和过程控制功能

②软件表示应用的数据处理及过程控制需求

└→程序(指令序列，硬件用不同指令表示不同功能)

③执行软件实现应用的数据处理及过程控制功能

*计算机系统组成的特性：

软件功能靠硬件实现，硬件性能靠软件反映

*计算机系统结构：机器语言程序员所看到的计算机属性

概念性结构和功能特性←┘

*计算机组成：实现计算机系统结构时所体现的计算机属性

*计算机实现：实现计算机组成时所体现的计算机属性

*相互关系：

计算机系统结构—确定软硬件功能分配及其界面特性；

计算机组成—逻辑实现系统结构的内容；

计算机实现—物理实现计算机组成的内容

举例 系统结构 计算机组成 计算机实现

乘法功能是否有乘法指令 乘法器还是加法+移位 器件、电路

主存系统最大容量、编址方式 速度保证、单体/多体

MEM总线带宽 信号线数、时钟、传输方式

§1.2 计算机系统基本组成

一、冯·诺依曼模型计算机

*结构与组成：

由运算器、存储器、控制器、输入及输出设备组成，

以运算器为中心；

输入设备

输入设备

存储器

运算器

控制器

输出设备

注： 数据信息 指令信息 控制信息 状态信息

*数据表示与运算：

指令及数据均用二进制方式表示，运算亦采用二进制方式

*存储程序原理—程序存储方式：

指令及数据预先存