计算机组成原理本全白中英指令

1、计算机组成原理白中英1第一页，共三百九十六页。概述 计算机组成：计算机组成：主要指计算机硬件的具体实现方式及工作原理从三方面掌握本课程内容硬件结构硬件结构：从物理上、逻辑上掌握计算机各部件和器件的构成和作用实现方式：实现方式：硬件联接形式和内部处理方式（如控制器、运算器的实现方式等）工作原理：工作原理：计算机各部分内部工作过程2第二页，共三百九十六页。本课程的重要地位本课程的重要地位本课程是计算机及相关专业的核心专业基础课，对后续课本课程是计算机及相关专业的核心专业基础课，对后续课程（操作系统、接口与通信等）的学习十分重要。考研必考课程（操作系统、接口与通信等）的学习十分重要。考研必考课程。程。通过课程的学习主要掌握以下内容通过课程的学习主要掌握以下内容本课程主要讲授单处理机系统的组成及工作原理。本课程主要讲授单处理机系统的组成及工作原理。分析和说明计算机由哪些功能部件组成（结构），各功能分析和说明计算机由哪些功能部件组成（结构），各功能部件在整机中的作用，以及它们如何完成各自所分配的任部件在整机中的作用，以及它们如何完成各自所分配的任务（工作原理）务（工作原理）。学习难点学习难点内容

2、较多、结构复杂、要有数字逻辑的基础内容较多、结构复杂、要有数字逻辑的基础学习思路（方法）学习思路（方法）分析结构、弄清原理、多做练习分析结构、弄清原理、多做练习3第三页，共三百九十六页。l主要内容主要内容l计算机系统概述（计算机基础、基本概念）计算机系统概述（计算机基础、基本概念）l运算方法和运算器（计算机中数据的表示和编码：包括数值、非运算方法和运算器（计算机中数据的表示和编码：包括数值、非数值数据，整数、小数，汉字，校验码等。计算机中运算方法：数值数据，整数、小数，汉字，校验码等。计算机中运算方法：定点运算、浮点运算、逻辑运算。运算器及实现定点运算、浮点运算、逻辑运算。运算器及实现)l内部存储器内部存储器(存储器芯片的结构与工作原理，存储器的组织与连接，高存储器芯片的结构与工作原理，存储器的组织与连接，高速存储器、等速存储器、等)l指令系统（指令格式、寻址方式、典型指令）指令系统（指令格式、寻址方式、典型指令）l中央处理器（中央处理器（CPU的组成及工作原理，控制器的实现，的组成及工作原理，控制器的实现，实现技术）实现技术）l总线系统（总线概念、总线技术）总线系统（总线概念、总线技

3、术）l外围设备（典型外围设备基本工作原理）外围设备（典型外围设备基本工作原理）l输入输出系统（输入输出系统（输入输出控制方式）输入输出控制方式）l操作系统支持操作系统支持(调度，存储管理，虚拟存储器等调度，存储管理，虚拟存储器等)4第四页，共三百九十六页。内容摘要范例计算机组成原理。目前广泛采用的半导体存储器是半导体存储器。EPROM：光擦除可编程ROM，通过紫外线擦除。EEPROM：电擦除编程ROM，可通过电擦除。其中高3位用于存储体选择，全系统可以有8个2MB的存储体。h=Nc(Nc+ Nm)。最不经常使用(LFU)算法： LFU算法将一段时间内被访问次数最少的那行数据换出。变址寻址方式把CPU中某个变址寄存器的内容与偏移量D相加来形成操作数有效地址。R1+R2R2。R2+R3(6)R2。R2R3(6)R2。这种方法是把控制部件看作为产生专门固定时序控制信号的逻辑电路，而此逻辑电路以使用最少元件和取得最高 操作速度为设计目标。数据流从第一台处理机输入，经处理后被送入与第二台处理机相联的缓冲存储器中。88110采用按序发射、按序完成的指令动态调度策略。3、混合控制法：直接控制法和译码

4、控制法混合使用。由页表指明该段各页在主存中的位置以及是否已装入、已修改等状态信息第五页，共三百九十六页。第一章第一章计算机系统概论计算机系统概论第一节计算机分类第一节计算机分类电子计算机从总体上来说分为两大类电子计算机从总体上来说分为两大类:电子模拟计电子模拟计算机和电子数字计算机。算机和电子数字计算机。l电子模拟计算机的特点是数值由连续量来表示电子模拟计算机的特点是数值由连续量来表示,运运算过程也是连续的。算过程也是连续的。l电子数字计算机的主要特点是按位运算电子数字计算机的主要特点是按位运算,并且不连续并且不连续地跳动计算。地跳动计算。6第六页，共三百九十六页。数字计算机又可分为专用计算机和通用计算机。专用和通数字计算机又可分为专用计算机和通用计算机。专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。适应性来划分的。l专用机是最有效、最经济和最快速的计算机专用机是最有效、最经济和最快速的计算机,它是针对某一任它是针对某一任务设计的计算机务设计的计算机,但是它的适应性很差。但是它的适应性很差。l通用机适应性很大通用

5、机适应性很大,但是牺牲了效率、速度和经济性。但是牺牲了效率、速度和经济性。通用计算机又分巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片通用计算机又分巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机六类。它们的区别在于体积、简易性、功率损耗、性能指标、机六类。它们的区别在于体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格。数据存储容量、指令系统规模和机器价格。7第七页，共三百九十六页。第二第二节计算机算机的发展的发展1、计算机五代变化、计算机五代变化2、半导体存储器芯片的发展、半导体存储器芯片的发展3、微处理器的发展、微处理器的发展4、计算机体系结构的变化、计算机体系结构的变化计算机体系结构是在冯计算机体系结构是在冯诺依曼结构的基础上，围绕提诺依曼结构的基础上，围绕提高速度、提高字长、扩大存储容量、降低成本、提高系统高速度、提高字长、扩大存储容量、降低成本、提高系统可靠性和方便使用等诸方面，通过新器件和新软件提高计可靠性和方便使用等诸方面，通过新器件和新软件提高计算机性能。算机性能。体系结构上，从指令系统、微程序设计、流水线结构、多级体系结构上，从指令系统、微程序设计、

6、流水线结构、多级存储器体系结构、输入存储器体系结构、输入/输出体系结构、并行体系结构、分布式输出体系结构、并行体系结构、分布式体系结构等方面的形成和发展。体系结构等方面的形成和发展。体系结构发展趋势：网络化、智能化、模块化、多媒体应用。体系结构发展趋势：网络化、智能化、模块化、多媒体应用。8第八页，共三百九十六页。第三节第三节 计算机的硬件计算机的硬件一、数字计算机硬件的组成一、数字计算机硬件的组成硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。计算机硬件由五大部分组成：即运算器、控制器、计算机硬件由五大部分组成：即运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。存储器、输入设备、输出设备。运算器进行数据处理或信息加工（）运算器进行数据处理或信息加工（）包括各种算术运算、逻辑运算和判断处理包括各种算术运算、逻辑运算和判断处理存储器存放程序和数据（）存储器存放程序和数据（）程序是计算机进行各种操作和控制的依据程序是计算机进行各种操作和控制的依据数据是计算机进行操作的对象数据是计算机进行操作的对象计算机中存放的程序和数据都是二进制形式的计算机中存放的程序和数据都是二

7、进制形式的9第九页，共三百九十六页。控制器控制计算机各部分自动协调的工作（）控制器控制计算机各部分自动协调的工作（）完成的工作是从内存中读取指令，分析和解释指令，然后按指完成的工作是从内存中读取指令，分析和解释指令，然后按指令的要求发出操作命令，控制计算机各部分自动协调的工作。令的要求发出操作命令，控制计算机各部分自动协调的工作。简单程序简单程序指令形式指令形式控制器的基本任务控制器的基本任务指令流和数据流指令流和数据流冯冯诺依曼体系结构计算机的主要特征是：采用存储程序和诺依曼体系结构计算机的主要特征是：采用存储程序和数据，由指令流来控制计算机的操作。数据，由指令流来控制计算机的操作。输入设备输入信息到计算机中的设备输入设备输入信息到计算机中的设备输出设备从计算机中输出信息的设备输出设备从计算机中输出信息的设备10第十页，共三百九十六页。第四节计算机软件一、软件的组成与分类一、软件的组成与分类 计算机中的各种程序、数据和有关文档构成计算机的计算机中的各种程序、数据和有关文档构成计算机的软件系统。软件系统。计算机的软件一般分为两大类：计算机的软件一般分为两大类：l系统软件：便于计算机使用

8、的系统管理程序系统软件：便于计算机使用的系统管理程序(包括操作系统、语言处理、数据库管理系统等）包括操作系统、语言处理、数据库管理系统等）应用软件：针对用户具体实际应用的程序应用软件：针对用户具体实际应用的程序11第十一页，共三百九十六页。二、软件的发展二、软件的发展目的程序目的程序汇编程序汇编程序源程序源程序编译程序编译程序操作系统操作系统数据库管理系统数据库管理系统 12第十二页，共三百九十六页。第四节计算机系统的层次结构 一、多级组成的计算机系统一、多级组成的计算机系统微程序设计级微程序设计级一般机器级一般机器级操作系统级操作系统级汇编语言级汇编语言级高级语言级高级语言级二、软件与硬件的逻辑等价性二、软件与硬件的逻辑等价性13第十三页，共三百九十六页。第四节第四节 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构计算机系统具有层次性，它是由多级层次结构组计算机系统具有层次性，它是由多级层次结构组成的。其层次之间的关系十分紧密，上层是下层成的。其层次之间的关系十分紧密，上层是下层功能的扩展，下层是上层的基础；层次的划分不功能的扩展，下层是上层的基础；层次的划分不是绝对的，各层之间有时是相互

9、渗透的。是绝对的，各层之间有时是相互渗透的。14第十四页，共三百九十六页。第二章运算方法和运算器第二章运算方法和运算器第一节数据与文字的表示第一节数据与文字的表示数据一般分为两大类：数据一般分为两大类：数值数据：有确定的值，相互间有大小关系数值数据：有确定的值，相互间有大小关系非数值数据：相互间无大小关系，用于表示符号、文字或非数值数据：相互间无大小关系，用于表示符号、文字或属性。属性。15第十五页，共三百九十六页。一、数制及相互转换一、数制及相互转换1、数制、数制常用数制常用数制l十进制（十进制（D）：日常使用数制）：日常使用数制l二进制（二进制（B）：数字计算机内部使用数制）：数字计算机内部使用数制l十六进制（十六进制（H）：为使于对二进制的阅读和书写，）：为使于对二进制的阅读和书写，常采用十六进制（或八进制）表示。常采用十六进制（或八进制）表示。16第十六页，共三百九十六页。对一任意数对一任意数S，其，其r进制数表示为进制数表示为（S）rknrn-1+kn-1rn-2+kiri-1+k-mr-m-1其中其中ki rr称为进位计数值的称为进位计数值的基数基数，ki为第为第i位位数字

10、符数字符，i为为位序号位序号,ri为第为第i位的位的位权位权。17第十七页，共三百九十六页。(347)8=382+481+780=(103)10(347.5)8=382+481+780+58-1=(231.625)10(34E.5)16=3162+4161+14160+516-1=(846.3125)1018第十八页，共三百九十六页。2、不同数制间的转换、不同数制间的转换1十进制十进制八，十六进制八，十六进制二进制二进制法则法则整数部分：除整数部分：除8（16）取余数）取余数小数部分：乘小数部分：乘8（16）取整）取整重复循环重复循环19第十九页，共三百九十六页。2八，十六进制八，十六进制二进制二进制二进制二进制八进制八进制以小数点为界，分别向左和向右每三以小数点为界，分别向左和向右每三位分为一组，然后写出各组对应的八进位分为一组，然后写出各组对应的八进制数。制数。二进制二进制十六进制十六进制以小数点为界，分别向左和向右每四位分以小数点为界，分别向左和向右每四位分为一组，然后写出各组对应的十六进制为一组，然后写出各组对应的十六进制数。数。20第二十页，共三百九十六页。3八，十六进制八，

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