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1、计算机组成原理与系统结构,计算机科学与技术学院 计算机系统结构教研室 黄 铁,一、教 材 二、时间安排 三、教学内容 四、教学内容组织 五、课程导引 六、计算机硬件系统,一、教材,教材：计算机组成与结构 第三版 王爱英主编（清华大学出版社）习题集：计算机组成原理（白中英，科学出版社）参考书：计算机组成原理 王诚主编（清华大学出版社）计算机系统结构 郑纬民主编（清华大学出版社）,二、时间安排,本课程共72学时，其中讲授56，实验16学时；本学期末还有一周的课程设计。,三、教学内容,计算机组成原理与系统结构课程大纲规定：讲解单台计算机的完整硬件系统的基本组成原理与内部运行机制和系统结构的基本概念和
2、基本理论。单台：非多机系统，非多处理机结构 基本：不一定是最高性能、最合理的组合，而是 最基础的、必要的组成部分 完整：计算机的全部的、基本的硬件功能部件,四、教学内容组织,教学内容以硬件为主，按计算机组成，分成五个单元来讲：第一单元：教材的第三章，以运算器的功能、组成与设计为主进行讲解，其中数字化编码、数据表示和数值型数据的运算方法为本单元的基础知识，运算器部件为目标。第二单元：教材的第五章、第六章，以控制器的功能、组成与设计为主进行讲解，其中指令格式、指令系统、寻址方式等为本单元的基础知识。控制器是目标。,教学内容组织,第三单元：由教材第四章、第七章和第八章组成，以多层存储器的组成与运行原
3、理，设计与实现方法为主进行讲解，三种存储器（cache、主存、辅存）所用的存储介质及运行原理为基础知识，他们组成的存储系统为目标。第四单元：由教材的第九章、第十章组成，介绍几种常用的输入输出设备的功能与组成，目标是I/O系统，包括数据传送方式（中断方式、DMA方式）、通用接口和总线的结构与功能。,教学内容组织,第五单元：即教材第十一章，重点介绍超级标量处理机、超级流水线处理机和超长指令字处理机、向量处理机、阵列处理机和多处理机的系统结构。,五、课程导引,计算机系统结构（Computer Architecture）是从外部来研究计算机系统的一门学科。主要研究软件、硬件功能分配和对软件硬件界面的确
4、定，即哪些功能由软件完成，哪些由硬件完成。研究的对象主要包括：数据表示、寻址方式、指令系统、中断系统、存储系统、输入输出系统、流水线处理机、超标量处理机、互连网络、向量处理机和并行处理机等。,课程导引,计算机组成（Computer Organization）是从计算机系统的内部来研究计算机构成的，是计算机系统结构的逻辑实现。主要内容包括：运算方法、CPU组成、主存储器和输入输出设备、输入输出接口等的逻辑设计。,计算机实现：计算机组成的物理实现，包括CPU 主存等部件的物理结构，硬件的集成度和速度、信号传输，电源、冷却、装配等技术以及有关的 制造技术和工艺等。,计算机水平考试,参考网站：,六、计
5、算机硬件系统,包括：运算器 控制器 Cache 存储系统 主存储器 辅助存储器 输入设备 输出设备 它们通过总线和接口被连接在一起，构成一台完整的计算机。,计算机硬件系统,计算机硬件系统,运算器是计算机中对数据进行处理的部件，其主要功能包括：1、执行数值型数据的算术加、减、乘、除运算，执行逻辑数据的与、或、非运算，由ALU完成 2、暂时存放参加运算的数据和中间结果，由多个通用寄存器来承担,运 算 器,计算机硬件系统,控制器是计算机中控制执行指令的部件 1、正确执行每条指令：取指令 分析指令 执行指令 2、控制程序和数据的输入与结果输出 3、对异常情况和某些请求的处理 控制器向计算机各部件提供每
6、一时刻协同运行所需要的控制信号,运 算 器,控 制 器,计算机硬件系统,存储器系统,由cache、主存、辅存组成的三层存储器系统，用来存放数据和程序等信息，是计算机系统的一个子系统，每一层所用的存储介质各不相同。分三章来讲解。,计算机硬件系统,输入设备是向计算机输入程序和数据的设备，通过接口和总线与主机相联，用于人机交互。例如：鼠标、键盘等等。,计算机硬件系统,输出设备是计算机用来送出计算机内部信息的设备。例如：显示器、打印机等等。,计算机硬件系统,这些部件和设备通过接口和总线连接在一起，构成一台完整计算机硬件系统，系统工作。,计算机硬件系统,冯诺依曼计算机,存储程序 将事先编好的程序（包括数据）存入到同一个存储器，然后再启动计算机工作，计算机自动、连续地从存储器中取出指令并运行，这个过程不需要人工干预。,
