计算机组成与结构课程简介

1、常见问题常见问题1、该课程重要吗？、该课程重要吗？2、该课程难吗？、该课程难吗？3、怎么学？、怎么学？4、考试好过吗？、考试好过吗？ 课程类别：专业基础课 课程性质：必修 考研占45分 软件水平考试必考 其他课程的基础 一、教一、教 材材 二、时间安排二、时间安排 三、教学内容三、教学内容 四、计算机硬件系统四、计算机硬件系统 五、教学内容组织五、教学内容组织 六、教学环节与成绩评定六、教学环节与成绩评定 七、课程导引七、课程导引一、教材一、教材教材：计算机组成与结构教材：计算机组成与结构 第四版第四版 王爱英主编王爱英主编 （清华大学出版社）（清华大学出版社）习题集：教材后习题集：教材后参考

2、书：计算机组成原理参考书：计算机组成原理 白中英白中英 编编 二、时间安排二、时间安排 本课程共本课程共88学时，其中讲授学时，其中讲授72，实，实验验12学时学时三、教学内容三、教学内容 计算机组成原理课程大纲规定：计算机组成原理课程大纲规定： 讲解讲解单台单台计算机的计算机的完整硬件系统完整硬件系统的的基本组成基本组成原理原理与与内部运行机制内部运行机制和和系统结构的基本概念和基系统结构的基本概念和基本理论本理论 。 单台：单台：非多机系统，非多处理机结构非多机系统，非多处理机结构 基本：基本：不一定是最高性能、最合理的组合，而是不一定是最高性能、最合理的组合，而是 最基础的、必要的组成部

3、分最基础的、必要的组成部分 完整：完整：计算机的全部的、基本的硬件功能部件计算机的全部的、基本的硬件功能部件四、计算机硬件系统四、计算机硬件系统包括包括： 运算器运算器 控制器控制器 Cache 存储系统存储系统 主存储器主存储器 辅助存储器辅助存储器 输入设备输入设备 输出设备输出设备 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。完整的计算机。 cpu 统I/O系计算机硬件系统计算机硬件系统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，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：其主要功能包括： 1、执行数值型

4、数据的、执行数值型数据的算术加算术加、减减、乘乘、除除运算，运算， 执行逻辑数据的执行逻辑数据的与与、或或、非非运算，运算， 由由ALU完成完成 2、暂时存放参加运算的数据和中间结果，、暂时存放参加运算的数据和中间结果， 由多个通用由多个通用寄存器寄存器来承担来承担运运 算算 器器计算机硬件系统计算机硬件系统 控制器是计算机中控制执行指令的部件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：、正确执行每条指令： 取指令取指令 分析指令分析指令 执行指令执行指令 2、控制程序和数据的输入与结果输出、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、对异常情况和某些请求的处

5、理 控制器向计算机各部件提供每一时刻协同运控制器向计算机各部件提供每一时刻协同运行所需要的控制信号行所需要的控制信号运运 算算 器器控控 制制 器器计算机硬件系统计算机硬件系统存储器系统 由由cache、主存主存、辅存辅存组成的三层存储器系统，组成的三层存储器系统，用来存放数据和程序等用来存放数据和程序等信息，是计算机系统的信息，是计算机系统的一个子系统，每一层所一个子系统，每一层所用的用的存储介质存储介质各不相同。各不相同。分三章来讲解。分三章来讲解。控控 制制 器器运运 算算 器器cache辅辅 存存主主 存存计算机硬件系统计算机硬件系统 输入设备是向计算输入设备是向计算机输入程序和数据的

6、设机输入程序和数据的设备，通过备，通过接口接口和和总线总线与与主机主机相联，用于人机交相联，用于人机交互。例如：互。例如：鼠标鼠标、键盘键盘等等。等等。 控控 制制 器器运运 算算 器器cache主主 存存辅辅 存存输入设备计算机硬件系统计算机硬件系统 输出设备是计算机输出设备是计算机用来送出计算机内部用来送出计算机内部信息的设备。例如：信息的设备。例如：显示器显示器、打印机打印机等等。等等。 控控 制制 器器运运 算算 器器cache主主 存存辅辅 存存输出设备输入设备计算机硬件系统计算机硬件系统 这些部件和设备通过接口和总线连接在一起，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

7、算机硬件系统，系统工作。构成一台完整计算机硬件系统，系统工作。控控 制制 器器运运 算算 器器cache主主 存存辅辅 存存输入设备输出设备计算机硬件系统计算机硬件系统冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机 存储程序存储程序 将事先编好的程序（包括数据）存入将事先编好的程序（包括数据）存入到同一个存储器，然后再启动计算机工作，到同一个存储器，然后再启动计算机工作，计算计算机自动、连续地从存储器中取出指令机自动、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。并运行，这个过程不需要人工干预。 1. 计算机由五大部件组成3. 指令和数据用二进制表示4. 指令由操作码和地址码组成6. 以运算器为中心2

8、. 指令和数据以同等地位存于存储器， 可按地址寻访5. 存储程序冯诺依曼计算机的特点5. 存储程序计算机系统的多级层次结构电子计算机的发展简史电子计算机的发展简史 1. 大型机 2. 巨型机 3. 小型机 4. 微型机 5. 工程工作站 6. 联机系统和计算机网络计算机的应用计算机的应用 1. 科学计算 2. 数据处理 3. 计算机控制 4. 计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM) 5. 人工智能 6. 嵌入式应用五、教学内容组织五、教学内容组织 教学内容教学内容以硬件为主以硬件为主，按计算机组成，分成，按计算机组成，分成五个单元来讲：五个单元来讲： 第一单元：教材的第三章，以运算器

9、的功能、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，其中组成与设计为主进行讲解，其中数字化编码数字化编码、数数据表示据表示和和数值型数据的运算方法数值型数据的运算方法为本单元的基础为本单元的基础知识，知识，运算器部件为目标运算器部件为目标。 第二单元：教材的第五章、第六章，以控制第二单元：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，其中器的功能、组成与设计为主进行讲解，其中指令指令格式格式、指令系统指令系统、寻址方式寻址方式等为本单元的基础知等为本单元的基础知识。识。控制器是目标控制器是目标。教学内容组织教学内容组织 第三单元：由教材第四章、第七章和第八章

10、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理，设计与组成，以多层存储器的组成与运行原理，设计与实现方法为主进行讲解，三种存储器（实现方法为主进行讲解，三种存储器（cache、主存、辅存）所用的主存、辅存）所用的存储介质存储介质及及运行原理运行原理为基础为基础知识，他们组成的知识，他们组成的存储系统为目标存储系统为目标。 第四单元：由教材的第九章、第十章组成，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，目介绍几种常用的输入输出设备的功能与组成，目标是标是I/O系统系统，包括数据传送方式（，包括数据传送方式（中断方式中断方式、DMA方式

11、方式）、）、通用接口通用接口和和总线的结构与功能总线的结构与功能。教学内容组织教学内容组织 第五单元：即教材第十一章，重点介第五单元：即教材第十一章，重点介绍绍超级标量处理机超级标量处理机、超级流水线处理超级流水线处理机和超长指令字处理机、向量处理机、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。阵列处理机和多处理机的系统结构。 六、教学环节与成绩评定六、教学环节与成绩评定1、理论教学理论教学 72学时。学时。要求：要求：课前预习课前预习 不无故缺课、迟到、课堂不讲话。不无故缺课、迟到、课堂不讲话。2、平时成绩（、平时成绩（20%）实验成绩（）实验成绩（20%） 实验（实验

12、（20%） 12学时，共学时，共6个实验，每个实验个实验，每个实验2分。分。 课外作业（课外作业（10%） 要求：认真、独立完成，要求：认真、独立完成，不得抄袭。不得抄袭。 考勤（考勤（5%） 旷课一次扣旷课一次扣3分，迟到一次扣分，迟到一次扣1分；无故缺课分；无故缺课10%、缺课、缺课1/3或无故缺或无故缺1/3作业、实验者取消作业、实验者取消考考试资格试资格。 学习态度学习态度（5%） 七、课程导引七、课程导引 计算机系统结构计算机系统结构（Computer Architecture）是从是从外部来研究计算机系统的一门学科。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

13、件硬件主要研究软件、硬件功能分配和对软件硬件界面的确定，即哪些功能由软件完成，哪些由硬界面的确定，即哪些功能由软件完成，哪些由硬件完成。件完成。 研究的对象主要包括：数据表示、寻址方式、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、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。处理机和并行处理机等。课程导引课程导引 计算机组成计算机组成（Computer Organization）是从计算是从计算机系统的内部来研究计算机构成的，是计算机系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。统结构的逻辑实现。 主要内容包括：运算方法、主要内容包括：运算方法、CPU组成、主存组成、主存储器和输入输出设备、输入输出接口等的逻辑设储器和输入输出设备、输入输出接口等的逻辑设计。计。 n计算机实现计算机实现：计算机组成的物理实现，：计算机组成的物理实现，包括包括CPU 主存等部件的物理结构，硬件的集成度和速度、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信号传输，电