计算机组成原理1.ppt

1、计算机组成原理第一章绪论，李希llxx，本课程的作用，数据结构算法设计组成原理操作系统编译原理体系结构。计算机系统涉及计算机科学中的问题和永恒的问题：如何设计更好的计算机，如何更好地利用现有的计算机，教学目的，计算机组成原理是硬件系列课程之一，对计算机系统的基本组成结构和工作机制有比较透彻的了解，并突出了微机原理的应用。对微处理器芯片、主板、接口技术和应用编程方法的详细描述计算机体系结构侧重于计算机系统的各种基本结构、设计优化技术和性能定量分析方法。本课程的目的是通过深入了解处理器的内部结构和工作原理、课程内容、外围组件结构系统总线(总线性能、总线结构、总线控制)、存储器(主存储器、高速缓存、

2、辅助存储器)输入输出系统(外围设备、输入输出接口、 输入输出控制模式)中央处理器(中央处理器)计算方法指令系统中央处理器结构控制单元设计，教材，教材：唐树飞，计算机组成原理高等教育出版社，2000参考：帕特森和轩尼诗，“计算机组织与设计：硬件/软件接口”，第2版，1998年王爱英，计算机组成与结构。 清华大学出版社，1995年/ee182, /cs152,期末考试成绩评定：55%(闭卷)作业：30%，不抄袭，不补交！课堂实践：5%课外实践：10%编程实践：模拟调查报告：(2 3篇)理解和

3、综合能力，不抄袭，有参考来源：教材，参考书，网络教师：李希(llxx ),助理教授：赵正刚(gavin ),本章教学内容：计算机系统概述计算机软件和硬件计算机系统层次结构计算机组成VS计算机体系结构计算机基本组成冯诺依曼计算机特征计算机硬件组成计算机工作过程计算机硬件性能指标，计算理论能力， 可计算性：确定一类数学问题是否是机械可解的可计算性计算：过程算法：对计算过程的步骤或状态的描述，以及计算实现的方法。 计算模型：描述“计算”概念的抽象形式系统或数学系统它是指具有状态转移特性的数学机器，能够表示、处理、变换和输出被处理对象的数据或信息。递归函数、演算、图灵机等。关于计算模型的两个重要原则，

4、相似性原则的计算复杂性是否与计算模型相关？不同的计算模型需要相同的资源来解决相同的问题吗？所有计算模型的计算能力相当于所有合理而强大的计算模型，它们可以相互模拟，使用基本相同的并行计算时间、串行计算时间和空间丘奇-图灵主题：可计算性相当于图灵机可计算性的对偶性原理。在并行计算模型中，计算时间和空间可以互换。图灵机模型为存储程序电子计算机提供了一种重要的设计思想结构。纸带(具有无限多的可擦除单元)可以在两端延伸。读写头(符号包括0、1、b)；控制器(执行控制读/写头操作的命令)有五个元组：(状态，符号)(写符号，移动，状态)状态集：包括开始状态、结束状态、q 101 rq 110 rq 1 BB

5、R q 22 bbl q3q 200 HQ 1q 211 HQ 1，控制命令：当进入结束状态时，图灵机停止，纸带上的内容是输出结果。冯诺依曼机的特点是计算机由五部分组成：运算单元、控制器、存储器、输入设备、输出设备指令和数据存储方式“平等”地存储在存储器中。指令按照地址访问指令和数据表示形式分别用二进制代码表示，由操作码和地址码构成的指令顺序存储。顺序执行数据传输机以算术单元为中心，冯诺依曼机的组织结构，实线：数据流虚线：控制流，现代计算机的组织结构，哈佛体系结构，个人计算机，数据存储器，程序存储器，地址，数据，地址，数据，红外线，中央处理器，计算机系统的详细组织，中央处理器功能，算术和逻辑运

6、算指令的译码，执行数据的临时存储和与MEM的数据交换，输入/输出提供整个系统所需的定时和控制响应中断请求。示例指令，指令格式指令字长度16位：操作码6位，地址码10位示例：000001 0000001000指令操作码加载(000001):M-accstore(000010):ACC-mdad(000011):ACCM-accmul(000100):ACC *M-accprint(000101):printMHlt(000110):print(0000110)计算机执行每一条指令的工作过程包括提取、解码和执行三个基本步骤。因此，计算机的工作过程，即连续获取、解码和执行指令的过程，直到遇到关机指令

7、。存储器的组织，以字节或字寻址程序和数据序列存储数据段的存储单元。代码段的读写操作以数据总线宽度为单位。示例操作过程。寄存器使用规则ACC:操作数之一和结果MQ:操作数之一和结果X:操作数之一的加法M-X。加减乘除法；增升-X-增升乘法M-MQ；行政协调会第十届会议；0-ACC；X*MQ-ACC/MQ分区M-X；ACC/X-MQ；其余在ACC，例 ax2bxc，(AXB)x c x-accx * a-accaxb-accx *(AXB)-ACC(AXB)x c-ACC，例程序执行，计算1 2=？对应于汇编语言程序10110000的机器指令的操作movAL将立即数1传送到累加寄存器AL 0000

8、0001 ADD AL，2 00000100计算两个数的和，并且结果存储在al 00000010 MOV 0008中，AL 10100010将AL中的数传送到地址单元0008 00000001 00000000 HLT计算机可以在程序的控制下解决这个问题。计算机只能识别用0/1代码表示的程序。用户需要使用高级语言进行编程。编程语言。机器语言用0/1代码表示。例如，由MCS-51增加的机器语言指令两个寄存器：00101000取决于机器(处理器指令集)。很难理解汇编语言使用便于书写和记忆的符号来表示机器的各种操作。例子包括加、减、多、设计资料、JMP、化学机械抛光等。MCS-51两个寄存器添加汇编

9、语言指令：ADD A和R0依赖于机器高级语言程序的描述方式，适合人类习惯和平台独立性。对于高级语言的执行模式，需要将高级语言程序转换成机器语言程序，以便在实际机器上执行编译和执行。编译器用于将高级语言程序同时翻译成机器语言程序C和FORTRAN。解释和执行：翻译一个句子，执行一个句子，直到BASIC和JavaScript完成。计算机系统组成、计算机系统组成硬件系统、华硕P4S533-MX主板、内存条插槽、中央处理器风扇支架、PCI扩展槽、IDE硬盘接口、各种外围接口，包括：键盘、鼠标、显示器、USB、声卡、网卡、并行端口等、中央处理器插槽、两个概念、分层结构化方法从框架结构到具体实现细节“逐步

10、细化”的分析与设计方法虚拟机系统的抽象视图、计算机系统的分层结构、 计算机系统的层次结构，计算机组成与计算机体系结构，以及计算机体系结构程序员可见的机器属性，特指机器语言程序员。 属性包括结构特征和功能特征，如数据表示、寻址规则、寄存器定义、指令集、存储系统、输入/输出结构等。计算机组织cl : ode capacity。f:时钟频率；A:活性因子；短路电流；Ilk:泄漏电流，架构级视图内存系统电源、总线电源、数据路径电源等能量=电源*时间，动态电源现在是主要电源。静态功耗增长更快更高的MIPS/瓦特是创新趋势，新处理器将提供更高的功耗比，新处理器将提供更高的功耗比，系统级低功耗研究。系统级功

11、率感知架构，操作系统，编译器，功率建模研究，功率估计，功率优化， Synopsys数据。节能技术分布在整个系统中。并行计算是串行计算的一种形式：在一台计算机上(用一个中央处理器)执行计算任务的并行计算；使用多个计算资源同时解决计算问题的并行处理时间；并行流水线技术空间；多处理器技术类型中的并行；同时性；两个或多个事件同时发生。并发两个或多个事件在同一时间间隔内发生。约束？形式，指令级并行(ILP)处理器级并行向量处理器(PVP)、对称多处理器(SMP)、大规模并行处理器(MPP)、大规模并行处理器(CMP)芯片多处理器(CMP)多线程工作站集群(COW)操作系统进程/线程/任务分布式计算利用互

12、联网上计算机中央处理单元的空闲处理能力来解决大规模计算问题的计算科学。网格计算，十亿个晶体管的时代即将到来，通用微处理器在集成电路制造技术中的主导频率已经突破4千兆赫，达到64位。采用0.13微米技术的微处理器已经批量生产，采用65纳米技术的微处理器将在2010年左右上市。当集成在芯片上的晶体管数量将超过10亿时，如何有效地利用大量的晶体管？多核通过在一个芯片上集成多个简单的处理器内核，利用这些晶体管资源来最大限度地提高能效。什么是多核处理器？片上多处理器(CMP)两个或多个独立运行的内核集成在同一个处理器上。每个微处理器核心是相对简单的单线程微处理器或相对简单的多线程微处理器。多个微处理器内

13、核可以并行执行程序代码。由于线程级并行性很高，为什么要使用多核技术？通过并行方法提高处理器性能，多核技术的发展，含超线程(ht)的奔腾4，双至强处理器，双核，2线程1包，2线程2包，2线程1包，同一个处理器中的两个独立执行内核，多核处理器应用，在2006年突然推出双核，16核处理器在2006年第4季度从年底到年底。2007年1月10日，英特尔展示了8核计算机市场对多核技术准备不足。多处理器技术长期以来一直致力于服务领域的并行计算技术。多应用软件针对科学计算中的实际困难。如何使用多核进行事务处理？系统软件对多核的支持不足；软件开发对多核的支持不足；机遇和挑战并存；应用程序开发所需的技术背景；计算机领域的知识背景；微处理器体系结构的软件、硬件和固件；实时操作系统数字信号处理器EDA传感器数据传输技术802.11；蓝牙。USB 2.0用户界面.关键技术RTOS，系统芯片，爪哇。计算机系统由软件和硬件组成计算机系统具有分层结构计算机系统由VS计算机体系结构冯诺依曼计算机的计算机硬件系统由五个主要部分组成信息以二进制形式表示指令由运算器和加法器组成指令按存储程序控制的顺序执行硬件系统的技术规