计算机组成原理唐朔飞版
计原第一章：计算机系统概论。
使用教材：《计算机组成原理》（第二版）唐朔飞
0.课程的分割整合
1.计算机组成原理之机器
1）计算机系统的基本概念
2）总线
3）存储器
4）输入输出系统
2.计算机组成原理之数字
1）计算机中数的表示
2）计算机的运算方法和运算器
3.计算机组成原理之CPU
1）指令系统
2）CPU的结构和功能
3）控制单元
4）控制单元的设计
1.计算机系统简介
1.计算机系统可以分为硬件和软件。
硬件即实体，如主机、外设。软件由具有各类特殊功能的信息（程序）组成的。软件分为系统软件和应用软件，系统软件是用来管理整个计算机系统，即语言处理程序、操作系统、服务性程序、数据库管理系统、网络软件等。应用软件即按任务需要编制成的各种程序。
2.计算机系统的层级结构
| 高级语言 | 虚拟机器M3（软件） | 用编译程序翻译成汇编语言程序 |
|---|---|---|
| 汇编语言 | 虚拟机器M2（软件） | 用汇编程序翻译成语言程序 |
| 操作系统 | 虚拟机器（软件） | 用机器语言解释操作系统 |
| 机器语言 | 实际机器M1（硬件） | 用微指令解释机器指令 |
| 微指令系统 | 微程序机器M0（硬件） | 由硬件直接执行微指令 |
计算机体系结构和计算机组成">3.计算机体系结构和计算机组成
| 计算机体系结构 | 计算机组成 |
|---|---|
| 程序员所见到的计算机系统的属性概念性的结构与功能特性。（如：指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理。） | 实现计算机体系结构所体现的属性。（具体指令的实现） |
例：体系结构是看有无乘法指令，而组成是如何实现乘法指令。
两者关系：
计算机组成是计算机体系结构的逻辑实现，计算机实现是计算机组成的物理实现。
一种体系结构可以有多种组成，一种组成可以有多种实现。
2.计算机的基本组成
1.冯·诺依曼计算机的特点
电子计算机问世至今，新型机器不断推陈出新，不管怎么更新，不管怎么更新，依然具有“存储程序”的特点，最早提出这种概念的是冯诺依曼。
特点：
1.计算机由五大部件组成
2.指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访
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
5.存储程序（核心特征）
6.以运算器为中心（现代计算器已转化为以存储器为中心
系统复杂性管理的方法：
1.抽象
2.层次化：将被设计的系统划分为多个模块或子模块
模块化：有明确定义的功能和接口
规则性：使模块更容易被重用
2.现代计算机硬件框图
3.计算机的工作步骤
1.上机前的准备
- 建立数学模型
- 确定计算方法
- 编制解题程序程序-运算的全部步骤
指令-每一个步骤（指令由操作码和地址码组成
2.计算机的解题过程
（1）存储器的基本组成
- 存储体 - 存储单元 - 存储元件（0/1）
- 大楼 - 房间 - 床位（有人/无人）
存储单元：存放一串二进制代码，按地址寻访，存放一个存储字的所有存储元集合
存储字：存储单元中二进制代码的组合
存储字长：存储单元中二进制代码的位数，每个存储单元赋予一个地址
- 存储体包括MAR和MDR
MAR：存储器地址寄存器 反映存储单元的个数
MDR：存储器数据寄存器 反应存储字长
（2）运算器的基本组成及操作过程
- 控制器的功能：解释指令、保证指令的按序进行。
（3）控制器的基本组成
（组成部分：程序计数器、控制单元和指令寄存器
运算器、存储器和控制器构成了主机。
（4）主机完成一条指令的过程
3.计算机硬件的主要技术指标
1.机器字长（字长越长，性能越好）
CPU一次能处理数据的位数与CPU中的寄存器位数有关。
2.运算速度
（1）主频
（2）核数：每个核支持的线程数
（3）吉普森法（每条指令在程序中出现的频率，然后加权平均
（4）CPI：执行一条指令所需时钟周期数
（5）MIPS：每秒执行多少百万条指令
（6）FLOPS：每秒浮点运算次数
3.存储容量
用存放二进制信息的总位数来衡量。
（8位为1B）
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