本课程地位本课程地位计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要的专业基础课。通 过对本课程的学习，使学生了解计算机的基本组成与工作原理，掌握计算机系 统的基本设计技术，培养学生分析和解决复杂数字系统实际问题的能力，同时 为学习本专业后续课程和进行与硬件有关的技术工作打下坚实的基础。在计算机科学与技术专业所设置课程中的地位极为重要，由ACM和IEEE/CS 联合教程专题组1990年发表的Computing Curricula 1991、2001年3月发表 的Computing Curricula 2001 和2005年9月发表的Computing Curricula 2005中都将本课程列为计算机专业的主干课程。64学时，其中实验8学时。本课程主要是以一个简化了的但又是完备的单处理机系统为例讲解计算机 的组成原理和内部运行机制，包括运算器部件、控制器部件、存储器子系统、 输入/输出子系统（总线与接口等）与输入/输出系统设备，按照各自的功能、 组成、设计、实现、使用等知识进行组织。 计算机组成原理（第三版），白中英主编 ，科学出版社。 Computer Organization and Architecture, Designing for Performance, Fifth Edition计算 机组织与结构性能设计(第五版/影印版), William Stallings著，Prentice Hall/Pearson ，高等教育出版社(国外优秀信息科学与技 术系列教学用书)。 http:/www.stanford.edu/class/ee182 http:/www.csl.cornell.edu/courses/ececs314/教学内容课内学时实验学时一、计算机系统概论 3学时二、计算机的逻辑部件 5学时三、运算方法和运算部件 9学时4学时四、主存储器 6学时6学时五、指令系统5学时六、中央处理器(CPU)10学时10学时七、存储系统6学时八、辅助存储器2学时4学时九、输入输出(I/O)设备2学时十、输入输出(I/O)系统3学时6学时4学时计算机硬件系统组成(章节分配)运 算 器控 制 器主存储器输入设备输出设备总线和I/O接口高速缓存虚拟存储器(磁盘设备)第一部分(2,3章)第二部分(5,6章)第三部分(4,7,8章)第四部分(9,10章)第1章 计算机系统概论(目录部分)1.1 计算机的语言 1.2 计算机的硬件 1.3 计算机系统的层次结构 1.4 电子计算机的发展简史 1.5 计算机的应用 1.6 计算机网络 1.7 习题与作业第1章 计算机系统概论(计算机的语言)w w计算机语言计算机语言分为分为低级语言低级语言( (机器语言、汇编语 言) )和和高级语言高级语言两类。两类。w w也可分为也可分为机器语言机器语言、通用的编程语言通用的编程语言( (汇编语 言、高级语言) )第1章 计算机系统概论(计算机的语言)计算机的语言计算机的语言自然语言自然语言：人类相互交流信息所用的语言。 高级语言：和自然语言接近并能为计算机接受的语 言，这种语言被称为计算机的高级语言 。BASIC, PASCAL, C , JAVA. 机器语言：由二进制代码表示的指令指令组成，计算机 能直接执行的语言，这种语言被称为机器语言.1000101111000011 汇编语言：符号式(助记符mnemonic symbol）程序 设计语言。MOV AX , BX第1章 计算机系统概论(计算机的语言)需要进一步说明的地方需要进一步说明的地方： w w机器语言机器语言: :计算机所能识别的语言只有机器语言，即由计算机所能识别的语言只有机器语言，即由0 0和和1 1 构成的代码。但通常人们编程时，不采用机器语言，因为它构成的代码。但通常人们编程时，不采用机器语言，因为它 非常难于记忆和识别。非常难于记忆和识别。 w w汇编语言汇编语言: :实质和机器语言是相同的，都是对硬件操作，只实质和机器语言是相同的，都是对硬件操作，只 不过指令采用英文缩写的标识符，更容易识别和记忆。不过指令采用英文缩写的标识符，更容易识别和记忆。 w w高级语言高级语言: :指更接近于人们日常使用的书面语言、用来编制指更接近于人们日常使用的书面语言、用来编制 程序的语言程序的语言, ,高级语言主要是相对于汇编语言而言，它并不是高级语言主要是相对于汇编语言而言，它并不是 特指某一种具体的语言，而是包括了很多编程语言，如目前特指某一种具体的语言，而是包括了很多编程语言，如目前 流行的流行的VBVB、VCVC、DelphiDelphi等，这些语言的语法、命令格式都各等，这些语言的语法、命令格式都各不相同。不相同。( (经过经过编译编译和和解释解释两种方式两种方式“翻译翻译”成目标代码成目标代码( ( 机器语言机器语言),),才能被计算机识别才能被计算机识别) )第1章 计算机系统概论(计算机的语言)1、指令是对计算机进行程序控制的最小单位。所有的指令的集合称为计算机的指令系统。2、指令格式操作码 地址码机器执行什么操作执行对象（具体数、存放位置）3、工作原理 不断的取指令和执行指令，最后将计 算的结果放入指令指定的存储器地址中。例如：ADD AX,BX BASICBASIC语言语言语句：LET d = b*b - 4*a*c 机器语言机器语言： 1. MUL B B ; b2 送B 2. MUL A E ; 4a 送入A 3. MUL A C ;4ac 送A 4. SUB B A ;b2 4ac送B 5. MOV D B ; b2 4ac从B 送到D A a B b C c D d E 4 将指令存放在相邻的存储单元中将指令存放在相邻的存储单元中： n MUL n+7 n+7 ; b2 送B n+1 MUL n+6 n+10 ; 4a 送入A n+2 MUL n+6 n+8 ;4ac 送A n+3 SUB n+7 n+6 ;b2 4ac送B n+4 MOV n+9 n+7 ; b2 4ac从B 送到D n+5 HLT ;停机指令 n+6 a n+7 b n+8 c n+9 d n+10 4计算机的硬件（计算机的硬件（HardwareHardware）组成组成( (计算机的硬件系统硬件系统是指构成计算机的所有物理部件的集 合。通常这些部件是由电子磁性、光元器件、机械等 物理部件组成) ) 算盘算盘 运算器运算器 纸纸 存储器存储器 笔笔 输入输入/ /输出设备输出设备 大脑大脑 控制器控制器第1章 计算机系统概论(计算机的硬件)运算 存储（记录） 控制（协调）CPU(中央处理器)第1章 计算机系统概论(计算机的硬件)运算器运算器存储器存储器I/OI/O 设备设备地址总线 数据总线 控制总线控制器控制器CPUCPUI/OI/O 接口接口I/OI/O 设备设备I/OI/O 接口接口组成计算机的基本部件有中央处理器CPU（运算器 和控制器）、存储器和输入、输出设备。运算控制部件 （CPU)存储器存储器输入/输出输入/输出地址总线AB数据总线DB控制总线CB 第1章 计算机系统概论(计算机的硬件)图1.1 以总线连接的计算机框图第1章 计算机系统概论(计算机的硬件)pp总线分类总线分类: :单向总线双向总线传送方向数据总线控制总线信息种类地址总线单总线三总线总线数目双总线内总线外总线物理位置单向总线双向总线传送方式芯片级总线:接口总线:三个层次系统总线:一个功能部件内部的总线，CPU内 单机系统各功能部件间的总线 连接不同系统的总线 第1章 计算机系统概论(计算机的硬件)pp总线结构总线结构: :1 1. .面向面向CPUCPU的双总线结构的双总线结构优点：简单，对总线传输速率要求低 缺点：I/O设备与内存交换信息需经CPU，CPU效率低第1章 计算机系统概论(计算机的硬件)pp总线结构总线结构: :2 2. .单总线结构单总线结构优点：设备扩充、增删方便、灵活缺点：分时使用总线第1章 计算机系统概论(计算机的硬件)pp总线结构总线结构: :3 3. .面向存储器的双总线结构面向存储器的双总线结构优点：存取速度提高，减轻了系统总线负担缺点：硬件成本高，总线控制逻辑复杂 第1章 计算机系统概论(计算机的硬件)pp总线结构总线结构: :4 4. .PCPC机常用总线结构机常用总线结构 按相对于CPU或其它芯片的位置可分为 片内总线: 在CPU内部，寄存器之间和算术逻辑部件 ALU与控制部件之间传输数据所用的总线。 片外总线:是CPU与内存RAM、ROM和输入/输出设备 接口之间进行通讯的通路。按总线的功能可分为 地址总线(ABus), 数据总线(DBus), 控制总线(CBus) 按总线的层次结构可分为CPU总线:包括地址线(CAB)、数据线(CDB)和控制线 (CCB)，它用来连接CPU和控制芯片。 存贮总线:包括地址线(MAB)、数据线(MDB)和控制线 (MCB)，用来连接存储控制器和DRAM。 系统总线: 也称为I/O通道总线，包括地址线(SAB)、数据 线(SDB)和控制线(SCB)，用来与扩充插槽上的各扩充板卡相 连接。系统总线有多种标准，以适用于各种系统。外部总线： 用来连接外设控制芯片，如主机板上的I/O控 制器和键盘控制器。包括地址线(XAB)、数据线(XDB)和控制 线(XCB)。第1章 计算机系统概论(计算机的硬件)pp总线结构总线结构: :4 4. .PCPC机常用总线结构机常用总线结构注意注意: : CPU总线、存储总线、外部总线在系统板上，不同的系统采 用不同的芯片集。这些总线不完全相同，也不存在互换性问题 。 系统总线是与I/O扩充插槽相连的，I/O插槽中可插入各式各 样的扩充板卡，作为各种外设的适配器与外设连接。系统总线 必须有统一的标准，以便按照这些标准设计各类适配卡。我们要讨论的总线就是系统总线，各种总线标准也主要是指 系统总线的标准(PC机上的系统总线又可分为ISA、EISA、 VESA、PCI、AGP等多种标准)。第1章 计算机系统概论(计算机的硬件)pp总线结构总线结构: :4 4. .PCPC机常用总线结构机常用总线