计算机组成原理计算机组成原理
计算机组成原理-(完整版)
计算机组成原理-完整版前言计算机组成原理是计算机科学中最基础的课程之一，它主要研究计算机系统的各个组成部分的原理和关系。
它是计算机科学中最基础的课程之一，也是理解其他计算机科学领域的必备基础。
本文将介绍计算机组成原理中涉及的各个方面，从处理器到内存，再到输入输出系统，以及操作系统和应用层，详细解释它们的工作原理和相互关系。
此外，我们还将介绍一些实际的例子，以帮助读者更好地理解这些概念。
计算机硬件组成处理器处理器是计算机的大脑，它是计算机中最为关键的部分之一。
处理器的任务是执行指令，它通过解码指令，再根据指令来执行相应的操作。
处理器包括控制单元和算术逻辑单元两部分。
控制单元是处理器的主控制中心，它决定了处理器要执行的操作，以及操作的顺序。
由于处理器的速度非常快，因此它能够在一个时钟周期内执行多个操作。
算术逻辑单元（ALU）则用于执行运算操作，例如加减乘除、位移等。
ALU从寄存器中读取数据，并根据指令进行相应的计算和操作。
存储器存储器用于存储计算机中的数据和指令。
存储器被分为两种类型：内存和外存。
内存是指计算机中直接可访问的存储，例如DRAM。
它是用于临时存储程序和数据的地方。
内存的访问速度非常快，但只能存储有限的数据量。
外存则是指计算机中不直接可访问的存储，例如硬盘。
它用于长期存储数据和程序。
虽然外存的访问速度相对较慢，但它能够存储大量的数据和程序。
输入输出设备输入输出设备是与计算机交互的途径，例如键盘、鼠标和显示器等。
输入设备用于将数据输入到计算机中，输出设备则用于从计算机中输出数据。
计算机系统架构冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是计算机系统的经典架构，它由储存器、算术逻辑单元、控制单元和输入输出设备组成。
程序存储在内存中，并通过控制单元来控制执行。
该体系结构具有良好的扩展性和通用性，适用于大多数计算机系统。
哈佛体系结构哈佛体系结构是一种采用不同存储器分别用于程序和数据存储的计算机系统。
计算机组成原理(本全)课件
目录
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出(I/O)系统 • 计算机的体系结构 • 计算机的软件系统
01 计算机系统概述
计算机的发展历程
第一代计算机
电子管计算机，20世纪40年代 中期至50年代末期，主要用于
军事和科学研究领域。
CPU每个时钟周期执行的指令数，是 衡量CPU性能的重要指标。
03 存储器系统
存储器的分类和作用
分类
根据存储器的功能和位置，可以分为内存和外存两大类。内存是计算机内部存储器，用 于存放运算数据和程序代码；外存则是计算机外部存储器，用于长期保存大量数据和程
序。
作用
存储器是计算机的重要组成部分，它负责存储程序运行过程中所需的数据、指令等信息 ，使得CPU能够快速、准确地读取和写入数据，从而完成程序的执行。
软件系统
包括系统软件和应用软件两大类。
操作系统
是计算机的软件系统中最基本、最重要的部分，负责 管理和调度计算机的软硬件资源。
计算机的工作原理
二进制数制
计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。
指令和程序
计算机按照程序中预定的指令序列进行自动执 行。
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部，根据指令从存储器中取出数据和指令进行运 算和传输。
内存的工作原理和组织结构
工作原理
内存由多个存储单元组成，每个单元可以存储一个二进制数 。当CPU需要读取或写入数据时，会通过地址总线发送地址 信号，内存控制器根据地址信号找到对应的存储单元，完成 数据的读取或写入操作。
组织结构
内存的组织结构通常采用线性编址方式，即将内存单元按照 一定顺序排列，每个单元都有一个唯一的地址。内存的容量 大小由地址总线的位数决定，地址总线位数越多，可访问的 内存单元数量就越多。
计算机组成原理笔记
计算机组成原理笔记
1. 计算机组成原理是研究计算机硬件和软件组成及其相互关系的学科领域。
2. 计算机由中央处理器（CPU）、存储器和输入输出设备组成，其中CPU是计算机的控制中心。
3. CPU由控制单元和算术逻辑单元组成，控制单元负责指令
的解析和执行，算术逻辑单元负责数据的运算。
4. 存储器用于存储计算机运行时所需的数据和指令，其中包括主存储器和辅助存储器。
5. 输入输出设备用于与外部世界进行信息交互，例如键盘、鼠标、显示器和打印机等。
6. 计算机执行程序时，先从辅助存储器中将程序加载到主存储器，然后由CPU依次执行指令。
7. 指令由操作码和操作数组成，操作码表示指令的类型，操作数表示指令所操作的数据。
8. 指令在执行过程中通过执行周期来完成，包括取指令、分析指令、执行指令和写回数据等阶段。
9. 计算机的性能可以通过时钟频率、指令执行速度和吞吐量等指标进行衡量。
10. 计算机的内部结构可以采用冯·诺依曼结构或哈佛结构，冯·诺依曼结构中指令和数据存储在同一存储器中，而哈佛结
构中指令和数据存储在不同的存储器中。
11. 计算机的指令集架构可以分为精简指令集（RISC）和复杂
指令集（CISC）两种类型。
12. 硬件和软件之间通过接口进行通信，例如操作系统作为硬
件和应用软件之间的接口。
13. 并行计算可以提高计算机的性能，包括并行指令和并行处理等技术。
14. 计算机组成原理还涉及到虚拟内存、缓存和流水线等重要概念和技术。
15. 计算机组成原理的研究对于理解计算机的工作原理和优化计算机性能具有重要意义。
计算机组成原理自考
计算机组成原理自考
计算机组成原理（自考）
计算机组成原理是计算机科学与技术专业的重要课程之一，它主要研究计算机各部件的结构、功能和相互之间的关系。
如果要自考计算机组成原理，需要掌握以下内容：
1. 计算机的基本组成
计算机由运算器、控制器、存储器和输入输出设备四个基本部分组成。
运算器负责进行数据运算和逻辑判断，控制器负责指挥各部件工作，存储器用于存储数据和指令，输入输出设备用于与外部环境进行信息交换。
2. 计算机的硬件结构
计算机硬件包括中央处理器（CPU）、存储器（内存和外存）、输入输出设备（键盘、鼠标、显示器等）和总线等。
CPU是
计算机的核心部件，它包括运算器和控制器。
存储器分为主存和辅存，主要用于存储数据和指令。
3. 计算机的指令系统
指令系统是由计算机能够理解和执行的指令集合。
指令系统包括操作码和操作数，操作码用于表示操作类型，操作数用于表示操作对象。
4. 计算机的运算方式
计算机的运算方式可以分为定点运算和浮点运算。
定点运算是对整数进行运算，浮点运算是对小数进行运算。
5. 计算机的控制方式
计算机的控制方式可以分为单周期控制和多周期控制。
单周期控制是指每条指令的执行时间相同，多周期控制是指根据指令的复杂程度进行分阶段的执行。
在自考计算机组成原理时，需要通过学习课本、参考指南和做习题等方式进行备考，在考试前通过模拟试题进行练习，以提高自己的理论和应用能力。
同时，还需加强实践操作，通过搭建计算机系统并进行实际操作，加深对计算机组成原理的理解和掌握。
计算机组成原理唐朔飞第三版
计算机组成原理唐朔飞第三版
《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业的一门基础课程，它是计算机相关专业学生必修的一门课程。
唐朔飞教授的第三版《计算机组成原理》是该课程的经典教材之一、本文将从以下几个方面对该教材进行介绍。
首先，唐朔飞教授的第三版《计算机组成原理》主要内容包括计算机硬件、指令系统和程序设计、控制器设计以及内存和I/O接口等方面。
教材全面、系统地介绍了计算机系统的各个组成部分，深入浅出地阐述了计算机的工作原理和设计方法。
其次，该教材注重对基本概念和原理的讲解，同时还涵盖了最新的发展和技术趋势。
教材内容既注重理论知识，又强调实践操作，具有很强的实用性。
通过对指令系统、各种控制器以及内存和I/O接口等方面的深入讲解，读者能够全面了解计算机系统的结构和工作原理。
此外，唐朔飞教授在教材中还针对每个章节提供了典型的习题和实验设计。
这些习题和实验设计能够帮助读者巩固所学知识，提高解决问题和设计计算机硬件的能力。
同时，教材还提供了习题的答案和实验设计的详细说明，方便读者进行自我评估和实践操作。
此外，教材中还包括了大量的案例分析和实际应用。
通过这些案例和应用，读者可以更好地理解课程中的概念和原理，并将其应用到实际工程项目中。
这使得教材更加贴近实际应用，有助于学生将所学理论知识与实践操作相结合。
总的来说，唐朔飞教授的第三版《计算机组成原理》是一本教学实践与科研经验相结合的优秀教材。
它适合计算机科学与技术专业的学生和从
业者使用。
通过学习这本教材，读者能够全面了解计算机系统的结构和工作原理，提高解决问题和设计计算机硬件的能力，进一步提高自己的学术素养和技术水平。
计算机专升本中的计算机组成原理
计算机专升本中的计算机组成原理计算机专升本是指在已经获得专科学历的基础上，进一步学习计算机相关专业知识，提升学历层次的过程。
在计算机专升本的学习过程中，计算机组成原理是一个重要的学科，它涉及计算机硬件的各个方面，对于理解和应用计算机技术都具有重要的意义。
一、计算机组成原理的基本概念计算机组成原理是计算机科学与技术的一门基础学科，它研究计算机硬件系统的结构、功能和工作原理。
计算机由中央处理器、存储器、输入输出设备和系统总线等组成，而计算机组成原理就是研究这些组成部分的结构和相互配合的原理，以及它们在计算机系统中的工作方式。
二、计算机的基本组成部分1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机系统的核心，它负责执行指令和进行数据处理。
CPU由运算器、控制器和寄存器组成，运算器负责执行算术和逻辑运算，控制器负责解析和执行指令，寄存器用于存储数据和指令的临时存储。
2. 存储器存储器用于存储计算机的指令和数据，分为主存储器和辅助存储器。
主存储器是计算机与外部存储器之间进行数据交换的媒介，它有时也被称为内存或随机存储器（RAM）。
辅助存储器包括硬盘、光盘、磁带等，用于长期储存大量的数据。
3. 输入输出设备输入输出设备用于计算机与外部环境的信息交换。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等，而输出设备包括显示器、打印机、音箱等。
输入输出设备的作用是将人类的信息输入到计算机中，并将计算机处理后的结果输出给人类。
4. 系统总线系统总线是计算机各个部件之间传输信息的通道。
它包括数据总线、地址总线和控制总线。
数据总线用于传输数据和指令，地址总线用于传输存储器地址，控制总线用于传输指令控制信号。
系统总线起到连接和协调各个部件的作用，使得它们能够相互通信和协同工作。
三、计算机组成原理的重要性和应用1. 理解计算机内部工作原理学习计算机组成原理可以让我们深刻理解计算机内部各个组成部分的功能和相互关系，从而更好地了解计算机是如何工作的。
计算机组成原理
计算机组成原理计算机组成原理是指计算机硬件和软件的组成以及它们之间的工作原理。
计算机硬件主要包括中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备和总线等。
计算机软件则由系统软件和应用软件组成。
在计算机中，中央处理器是计算机的核心，它负责执行计算机程序中的指令。
中央处理器由控制器和运算器组成。
控制器用于解码和执行指令，而运算器用于进行数据运算。
存储器用于存储数据和指令，其主要有两种类型：主存储器和辅助存储器。
主存储器一般是随机存取存储器(RAM)，用于存储当前正在执行的程序和数据。
辅助存储器一般是固态硬盘(SSD)或磁盘，用于长期存储数据和程序。
输入输出设备负责将数据和指令输入计算机，并将计算结果输出到外部设备或显示器上。
常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪，而输出设备有显示器、打印机和音频设备等。
总线是计算机各个组件之间进行通信的路径。
总线分为地址总线、数据总线和控制总线。
地址总线用于指示存储器或I/O设备的地址，数据总线用于传输数据，而控制总线用于传输与控制操作有关的信息。
系统软件是计算机操作系统的核心部分，它管理计算机的资源和提供用户与计算机硬件之间的接口。
应用软件则是由用户使用的各种程序，如办公软件、图像处理软件和游戏等。
在计算机工作原理方面，计算机是按照指令的顺序执行程序的。
计算机从存储器中读取指令和数据，存储在寄存器中，并通过总线传递信息。
控制器解码指令并控制算术逻辑单元(ALU)进行数据运算。
运算结果再存储在寄存器中，最后输出到输出设备或存储器中。
总之，计算机组成原理是计算机硬件和软件的组成和工作原理的总称。
通过了解计算机的组成和工作原理，可以更好地理解计算机的工作方式，从而进行计算机系统的设计和优化。
计算机组成原理·第六版(课后习题)第一章
计算机组成原理·第六版（课后习题）第⼀章第⼀章计算机系统概论1. ⽐较电⼦数字计算机和电⼦模拟计算机的特点电⼦数字计算机中处理的信息是在时间上离散的数字量，运算过程是不连续的；电⼦模拟计算机中处理的信息是连续的变化的物理量，运算过程是连续的。
2. 数字计算机如何分类？分类的依据是什么？分为专⽤计算机和通⽤计算机分类依据是计算机性能、速度、价格、运⾏的经济性3. 数字计算机有哪些应⽤ ？科学计算、⼈⼯智能、家⽤电器、测量等4. 冯·诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些组成部分？主要设计思想：1）采⽤存储程序的⽅式编织好的程序和数据都存放在同⼀存储器中，2）计算机可以在⽆⼈⼲预的请扩下⾃动完成逐条指令的取出和执⾏指令的任务3）指令和数据均以⼆进制码的形式存储在计算机中组成部分：运算器、存储器、I/O设备、逻辑器、5. 什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据⾃？什么是指令字？存储容量：存储器中所有存储单元的总数单元地址：每个存储单元的编号数据字：某字代表要处理的数据指令字：某字为⼀条指令6. 什么是指令？什么是程序？指令：计算机硬件可以直接执⾏的每⼀个基本的算术运算或逻辑运算的操作程序：解算某⼀问题的⼀串指令寻列7. 指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分他们是指令还是数据？指令：取指周期中从内存读出的信息流数据：执⾏器周期中内存读取的信息流8. 计算机的系统软件包括哪⼏部分？说明他们的⽤途。
半导体存储器称为内存存储容量更⼤的磁盘存储器和光盘存储器称为外存内存和外存共同来保存⼆进制数据运算器和控制器合称中央处理器，简称CPU ⽤来控制计算机以及进⾏算术逻辑运算配适器是外围设备与主机联系的桥梁，相当于转换器，使主机和外围设备并⾏协调⼯作9. 计算计的系统软件包括哪⼏类？说明他们的⽤途包括系统程序和应⽤程序。
系统程序⽤于简化程序设计，提⾼计算机使⽤效率应⽤程序是⽤户利⽤计算机来解决某些问题⽽编制的程序10. 现代计算机系统如何进⾏多级划分？这种分级观点对计算机设计会产⽣什么影响？微程序设计级机器语⾔级操作系统级汇编语⾔级⾼级语⾔级⽤⼀系列的级来组成计算机的借⼝对于掌握计算机是如何组成的提供了良好的结构和体制分级的挂念来设计计算机保证产⽣⼀个良好的系统结构也是很有帮助的11. 为什么软件能够转化为硬件？硬件能转化为软件？实现这种转化的媒介是什么？应为任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执⾏可以由软件完成，也可以由硬件完成，实现这种转化的媒介是软件与硬件的逻辑等价性。
计算机组成原理(2020年10月整理).pdf
计算机组成原理三、名词解释1.计算机系统：由硬件和软件两大部分组成，有多种层次结构。
2.主机：CPU、存储器和输入输出接口合起来构成计算机的主机。
3.主存：用于存放正在访问的信息4.辅存：用于存放暂时不用的信息。
5.高速缓存：用于存放正在访问信息的付本。
6.中央处理器：是计算机的核心部件，由运算器和控制器构成。
7.硬件：是指计算机实体部分，它由看得见摸得着的各种电子元器件，各类光、电、机设备的实物组成。
软件：指看不见摸不着，由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成。
8.系统软件：又称系统程序，主要用来管理整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理调度，高效运行。
应用软件：又称应用程序，它是用户根据任务需要所编制的各种程序。
9.源程序：通常由用户用各种编程语言编写的程序。
目的程序：由计算机将其翻译机器能识别的机器语言程序。
10.总线：是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。
11.系统总线：是指CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输线。
通信总线：是指用于计算机系统之间或者计算机系统与其他系统（如控制仪表、移动通信）之间的通信的线路。
按传送方式分并行和串行。
串行通信是指数据在单条1位宽的传输线上，一位一位的按顺序分时传送。
并行通信是指数据在多条并行1位宽的传输线上，同时由源传送到目的地。
12.带宽：单位时间内可以传送的最大的信息量。
13.机器字长：是指CPU一次并行处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
14.主存容量：是指主存中存放二进制代码的总位数。
15.机器数：符号位数字化，0代表正数，1代表负数。
16.定点数：小数点固定在某一位位置的数。
17.浮点数：小数点的位置可以浮动的数。
18.补码：带符号数据表示方法之一，正数的反码和原码相同，负数的反码是将二进制按位取反后在最低位再加1.19.溢出：在计算机中，超出机器字长，发生错误的结果。
20.非编码键盘：采用软件判断键是否按下及设键、译键、计算键值的方法的键盘。
计算机组成原理第一章
计算机组成原理第一章计算机组成原理第一章主要涉及计算机发展的历史背景及计算机的基本概念。
在计算机产生之前，人们使用机械计算器进行数学计算，并且需要手动操作进行算术运算。
而计算机的诞生改变了这种情况，计算机可以自动执行计算任务，大大提高了计算速度和精确度。
计算机系统由硬件和软件两部分组成。
硬件包括中央处理器(CPU)、内存、输入输出设备等。
而软件则是安装在计算机硬件上的程序和数据。
计算机通过执行软件中的指令来完成各种任务。
计算机的基本运算包括加法、减法、乘法和除法。
在计算机中，数值以二进制形式表示，并且利用电子开关来表示0和1。
这种二进制形式的计算和存储使得计算机系统更加高效和可靠。
在计算机系统中，信息的传输是通过电路连接实现的。
信息可以通过数据总线、控制总线和地址总线进行传输。
数据总线负责传输数据，控制总线负责控制和协调计算机内部各个部件的工作，地址总线用于指定存储器或者设备的地址。
计算机也需要进行数据的存储和检索。
内存是计算机存储数据和程序的地方，它被划分为多个存储单元，每个存储单元可以存储一个数据或者指令。
计算机还需要外部存储器来存储大量的数据，例如硬盘和光盘等。
计算机的指令集架构是计算机体系结构的重要组成部分。
指令集架构定义了计算机系统中处理器的指令和寄存器，以及指令的执行方式。
目前常用的指令集架构包括x86、ARM和MIPS 等。
计算机的工作方式可以分为单指令周期工作方式和多指令周期工作方式。
单指令周期工作方式意味着计算机每个指令在一个时钟周期内完成执行。
而多指令周期工作方式则允许计算机在一个时钟周期内执行多个指令。
总之，计算机组成原理第一章主要介绍了计算机的基本概念和发展历史，以及计算机系统的组成和工作方式。
了解这些基本知识对于理解计算机的工作原理和设计原则非常重要。
计算机组成原理
计算机组成原理计算机组成原理是指计算机由硬件和软件组成的过程和原理。
它涉及了计算机内部各部件的功能和相互关系，以及它们如何协同工作，实现计算、存储和通信等功能的基本原理。
计算机组成原理主要包括指令执行周期、存储器层次结构、总线结构、I/O系统、中央处理单元（CPU）、寄存器以及各种逻辑门电路等基本概念和原理。
计算机组成原理是计算机科学与技术的核心课程之一，它为我们深入了解计算机的工作原理以及如何有效地设计和优化计算机系统提供了重要基础。
指令执行周期是计算机工作的基本单位，它由取指令、指令译码、指令执行、访问存储器、写回数据等若干步骤组成。
存储器层次结构是指计算机系统中不同速度和容量的存储器层级，包括高速缓存、主存储器和辅助存储器等。
各级存储器通过读写控制线和数据线相连，实现数据的传输和存储。
总线结构是计算机内部各部件之间传输数据和控制信号的途径。
它包括数据总线、地址总线和控制总线等，用于在CPU、存储器和I/O设备之间传输数据和控制信息。
I/O系统是计算机与外部设备之间的接口，负责数据的输入输出和设备的管理。
它通过I/O控制器和外设接口等实现计算机与外部设备的通信。
CPU是计算机的核心部件，负责执行程序中的指令。
它由控制单元和算术逻辑单元组成，控制单元负责指令的控制和管理，算术逻辑单元负责进行数据的运算和逻辑判断。
寄存器是CPU内部用于存储数据和指令的临时存储器，包括通用寄存器、指令寄存器、程序计数器等。
逻辑门电路是计算机中最基本的构建单元，包括与门、或门、非门等。
通过逻辑门的组合和连接，可以实现各种逻辑运算和控制功能。
计算机组成原理涉及的其他概念还包括指令集体系结构、流水线技术、中断处理等。
总之，计算机组成原理是计算机科学与技术中的重要基础课程，它为我们理解计算机工作原理、设计高效的计算机系统提供了基础。
通过学习计算机组成原理，我们可以更好地理解计算机的内部结构和原理，为后续的计算机体系结构、操作系统、编译原理等课程奠定坚实的基础。
计算机组成原理
输出Y /OE
二选一 F
F3 F=0000 OVR Cn+4
ALU
S
R Cn
三选一 二选一
Q寄存器
B锁存器 A锁存器 输入D
一组三选一门和 另一组二选一门 用来选择送向 ALU的 S、R输 入端的数据来源 ，包括Q寄存器、 A口、 B口、外 部输入D数据的 8 种不同组合。
B 16个 A A口地址
控制总线
接口
输入设备
输出设备
三. 定点运算器的功能与组成
完成算数与逻辑运算 ALU: 计算出结果及其特征 通用寄存器组: 存放参加运算的数据 和运算结果 (包括标志寄存器) 乘商寄存器: 用于完成硬件乘除法
数据通路(data path)
输出Y /OE
二选一 F
F3 F=0000 OVR Cn+4
输出
Fs
OVR
F1
Z
ALU
C
选通门 选通门
输入 通用寄存器组
选通门
必要完善：
单累加器变多累积器： 两个选通门均变为多路 送0还是送1到ALU处理 接收门送每个累加器。 支持寄存器移位功能： 接收门变为三选一，即 分别接收本位/低位/高 位送来的信息送累加器 与外部部件的入出联系
实现补码加减运算的逻辑电路
送入
Y 它应能接收与送出数据
通用寄存器组 乘商寄存器
选通门
选通门
实现补码加减运算的逻辑电路
输出
Fs
OVR
F1
Z
ALU
C
选通门 选通门
选择完善：
支持硬件乘除运算指令 需要增加一个Q寄存器 该寄存器应能自行移位
送入
Y 应能接收与送出数据。
知识点 计算机组成原理
知识点计算机组成原理知识点-计算机组成原理计算机组成原理重要知识点第一章绪论一、冯．诺依曼思想体系――计算机（硬件）由运算器、控制器、存储器、输入输出设备五部分组成，存储程序，按地址出访、顺序继续执行二、总线的概念。
按传送信息的不同如何划分；按逻辑结构如何划分三、冯．诺依曼结构（普林斯顿结构）与哈弗结构的存储器设计思想四、计算机系统的概念，软件与硬件的关系、计算机系统的层次结构（实际机器与交互式机器）五、计算机的主要性能指标的含义（机器字长，数据通路宽度，主存容量，运算速度）六、cpu和主机两个术语的含义，完备的计算机系统的概念，硬件、软件的功能分割七、总线概念和总线分时共享资源的特点、三态门与总线电路第二章数据的机器层次表示一、真值和机器数的概念数的真值变为机器码时存有四种则表示方法：原码表示法，反码表示法，补码表示法，移码则表示码。
其中移码主要用作则表示浮点数的阶码e，以利比较两个指数的大小和对阶操作方式二、一个定点数由符号位和数值域两部分组成。
按小数点位置不同，定点数有纯小数和纯整数两种表示方法。
几种定点机器数的数值则表示范围。
三、浮点数浮点数的标准表示法：符号位s、阶码e、尾数m三个域组成。
其中阶码e通常用移码表示（其值等于指数的真值e加上一个固定偏移值）。
规格化浮点数（原码，补码则表示的规格化浮点数的区别）五、处理字符信息（符号数据即非数值信息），七、常用的bcd码：8421码、2421码、余3码、格雷码（有权码，无权码，特点）八、检错纠错码：奇偶校验（掌握奇偶校验原理及校验位的形成及检测方法）,海明码的纠错原理（理解）第三章指令系统一、指令格式:指令的基本格式,指令的地址码结构（3、2、1、0地址指令的区别），非规整型指令的操作码（扩展览会操作码）二、编址方式（位，字节，字…）三、操作数串行方式――立即串行、轻易串行、间接串行、寄存器串行、寄存器间接串行、相对串行、基址寻址、变址寻址、页面寻址四、指令串行方式――顺序对串行方式、弹跳串行方式五、指令类型及功能六、不同的计算机的i/o指令差别很大，通常有两种方式：独立编址方式,统一编址方式第四章数值的机器运算一、为运算器构造的简单性，运算方法中算术运算通常采用补码加减法，原码乘除法或补码乘除法。
王道计算机组成原理
王道计算机组成原理计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要课程，它是计算机科学与技术专业学生的基础课程之一。
计算机组成原理课程的主要目的是让学生了解计算机的基本工作原理，包括计算机的硬件组成、数据的表示与运算、指令系统与指令的执行、中央处理器（CPU）的结构与功能、存储器的层次结构与管理、输入输出系统的基本原理等内容。
通过学习计算机组成原理，可以帮助学生建立对计算机系统整体结构和工作原理的认识，为进一步学习计算机体系结构、操作系统、编译原理、计算机网络等课程打下坚实的基础。
计算机组成原理课程通常包括以下几个方面的内容：一、计算机系统概述。
计算机系统是由硬件和软件两部分组成的。
硬件是计算机的实体部分，包括中央处理器、存储器、输入输出设备等；软件是计算机的非实体部分，包括系统软件和应用软件。
计算机系统的硬件和软件之间通过指令集体系结构（ISA）进行了良好的分离，这是计算机系统设计的基本原则之一。
二、数据的表示与运算。
计算机中的数据是以二进制形式表示的，包括整数、浮点数、字符等。
在计算机中，数据的运算是通过算术逻辑单元（ALU）来完成的，ALU可以对数据进行加减乘除等运算，也可以进行逻辑运算，如与、或、非等。
三、指令系统与指令的执行。
计算机通过执行指令来完成各种操作，指令系统是计算机硬件与软件之间的接口。
指令的执行包括取指令、译码指令、执行指令、访存等步骤，这些步骤是计算机工作的基本流程。
四、中央处理器（CPU）的结构与功能。
中央处理器是计算机的核心部件，它包括运算器、控制器、寄存器等部分，负责执行指令、进行数据运算等功能。
五、存储器的层次结构与管理。
存储器是计算机中用来存储数据和程序的设备，包括内存和外存。
存储器的层次结构包括高速缓存、内存、磁盘等，存储器管理是操作系统的重要功能之一。
六、输入输出系统的基本原理。
输入输出系统是计算机与外部设备之间的接口，它包括输入设备、输出设备、存储设备等，输入输出系统的设计对计算机系统的性能和可靠性有重要影响。
《计算机组成原理》(周建敏)414-9课件 第一章
（4）指令由操作码和地址码组成， （5）指令在存储器内按顺序存放。 （6）早期的冯·诺依曼机以运算器
操作码用来表示操作的性质，地 通常是顺序执行，特定条件下，可 为中心，输入/输出设备通过运算
址码用来表示操作数在存储器中 根据运算结果或根据设定的条件改 器与存储器传送数据。
的位置。
变执行顺序。
计算机硬件的基本构成
学习目标
计算机硬件的基本知识，要
求达到“领会”层次
02
04 计算机系统层次结构，要
求达到“领会”层次
第3页
01 计算机的发展历程，要求达到 “领会”层次
03 计算机软件的概念，要求 达到“识记”层次
05 计算机的性能指标，要求达 到“简单应用”层次
目录
1.1 计算机的发展历程 1.2 计算机硬件的基本构成 1.3 计算机软件
典型的冯·诺依曼机结构如图所示。 控制信号
输入 设备
第16页
控制器
运算器 数据Βιβλιοθήκη 存储器指令输出 设备
计算机硬件的基本构成
1.2.2 现代计算机的组织结构
现代计算机已经发展为 以存储器为中心，使输入/输 出操作尽可能绕过CPU，直接 在输入/输出设备和存储器之 间完成，以提高系统的整体运 行效率，其结构如图所示。
计算机组成原理
Principles of Computer Organization
本章导读
计算机系统由硬件和软件两部分组成。其中，硬件部分包括运算器、控 制器、存储器、输入设备和输出设备5大功能部件，它们通过总线相互连 接成一个完整的硬件系统；软件部分包括系统软件和应用软件。本章将 介绍计算机系统中的一些基本概念，目的在于为读者学习后续章节打下 坚实的基础。
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第九节 计算机整机系统实例
16位计算机整机系统整体封装图
第八节 计算机整机系统的调试
¾ 在进行模型机整机系统调试时，应当按照每条指 令的功能，一条一条地进行调试。在调试各条指 令时，应当按照指令流程，参照模型机数据通 路，按照模块功能一部分一部分地调试，直至每 条指令调试成功。最后，用设计出的各条机器指 令编出一段（或若干段）调试程序，采用模拟仿 真方法，使机器运行调试程序，在运行结束后， 检测机器运行的输出波形文件，以确认各条机器 指令运行的正确性。
z 计算机整机系统模型机总体结构的设计 z 设计出模型机的数据通路、控制信号（微命令） z 完成该机的指令系统的设计 z 拟定各条机器指令的指令流程及相应微操作命令 z 在相应时序系统的配合下，组成能够产生使机器
自动运行的控制信号（微操作命令）的控制部件 z 设计出的模型机在机器加电、产生频率稳定的主
计算机组成原理 课程设计
第一节 课程设计的目标和要求
一、课程设计的目标
利用所学的理论知识，真实地进行 计算机整机系统模型机的设计，并且在 EDA平台上，完成设计的实现，使理论与 实践相结合，从而进一步加强分析问题、 解决问题的能力，提高自身硬件设计水 平。
开发平台：QuartusⅡ
二、课程设计的要求
HALT
0000
停机
MOV
0001
数据传送(寄存器到寄存器间)
MOV
0011
数据传送(立即数到寄存器间)
ADD
1001
加法(寄存器与寄存器内容相加)
第五节 微指令与控制信号的设计
以微程序控制部件设计方法为例
一、 微指令的设计
微指令编码方式的设计 ¾ 微指令的编码方法，常用的有直接控制编码法（即：不
16位计算机整机系统实测波形
¾ 在进行模型机整机系统调试时，可以按照下述步 骤进行调试：
¾ 进行“取指”调试
¾ 进行通用寄存器组模块的调试
¾ 进行存储器模块的调试
¾ 进行运算器模块的调试
¾ 整机系统调试
¾ 对设计出的每条机器指令，要求按照设计出的所有种 类的寻址方式（含立即寻址、寄存器寻址及存储器寻 址等寻址方式）逐一进行测试。
¾ 在设计好机器指令系统及微指令的格式之后，参照模型 机数据通路的结构，则可以开始进行微程序设计。
¾ 最后，把各段微程序写入控制存储器(CM)中。控存一般 采用ROM芯片构成。在QuartusⅡ的芯片库中，可以 采用LPM_ROM作为控存（CM），存放微程序。把微 程序以写入文件扩展名为.mif的方式输入到控存中。
例：
PC-BUS = µIR5 • M1
CPMAR = µIR3 • M2
μIR
取 指
0单元
微
程 1单元
序
2单元
PC-BUS CPMAR
…1
1
……
……
ADD入口
……
ADD微程序段
结束
1
0-uPC
……
0-IR 1
CM
μPC
……
M1 M2 PC-BUS,CPMAR WR,RD,CPMDR,RAM-BUS,CPIR PC+1,CPPC,0-uPC
两种状态。设计一个微程序计数器（µPC）,使其具有 自加1及接收转移地址的功能，由此来控制微程序的 顺序执行或跳转执行。
二、 控制信号的设计
在完成模型机数据通路中所需要的各个微操作命令 和微指令的设计之后，结合时序系统提供的时序信号， 在指令流程级，分析每条数据通路中各个微操作命令之 间与时序信号之间的相关性，为每个微操作命令分配相 应的时序信号与之配合，以此来产生最终控制机器自动 运行的控制信号（微操作命令）。
三、地址码结构的设计
¾ 根据要实现的指令功能，设计相应的地址码字段。 ¾ 进行寻址方式的设计。根据各条指令实现的不同功
能，设计出相应的各操作数的寻址方式。
四、指令操作码助记符与机器指令代码
要求设计出指令操作码助记符与机器指令代码的对应关系 表。
例如，具有四位操作码的指令助记符对应设计如下：
指令助记符 机器指令代码 指令功能
二、程序计数器的设计 三、存储器功能部件的设计 四、运算器功能部件的设计 五、通用寄存器组的设计 六、总线暂存器的设计
第四节 指令系统设计
一、模型机指令代码格式的设计 • 模型机指令代码格式可以采用类似8086/8088 指令代码格式的可变长字节的指令代码格式。
例如，双操作数、单字节指令的代码格式如下图：
第七节 微程序控制部件的调试
¾ 各部件的调试。首先需要确认微程序控制部 件设计是否正确。在调试微程序控制部件 时，可以采用局部测试法，在时序信号的配 合下，对给定的微地址，测试是否可以正确 输出相应的微命令。
¾ 当微程序控制部件的设计正确无误时，为整 机连线调试方便，可以将微程序控制部件封 装成一个芯片后，再与模型机中其它部件、 总线相连。最后，再进行整机系统的调试。
振信号后，能够自动地、连续地执行存储在主存 （RAM）中的程序 z 查验程序运行时所保存的每条指令的运行结果波
形图文件中的内容，验证机器设计的正确性
第二节 计算机整机系统总体结构设计
首先进行计算机整机系统模型机数据 通路的设计。在此基础上，进行微操作命 令的设计。根据信息在数据通路中流动、 读取及存储的需要，设计出相应的各种微 操作命令。
例：单总线8位模型机总体结构数据通路 图如下：
第三节 计算机整机系统所需部件设计
对于不具备三态输出的所有器件都采用三态门 来隔离总线
一、时序发生器的设计
例：对于用微程序设计来实现控制部件的 模型机而设计出的时序发生器如下：
时序发生器（timer）提供一个微周期中的八 个电平及脉冲型控制信号，可供整机设计时使 用。
7
43
21
0
操作码
DEST
SRC
其中：DEST为目的地址，SRC为源地址。
二、操作码结构的设计
¾ 模型机指令系统中，应包含传送类指令、相应指令。
¾ 操作码位数的设计可以根据指令条数等需求综合而定 例如，需要设计16条指令，则操作码字段可以设计为
4位，即可以设计有16种不同的操作。
译码法）、分段直接编译法及分段间接编译法等方法。 ¾ 在微程序执行过程中，把每条微指令中表示各个微命令
被选用或不选用的（“1”或“0”）信号，与时序系 统产生的电平、脉冲信号相配合，形成模型机数据通路 中的各个控制信号（微操作命令），以控制整个机器的 运行。
微程序的顺序控制方式的设计
微程序的顺序控制是为了解决当前微指令执行结束 后，如何控制产生后继微指令地址的问题。
……
PC
μIR5·M1 μIR3·M2
IR
M
第六节 微程序设计
¾ 根据指令流程设计出一段相应的微程序，以完成机器指 令的功能。
¾ 单独设计出一段“取指”公共微程序。在执行完每段微 程序（完成一条机器指令功能）后，应转移到“取指” 公共微程序的入口地址（例如：CM“0”号单元），进 行取下一条机器指令的操作。
<1>微程序入口地址的形成 ¾ 公共的“取机器指令”微程序存放到控制存储器
（CM）的0号单元开始的一段控存（CM）空间中。 ¾ 根据IR中机器指令的操作码来形成该机器指令所对应
的一段微程序的入口地址（例如，可以把操作码作为 微程序入口地址的高几位或低几位等）。
<2>后继微地址的形成 ¾ 在微程序执行过程中，主要包括顺序执行和转移执行