袁春风《计算机组成与系统结构》概要
计算机组成原理 [袁春风]chap1
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计算机的结构
南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风
计算机的存储格式
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计算机操作部分流程图
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冯诺依曼结构的主要思想
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非冯诺依曼计算机的发展
! 非冯诺依曼结构的计算机
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公司的机
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同在年出现 与
相比 价格更低 更小巧 因而被称为小型机
! "#"$创造了小型机的概念 并使之成为数 十亿美元的工业 使#%成为了最大的小型 机制造商 主要特点 首次采用总线结构 &'!总线包含了个独立的信号通道 用 以传送控制 地址和数据信号 这种结构具有 高度的灵活性 允许将模块插入总线以形成各 种配置
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计算机的五个发展阶段
计算机时代划分
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问题 计算机的 基本功能是什么 问题 这些基本功 能如何实现
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系列计算机
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IBM公司于1964年研制成功 引入了兼容机
兼容机的特征
计算机组成原理 [袁春风]chap8
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CRT结构图
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8.2.2 显示器
分辨率和灰度级
– CRT荧光屏在水平方向和垂直方向单位长度上能识别 的最大光点数称为分辨率。也即：CRT的分辨率是可 以无重叠显示的最多点数。 – 通常称分辨率为水平和垂直方向的总点数，但更精确 的分辨率定义是在x和y方向上每厘米可绘制的点数 (水平分辨率和垂直分辨率) – 灰度级是指像素点的亮度级差，在彩色显示器中表现 为色彩的差别,即颜色数。真彩色显示器的颜色位数 为： 24位=8位(红)+ 8位(绿)+ 8位(蓝)。 所以颜色数为： 224 。
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ACSII码表
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8.2.1 键盘
键盘输入信息过程
– 按下一个键 – 查出按下的是哪个键 ②线反转法 ①行扫描法(微机系统中应用广) – 将按键位置信息转换为对应的ASCII码，保存到计算机中。
按功能可分为以下两类：
输出设备：
其它：
– 终端设备(键盘+显示器) – 外存储器(磁盘、磁带、光盘)
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8.2 外部设备
外设的通用模型
– 通过电缆与计算机内 部的I/O接口进行数据、 状态和控制信息的传 送。 – 控制逻辑根据控制信 息控制设备的操作， 并检测设备状态。 – 缓冲器用于保存交换 的数据信息。 – 变换器用于在电信号 形式（内部数据）和 其他形式的设备数据 之间进行转换。
(American Standard Code for Information Interchange)
计算机系统基础袁春风
计算机系统基础引言计算机系统是由硬件和软件组成的，是现代社会信息技术的基石。
理解计算机系统的基本原理和工作方式是作为一名计算机科学专业学生的必备技能。
本文将介绍计算机系统的基础知识，包括计算机硬件的组成以及计算机软件的层次结构。
计算机硬件计算机硬件是指计算机系统中的物理设备，包括中央处理器（CPU）、内存、输入设备、输出设备和存储设备等。
下面分别介绍各个硬件组件的功能和作用。
中央处理器（CPU）中央处理器是计算机系统的核心部件，负责执行指令和处理数据。
它包括控制单元和算术逻辑单元。
控制单元负责解析指令并控制程序的执行，而算术逻辑单元负责进行数学和逻辑运算。
内存内存是计算机系统中用于存储程序和数据的地方。
它可以分为主存储器和辅助存储器。
主存储器一般是指随机存取存储器（RAM），它可以快速读写数据，但是断电后数据将会丢失。
辅助存储器一般是指硬盘、固态硬盘和光盘等，它们可以长期保持数据。
输入设备和输出设备输入设备用于将外部信息输入到计算机系统中，常见的输入设备包括键盘、鼠标和扫描仪等。
输出设备则用于将计算机系统中的信息输出给用户，常见的输出设备包括显示器、打印机和音响等。
存储设备存储设备用于存储数据，并且可以长期保存。
常见的存储设备包括硬盘、固态硬盘和光盘等。
计算机软件计算机软件是指计算机系统中的程序和数据。
它可以分为系统软件和应用软件两个层次。
系统软件系统软件是为计算机硬件提供服务的软件。
它包括操作系统、编译器和数据库管理系统等。
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和协调计算机硬件和软件资源的使用。
编译器是将高级语言程序源代码翻译为机器语言的软件。
数据库管理系统是用于管理和组织数据的软件。
应用软件应用软件是为用户提供各种应用功能的软件。
它可以满足用户的特定需求，如文字处理、图像处理和多媒体处理等。
总结计算机系统是由硬件和软件组成的，理解计算机系统的基本构成和工作原理对于学习和使用计算机系统是非常重要的。
计算机组成原理_[袁春风]chap1
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问题1：引入“兼 容机”有什么好处？
有些低端机指令集是高端机的 一个子集，称为“向后兼容”。
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问题2：实现“系 列机”的关键是什 么？
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1.2 计算机发展简史
以后几代（标准、意见不一） （第四代：LSI/VLSI/ULSI 1972～至今）
– 微处理器和半导体存储器的技术发展迅猛，微型计算机出现。
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1.2 计算机发展简史
第二代：晶体管 1958～64年
–元器件：逻辑元件采用晶体管以外，其内存储器由 磁芯构成，磁鼓与磁带成为外存储器。
–特点：变址，浮点运算，多路存储器，I/O处理机， 中央交换结构。 –软件：使用了高级语言，并提供了系统软件。 –代表机种：IBM 7094和DEC PDP-1
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1.2 计算机发展简史
第三代：SSI/MSI 1965～71年
– 元器件：逻辑元件与主存储器均由集成电路实现 。 – 特点：微程序控制，Cache，虚拟存储器，流水线等。 – 代表机种： IBM 360和DEC PDP-8（大型/巨型机与小 型机同时发展 ）
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冯· 诺依曼生平简介
诺依曼 John von Neuman（1903~1957） 美籍匈牙利数学家。 1903 年 12 月 28 日生于布 达佩斯。诺依曼先后入柏林大学和苏黎世技 术学院学习， 1925 年毕业，获化学工程师称 号， 1926 年获布达佩斯大学数学博士学位。 毕业后在德国汉堡大学任教。 1930 年移居美 国，在普林斯顿大学和该校高级研究所工作 。诺依曼 1944 年参加 J· W 莫奇利和 J· P· 埃克脱 领导的“埃尼阿克”（ ENIAC ）计算机研究 工作，在计算机的理论和设计方面发挥了重 要作用。 1945年年中，诺依曼发表了离散变量自动电子计算机“埃德伐克” （EDVAC）计算机设计方案，提出重大革新措施。1946年，他与J· 巴克斯等合作，提出更加完善的计算机设计报告《电子计算机逻辑 设计初探》。它是以 C· E· 仙农提倡的二进制、程序内存以及指令和 数据统一存储为基础，对于现代计算机的发展具有重要的意义。
计算机组成原理 [袁春风]chap4-4
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提供的常用服务
操作系统主要提供下列服务：
– 程序建立：提供各种工具软件，帮助程序员建立程序。这 类软件通常被称为实用程序(utilities) 。 – 程序执行：任务必须通过执行一个程序来完成，例如指令 和数据必须调入主存，I/O设备和文件必须初始化，以及其 他资源必须准备好。所有这些事情都由操作系统处理。 – 访问I/O设备：每个I/O设备需要根据自已特有的指令集或控 制信号进行操作。操作系统负责这些细节功能的实现，因 此程序员只需考虑简单的读和写。 – 控制存取文件：在文件方面，控制包括对I/O设备（磁盘驱 动器、磁带机）的性质以及对存储介质上文件格式的理解， 操作系统考虑这些内容。 – 系统存取：在共享或公共系统中，操作系统控制作为整体 或特定系统资源的
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作业控制语句
$END $LOAD 待编译程序
$FTN $JOB
4.7.1 操作系统概述-发展过程
(3) 复杂的批处理系统 • 同时提交多个作业给系统,可使 CPU时间被充分利用。 利用中断等机制来实现作业之间的切换。
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4.7.2 调度
进程状态及其转换
短项队列 时间到 入主存 初始化 生成进 程控制 块 处理器 空闲 I/O操作 完成等
长项队列
I/O请求 异常
I/O队列
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4.7.2 调度
进程控制块(PCB) Process Control Block -进程状态信息 -进程执行所需信息 队列：等待使用某种资源 的进程等待列表。
解决该问题的方法----紧缩(compaction)技术
计算机组成原理 [袁春风]chap4-1
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SRAM
静态MOS
目前的主 流技术
DRAM
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4.2.1 记忆单元的基本原理
双极型记忆单元电路
• 稳态时 位线S0 S1接+0.5V 字线接+0.3V 使电流流入字线 “0”— T0导通 T1截止 “1”—T1导通 T0截止 • 读写时 字线W上加高电位 表示选中该字 T1管导通 T0管导通 写“1”时 位线S0上同时加高电位 使T0管截止 写“0”时 位线S1上同时加高电位 使T1管截止
第四章 存储系统
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第四章 内部存储器
存储器的基本概念 半导体存储器 多模块存储器 高速缓冲存储器 辅助(外部)存储器 虚拟存储器
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4.1 存储器的基本概念
基本术语 主要性能指标 存储器分类 存储器分级体系结构
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存储器地址寄存器 MAR 存器 存储器数据寄存器 MDR 的寄存器
用于存放主存单元地址的寄 用于存放主存单元中的数据
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4.1 .1 基本术语
存储字 编址单位和传输单位
– 机器字长 运算器中参加运算的寄存器的位数 存储器按机器字长组织的一个“自然”单位 它 – 存储字 的长度一般应等于一个数或指令的位数 但大多数机器并 不是这样 存储芯片中的一个读写单位 – 编址单位 一个存储单元的位数 有的按字编址 有的按 字节编址 等等 – 传输单位 对主存而言 指一次从存储器读出或写入的数 的位数 它可以不等于存储字的长度 也可不等于编址单 位 对外存而言 数据通常按块传输 例如 386/486等 其编址单位为字节 字长为32位 单字位数为16位 但传输单位可以是8/16/24/32位
计算机组成原理袁春风
计算机中数的表示
讲解计算机中负数的表示 方法，如原码、反码、补 码等。
编码的基本概念
阐述编码的定义、分类及 常用编码方法，如ASCII 码、Unicode编码等。
逻辑代数基础
逻辑变量的基本概念
介绍逻辑变量、逻辑函数的基本概念及表示方 法。
主存储器（Main Memory）
位于计算机主机内部，用于存放正在运行的程序和数据。
辅助存储器（Auxiliary Memo…
位于计算机主机外部，容量大、速度慢，用于长期保存信息。
主存储器
随机存取存储器（RAM）
只读存储器（ROM）
可读可写，断电后信息丢失， 用于存放临时数据和程序。
只读不写，断电后信息不丢失 ，用于存放固定程序和数据。
逻辑代数的基本运算
讲解逻辑与、逻辑或、逻辑非等基本运算的定 义、性质及运算规则。
逻辑函数的化简
阐述逻辑函数的化简方法，如公式法、卡诺图法等，以及化简在数字电路设计 中的应用。
门电路与组合逻辑电路
门电路的基本概念
介绍与门、或门、非门等基本门电路的工作原理及特性。
组合逻辑电路的分析与设计
讲解组合逻辑电路的分析方法，如真值表、逻辑表达式等，以及 组合逻辑电路的设计方法，如编码器、译码器、数据选择器等。
固态驱动器（SSD）
采用闪存作为存储介质，具有速度快、 无噪音、抗震动等优点，但价格较高。
网络存储
通过网络连接远程服务器上的存储设 备，具有容量大、可共享等优点，但 速度和安全性受网络影响。
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中央处理器
CPU的功能和组成
控制单元（CU） 负责协调计算机各部件工作，包 括取指、分析指令和执行指令。
计算机组成原理袁春风
计算机组成原理袁春风计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要基础课程，它主要介绍了计算机系统的硬件组成和工作原理。
作为计算机领域的重要基础知识，计算机组成原理的学习对于培养学生的计算机系统分析与设计能力具有重要意义。
首先，计算机组成原理涉及到计算机系统的各个组成部分，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
其中，中央处理器作为计算机系统的核心部件，负责执行程序指令和进行数据处理，是整个计算机系统的“大脑”。
而存储器则用于存储程序和数据，包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）等，它们在计算机系统中起着临时存储和永久存储的作用。
此外，输入输出设备则负责与外部环境进行信息交换，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
其次，计算机组成原理还涉及到计算机系统的工作原理和数据传输方式。
在计算机系统中，数据的传输是通过总线进行的，它包括地址总线、数据总线和控制总线等。
地址总线用于传输地址信息，数据总线用于传输数据信息，控制总线用于传输控制信号。
通过这些总线的协同工作，计算机系统能够实现对数据的传输和处理，从而完成各种计算任务。
此外，计算机组成原理还包括指令系统的设计和实现。
指令系统是计算机系统中的重要组成部分，它定义了计算机能够执行的指令集合和指令的格式，包括数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令等。
通过指令系统的设计和实现，计算机系统能够实现对程序的执行和控制，从而完成各种计算任务。
总的来说，计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要基础课程，它主要介绍了计算机系统的硬件组成和工作原理。
通过学习计算机组成原理，可以帮助学生深入理解计算机系统的工作原理，培养他们的计算机系统分析与设计能力，为他们今后的学习和工作打下坚实的基础。
同时，计算机组成原理也是计算机科学与技术专业的一门重要学科，它与计算机组成与设计、计算机体系结构等学科有着密切的联系，共同构成了计算机科学与技术专业的重要知识体系。
袁春风计算机组成原理第三版
袁春风计算机组成原理第三版计算机组成原理是计算机科学与技术专业中一门重要的基础课程，它涉及计算机的硬件和软件两个方面，是理解计算机工作原理和设计的基础。
袁春风编写的《计算机组成原理》第三版是该领域的经典教材，本文将从不同角度介绍这本教材的内容和特点。
袁春风计算机组成原理第三版对计算机系统的层次结构进行了详细的介绍。
他从高层次到低层次，分别介绍了应用程序、操作系统、编译系统和硬件系统之间的关系。
通过这种层次结构的介绍，读者可以清晰地了解到计算机系统是如何由不同层次的模块组成的，以及这些模块之间是如何相互作用的。
袁春风计算机组成原理第三版对计算机的基本组成部分进行了详细的介绍。
他从处理器、存储器、输入输出设备和总线等方面，逐一介绍了它们的功能和工作原理。
通过这些介绍，读者可以了解到计算机系统是如何通过这些组件来完成各种任务的。
袁春风计算机组成原理第三版还介绍了计算机的指令系统和执行过程。
他详细介绍了指令的格式、寻址方式以及指令的执行过程。
通过这些介绍，读者可以了解到计算机是如何执行指令的，以及指令是如何与硬件系统相互作用的。
在讲解计算机的指令系统和执行过程之后，袁春风计算机组成原理第三版着重介绍了计算机的运算器和控制器。
他详细介绍了运算器的功能和运算过程，以及控制器的功能和控制过程。
通过这些介绍，读者可以了解到计算机是如何进行运算和控制的。
袁春风计算机组成原理第三版还介绍了计算机的存储器系统。
他详细介绍了存储器的层次结构和存储器的组织方式，以及存储器的读写过程。
通过这些介绍，读者可以了解到计算机是如何进行数据的存储和读写的。
袁春风计算机组成原理第三版还介绍了计算机的输入输出系统。
他详细介绍了输入输出设备的种类和功能，以及输入输出的方式和过程。
通过这些介绍，读者可以了解到计算机是如何与外部设备进行数据交换的。
袁春风计算机组成原理第三版是一本内容详实、条理清晰的教材。
它系统地介绍了计算机系统的层次结构、基本组成部分、指令系统和执行过程、运算器和控制器、存储器系统以及输入输出系统。
计算机系统基础袁春风教学大纲
计算机系统基础袁春风教学大纲计算机系统基础袁春风教学大纲课程名称：计算机系统基础教师：袁春风一、课程概述本课程介绍计算机系统的基本原理和组成部分，培养学生对计算机系统的整体理解和基本操作能力。
通过理论授课、实验实践和案例分析，使学生掌握计算机系统的基本概念、组成结构、运行原理和应用技术。
二、教学目标1. 掌握计算机系统的概念、组成和工作原理。
2. 熟悉计算机硬件和软件的基本组成部分。
3. 了解计算机的运行机制和体系结构。
4. 学习计算机系统的操作和维护技术。
三、教学内容及进度安排1. 概述与基本概念（2周）- 计算机系统的定义与层次结构- 计算机硬件与软件的基本概念- 计算机系统的工作原理2. 计算机硬件体系结构（4周）- CPU与内存的结构与功能- 输入输出设备及其接口- 存储系统与磁盘管理- 中断系统与总线技术3. 计算机软件与操作系统（4周）- 操作系统的概念与分类- 进程管理与调度算法- 内存管理与虚拟存储技术- 文件系统与磁盘调度4. 计算机网络与通信系统（3周）- 计算机网络的基本概念与分类- 网络协议与分层结构- 数据链路层与网络层协议- 传输层与应用层协议5. 计算机系统的安全与性能优化（2周）- 计算机系统的安全与漏洞分析- 性能优化的基本原则与方法- 系统调试与故障排除技术四、教学方法与评价方式1. 教学方法：理论授课、案例分析、实验实践、小组讨论等多种教学手段相结合，注重理论与实践的结合。
2. 评价方式：包括平时成绩、实验报告、课堂表现、期末考试等多项评估指标，综合评价学生对课程内容的理解与应用能力。
以上是计算机系统基础袁春风教学大纲的内容安排，希望通过本课程的学习，学生能够全面了解和掌握计算机系统的基本原理和操作技术，为进一步的计算机专业学习奠定坚实的基础。
计算机组成原理 [袁春风]chap4-2
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特点
– 容易实现 但不够灵活 Cache存储空间得不到充分利用 例如 需将主存第0块与第16块同时复制到Cache中时 由 于它们都只能复制到Cache第0槽 即使Cache其它槽空闲 也有一个主存块不能写入Cache 这样就会产生频繁的 Cache装入
26 南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风
基于程序访问的局部性使访存要求快速响应
– 如果在CPU和主存之间设置一个快速小容量的存储器 其 中总是存放最活跃 被频繁访问 的程序块和数据 CPU 访问这些程序或数据时 就不必访问主存 而直接从这个 高速缓存中取得 这样便使得CPU和主存速度匹配起来了
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程序局部性原理图
为什么引入Cache能 达到快速访问的目的
–主要是基于程序访问 的局部化性质
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南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风
4.4.2 Cache的工作原理
在主存-Cache存储体系中 所有的程序和数据都在主存中 Cache中只存放主存一部分程序块和数据的副本 主存由多达2n个可寻址的字组成 每个字有唯一的n位地址 为了实现映射 我们把这个存储器看成由许多定长的块(block) 组成 每块有K个字 即有L=2n K个字块 Cache由M个槽 (slot)组成 每个槽有K个字 槽(或称为行line)的数量远远小 于主存储器块的数目 在任何时侯 存储器中的几个块驻留 在Cache的槽中 如果要读取存储块中的某个字 则整个块 被传送到Cache的一个槽中 由于块数多于槽数 所以单个 的槽不能久久地被某块专用 因此 每个槽有一个标记(tag) 用来识别当前存储的是哪个块 这个标记通常是主存储器地 址的一部分
南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风
袁春风计算机组成原理
袁春风计算机组成原理《袁春风计算机组成原理》我呀，一提到袁春风的《计算机组成原理》这本书，那可真是有一肚子的话要说。
最开始接触这本书的时候，心里直犯嘀咕，想着这计算机组成原理得多难懂啊。
就像面对一个神秘的黑盒子，感觉里面全是各种复杂得让人头疼的东西。
可是呢，当我真的翻开这本书，就发现它有点像一个特别耐心的老师在给你讲故事。
书里讲那些计算机的硬件组成部分，什么CPU啊，内存啊，就像在介绍一群性格各异的小伙伴。
CPU就像是大脑，聪明又快速地处理各种信息，一刻都停不下来。
内存呢，就像是一个小仓库，有时候还会丢三落四的，要是数据存太多了，就可能闹点小乱子。
我记得有一次看关于指令系统的部分，那一条条指令就像魔法咒语一样。
当时就在想，这计算机可真听话啊，让它干啥就干啥，只要按照这些指令来。
我还试着自己在纸上模拟计算机执行指令的过程呢，那过程就像玩一个特别烧脑的解谜游戏。
有时候搞错了顺序，就像走错了迷宫的路，得重新再来。
而且这本书里的例子都特别接地气。
不像有些书，净说些高大上的理论，让人云里雾里的。
袁春风这本书就像是知道我们这些初学者容易犯迷糊，总是用一些简单易懂的例子。
比如说用生活中的快递寄送来类比数据传输，从发货地到收货地，就像数据从一个部件传输到另一个部件，中间可能会遇到堵车（网络拥堵），也可能会丢件（数据丢失）。
在学习的过程中，也不是一帆风顺的。
有时候看那些复杂的电路图，眼睛都看花了，感觉那些线路就像一团乱麻。
但是呢，回头再看看书里的解释，咬咬牙，再仔细琢磨琢磨，又好像能看出点门道来。
就像在黑暗中摸索，突然找到了一盏小灯。
这本书就像一个宝藏，每次看都能发现新的东西。
它陪着我一点点地揭开计算机组成原理这个神秘面纱。
从最开始对计算机内部结构的一无所知，到现在能大概说出个一二三来，袁春风的《计算机组成原理》可是功不可没啊。
现在回想起来，这本书就像一个老朋友，虽然有时候会让我抓耳挠腮，但更多的是带给我满满的收获。
袁春风《计算机组成与系统结构》概要PPT课件
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Chapter6 指令流水线
P232习题 2(1)
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Chapter7 存储器分层体系结构
7.1存储器概述 • 存储器的容量，如何由引脚图推出其容量。 • 图7.2存储器层次结构 7.2 半导体RAM • 存储器芯片的内部结构，P241图7.6 7.3存储芯片的扩展 • 三种扩展方式
P23习题： 1.-透明性的定义 5,6,9,10
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Chapter2 数据的表示
2.1数制和编码 • 二八十六进制的转换 • 原码，补码，反码，移码 2.2整数的表示 • 无符号数与有符号数的转换，表2.2 2.3实数的表示 •浮点数的规格化 •IEEE754标准(float，double)
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Chapter1 计算机系统概述
1.1计算机的发展历程
1.2计算机系统的基本组成
1.3计算机系统的层次结构
• 翻译程序及其分类
• ISA定义
• 计算机系统的层次化结构，P12图1.8
1.4程序开发与执行过程
1.5计算机性能评价
• 计算机性能的定义
• CPI，MIPS的定义及计算
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1
Chapter1 计算机系统概述
Chapter2 数据的表示
2.4十进制数的表示
• ASCII码
2.5非数值数据的编码表示
• 8421码
2.6数据的宽度和存储
Hale Waihona Puke • 大端方式和小端方式2.7数据校验码
• 码距的定义及计算
• 奇偶校验码
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Chapter2 数据的表示
整理计算机组成与系统结构课后答案免费版全(清华大学出版社-袁春风主编)
《计算JUNE 2021机组成与系统结构》教学大整理人尼克知识改变命运《计算机组成与系统结构》教学大纲教学大纲说明1.本课程的地位、作用和任务《计算机组成与系统结构》是计算机专业本科生的一门指定性必修课程。
通过本课程的学习让学生掌握计算机组成与系统结构的基本概念、基本原理、基本算法、基本结构和分析方法。
二、本课程的教学基本要求熟练掌握计算机的基本组成部件、部件分类及实现方法、基本算法，理解流水线的基本原理，了解超标量处理机、超级流水线处理机和超字长处理机、向量处理机、阵列处理机，最后达到对计算机的工作过程的原理非常清楚，能够分析计算机的性能。
教学内容一、课程的理论教学内容第一章计算机系统结构的基本概念教学内容:1.计算机系统层次结构2.系统结构、组成与实现的定义3.系统结构、组成与实现的三者关系4.计算机系统结构的分类5.计算机系统设计的定量原理6.计算机系统结构的评价标准6.高性能技术教学要求:1.熟练掌握内容:计算机系统层次结构，系统结构定义，计算机组成定义，计算机实现定义，系统结构、组成与实现的三者关系，透明性，Amdahl定律，CPU性能公式，局部性原理，MIPS定义，MFLOPS 定义。
2.掌握内容:系统结构分类，冯·诺依曼计算机特征。
3.了解内容:计算机系统结构的发展，价格、应用、VLSI和算法对系统结构的影响。
第二章计算机的逻辑部件教学内容：1.逻辑操作及基本公式2.化简3.逻辑门实现4.组合时序电路5.阵列逻辑电路教学要求：复习学生已学过的内容，介绍阵列逻辑，熟练掌握加法器原理，可编程阵列逻辑。
第三章运算方法与运算部件教学内容：1、数据的表示表示方法2、触发器的结构与原理3、加法器与乘法器的实现4、原码、反码、补码等各种编码方法。
教学要求：1.熟练掌握内容数据的表示表示方法，原码、反码、补码等各种编码方法。
2、掌握内容:触发器的结构与原理，加法器与乘法器的实现。
第四章存储系统教学内容:1 存储系统原理2 交叉访问存储器3 Cache 存储器4 虚拟存储器教学要求:1.熟练掌握内容:存储系统的定义,存储系统的性能参数, 地址映象与变换方法, 替换算法, Cache 存储器工作原理,虚拟存储器工作原理。
计算机组成原理 [袁春风]chap3
![计算机组成原理 [袁春风]chap3](https://img.taocdn.com/s3/m/164dad186c175f0e7cd137cc.png)
8位全先行进位加法器
A7 A0 B7 B0 进位生成/传递部件 P7 P1 P0 G7 G1 G0
3ty
8位 CLA部件
C0
P1 C1 P0 C0
2ty
C8
P7 C7 求和部件 S7 S1 S0 和的总延迟：3+2+3=8ty；进位C8的延迟：3+2=5ty
9
3ty
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3.2.2 行波进位ALU
一个n位ALU可以由n个一位ALU串行构成。 这种ALU称为行波进位ALU（Ripple-Carry ALU）。
全加逻辑方程：(i=0,1,…n)
Si=ai⊕bi⊕Ci Ci+1=aibi+(ai+bi)Ci （延迟为2ty） 上述进位逻辑与下列逻辑等价。 Ci+1=aibi+(ai⊕bi)Ci （延迟为5ty） 下面是一个4位行波进位ALU。
（书上提的上溢和下溢的概念用于浮点数溢出，特此说明）
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3.3 定点加减运算
2 补码加/减法器 由上述规则可知，补码加减法器只要在原无符 号加法器的基础上增加 “求负数补码”的电路和“溢出检查”电路。 ① 无符号加法器（可实现补码加法） 实现无符号数A和B相加， 和数S 考虑低位进位C0，生成和 Cn C0 数S和向高位的进位Cn。 加法器
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3.3 定点加减运算
举例：采用8位加法器（即：n=8）用变形补码计算。 例3：x=+101100(+44) y=+100101(+37) ，x+y=? 解：[x]补=00 101100 [y]补=00 100101 00 101100 [x+y]补=01 010001 （溢出） + 00 100101 第一符号是真符。说明和为正数。 01 010001 “01”表示正溢出。 两符相异，结果溢出 （+81> +63 (00 1111112) ） 例4：x=-101100 (-44) y=-100101 (-37) ，x+y=? 解：[x]补=11 010100 [-y]补=11 011011 [x+y]补= 10 101111 （溢出） 11 010100 第一符号是真符。说明和为负数。 +11 011011 110 101111 “10”表示负溢出。 （-81< -64 (11 0000002) ） 两符相异，结果溢出
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2.1 数据、信息和媒体
国际标准化组织(ISO)对数据所下的定义是： “数据是对事实、概念或指令的一种特殊表达形式，这种 特殊的表达形式可以用人工的方式或者用自动化的装臵进 行通信、翻译转换或者进行加工处理。” 在计算机内部，数字、文字、图画、声音、活动
图象等的―特殊的表达形式” 就是二进制编码形式。 故在计算机系统中所指的数据，均是以二进制编 码形式出现的。 数据分为数值型数据和非数值型数据。
常用二进制数的权值
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2.3.1 进位计数制
R进制数字系统 一般地说，在某个数字系统中，若采用R个基本符号（0， 1，2，．．．，R-1）表示各位上的数字，则称其为基R数 制，或称R进制数字系统，R被称为该数字系统的基，采 用“逢R进一”的运算规则，对于每一个数位i，其该位上 的权为R i。 在计算机系统中，常用的几种进位计数制有下列几种： 二进制 R=2, 基本符号为0和1 八进制 R=8, 基本符号为0,1,2,3,4,5,6,7 十六进制 R=16, 基本符号为0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F 十进制 R=10, 基本符号为0,1,2,3,4,5,6,7,8,9
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2.3.1 进位计数制
1、十进制系统
一般地，任意一个十进制数： D=dndn-1 ... d1d0 . d-1d-2 ... d-m (m,n为正整数)
其值应为：V(D) = dnx10n + dn-1x10n-1 + ...+ d1x101 + d0 x100 + d-1 x10-1 + d-2 x10-2+...+d-m x10-m
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7.3.1 总线的基本概念
• 总线的数据传输方式 总线的数据传输方式有：串行、并行
– 串行传输：在数据线上按位进行传输，只需一根数据线，线 路成本低，适合于远距离数据传输。
• 连接慢速设备 、近年也出现了中高速串行总线。如：P1394，可传 输多媒体信息。 • 波特率：每秒钟通过信道传输的码元数.也称码元传输速率，单位为 位/秒（b/s）。 • 可分为同步和异步两种方式。
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7.3.2 总线设计要素- 总线裁决-集中式
常用的集中裁决方式有以下三种： 菊花链查询、计数器定时查询、独立请求 (1)菊花链查询方式
基本思想：总线上有三根线用于总线控制（BS-总线忙、BR-总线请求、 BG-总线允许）。BG从最高优先权的设备依次向最低优先权的设备串 行相连。如果BG到达的设备有总线请求，则BG信号就不再往下传，该 设备建立总线忙BS信号，表示它已获得了总线使用权。 优点：① 简单，只需几根线就能按一定优先次序实现总线裁决。 ② 易扩充设备。 缺点：① 不能保证公正性，即低优先级请求可能永远得不到允许。 ② 对电路故障敏感，即设备故障会影响到后面设备的操作。 ③ 菊花链的使用限制了总线速度（习题4）。
– 总线标准
• ISA / EISA / VL / PCI / VME / Multibus
– 总线结构
• 单总线结构 / 多总线结构
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7.1 计算机的部件和功能
部件的互连 部件的外部特征 部件的功能
• CPU ：指令执行和数据加工 • MM ：存放指令和数据 • I/O：输入数据和指令，输出运算结果
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Chapter3 运算方法和运算部件
P104习题 2.(2)(3) 7.(1) 12
Chapter4 指令系统
Chapter7 存储器分层体系结构
P288习题 2(4)(5)(9)(10) 5 13
Chapter8 互联及输入输出组织
8.1外部设备的分类 8.2输入设备和输出设备 8.3外部存储设备 8.4外设与CPU、主存的互联 • 总线及其分类 8.5 I/O接口 • I/O接口的定义 • I/O接口的通用结构(P318图8.15) • I/O端口的定义及其编址方式
4.1指令格式设计 4.2指令系统设计 • 寻址方式的定义及分类 • 扩展操作码编码，P115 例4.1
Chapter4 指令系统
P139习题 2(4) 4 6
Chapter5 中央处理器
5.1CPU概述 • 数据通路的定义 • P144图5.1 CPU基本组成原理图 • 数据通路的组成 (P144最下面一段) • 基于单总线数据通路的四种基本操作的控
2.4十进制数的表示 • ASCII码 2.5非数值数据的编码表示 • 8421码 2.6数据的宽度和存储 • 大端方式和小端方式 2.7数据校验码 • 码距的定义及计算 • 奇偶校验码
Chapter2 数据的表示
P62习题 2.(1)(3)(5) 7,9,12,16,17,18
Chapter3 运算方法和运算部件
Chapter8 互联及输入输出组织
8.6 I/O数据传送控制方式 • 三种方式及其比较（P332-333） • 中断优先级的动态分配（P331例8.3）
Chapter8 互联及输入输出组织
P345习题 13
Chapter6 指令流水线
P232习题 2(1)
Chapter7 存储器分层体系结构
7.1存储器概述 • 存储器的容量，如何由引脚图推出其容量。 • 图7.2存储器层次结构 7.2 半导体RAM • 存储器芯片的内部结构，P241图7.6 7.3存储芯片的扩展 • 三种扩展方式
Chapter7 存储器分层体系结构
7.6Cache • 程序访问的局部性及其分类 • Cache-主存系统的平均访问时间(P256中的
公式) • 三种映射方式 • 替换算法，特别是LRU • Cache的一致性问题(两种写操作)
Chapter7 存储器分层体系结构
7.7虚拟存储器 • 虚拟地址空间的概念 • 三种虚拟存储器实现形式
Chapter1 计算机系统概述
1.1计算机的发展历程 1.2计算机系统的基本组成 1.3计算机系统的层次结构 • 翻译程序及其分类 • ISA定义 • 计算机系统的层次化结构，P12图1.8 1.4程序开发与执行过程 1.5计算机性能评价 • 计算机性能的定义 • CPI，MIPS的定义及计算
Chapter1 计算机系统概述
P23习题： 1.-透明性的定义 5,6,9,10ຫໍສະໝຸດ Chapter2 数据的表示
2.1数制和编码 • 二八十六进制的转换 • 原码，补码，反码，移码 2.2整数的表示 • 无符号数与有符号数的转换，表2.2 2.3实数的表示 •浮点数的规格化 •IEEE754标准(float，double)
Chapter2 数据的表示
制时序。
5.5异常和中断处理 • 内部异常和外部中断的定义 • 异常处理包含哪两个步骤？
Chapter5 中央处理器
P191习题 2(3)
Chapter6 指令流水线
6.1流水线概述 • 流水线的定义 6.2流水线处理器的实现 • 11条MIPS指定统一按照LW指令划分为5个功
能段 6.3流水线冒险及其处理 • 流水线冒险的定义 • 三种流水线冒险的定义及其解决方法