计算机组成原理数字电路基础
计算机专业课程 物理
计算机专业课程物理计算机专业课程中的物理引言计算机专业课程中的物理是计算机科学与工程领域中的一门重要学科。
物理作为自然科学的一部分，研究物质的运动、变化和相互作用规律，对于计算机专业的学生来说，掌握一定的物理知识是非常必要的。
本文将介绍计算机专业课程中涉及的物理内容以及其在计算机领域的应用。
1. 电路基础在计算机硬件方面，电路基础是计算机专业课程中物理的重要组成部分。
学生需要学习电路的基本原理、电压、电流、电阻等概念，了解电路中的各种元器件（例如电阻、电容、电感等）的特性和作用。
通过学习电路基础，学生能够理解计算机硬件中的电路结构，掌握电路设计和故障排除的方法，为后续的学习和工作打下基础。
2. 数字电子技术数字电子技术是计算机专业课程中的重要内容之一。
学生需要学习数字电子技术的基本原理和概念，包括数字信号与模拟信号的区别、数字电路的设计与实现、逻辑门电路的应用等。
通过学习数字电子技术，学生能够理解计算机中数字信号的处理和传输方式，掌握数字电路的设计和优化方法，为计算机系统的设计和开发提供支持。
3. 计算机组成原理计算机组成原理是计算机专业课程中物理的重要分支。
学生需要学习计算机的基本组成结构，包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等，并了解它们之间的工作原理和相互关系。
通过学习计算机组成原理，学生能够深入了解计算机的内部结构和工作原理，为计算机系统的设计、优化和故障排除提供基础。
4. 计算机网络计算机网络是计算机专业课程中的重要内容之一。
学生需要学习计算机网络的基本原理和概念，包括网络拓扑结构、通信协议、网络设备等。
通过学习计算机网络，学生能够了解计算机之间的通信方式和协议，掌握网络的设计和配置方法，为网络系统的建设和管理提供支持。
5. 数据通信数据通信是计算机专业课程中物理的重要组成部分。
学生需要学习数据通信的基本原理和技术，包括数据编码、调制解调、传输介质等。
通过学习数据通信，学生能够了解数据在计算机系统中的传输方式和原理，掌握数据通信的设计和优化方法，为数据传输的可靠性和效率提供支持。
907计算机基础与数字电路参考书目
907计算机基础与数字电路参考书目当涉及到计算机基础与数字电路这一领域的学习时，选择合适的参考书目是非常重要的。
它们可以帮助我们深入理解计算机的工作原理、数字电路的设计和实现等核心概念。
下面是一些值得推荐的参考书目，它们涵盖了广泛的主题，旨在为您提供全面和深入的知识。
1.《计算机组成原理》（原书第5版）- 作者：David A. Patterson、John L. Hennessy这本书是计算机体系结构领域的经典之作。
它详细介绍了计算机的组成与结构，包括数字逻辑、指令集体系结构、流水线设计等，是学习计算机基础的必读之物。
2.《数字逻辑与计算机设计》（原书第2版）- 作者：M. Morris Mano、Charles R. Kime该书讲解了数字逻辑的基础知识以及如何将其应用于计算机设计。
它涵盖了逻辑门、组合逻辑电路、时序逻辑电路等内容，并提供了大量的示例和习题供读者练习。
3.《计算机组成与设计：硬件/软件接口》（原书第5版）- 作者：David A. Patterson、John L. Hennessy这本书着重介绍了计算机系统的硬件和软件接口。
它讨论了指令集体系结构、微体系结构、存储器层次结构、I/O 接口等重要概念，并提供了实践性的案例分析。
4.《数字设计和计算机体系结构》- 作者：David Money Harris、Sarah L. Harris本书集中讨论了数字设计、计算机体系结构和组合逻辑等主题。
它深入介绍了数字电路的设计方法，包括布尔代数、逻辑门、时序逻辑、组合逻辑等，并提供了丰富的实例和实验帮助读者更好地理解知识。
5.《数字系统设计与VHDL》（原书第2版）- 作者：Mark Zwolinski这本书提供了关于数字系统设计和VHDL（硬件描述语言）的详细讲解。
它包含了数字系统设计的基础概念以及如何使用VHDL进行设计、仿真和测试的实践技巧。
6.《计算机体系结构：量化研究方法》（原书第6版）- 作者：John L. Hennessy、David A. Patterson该书是计算机体系结构领域的经典教材之一。
计算机组成原理02计算机的逻辑部件
算决定的。
（2）逻辑函数的表示方法
逻辑表达式——由逻辑变量和与、或、非三种运算符 所构成的表达式
真值表——将输入逻辑变量的各种可能取值和相应的 函数值排列在一起而组成的表格。
逻辑图——用规定的图形符号来表示逻辑函数运算关 系的网络图形。
运算法则： 0·0=0，0·1=0，1·0=0，1·1=1
2、逻辑代数中的三种基本运算——或运算
决定某一事件发生的所有条件中，只要有一个或一个以上的条 件具备，这一事件就会发生，这种因果关系称为或逻辑。
A +U
B
F
或逻辑真值表
A
B
F
0
0
0
0
1
1
A ≥1 F
B A
F B
F AB 或F A B
卡诺图——是一种几何图形，主要用来化简逻辑函数 表达式。
波形图——用电平的高、低变化动态表示逻辑变量值 变化的图形。
硬件描述语言——采用硬件描述语言来描述逻辑函数 并进行逻辑设计的方法。目前应用最为广泛的有 ABLE-HDL、VHDL等。
逻辑表达式
逻辑表达式的书写及省略规则：
（1）进行非运算可不加括号。例如，A、A B等 （2）与运算符一般可省略。例如，A • B可写成AB （3）在一个表达式中，如果既有与运算，又有或运算，则按先与后或 的规则省去括号。例如，（A • B）（C • D）可写成AB CD （4）由于与运算和或运算都满足结合律，因此，(A B) C或A （B C）
直观明了。输入变量取值一旦确定之后，即可在 真值表中查出相应的函数值。
把一个实际逻辑问题抽象成为数学问题时，使用 真值表是最方便的。
计算机组成原理》课程标准
计算机组成原理》课程标准计算机组成原理》课程标准一、课程基本情况课程名称：计算机组成原理适用专业：计算机应用专业课程性质：专业核心课程计划学时：60学时二、制定课程标准的依据本课程教学标准依据中职计算机应用专业的专业教学标准中的人才培养目标和培养规格以及对计算机组成原理课程教学目标要求而制定，用于指导计算机组成原理课程教学和课程建设。
三、课程性质本课程是计算机应用专业的一门专业核心课程。
通过介绍计算机硬件基本结构、工作原理和分析设计方法等方面的知识，培养学生对计算机的整机概念有较完整清晰的认识，对计算机的硬件结构有深刻的理解和对硬件的分析与设计方法有一定的认识。
同时也为研究后续课程打下一定的基础。
四、本课程与前续课程和后续课程的关系本课程研究和训练之前，学生应已修完如下课程：计算机应用基础、数字电路，而他的后续课程是计算机系统结构、计算机组成原理。
本课程在他的前续课程和后续课程之间起到了纽带的作用。
五、课程的教育目标1．知识、能力目标知道《计算机组成原理》这门学科的性质、地位和独立价值；理解计算机系统的五大组成部件的概念、功能以及整机的工作原理；理解数值数据的表示方法、运算器的计算方法，了解非数值数据的表示方法和常用编码；理解各个部件的组成结构和基本功能；掌握基本的定点数的加、减运算和实现的基本逻辑电路框图以及浮点数的表示方法；掌握指令的概念、功能以及指令的各种寻址方式和指令类型；知道存储器层次结构和主存系统的设计方法；掌握CPU的功能及组成；理解几种常见的外围设备的信息交换方式；了解常用的外围设备和使用方法；理解组合逻辑控制器和微程序控制器的基本的设计和分析方法。
2．方法、过程目标通过本课程的研究，培养学生通过计算机组成原理实验，进一步理解计算机内部的工作原理及计算机整机系统的基本设计和分析方法，具备一定的专业知识技能。
通过“完整工作过程”的研究和体验，培养学生分析问题、解决问题的能力和团结、协作的团队精神。
数字技术工程师考试科目
数字技术工程师考试科目数字技术工程师考试科目涵盖了广泛的领域，要求考生熟悉和掌握多种数字技术相关的知识。
以下是数字技术工程师考试科目的相关参考内容：1. 数字电路：数字电路是数字技术的基础，考生需要掌握数字电路的基本原理和设计方法。
内容包括逻辑门电路、时序电路、计数器、触发器等。
考生需要了解数字电路的基本组成单元、布尔代数、真值表和Karnaugh图的应用，以及逻辑门电路的组合和分析方法。
2. 计算机组成原理：这部分内容主要关注计算机硬件方面的知识，包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等。
考生需要了解各个部件的功能和工作原理，掌握指令系统、指令的执行过程、数据通路和控制单元的设计等知识。
3. 数据结构与算法：数据结构是计算机组织和管理数据的方式，算法是解决实际问题的一系列计算步骤。
考生需要了解常见的数据结构，如栈、队列、链表、树等，以及它们在算法设计中的应用。
重点内容包括递归、排序算法、查找算法和图算法等。
4. 操作系统：操作系统是计算机系统的核心软件，把计算机硬件和应用程序连接起来。
考生需要了解操作系统的基本原理、功能和特点，包括进程管理、内存管理、文件系统管理、输入输出管理等知识。
还需要掌握常见的操作系统，如Windows、Linux等的安装、配置和管理方法。
5. 软件工程：软件工程是将工程原理和方法应用于软件开发的学科。
考生需要了解软件开发的基本过程和方法，如需求分析、设计、编码、测试、维护等。
另外，还需要了解软件配置管理、软件度量和质量保证等知识。
6. 数据库系统：数据库是存储和管理数据的系统，数据库系统是指管理数据库的软件和硬件。
考生需要了解数据库的基本概念、数据模型和关系模型，以及关系数据库的设计、查询和优化技术。
还需要掌握SQL语言的使用和数据库管理系统（DBMS）的配置和管理方法。
7. 网络技术：网络技术是计算机科学与通信技术的结合，用于实现计算机之间的信息交流和资源共享。
数字电路与计算机组成原理课程的关系(一)
数字电路与计算机组成原理课程的关系(一)
数字电路与计算机组成原理课程的关系
1. 介绍
•数字电路和计算机组成原理是计算机科学与技术专业中非常重要的两门课程。
•这两门课程紧密相关，并相互依赖，共同构建了计算机系统的基础。
2. 数字电路
•数字电路是数字系统的核心组成部分，负责处理数字信号。
•数字电路课程主要涵盖数字电路的基本原理、设计、分析和实现方法。
•学习数字电路可以帮助学生理解数字系统的基本工作原理，包括逻辑门、触发器、计数器等。
3. 计算机组成原理
•计算机组成原理是研究计算机硬件和软件之间相互关系的一门课程。
•计算机组成原理课程主要涵盖计算机系统的层次结构、指令集体系结构、存储器体系、输入输出等方面的内容。
•学习计算机组成原理可以帮助学生了解计算机系统的基本组成和工作原理，包括中央处理器、存储器、输入输出设备等。
4. 关系
•数字电路和计算机组成原理是相辅相成的关系。
•数字电路提供了计算机系统的基础实现，计算机组成原理则对数字电路的组成和工作原理进行了深入的研究和探讨。
•学习数字电路可以帮助学生理解计算机组成原理中的硬件实现细节，而学习计算机组成原理可以巩固和应用数字电路的知识。
5. 总结
•数字电路和计算机组成原理是计算机科学与技术专业的两门重要课程，它们紧密相连，相互促进。
•学习数字电路和计算机组成原理可以帮助学生全面理解计算机系统的工作原理和组成结构，为进一步深入学习计算机相关领域打下坚实的基础。
数字逻辑与计算机组成原理
数字逻辑与计算机组成原理数字逻辑和计算机组成原理是计算机科学中非常重要的两个学科，它们涉及到计算机硬件的设计、逻辑电路的实现以及计算机的组成和工作原理。
数字逻辑主要关注数字信号的处理和逻辑运算，而计算机组成原理则着眼于计算机内部各个部件的组成和相互协作。
一、数字逻辑1.1 逻辑门逻辑门是数字逻辑中的最基本组成部分，它通过将输入信号按照逻辑运算规则进行处理，生成输出信号。
常见的逻辑门包括与门、或门、非门、异或门等。
这些逻辑门可以通过晶体管、集成电路等电子器件来实现。
1.2 组合逻辑电路组合逻辑电路由多个逻辑门组成，用于实现特定的逻辑功能。
在组合逻辑电路中，输入信号即时产生输出信号，不受过去输入组合的影响。
常见的组合逻辑电路有译码器、编码器、多路选择器等。
1.3 时序逻辑电路时序逻辑电路是基于组合逻辑电路的基础上加入了时钟信号的逻辑电路。
它不仅根据输入信号产生输出信号，还受到时钟信号的控制。
时序逻辑电路常用于存储器、寄存器、时序器等的设计。
二、计算机组成原理2.1 计算机的基本组成计算机由中央处理器（CPU）、存储器（内存）、输入设备、输出设备以及各种外部设备组成。
中央处理器是计算机的核心，负责进行各种运算和控制操作。
存储器用于存储程序和数据，可以分为主存储器和辅助存储器。
2.2 指令执行过程计算机的指令执行过程包括取指令、译码指令、执行指令和写回结果四个阶段。
取指令阶段从主存储器中读取指令，并将其送入指令寄存器。
译码指令阶段对指令进行译码，确定其操作类型和操作数。
执行指令阶段根据指令的操作类型进行相应的运算。
最后，在写回结果阶段将运算结果写入存储器或寄存器。
2.3 数据通路与控制器计算机的数据通路用于传输和处理数据，包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器、数据总线等部件。
控制器负责控制数据通路和各个部件的工作，根据指令的要求生成控制信号。
三、数字逻辑与计算机组成原理的关系数字逻辑和计算机组成原理密切相关，二者相互依存。
芯片设计需要的知识点
芯片设计需要的知识点芯片设计是一门复杂而精密的工程，需要掌握多个知识领域的基础和专业知识。
本文将介绍芯片设计所需的主要知识点，以帮助初学者理解和入门芯片设计。
一、电子学基础知识1.1 电路理论：芯片设计离不开电路理论的基础，掌握电流、电压、电阻等基本概念，了解欧姆定律、基尔霍夫定律等电路理论原理。
1.2 逻辑电路：理解逻辑门电路，如与门、或门、非门等，了解组合逻辑和时序逻辑电路的设计方法。
1.3 模拟电路：了解模拟电路设计原理，如放大电路、滤波电路等，熟悉常见的放大器、滤波器等电路的设计和特性。
二、计算机体系结构知识2.1 计算机组成原理：了解计算机的基本组成部分，如中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等，熟悉计算机指令和指令的执行过程。
2.2 微处理器架构：掌握微处理器的工作原理和内部结构，了解CPU的指令系统、寄存器、流水线等。
2.3 性能优化：了解性能优化的方法和技术，如流水线设计、指令级并行等，能够通过对芯片结构和设计的优化来提高芯片的性能。
三、数字电路设计知识3.1 布尔代数和逻辑门：掌握布尔代数的基本原理，了解与门、或门、非门等基本逻辑门的特性和应用。
3.2 状态机设计：理解有限状态机的概念和设计方法，熟悉状态图、状态转移表等状态机的表示方法。
3.3 时序逻辑设计：了解时钟信号、触发器、时序逻辑电路的设计和应用，能够进行时序逻辑的设计和分析。
四、模拟电路设计知识4.1 放大器设计：熟悉各种放大电路的设计和特性，如低频放大器、高频放大器等。
4.2 滤波器设计：了解滤波器的设计原理和常见的滤波器类型，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
4.3 数据转换器设计：了解模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的设计原理和性能指标，能够进行数据转换器的设计和优化。
五、集成电路设计知识5.1 CMOS工艺：了解CMOS工艺的原理和制程流程，熟悉CMOS器件的特性和参数。
5.2 器件模型：理解器件模型的建立和使用，如MOS模型、BJT模型等，能够进行器件级的仿真和验证。
计算机组成原理目录
计算机组成原理目录
一、基本概念和术语
1.计算机组成原理概述
2.计算机硬件和软件的关系
3.信息的表示和处理
4.计算机的运行原理
二、数字逻辑电路基础
1.布尔代数和逻辑门
2.组合逻辑电路
3.时序逻辑电路
4.存储器和寄存器
三、计算机的指令系统和运算
1.指令的表示和执行
2.数据的表示和运算
3.控制逻辑和控制单元
四、存储器和存储器层次结构
1.存储器的分类和特性
2.主存储器和辅助存储器
3.存储器的层次结构和存取方法
4.存储器的高速缓存和虚拟存储器
五、输入和输出设备
1.输入和输出设备的分类和特性
2.输入设备的接口和数据采集
3.输出设备的接口和数据显示
4.输入输出设备的控制和通信
六、总线和通信
1.计算机系统中的总线
2.总线的分类和特性
3.总线的传输方式和速度
4.总线的控制和仲裁
七、处理器的结构和设计原理
1.处理器的功能和组成
2.数据通路和控制单元的设计
3.内部寄存器和处理器的运行状态
4.处理器的性能评价和优化技术
八、计算机体系结构和指令集
1.计算机的级别和体系结构
2.CISC和RISC的比较
3.指令集的设计和实现
4.多核处理器和并行计算
九、系统总线和I/O设备接口
1.系统总线的结构和功能
2.总线的控制和仲裁机制
3.I/O设备的接口和通信
4.DMA和中断处理机制
十、计算机性能评价和提高技术
1.计算机性能的度量和评价
2.程序的优化和并行化技术
3.存储器层次结构的优化
4.编译器的优化技术。
计算机专业课程体系介绍（含学习顺序）（精选5篇）
计算机专业课程体系介绍（含学习顺序）（精选5篇）第一篇：计算机专业课程体系介绍(含学习顺序)基础方面：（应该无需解释啦）⒈ 高等数学⒉ 线性代数⒊ 复变函数与积分变换⒊ 概率统计硬件方面：（最终应该达到可以看懂并分析电路图；可以设计专用计算机系统的程度）⒈ 电路分析基础一切电子方向的基础⒉ 模拟电子技术基础一切电子方向的基础（开始分化方向）⒊ 数字电子技术基础数字电子（计算机）专业的基础⒋ 计算机组成原理抽象的数字电子的“可以用来计算的机器”的大原理⒌ 微机原理及接口技术基于8086的PC微型计算机系统的原理⒌ IBM PC汇编语言程序设计 8086CPU指令系统程序设计⒌ 计算机系统与结构抽象的数字电子计算机系统（非单指计算机）的原理⒌ 单片机及接口技术单芯片计算机系统的基本原理⒍（计算机）信号与系统从数字电路角度理解的计算机系统的接口与通讯软件方面：（最终应该达到可以阅读并分析程序（不单指源码）；可以设计计算机程序系统）⒈ 离散数学⒈ C语言程序设计或 C++面向对象程序设计或 Pascall语言程序设计⒉ 数据结构计算机中数据的组织与管理方式（启发式，非结论式）⒊ 计算方法计算机数值计算提高计算精度的方法⒋ 操作系统计算机系统基础管理软件的组成与实现技术⒌ 编译原理从源码到可执行代码的翻译过程快速有效的实现方法⒍ 数据库系统概论计算机中大批量数据的管理与检索方法⒍ SQL Server数据库一个具体的数据库系统的应用⒍ 软件工程从工程管理的角度来管理“软件制造业”的方法其它方向：（电子）信号与系统通信原理计算机网络TCP/IP技术分布式应用原理图形学多媒体技术基础计算机专业课程自学参考有人说,计算机专业的人编的程序要比非计算机专业的人编的要好.也许这是在大多数情况下适用的,但是并不是绝对的.你在这个方面经验比别人多,研究的比别人深入,那你就比别人专业,所以要相信自己.我本不是计算机专业的,但是本专业也学过许多计算机课程.准备把没学的补补.下面是计算机专业课程,供大家自学参考,当然这些都是基础.一:离散数学，数据结构，计算机组成原理，汇编语言程序设计，面向对象技术，数据通信原理，数字电路与逻辑设计，程序设计课程设计，数据结构课程设计，计算机组成原理试验，数字电路与逻辑设计试验，计算机文化基础，计算机程序设计，线性代数A，概率论与数理统计B，普通物理B，电路电子学数据库系统，操作系统，计算机网络，计算机系统结构，光通信技术，嵌入式系统设计，Internet与web编程，Cisio/Solaris网络体系设计与实现，综合布线系统编译原理，数字系统设计VHDL，信号与系统，微机系统与接口技术，数字信号处理，软件工程，IT项目管理，七号信令系统，电子商务概论，多媒体技术，UNIX操作系统，计算机信息安全移动通信，卫星通信，计算机系统维护技术二:第二篇：计算机课程体系(学习顺序)基础方面：（应该无需解释啦）⒈ 高等数学⒉ 线性代数⒊ 复变函数与积分变换⒊ 概率统计硬件方面：（最终应该达到可以看懂并分析电路图；可以设计专用计算机系统的程度）⒈ 电路分析基础一切电子方向的基础⒉ 模拟电子技术基础一切电子方向的基础（开始分化方向）⒊ 数字电子技术基础数字电子（计算机）专业的基础⒋ 计算机组成原理抽象的数字电子的“可以用来计算的机器”的大原理⒌ 微机原理及接口技术基于8086的PC微型计算机系统的原理⒌ IBM PC汇编语言程序设计 8086CPU指令系统程序设计⒌ 计算机系统与结构抽象的数字电子计算机系统（非单指计算机）的原理⒌ 单片机及接口技术单芯片计算机系统的基本原理⒍（计算机）信号与系统从数字电路角度理解的计算机系统的接口与通讯软件方面：（最终应该达到可以阅读并分析程序（不单指源码）；可以设计计算机程序系统）⒈ 离散数学⒈ C语言程序设计或 C++面向对象程序设计或 Pascall语言程序设计⒉ 数据结构计算机中数据的组织与管理方式（启发式，非结论式）⒊ 计算方法计算机数值计算提高计算精度的方法⒋ 操作系统计算机系统基础管理软件的组成与实现技术⒌ 编译原理从源码到可执行代码的翻译过程快速有效的实现方法⒍ 数据库系统概论计算机中大批量数据的管理与检索方法⒍ SQL Server数据库一个具体的数据库系统的应用⒍ 软件工程从工程管理的角度来管理“软件制造业”的方法其它方向：（电子）信号与系统通信原理计算机网络 TCP/IP技术分布式应用原理图形学多媒体技术基础离散数学，数据结构，计算机组成原理，汇编语言程序设计，面向对象技术，数据通信原理，数字电路与逻辑设计，程序设计课程设计，数据结构课程设计，计算机组成原理试验，数字电路与逻辑设计试验，计算机文化基础，计算机程序设计，线性代数A，概率论与数理统计B，普通物理B，电路电子学数据库系统，操作系统，计算机网络，计算机系统结构，光通信技术，嵌入式系统设计，Internet与web编程，Cisio/Solaris网络体系设计与实现，综合布线系统很多朋友可能跟我一样，想学习计算机专业知识，又没机会接受正规的大学计算机教育。
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。
05
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 大纲
计算机组成原理大纲
一、计算机组成原理概述
1. 计算机组成原理的定义和目标
2. 计算机的基本组成部分和功能
二、数字电路基础
1. 逻辑门和布尔代数
2. 组合逻辑电路和时序逻辑电路
三、数字系统与算术运算
1. 进位制和数字编码
2. 布尔代数运算和逻辑运算
3. 二进制加法器和减法器
4. 乘法器和除法器
四、存储器和存储系统
1. 存储器层次结构
2. RAM和ROM存储器
3. 高速缓存和虚拟存储器
五、指令集体系结构
1. CISC和RISC体系结构
2. 数据表示方法和指令格式
3. 寻址方式和数据处理指令
六、中央处理单元（CPU）
1. 控制单元和存储器单元
2. 指令执行过程和数据通路
3. 流水线技术和乱序执行
七、输入输出系统
1. 输入输出设备和接口
2. 数据传输和数据交换方式
3. 中断和异常处理
八、总线和通信
1. 总线的基本概念和分类
2. 总线传输方式和时序控制
3. 总线错误控制和总线仲裁
九、计算机性能评价和优化
1. 计算机性能指标
2. 提高计算机性能的方法
3. 并行计算和分布式计算
十、计算机安全与可靠性
1. 计算机系统的安全威胁
2. 安全措施和安全策略
3. 可靠性评估和故障处理。
计算机组成原理(本全)ppt课件
定点数的加减法实现
通过硬件电路实现定点数的加减法，包括加 法器、减法器等。
浮点数的加减运算
浮点数的表示方法
包括IEEE 754标准中浮点数的表示方法、规格化表示 和精度。
浮点数的加减法规则
包括阶码和尾数的运算规则、对阶操作、尾数加减运 算和结果规格化等。
浮点数的加减法实现
通过硬件电路实现浮点数的加减法，包括浮点加法器 、浮点减法器等。
指令的执行过程与周期
指令执行过程
取指、译码、执行、访存、写回等阶段 。
VS
指令周期
完成一条指令所需的时间，包括取指周期 、间址周期、执行周期等。
07
中央处理器（CPU）
CPU的功能与组成
控制器
负责指令的取指、译码和执行，控制 数据和指令在CPU内部的流动。
运算器
执行算术和逻辑运算，包括加、减、 乘、除、与、或、非等操作。
多核处理器与并行计算
多核处理器
将多个处理器核心集成在一个芯片上，每个核心可以独立执行指令，提高处理器的并行 处理能力。
并行计算
利用多核处理器或多个处理器同时处理多个任务或数据，加速计算过程，提高计算效率 。
08
输入输出系统
I/O接口与I/O设备
I/O接口的功能
实现主机与外设之间的信息交换，包括数据 缓冲、信号转换、设备选择等。
乘法与除法运算
浮点数的乘除法运算
包括浮点数的乘法、除法和平方根运算等。
定点数的乘除法运算
包括原码一位乘法、补码一位乘法、原码除 法和补码除法等。
乘除法运算的实现
通过硬件组成与设计
运算器的基本组成
包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器组、数据总线等。
运算器的设计原则
数字技术工程师考试科目
数字技术工程师考试科目
数字技术工程师考试科目通常包括以下内容：
1. 数字电路与逻辑设计：涵盖数字电路基础原理、逻辑门电路、组合逻辑和时序逻辑设计等方面的知识。
2. 计算机组成原理：包括计算机硬件组成、指令系统、存储器层次结构、I/O接口等内容。
3. 微处理器原理与接口技术：涵盖微处理器的工作原理、指令集体系结构、总线控制和接口技术等方面的知识。
4. 嵌入式系统设计与应用：包括嵌入式系统的设计方法、嵌入式软件开发、外设接口与驱动程序设计等内容。
5. VHDL/Verilog硬件描述语言：学习硬件描述语言的基础知识，能够使用VHDL或Verilog进行数字电路的设计和仿真。
6. 数字信号处理：掌握离散时间信号和系统、快速傅里叶变换（FFT）、数字滤波器设计等知识。
7. 通信原理与网络技术：学习通信原理的基本概念和技术，了解网络协议、局域网和广域网的组网技术。
8. 单片机技术与应用：学习各种常见单片机的原理、编程和应用，了解嵌入式系统中的单片机相关技术。
这些科目覆盖了数字技术工程师所需的基础理论知识与实践应用能力。
具体考试科目可能因国家或地区的要求而有所不同，以上仅为一般性参考。
计算机组成原理前置课程
计算机组成原理前置课程
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，对于
想要深入了解计算机硬件体系结构和原理的学生来说是必修的一门课程。
在学习计算机组成原理前，要有一定的基础知识，包括：
1. 编程语言：计算机组成原理课程中会使用汇编语言进行讲解，因此学生需要掌握一门编程语言，例如C语言或Java语言。
2. 数字电路：数字电路是计算机组成原理的一个重要前置知识，它是计算机内部电路的基础。
学生需要学习数字电路的基本概念、逻
辑门电路、时序电路等内容。
3. 数据结构：计算机组成原理课程中会使用到各种数据结构，
例如数组、链表、栈、队列等，因此学生需要在学习计算机组成原理前，对数据结构有一定的了解。
4. 操作系统：操作系统是计算机系统的核心，理解操作系统的
原理和机制有助于提高对计算机组成原理的理解。
除了上述基础知识，学生还需要具备良好的数学和物理基础，包
括高等数学、线性代数、离散数学、物理学等。
只有具备了这些基础
知识，学生才能更好地理解计算机组成原理课程中的各种概念和原理。
数字电路与计算机组成原理课程的关系(二)
数字电路与计算机组成原理课程的关系(二)数字电路与计算机组成原理课程的关系1. 数字电路与计算机组成原理的定义•数字电路是指由逻辑门和触发器等基本逻辑电路组成的电子系统，用于处理和存储数字信号。
•计算机组成原理是指计算机硬件系统的组成和工作原理，包括处理器、存储器、控制器等。
2. 数字电路与计算机组成原理的联系•数字电路是计算机组成原理中的基础组成部分，它通过逻辑门和触发器等元件实现了计算机的基本逻辑运算和数据存储功能。
•计算机组成原理进一步扩展了数字电路的概念，涵盖了整个计算机硬件系统的设计和实现。
3. 数字电路与计算机组成原理的相互作用•数字电路的设计和实现是计算机组成原理的基础，通过学习数字电路的原理和设计方法，可以更好地理解计算机组成原理中的各个模块，并能够进行合理的系统设计。
•同时，计算机组成原理的研究和实践也为数字电路的发展提供了指导和支持，在计算机组成原理的指导下，数字电路的设计和实现可以更好地满足计算机系统的需求。
4. 数字电路与计算机组成原理的重要性•数字电路是计算机系统的基础，无论是嵌入式系统还是超级计算机，都离不开数字电路的支持。
•计算机组成原理则是计算机科学与技术的核心学科之一，它研究的是如何设计和实现高效可靠的计算机系统。
5. 数字电路与计算机组成原理的发展趋势•随着科学技术的进步和计算机应用的不断扩展，数字电路的规模和复杂度越来越大，计算机组成原理也在不断地发展和演变。
•数字电路设计和计算机组成原理的研究将会更加注重硬件与软件的协同设计，以实现更高性能和更低功耗的计算机系统。
通过对数字电路与计算机组成原理的关系进行简述，可以清晰地认识到它们之间相辅相成的联系。
在学习和实践中，我们应注重理论和实际应用的结合，以提高对数字电路与计算机组成原理的理解和应用能力。
数字电路与计算机组成原理
数字电路与计算机组成原理电子与电气工程是一门涉及电子技术和电力工程的学科，它的研究领域包括了从电路设计到电力系统的各个方面。
其中，数字电路与计算机组成原理是电子与电气工程中的重要分支，它研究了数字电路的设计与实现以及计算机硬件的组成原理。
数字电路是一种利用数字信号进行信息处理的电路。
与模拟电路不同，数字电路采用离散的信号表示信息，通过逻辑门、触发器等基本元件进行逻辑运算和状态存储。
数字电路的设计与实现是计算机科学和电子工程的基础，它直接影响着计算机的性能和功能。
在数字电路中，计算机组成原理是一个关键的概念。
计算机组成原理研究了计算机硬件的组成与工作原理，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
它关注的是如何将计算机的功能划分为不同的模块，并通过适当的接口和控制信号实现它们之间的协同工作。
数字电路与计算机组成原理的研究内容主要包括以下几个方面：1. 逻辑门与逻辑电路设计：逻辑门是数字电路的基本元件，包括与门、或门、非门等。
通过逻辑门的组合，可以构成各种复杂的逻辑电路，如加法器、比较器等。
逻辑电路的设计是数字电路的核心内容之一，它涉及到逻辑函数的表示与化简、逻辑门的选择与优化等问题。
2. 触发器与时序电路设计：触发器是一种用于存储和传输状态信息的数字电路元件。
它可以在时钟信号的控制下，根据输入信号的变化来改变输出状态。
时序电路是由多个触发器组成的，它用于实现各种时序逻辑功能，如计数器、定时器等。
触发器与时序电路的设计是数字电路中的重要内容，它涉及到时序逻辑的分析与设计、时钟信号的生成与分配等问题。
3. 存储器与存储系统设计：存储器是计算机中用于存储数据和程序的设备，它包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）等。
存储器的设计与实现是数字电路中的关键问题，它涉及到存储器的容量、速度、可靠性等方面的考虑。
存储系统设计还包括缓存、虚拟存储器等技术，用于提高计算机的运行效率和存储容量。
4. 中央处理器与指令系统设计：中央处理器是计算机的核心部件，它负责执行程序中的指令，进行算术逻辑运算和数据传输等操作。
计算机组成原理基础
计算机组成原理基础
计算机组成原理是研究计算机硬件和软件之间关系的学科。
它涉及到计算机的各个组成部分，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
计算机组成原理的基础是数字电路和逻辑门电路的原理。
数字电路是计算机组成原理的基础，它使用二进制表示信息，通过逻辑门电路来实现各种功能。
逻辑门电路包括与门、或门、非门等，它们可以进行逻辑运算，并输出结果。
在计算机组成原理中，中央处理器（CPU）是核心部件。
它包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元和寄存器等。
ALU负责
进行算术和逻辑运算，控制单元负责控制和协调计算机的各个部件，寄存器用于存储临时数据。
存储器是计算机的重要组成部分，用于存储数据和指令。
存储器分为主存储器和辅助存储器。
主存储器是计算机与外部设备进行数据交换的地方，它通常是随机存取存储器（RAM）。
辅助存储器是用于长期存储数据的设备，如硬盘、光盘等。
输入输出设备是计算机与外部世界进行信息交互的接口。
输入设备用于将外部数据转换为计算机可以识别的形式，如键盘、鼠标等。
输出设备用于将计算机处理后的数据转换为人类可以理解的形式，如显示器、打印机等。
计算机组成原理还涉及到指令周期、时钟频率、总线等概念。
指令周期是CPU执行一条指令所需要的时间，时钟频率是指
CPU中时钟发生的次数，在时钟周期内完成一次操作。
总线是计算机各个组件之间进行数据传输的通道。
计算机组成原理的研究对于理解计算机的工作原理和提高计算机系统性能具有重要意义。
它不仅涉及到硬件的设计和实现，也涉及到软件的编写和优化。
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3 逻辑门电路
实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的电 子电路统称为逻辑门电路，它们是组成数字系统 的基本单元电路。 由二极管与门和 输入和输出端
三极管非门串接 而成
都用三极管
门 电 路
分立元件门电路
灵活、适应性好 体积大、耗电高、故障率高
双极型集成门（DTL、TTL） 集成门电路
体积小、耗电低、重 量轻、可靠性高、成 本低、使用方便
代入、反演和对偶规则
代入规则
在任何一个包含逻辑变量A的等式中，如果用另一
1
个函数式F代入式中A的位置，则等式仍然成立； 例 B(A+C)=BA+BC，若A→(D+E)得： B[(D+E)+C]=B(D+E)+BC=BD+BE+BC
反演规则
规则：对逻辑表达式F当中的
运算符：与→或；或→与
2） 反向特性
2
二极管在反向电压 UR 作用下，处于截止状态， 反向电阻很大，反向电流 IR 很小（将其称为反向饱 和电流，用 IS 表示，通常可忽略不计 ），二极管的 状态类似于开关断开。而且反向电压在一定范围内变 化基本不引起反向电流的变化。
注意事项： ● 正向导通时可能因电流过大而导致二极管烧坏。组成 实际电路时通常要串接一只电阻 R，以限制二极管的正向电 流； ● 反向电压超过某个极限值时，将使反向电流IR突然猛 增，致使二极管被击穿（通常将该反向电压极限值称为反向击 穿电压UBR），一般不允许反向电压超过此值。
布尔代数已经成为分析和设计数字逻辑电路的基础和
有力工具，又称为逻辑代数。
逻辑函数
1
利用“函数－变量（自变量、因变量）”关系描
述逻辑代数之间的关系 例：
十字路口的车辆与交通指挥灯F=(R,Y,G) 任意具有因果关系的逻辑变量F=(A1,A2,„An)
逻辑函数的表达方式
逻辑表达式 用逻辑运算符将关系表达式或逻辑量连接起来的式子
正逻辑与负逻辑
正逻辑
用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑0
3
负逻辑
用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0
运算的表示 最基本的表示——真值表
1. 逻辑函数与真值表
例：给定函数F=(A,B)，两个自
A 0
B 0
F 0
变量，共有四种取值组合： F(0,0)=0；F(0,1)=0； F(1,0)=1；F(1,1)=1； 三个自变量，有八种取值组合
0
1 1
1
0 1
0
1 1
2. 基本逻辑运算——与运算 “·”
A
0 0 1 1
1
B
0 1 0 1
F
0 0 0 1
定义：当一逻辑事件发生的所有条件全部具备
后，该逻辑事件才发生，这种关系称为与逻辑
3. 基本逻辑运算——或运算 “+”
A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 F 0 1 1 1
1
定义：当一逻辑事件发生的所有条件中只要有 一个条件得到满足，该逻辑事件就会发生，这 种关系称为或逻辑
2
4、二极管动态特性
二极管的动态特性是指二极管在导通与截止两种
状态转换过程中的特性，它表现在完成两种状态 之间的转换需要一定的时间。为此，引入了反向 恢复时间和开通时间的概念。 反向恢复时间：二极管从正向导通到反向截止所 需要的时间称为反向恢复时间。 开通时间：二极管从反向截止到正向导通的时间 称为开通时间。 二极管的开通时间很短，对开关速度影响很小， 相对反向恢复时间而言几乎可以忽略不计。
MOS集成门
NMOS PMOS CMOS
一、数字逻辑信号和电信号的关系
逻辑
3
用符号0和1来表示幅度，称为逻辑0和逻辑1
用电信号表达逻辑信号的方式 脉冲——以脉冲有无表示逻辑1/0 脉位——以脉冲边沿相距远近表示逻辑1/0 电流——以电流大小表示逻辑 如用模拟电路当中的4～20mA电流环电流值表示 电压（幅度）—— 以电压波形表示逻辑 电压界限取决于具体器件 高电压（波形），也称高电平，对应逻辑1 低电压（波形），或无电压，称为低电平，对应 逻辑0
1） 正向特性
2
门槛电压 ( UTH ) ： 使二极管开始导通的正向 iD(mA) 电压，有时又称为导通电 反向击穿电压 压 (一般锗管约0.1V，硅 UBR 管约0.5V)。 uD(V) ★正向电压 UF ≤ UTH ： 0 0.5 0.7 管子截止，电阻很 门坎电压Uth 大、正向电流 IF 接近于 0， 二极管 硅 PN 结伏安特性 类似于开关的断开 状态 ； ★正向电压 UF = UTH ：管子开始导通，正向电流 IF 上升； ★正向电压 UF ＞UTH (一般锗管为0.3V，硅管为0.7V) ：管 子充分导通， 电阻很小，正向电流IF 急剧增加，二极 管类似于开关的接通状态。
2
二极管内部结构 电流Ι
在4价的硅材料中加进5 价或5价以上的金属制成 的材料（里面有可以移 动的带负电荷的电子）
二极管图形符号
2、二极管静态特性（伏安特性）
iD(mA)
2
UBR
uD(V) 0 0.5 0.7
硅 PN 结伏安特性
静态特性是指二极管在导通和截止两种 稳定状态下的特性。典型二极管的静态特性 曲线(又称伏安特性曲线) 。
输入特性曲线
输入回路实质是一个PN结，其输入特性基本 等同于二极管的伏安特性。
3、双极型三极管输出特性
饱和区 ic(mA)
2
放大区
0 uces 截止区
iB=0mA A uce(V)
放大状态：发射结正偏，集电结反偏；ube>uTh， ubc<0；起放大作用； 截止状态：发射结、集电极均反偏，ubc<0V，ube<0V；一般地， ube<0.5V时， ib0，ic0；三极管呈高阻抗，类似于开关断开； 饱和状态：发射结、集电极均正偏； ube>VTh， ubc>0；深度饱和状态 下，饱和压降UCEs 约为0.2V，三极管呈现低阻抗，类似于开关接通。
3、动态特性
2
MOS管本身导通和截止时电荷积累和消散时间很小。
动态特性主要取决于电路中杂散电容充、放电所需时间。
1. 当电压ui由高变低，MOS管由导通转换为截止 时，电源UDD通过RD向杂散电容CL充电，充电时间常 数τ1 = RDCL。 2. 当电压ui由低变高，MOS管由截止转换为导通 时，杂散电容CL 上的电荷通过rDS 进行放电，其放电 时间常数τ2≈rDSCL。 因为rDS 比RD 小得多，因此，由截止到导通的转 换时间比由导通到截止的转换时间要短。
2
开启电压
当uGS＜UT：MOS管工作在截止区，漏源电流IDS基本为0，输
出电压uDS ≈UDD，MOS管处于“断开”状态;
当uGS ＞UT ： MOS管工作在导通区，漏源电流iDS=UDD/(RD +
rDS)。其中，rDS为 MOS 管导通时的漏源电阻。 输出电压UDS=UDD ·rDS /(RD+rDS), 若rDS＜＜RD， 则uDS≈ 0V，MOS管处于“接通”状态。
数字电路与逻辑 设计基础
余晓容
主要内容
1 2 3 4
逻辑函数 半导体器件的开关特性 逻辑门电路 组合逻辑电路及其应用
5 触发器
6 计算机中常用的逻辑电路 作业
1 逻辑函数
一、基本概念
逻辑代数 1847年George Boole提出描述客观事务逻辑关系的 布尔代数； 1938年Claude E.Shannon将布尔代数用于设计开关 电路；
存在着电荷的建立与消失过程。因此，两种状 态的转换也需要一定的时间才能完成。
开通时间：三极管从截止状态到饱和状态所需
要的时间。
关闭时间
：三极管从饱和状态到截止状态所 需要的时间。
内容回顾
iD(mA)
UBR
uD(V) 0 0.5 0.7
硅 PN 结伏安特性
二极管图形符号
内容回顾
D U 0 R R R
变量：原变量→反变量；反变量→原变量 常量：0→1；1→0
1
得到：表达式F
注意：
1. 保持原来的运算优先顺序 2. 对于反变量以外的非号应保留不变
对偶规则
对偶式
对逻辑表达式F当中的
运算符：与→或；或→与 常量：0→1；1→0
1
得到对偶式F’
相等的逻辑函数，对偶式也相等
例：证明A+BC=(A+B)(A+C) 对偶式为：左边=A(B+C)；右边=AB+AC 由分配律知A(B+C)=AB+AC，故得证
关闭
断开
(a)
(b)
(c)
二极管开关电路及其等效电路
内容回顾
内容回顾
四、MOS管
1、MOS管结构
2
MOS管是金属—氧化物—半导体场效应管的简称。 （Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor） 由于只有多数载流子参与导电，故也称为单极型三极管。
真值表
逻辑图 卡诺图
表征逻辑事件输入和输出之间全部可能状态的表格
主要用二进制逻辑单元图形符号所绘制的电路简图 逻辑函数的一种图形表示，将逻辑函数的最小项表达 式中的各最小项相应地填入一个方格图内。
二、基本逻辑运算
逻辑值 0、1 —— 代表两种不同的状态
逻辑变量 逻辑运算
1
逻辑代数
三种基本运算（与、或、非）的组合
三、晶体三极管
1、双极型三极管结构
2
晶体三极管由集电结和发射结两个PN结构成。
根据两个PN结的偏置极性，三极管有截止、放 大、饱和3种工作状态。