计算机组成原理(1)——清华大学

Control
Datapath
Memory
Computer
计算机组成
Von Neumann Machine
Processor
Datapath
Memory I/O
Bus-Based Computer
Anatomy of a Modern PC
Multiprocessors
IBM ASCI White: 8K processors, 13 Tflops
– Memory – I/O
Intel Pentium
什么是计算机？
• Datapath: 完成算术和逻辑 运算，通常包括其中的寄 存器。 • Control: CPU的组成部分， 它根据程序指令来指挥 Input datapath， memory以及I/O 运行，共同完成程序功能。 • Memory: 存放运行时程序 及其所需要的数据的场所。 Output • Input: 信息进入计算机的 设备，如键盘、鼠标等。 • Output: 将计算结构展示给 用户的设备，如显示器、 磁盘、打印机、喇叭等。
计算机里有什么？
什么是计算机？
• 构成计算机的基 础理论大部分已 经有50年了。 • 目前，计算机的 关键部件也没有 大的改变
– CPU
• Data Path • Controller
– Memory – I/O
什么是计算机？
• 功能部件
– CPU
• Data Path • Controller
计算机剖析
计算机系统 计算机结构 计算机处理器
设备制造
逻辑设计 电路（VLSI）设计
计算机剖析（续）
计算机系统 计算机结构 计算机处理器
高级语言
汇编语言
机器语言
计算机组成原理
Levels of Representation
High Level Language Program (e.g., C)
计算机组成原理
第一单元 第一讲 学习目的和方法 计算机发展简史
学习目的
• 了解计算机的组成
– 五大组成部件
• 掌握计算机的运行原理
– 计算机为什么能执行高级语言程序
• 掌握现代计算机中的一些核心技术
– 流水、Cache、并行
• 培养设计计算机的技能 • 提高编程能力 • 成为计算机科学家、计算机专家
计算机组成
Compiler
Assembly Language Program (e.g.,MIPS) Assembler Machine Language Program (MIPS)
0($2) 4($2) 0($2) 4($2)
1010 0000 0101 1100 1111 1001 1000 0110 0101 1100 0000 1010 1000 0110 1001 1111
计算机组成原理
教学小组成员：
王诚 教授 wangch@tsinghua.edu.cn
刘卫东
宋佳兴
副教授
老师
liuwd@tsinghua.edu.cn
jxsong@tsinghua.edu.cn
网上课程：http://learn.tsinghua.edu.cn
办公室：东主楼9区409
电话：81446
答疑时间：Thursday, 4:00~5:00pm
MBiblioteka Baiduchine Interpretation
Control Signal Specification
° °
A Six-Level Computer
Multilevel Machine
Evolution of Multilevel Machines
• • • • • Bare hardware Microprogramming Operating system Compilers Hardware / software interface
主要教学内容
• • • • • 计算机的层次结构 运算器的功能、组成和基本运行原理 控制器的功能、组成和运行原理 存储器及层次存储器系统 输入/输出设备和总线
学习目标
• • • • • 掌握单台计算机的完整硬件组成 基本运行原理 内部运行机制 了解计算机系统的最新发展 达到能独立设计一台完整计算机的水平。
• 参考书目
– 《结构化计算机组成》 刘卫东 徐恪译 机械工业出版社 – Computer Organization & Design The hardware/software interface 机械工业出版社 – Computer organization and architecture Designing for performance 清华大学出版社 – 《计算机组成与结构》王爱英编 第3版 清华大学出版社 – http://www.stanford.edu/class/ee182 – http://www.csl.cornell.edu/courses/ececs314/
temp = v[k]; v[k] = v[k+1]; v[k+1] = temp;
lw $to, lw $t1, sw$t1, sw$t0,
0000 1010 1100 0101 1001 1111 0110 1000 1100 0101 1010 0000 0110 1000 1111 1001
– – – Simple ISA CISC RISC
学习方法
• • • • • • • 课堂讲授 阅读参考资料 思考 完成实验 习题和实验报告 讨论和总结 考试
考评办法
• • • • 课堂讨论 习题和作业 实验和报告 考试
教材和参考书
• 教材
– 《计算机组成与设计》 王诚著 清华大学出版社 – 《计算机组成与设计实验指导》 王诚著 清华大学出版社