计算机组成与结构课程简介

④ 学习态度（5%）
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七、课程导引
计算机系统结构（Computer Architecture）是从 外部来研究计算机系统的一门学科。 主要研究软件、硬件功能分配和对软件硬件 界面的确定，即哪些功能由软件完成，哪些由硬 件完成。 研究的对象主要包括：数据表示、寻址方式、 指令系统、中断系统、存储系统、输入输出系统、 流水线处理机、超标量处理机、互连网络、向量 处理机和并行处理机等。
第四单元：由教材的第九章、第十章组成， 介绍几种常用的输入输出设备的功能与组成，目 标是I/O系统，包括数据传送方式（中断方式、 DMA方式）、通用接口和总线的结构与功能。
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教学内容组织
第五单元：即教材第十一章，重点介 绍超级标量处理机、超级流水线处理 机和超长指令字处理机、向量处理机、 阵列处理机和多处理机的系统结构。
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计算机硬件系统
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计算机硬件系统
运算器
运算器是计算机中对数据进行处理的部件， 其主要功能包括： 1、执行数值型数据的算术加、减、乘、除运算，
执行逻辑数据的与、或、非运算， 由ALU完成 2、暂时存放参加运算的数据和中间结果， 由多个通用寄存器来承担
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计算机硬件系统
控制器
运算器
控制器是计算机中控制执行指令的部件
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课程导引
计算机组成（Computer Organization）是从计 算机系统的内部来研究计算机构成的，是计算机 系统结构的逻辑实现。 主要内容包括：运算方法、CPU组成、主存 储器和输入输出设备、输入输出接口等的逻辑设 计。
计算机实现：计算机组成的物理实现，包括CPU 主存等部件的物理结构，硬件的集成度和速度、 信号传输，电源、冷却、装配等技术以及有关的 制造技术和工艺等。
第二单元：教材的第五章、第六章，以控制 器的功能、组成与设计为主进行讲解，其中指令 格式、指令系统、寻址方式等为本单元的基础知 识。控制器是目标。
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教学内容组织
第三单元：由教材第四章、第七章和第八章 组成，以多层存储器的组成与运行原理，设计与 实现方法为主进行讲解，三种存储器（cache、 主存、辅存）所用的存储介质及运行原理为基础 知识，他们组成的存储系统为目标。
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计算机硬件系统
控制器
运算器
cache 主存 辅存
输入设备
输入设备是向计算
机输入程序和数据的设 备，通过接口和总线与 主机相联，用于人机交 互。例如：鼠标、键盘 等等。
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计算机硬件系统
控制器 cache 主存 辅存
运算器 输入设备
输出设备
输出设备是计算
机用来送出计算机内
部信息的设备。例如： 显示器、打印机等等。
一、教材
教材：计算机组成与结构 第四版 王爱英主编 （清华大学出版社）
习题集：教材后 参考书：计算机组成原理
白中英 编
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二、时间安排 本课程共88学时，其中讲授72，实
验12学时
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三、教学内容
计算机组成原理课程大纲规定： 讲解单台计算机的完整硬件系统的基本组成
原理与内部运行机制和系统结构的基本概念和基 本理论 。
1、正确执行每条指令：
①取指令
②分析指令
③执行指令
2、控制程序和数据的输入与结果输出
3、对异常情况和某些请求的处理
控制器向计算机各部件提供每一时刻协同运 行所需要的控制信号
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计算机硬件系统
控制器 存储器系统
cache 主存 辅存
运算器
由cache、主存、辅存 组成的三层存储器系统， 用来存放数据和程序等 信息，是计算机系统的 一个子系统，每一层所 用的存储介质各不相同。 分三章来讲解。
常见问题
1、该课程重要吗？ 2、该课程难吗？ 3、怎么学？ 4、考试好过吗？
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课程类别：专业基础课 课程性质：必修 考研占45分 软件水平考试必考 其他课程的基础
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一、教 材 二、时间安排 三、教学内容 四、计算机硬件系统 五、教学内容组织 六、教学环节与成绩评定 七、课程导引
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六、教学环节与成绩评定
1、理论教学 72学时。
要求：课前预习 不无故缺课、迟到、课堂不讲话。
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2、平时成绩（20%）实验成绩（20%）
① 实验（20%） 12学时，共6个实验，每个实验2分。 ② 课外作业（10%）
要求：认真、独立完成，不得抄袭。
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③ 考勤（5%）
旷课一次扣3分，迟到一次扣1分；无故缺课 10%、缺课1/3或无故缺1/3作业、实验者取消考 试资格。
单台：非多机系统，非多处理机结构 基本：不一定是最高性能、最合理的组合，而是
最基础的、必要的组成部分 完整：计算机的全部的、基本的硬件功能部件
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四、计算机硬件系统
包括：
cpu
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运算器 控制器
{Hale Waihona Puke Cache存储系统 主存储器 辅助存储器
{ I/O系统
输入设备 输出设备
它们通过总线和接口被连接在一起，构成一 台完整的计算机。
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计算机的应用
1. 科学计算 2. 数据处理 3. 计算机控制 4. 计算机辅助设计/计算机辅助制造
(CAD/CAM) 5. 人工智能 6. 嵌入式应用
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五、教学内容组织
教学内容以硬件为主，按计算机组成，分成 五个单元来讲：
第一单元：教材的第三章，以运算器的功能、 组成与设计为主进行讲解，其中数字化编码、数 据表示和数值型数据的运算方法为本单元的基础 知识，运算器部件为目标。
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作业一
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冯·诺依曼计算机的特点
1. 计算机由五大部件组成 2. 指令和数据以同等地位存于存储器，
可按地址寻访
3. 指令和数据用二进制表示 4. 指令由操作码和地址码组成 5. 存储程序 6. 以运算器为中心
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计算机系统的多级层次结构
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电子计算机的发展简史
1. 大型机 2. 巨型机 3. 小型机 4. 微型机 5. 工程工作站 6. 联机系统和计算机网络
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计算机硬件系统
控制器
运算器
cache
输入设备
主存 辅存
输出设备
这些部件和设备通过接口和总线连接在一 起，构成一台完整计算机硬件系统，系统工作。
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计算机硬件系统
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冯·诺依曼计算机
存储程序 将事先编好的程序（包括数据）存入
到同一个存储器，然后再启动计算机工作， 计算机自动、连续地从存储器中取出指令 并运行，这个过程不需要人工干预。