计算机组织与结构体系

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计算机系统概论
1.运算器 运算器 主要功能是进行加、 除等算术运算,还可 主要功能是进行加、减、乘、除等算术运算 还可 进行逻辑运算。 进行逻辑运算。 根据电子器件的特性,计算机中通常采用二进制 根据电子器件的特性 计算机中通常采用二进制 二进制的数是以2为基数来计数 为基数来计数， 数。二进制的数是以 为基数来计数，也就是 逢二进一” 在二进制数中，只有0和 两个数 “逢二进一”。在二进制数中，只有 和1两个数 目字。 和 可以用电压的高低 可以用电压的高低， 目字。1和0可以用电压的高低，脉冲的有无来表 这种电压的高低，脉冲的有无， 示。这种电压的高低，脉冲的有无，在电子器件 中很容易实现，而且设备也最省。 中很容易实现，而且设备也最省。
关于我
• 论文情况 – 自任教以来，共发表国内外论文（含合作）10多篇 自任教以来，共发表国内外论文（含合作） 多篇 • 专利情况 – 已授权专利 项 已授权专利2项 – 申请专利 项 申请专利4项 • 科研获奖： 科研获奖： 1．“光谱图像压缩及其在嫦娥一号中的应用”，陕西省 ． 光谱图像压缩及其在嫦娥一号中的应用” 科学技术奖（证书编号： ），二等 科学技术奖（证书编号：08-2-4-R3），二等，第三 ），二等， 完成人， 完成人，2009； ； 2．“光谱图像压缩及其在嫦娥一号中的应用”，陕西省 ． 光谱图像压缩及其在嫦娥一号中的应用” 高等学校科学技术奖（证书编号： ），一等 高等学校科学技术奖（证书编号：08B25），一等， ），一等， 第三完成人， 第三完成人，2008。 。
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计算机系统概论
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计算机系统概论
2.存储器 存储器 目前采用半导体器件来担当此任务。我们知道， 目前采用半导体器件来担当此任务。我们知道， 一个半导体触发器由于有0和 两个状态， 一个半导体触发器由于有 和1 两个状态，可以 记忆一个二进制代码。一个数假定用16位二进制 记忆一个二进制代码。一个数假定用16位二进制 代码表示,那么就需要有 那么就需要有16个触发器来保存这些 代码表示 那么就需要有 个触发器来保存这些 代码。通常，在存储器中保存一个数的16个触发 代码。通常，在存储器中保存一个数的 个触发 称为一个存储单元。 器,称为一个存储单元。存储器是由许多存储单元 称为一个存储单元 组成。每个存储单元的编号,称为地址 称为地址。 组成。每个存储单元的编号 称为地址。向存储器 中存数或者从存储器中取数， 中存数或者从存储器中取数，都要按给定的地址 来寻找所选的存储单元。 来寻找所选的存储单元。
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计算机组成与体系结构
学到什么？ 学到什么？ “本课程为计算机专业的专业基础课。课程 本课程为计算机专业的专业基础课。 本课程为计算机专业的专业基础课 主要讲述计算机系统主要部件的基本组成 及其结构， 及其结构，通过指令的执行过程来掌握计 算机系统的工作原理，内容包括： 算机系统的工作原理，内容包括：数据的 编码表示、运算方法和运算器组成、 编码表示、运算方法和运算器组成、指令 系统、存储体系、控制器基本原理、 系统、存储体系、控制器基本原理、系统 总线及输入输出系统。 总线及输入输出系统。”——自《教学大 自 纲》
13关于我• 感兴趣 Nhomakorabea向– 高性能图形 图像编码硬件结构设计 高性能图形/图像编码硬件结构设计 – 计算机组织与体系结构中的硬件设计 – 微型处理器结构设计 – 多核体系结构及应用 – 并行处理结构 – 各种信号处理算法的硬件结构
• Wavelet、FFT、FEC 、 、
– FPGA相关设计 相关设计 – 芯片前端设计
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关于我
• 工作经历： 工作经历：
– 2002年3月至 月至2004年6月，西安电子科技大 年 月至 年 月 学计算机学院教师，助教； 学计算机学院教师，助教； – 2004年7月至 月至2006年6月，西安电子科技大 年 月至 年 月 学计算机学院教师，讲师； 学计算机学院教师，讲师； – 2006年7月至今，西安电子科技大学计算机 月至今， 年 月至今 学院教师，副教授； 学院教师，副教授； – 2010年4月至今，西安电子科技大学计算机 年 月至今， 月至今 学院计算机工程系副主任。 学院计算机工程系副主任。
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计算机组成与体系结构
参考书目 1.John L. Hennessy, David A.Patterson Computer Architecture: A Quantitative Approach , fourth edition, 机械工业出版社（影印） 机械工业出版社（影印）2007 2.Stallings W.计算机组织与结构 计算机组织与结构——性能设计 计算机组织与结构 性能设计 张昆藏等译。 （第6版），张昆藏等译。北京：清华大学出版 版），张昆藏等译 北京： 社，2005 ……
计算机组织与体系结构
刘凯 email:kailiu@
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计算机组成与体系结构
为什么设置该课程？ 为什么设置该课程？ 作为计算机专业，它是对各种 各种计算机 作为计算机专业，它是对各种计算机 主要指硬件系统） （主要指硬件系统）进行深入理解的最佳 课程。 课程。能够使我们比较深入的了解作为复 杂电子设备工作的基本原理和思想。 杂电子设备工作的基本原理和思想。使机 盖内的秘密不再神秘。 盖内的秘密不再神秘。
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• 科研经历： 科研经历：
关于我
– 国家自然科学基金项目“高速图像编码中系数优化分 国家自然科学基金项目“ 配及相应算术熵编码结构研究” 编号 编号： 配及相应算术熵编码结构研究”(编号：60802076)， ， 起止时间： 起止时间：2009.1-2011.12，第一负责人； ，第一负责人； – 国家自然科学基金项目“干涉多光谱图像高效压缩编 国家自然科学基金项目“ 码研究” 编号 编号： 码研究”(编号：60507012)，起止时间： ，起止时间： 2006.1-2008.12，第二负责人； ，第二负责人； – 中科院空间中心项目“探月卫星图像数据压缩单元”， 中科院空间中心项目“探月卫星图像数据压缩单元” 起止时间： 起止时间：2003.1-2006.1，第三负责人； ，第三负责人； – 国家 国家863计划项目“JPEG2000图像压缩 核设 计划项目“ 图像压缩IP核设 计划项目 图像压缩 起止时间： 计” ，起止时间：2003.1-2005.12，第三负责人； ，第三负责人； – “十五”军事通信预研项目“高保真大压缩比数据压 十五”军事通信预研项目“ 缩技术”，起止时间：2001.1-2005.12，第三负 缩技术” 起止时间： ， 责人； 责人； – 中科院技术物理所项目“神七伴随小卫星图像压缩技11 中科院技术物理所项目“ 术研究” ，起止时间：2005.1-2006.12，第三负 术研究” 起止时间： ，
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计算机组成与体系结构
计算机的核心是计算。非此， 计算机的核心是计算。非此，今天的大多数计算 机学科将只是理论数学的分支， 机学科将只是理论数学的分支，对于当今任何计 算机领域的专业人员而言， 算机领域的专业人员而言，不应当把计算机看成 魔术般执行程序的黑匣子， 魔术般执行程序的黑匣子，应要求所有的计算机 专业学生对计算机系统功能部件，它们的特征、 专业学生对计算机系统功能部件，它们的特征、 性能， 性能，以及之间的相互作用有某种程度的理解和 评估。当然，这里也有实践的关联性。 评估。当然，这里也有实践的关联性。学生需要 理解计算机体系结构， 理解计算机体系结构，以便更好地编制程序使其 能在实际机器上高效运行， 能在实际机器上高效运行，在选择欲使用的系统 他们应能理解各种部件间的权衡考虑， 时，他们应能理解各种部件间的权衡考虑，如时 钟速率与内存的大小。 钟速率与内存的大小。
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计算机组成与体系结构
IEEE（美国电气电子工程师学会）的计算 （美国电气电子工程师学会） 机学会与ACM（美国计算机协会）共同组 机学会与 （美国计算机协会） 织的Joint Task Force on Computing 织的 Curricula制定了新世纪第一个计算机课程 制定了新世纪第一个计算机课程 大纲，这被称为IEEE/ACM Computer 大纲，这被称为 Curricula 2001，此大纲将计算机体系结构 ， 列为所有计算机科学和计算机工程专业必 修的核心课程之一，并在有关报告中指出： 修的核心课程之一，并在有关报告中指出：
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计算机组成与体系结构
• 课程成绩组成部分
– 最终考试 – 阶段性课堂考试 – 英文资料阅读 – 作业 – 课堂答问表现 – 考勤
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关于我
• 教育经历： 教育经历：
– 1995年9月至 月至1999年7月，西安电子科技大 年 月至 年 月 学计算机学院，计算机软件技术专业， 学计算机学院，计算机软件技术专业，获工学 学士； 学士； – 1999年9月至 月至2002年3月，西安电子科技大 年 月至 年 月 学计算机学院，计算机应用技术专业， 学计算机学院，计算机应用技术专业，获工学 硕士； 硕士； – 2002年3月至 月至2005年12月，西安电子科技 年 月至 年 月 大学通信工程学院，信息与通信工程专业， 大学通信工程学院，信息与通信工程专业，获 工学博士学位； 工学博士学位；
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关于我
• 编写教材： 编写教材：
1．裘雪红，李伯成，刘凯 《微型计算机原理及接口技 ．裘雪红，李伯成， 第二版），西安电子科技大学出版社， ），西安电子科技大学出版社 术》（第二版），西安电子科技大学出版社，2007 年； 2．裘雪红，李伯成，车向泉，刘凯 《计算机组成与体 ．裘雪红，李伯成，车向泉， 系结构》 高等教育出版社， 系结构》，高等教育出版社，2009年； 年 3．侯伯亨，刘凯，顾新 《VHDL硬件描述语言与数字 ．侯伯亨，刘凯， 硬件描述语言与数字 逻辑电路设计》 第三版）， ），西安电子科技大学出版 逻辑电路设计》（第三版），西安电子科技大学出版 社，2009年。 年
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计算机系统概论
存储器所有存储单元的总数成为存储器的存储容 通常用单位“ 表示,如 量。通常用单位“KB、MB”表示 如 、 表示 64KB,128MB。存储容量越大 表示计算机记忆 。存储容量越大,表示计算机记忆 储存的信息就越多。 储存的信息就越多。 半导体存储器的存储容量毕竟有限，因此计算机 半导体存储器的存储容量毕竟有限， 中又配备的存储容量更大的磁盘存储器和光盘存 储器，称为外存储器。相对而言,半导体存储器称 储器，称为外存储器。相对而言 半导体存储器称 为内存储器,简称内存 简称内存。 为内存储器 简称内存。
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计算机组成与体系结构
教学目录 计算机系统概论 计算机系统中的数据表示 运算方法与运算器 存储系统 指令系统 中央处理器 流水线技术与指令级并行 总线与输入输出系统 并行体系结构 计算机系统设计 （很简单） 很简单） 比较困难） （比较困难） 比较困难） （比较困难） 一般困难） （一般困难） 一般困难） （一般困难） （比较困难） 比较困难） 比较困难） （比较困难） 一般困难） （一般困难） 一般困难） （一般困难） 一般困难） （一般困难）
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计算机系统概论
二进制数的运算规律非常简单。例如加法： 二进制数的运算规律非常简单。例如加法： 0+0=0，0+1=1，1+0=1， ， ， ， 1+1=10，最后一个加式中等号右边的 ， 表示向上一位的进位。 “1”表示向上一位的进位。二进制数和十 表示向上一位的进位 进制数一样，在运算中， 进制数一样，在运算中，当数的位数越多 计算的精度就越高。理论上讲， 时，计算的精度就越高。理论上讲，数的 位数可以任意多。但是位数越多,所需的电 位数可以任意多。但是位数越多 所需的电 子器件也越多。 子器件也越多。目前计算机的运算器长度 一般是8位 位或64位 一般是 位、16位、32位或 位。 位 位或
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计算机系统概论
计算机的功能
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计算机系统概论
计算机的可能操作
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计算机系统概论
计算机的可能操作
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计算机系统概论
计算机顶级结构
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计算机系统概论
计算机CPU结构 计算机 结构
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计算机系统概论
计算机CPU的控制器结构 计算机 的控制器结构
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计算机系统概论
计算机的硬件 数字计算机的硬件组成