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1、2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院计算机组成 原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院 蒋本珊蒋本珊2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院学习指南学习指南本课程的性质本课程的性质 计算机组成原理计算机组成原理是计算机科学 与技术专业本科生的核心课程之 一，是必修的专业基础课。是计算机科学 与技术专业本科生的核心课程之 一，是必修的专业基础课。2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组
2、成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院本课程的地位本课程的地位 本课程在计算机学科中处于承 上启下的地位，要求先修的课程 有：本课程在计算机学科中处于承 上启下的地位，要求先修的课程 有： 计算机科学导论计算机科学导论 数字电路数字电路学习指南学习指南2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院学习指南学习指南本课程的任务本课程的任务 讨论讨论单机系统范围内计算机各 部件和系统的组成以及内部工作 机制单机系统范围内计算机各 部件和系统的组成以及内部工作 机制。通过学习，
3、掌握计算机各 大部件的组成原理、逻辑实现、 设计方法及其互连构成整机系统 的技术，并为后继课程的学习打 好基础。通过学习，掌握计算机各 大部件的组成原理、逻辑实现、 设计方法及其互连构成整机系统 的技术，并为后继课程的学习打 好基础。2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院学习指南学习指南本课程的重点：五大基本部件的 原理及实现。本课程的重点：五大基本部件的 原理及实现。 本课程的难点：各部件互连构成 整机系统，即整机概念的建立。本课程的难点：各部件互连构成 整机系统，即整机概念的建立。 本课程的深广度：主
4、要讨论计算 机组成中具有共性的问题，要处 理好抽象概念与具体实例的关系。本课程的深广度：主要讨论计算 机组成中具有共性的问题，要处 理好抽象概念与具体实例的关系。2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院学习指南学习指南参考书参考书 唐朔飞，计算机组成原理（第唐朔飞，计算机组成原理（第2 版）高等教育出版社，北京，版）高等教育出版社，北京， 2008。蒋本珊，计算机组成原理学习指 导与习题解析，北京，清华大学 出版社，蒋本珊，计算机组成原理学习指 导与习题解析，北京，清华大学 出版社，2005。2008.9计
5、算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院第第1章章概论概论2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院第1章第1章在本章中我们将从存储程序的 概念入手，讨论计算机的基本组成 与工作原理，使大家对于计算机系 统先有一个简单的整体概念，为今 后深入讨论各个部件打下基础。在本章中我们将从存储程序的 概念入手，讨论计算机的基本组成 与工作原理，使大家对于计算机系 统先有一个简单的整体概念，为今 后深入讨论各个部件打下基础。2008.9计算机组成原
6、理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院电子计算机是一种不需要人工直接干 预，能够自动、高速、准确的对各种信息 进行处理和存储的电子设备。电子计算机是一种不需要人工直接干 预，能够自动、高速、准确的对各种信息 进行处理和存储的电子设备。 可以有非电子计算机（如：光计算机、 量子计算机、超导计算机等）。可以有非电子计算机（如：光计算机、 量子计算机、超导计算机等）。 可以有非数字计算机（如：模拟计算 机）。可以有非数字计算机（如：模拟计算 机）。1.1 电子计算机与存储程序控制电子计算机与存储程序控制2008.9计算机组成原理计算机
7、组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院1.1.1电子计算机的发展电子计算机的发展 世界上第一台电子数字计算机是世界上第一台电子数字计算机是1946 年年2月问世的月问世的ENIAC。 ENIAC的设计开始于的设计开始于1943年年, 该机一 直使用到该机一 直使用到1955年。年。1.1 电子计算机与存储程序控制电子计算机与存储程序控制2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院1.1 电子计算机与存储程序控制电子计算机与存储程序控制ENIAC的特点：的
8、特点： 采用十进制采用十进制 20 个个10位的累加器位的累加器 用开关手动编程用开关手动编程 18,000个电子管个电子管 重重30 吨吨 占地占地170平方米平方米 耗电耗电170 KW 5,000次次/秒加法运算秒加法运算2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院1.1.2 存储程序概念存储程序概念 美籍匈牙利数 学家冯美籍匈牙利数 学家冯诺依曼等人 在诺依曼等人 在1946年年6月提出存 储程序概念。月提出存 储程序概念。1.1 电子计算机与存储程序控制电子计算机与存储程序控制2008.9计算机组成原
9、理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院存储程序概念：存储程序概念： 计算机（指硬件）应由运算器、存储 器、控制器、输入设备和输出设备五大 基本部件组成； 计算机（指硬件）应由运算器、存储 器、控制器、输入设备和输出设备五大 基本部件组成； 计算机内部采用二进制来表示指令和 数据； 计算机内部采用二进制来表示指令和 数据； 将编好的程序和原始数据事先存入存 储器中，然后再启动计算机工作将编好的程序和原始数据事先存入存 储器中，然后再启动计算机工作，这就 是存储程序的基本含义。，这就 是存储程序的基本含义。1.1 电子计算机与存储程
10、序控制电子计算机与存储程序控制2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院1.1 电子计算机与存储程序控制电子计算机与存储程序控制EDVAC 冯冯诺依曼设计的存储程序计 算机诺依曼设计的存储程序计 算机 1951年诞生。年诞生。 EDSAC 事实上的第一台存储程序计 算机事实上的第一台存储程序计 算机 1949年诞生。年诞生。 目前绝大多数计算机仍建立在存储程 序概念的基础上，称冯目前绝大多数计算机仍建立在存储程 序概念的基础上，称冯诺依曼型计算机。诺依曼型计算机。 也出现了一些突破冯也出现了一些突破冯诺依曼结
11、构的计 算机，统称非冯结构计算机，如：数据驱 动的数据流计算机、需求驱动的归约计算 机和模式匹配驱动的智能计算机等。诺依曼结构的计 算机，统称非冯结构计算机，如：数据驱 动的数据流计算机、需求驱动的归约计算 机和模式匹配驱动的智能计算机等。2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院中央处理器（中央处理器（CPU） CPU = 运算器运算器 + 控制器控制器 主机主机 主机主机 = 中央处理器中央处理器 + 主存储器主存储器 外部设备外部设备 除去主机以外的硬件装置（如输入设 备、输出设备、辅助存储器等）除去主
12、机以外的硬件装置（如输入设 备、输出设备、辅助存储器等）1.2 计算机的硬件组成计算机的硬件组成注意2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院1.2 计算机的硬件组成计算机的硬件组成运算器控制器主存储器主存储器输入设备输出设备辅助存储器辅助存储器CPU控制控制 数据数据 地址或指令地址或指令主机外设存储器主机外设存储器2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院1.2 计算机的硬件组成计算机的硬件组成1.2.1 计算机的主要部
13、件计算机的主要部件 1.输入设备输入设备 输入设备的任务是把人们编好的程序 和原始数据送到计算机中去，并且将它们 转换成计算机内部所能识别和接受的信息 方式。常用的有键盘、鼠标、扫描仪等。输入设备的任务是把人们编好的程序 和原始数据送到计算机中去，并且将它们 转换成计算机内部所能识别和接受的信息 方式。常用的有键盘、鼠标、扫描仪等。 2.输出设备输出设备 输出设备的任务是将计算机的处理结 果以人或其他设备所能接受的形式送出计 算机。常用的有显示器、打印机、绘图仪 等。输出设备的任务是将计算机的处理结 果以人或其他设备所能接受的形式送出计 算机。常用的有显示器、打印机、绘图仪 等。2008.9计
14、算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院1.2 计算机的硬件组成计算机的硬件组成3.存储器存储器 存储器是用来存放程序和数据的部件， 它是一个记忆装置，也是计算机能够实现存储器是用来存放程序和数据的部件， 它是一个记忆装置，也是计算机能够实现 “存储程序控制存储程序控制”的基础。的基础。2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院1.2 计算机的硬件组成计算机的硬件组成Cache主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器速度速度 快慢快慢三级存
15、储系统三级存储系统2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院1.2 计算机的硬件组成计算机的硬件组成Cache主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器三级存储系统三级存储系统小小容量容量大大2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院1.2 计算机的硬件组成计算机的硬件组成Cache主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器三级存储系统三级存储系统贵贵价格价格/位位贱贱2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理
16、北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院1.2 计算机的硬件组成计算机的硬件组成Cache主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器主存储器主存储器可由可由CPU直接访问，用来存放当前正在 执行的程序和数据。直接访问，用来存放当前正在 执行的程序和数据。主存储器主存储器主存储器主存储器主存储器主存储器2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院1.2 计算机的硬件组成计算机的硬件组成Cache主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器主存储器主存储器主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器辅助存储器辅助存储器辅助存储器辅助存储器辅助存储器辅助存储器设置在主机外部，设置在主机外部，CPU不能直接访问不能直接访问， 用来存放暂时不参与运行的程序和数据，需 要时再传送到主存。， 用来存放暂时不参与运行的程序和数据，需 要时再传送到主存。2008.9计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院1.2
