《(NEW)白中英《计算机组成原理》（第5版）【教材精讲＋考研真题解析】讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(NEW)白中英《计算机组成原理》（第5版）【教材精讲＋考研真题解析】讲义（833页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录 第一部分教材精讲视频讲解 第1章计算机系统概论视频讲解 1.1计算机系统的分类 1.2计算机发展简史 1.3计算机的硬件 1.4计算机的软件 1.5计算机系统的层次结构 第2章运算方法和运算器视频讲解 2.1数据与文字的表示方法 2.2定点加法、减法运算 2.3定点乘法运算 2.4定点除法运算 2.5定点运算器的组成 2.6浮点运算方法和浮点运算器 3.7虚拟存储器 3.8奔腾系列机的虚存组织 第4章指令系统视频讲解 4.1指令系统的发展与性能要求 4.2指令格式 4.3操作数类型 4.4指令和数据的寻址方式 4.5典型指令 4.6ARM汇编语言 第5章中央处理器视频讲解 5.1CPU的
2、功能和组成 5.2指令周期 5.3时序产生器和控制方式 5.4微程序控制器 1 2 3 4 5 6 7 8 5.5硬布线控制器 5.6流水CPU 5.7RISCCPU 第6章总线系统视频讲解 6.1总线的概念和结构形态 6.2总线接口 6.3总线的仲裁 6.4总线的定时和数据传送模式 6.5HOST总线和PCI总线 6.6InfiniBand标准 第7章外存与I/O设备视频讲解 7.1外围设备概述 7.2磁盘存储设备 7.3磁盘存储设备的技术发展 7.4磁带存储设备 7.5光盘和磁光盘存储设备 7.6显示设备 7.7输入设备和打印设备 第8章输入输出系统视频讲解 8.1外围设备的定时方式和信息
3、交换方式 8.2程序查询方式 8.3程序中断方式 8.4DMA方式 8.5通道方式 8.6通用I/O接口标准 第9章并行组织与结构视频讲解 9.1体系结构中的并行性 9.2多线程与超线程处理机 9.3多处理机 9.4多核处理机 9.5多核处理机实例 第10章课程教学实验设计视频讲解 10.1TEC8实验系统平台 10.2TEC8实验系统结构和操作 10.3运算器组成实验 10.4双端口存储器实验 10.5数据通路实验 10.6微程序控制器实验 10.7CPU组成与机器指令的执行实验 10.8中断原理实验 第11章课程综合设计视频讲解 11.1硬连线控制器的常规CPU设计 11.2含有阵列乘法器
4、的ALU设计 课后习题精讲视频讲解 第二部分考研真题解析 2015年全国硕士研究生入学统一考试计算机科学与技术学科联考计算 机学科专业基础综合真题及详解 2014年全国硕士研究生入学统一考试计算机科学与技术学科联考计算 机学科专业基础综合真题及详解 2013年全国硕士研究生入学统一考试计算机科学与技术学科联考计算 机学科专业基础综合真题及详解 2012年全国硕士研究生入学统一考试计算机科学与技术学科联考计算 机学科专业基础综合真题及详解 2011年全国硕士研究生入学统一考试计算机科学与技术学科联考计算 机学科专业基础综合真题及详解 2010年全国硕士研究生入学统一考试计算机科学与技术学科联考计
5、算 机学科专业基础综合真题及详解 2009年全国硕士研究生入学统一考试计算机科学与技术学科联考计算 机学科专业基础综合真题及详解 第一部分教材精讲视频讲解 第1章计算机系统概论视频讲解 学习与考查目标 1理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构 以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念。 2理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界 面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。 3能够综合运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算 机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件 进行简单设计。 考纲要求 1计算机发展历程 2计算机系统层次
6、结构 （1）计算机硬件的基本组成； （2）计算机软件的分类； （3）计算机的工作过程。 3计算机的性能指标 吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间； MIPS、MFLOPS 1.1计算机系统的分类 一、计算机系统的分类 如图1-1所示。 00:00 / 00:00 图1-1计算机系统分类图 二、计算机系统的基本组成 如图1-2所示。 图1-2计算机系统组成图 三、概述 计算机的分类： 机械计算机 电子模拟计算机：数值由连续的量来表示。 电子数字计算机：计算机中的数值由不连续的数字来表示。 专用机：经济，有效，快速，适应性差 通用机：适应性强 巨型机 大型机 中型机 小型
7、机 微型机 单片机 低 简易性 高 高 体积，功耗，性能，价格 低 如图1-3所示。 图1-3 数字计算机与模拟计算机的主要区别如表1-1所示。 表1-1数字计算机与模拟计算机的主要区别 1.2计算机发展简史 计算机发展当中的一些代表 如图1-4所示。 1642 Blaise Pascal加法器 00:00 / 00:00 1822 差分机 1833 分析机 ENIAC MARK I 图1-4计算机发展中的代表 计算机的产生和发展 1946年2月14日 ENIAC 17468个电子管 6万个电阻器 1万个电容器 6千个开关 重达30吨 占地160平方米 耗电174千瓦时 耗资48万美元。 这台
8、计算机每秒只能运行5千次加法运算和500次乘法运算，电路的 焊接点多达50万个。 用手工搬动开关和拔插电缆来编程 主要用于计算弹道和氢弹的研制 1955年10月2日退役 一、计算机的五代变化 1第一代 电子管计算机（50年代中期到60年代后期） （1）特点 逻辑元件 真空管 数据表示 定点数 主 存 磁鼓或磁芯 辅 存 磁带 软 件 机器语言、汇编语言 应 用 科学计算 （2）举例 IBM650小型机于1954年12月推出，是第一代计算机中销量最广的 计算机。 2第二代 晶体管计算机（50年代中期60年代后期） （1）特点 逻辑元件 晶体管 主 存 铁淦氧磁芯 辅 存 磁盘、磁带 运算方式 浮
9、点运算 软 件 高级语言、操作系统（FORTRAN、ALGOL等）； 应 用 科学计算、数据处理、过程控制 （2）举例 CDC6600大型机于1963年8月由控制数据公司（CDC）推出，当时 很受各原子能机构、航空宇航、气象研究等机构的认可。CDC6600是真 正意义上的超级计算机，共安装了35万个晶体管，运算速度为 1Mflops。至1969年，CDC6600以及改进型CDC7600巨型机共售出150余 台。“巨型机之父”西蒙克雷。 3第三代 集成电路计算机时代（60年代中期70年代前期） （1）特点 中小规模集成电路（IC）代替分立元件。 半导体存储器代替了磁芯作为主存。外存仍用磁盘。 出
10、现了微程序设计技术，软件技术进一步成熟；出现操作系统并 日臻完善，出现多道程序、并行处理技术、多处理机、虚拟存储系统 等。 出现了系列化计算机。 应用：科学计算、数据处理、过程控制。 （2）举例 IBM360系统是最早采用集成电路的通用计算机，也是影响最大的 第三代计算机。于1964年由IBM推出，平均运算速度从每秒几千次到一 百万次，它的主要特点是通用化、系列化和标准化。 4第四代 大规模集成电路时代（70年代初现在） 特点如下： 主存普遍采用半导体存储器 辅存磁盘、光盘、磁带 软件出现数据库系统、分步操作系统 硬件出现微处理器和微型计算机 5第五代 巨大规模集成电路计算机：单片机（1991
11、年开始现 在） 二、半导体存储器的发展 20世纪5060年代，所有计算机存储器都是由微小的铁磁体环。 1970年，仙童半导体公司生产出了第一个较大容量半导体存储器 。 从1970年起，半导体存储器经历了11代：单个芯片1KB、4KB、 16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB、64MB、256MB、1GB直 至更高。 其中1K=210，1M=220，1G=230 三、微处理器的发展 1发展历程 （1）4004 CPU 图1-54004 CPU 1971年，当时还处在发展阶段的INTEL公司推出了世界上第一台微 处理器4004，如图1-5所示。这不但是第一个用于计算器的4位微处理
12、 器，也是第一款个人有能力买得起的电脑处理器。 （2）8086 CPU 如图1-6所示。 图1-68086 CPU 1978年，Intel公司首次生产出16位的微处理器，并命名为i8086。与 其前一代8位微处理器8080/8085相比，8086有如下几点进步： 8086有16位数据总线，处理器与外部传送数据时，一次可传送16 位二进制数，而8080/8085一次只能传送8位。 8086的寻址空间从8080/8085的64K字节提高到1M字节。 8086采用了流水线技术，而8080/8085是非流水线结构。在一个 具有流水线结构处理器的系统中，可以实现处理器的内部操作与存储器 或I/O接口之间
13、的数据传送操作重叠进行，从而提高了处理器的性能。 （3）80286 CPU （4）80386 CPU （5）80386 CPU （6）Pentium MMX （7）Pentium （8）Pentium III （9）Pentium III-Coppermine : （10）Pentium 4 （11）Althon64 X2 速龙 （12）Pentium D （13）Intel Core2 Duo 酷睿 （14）Intel i7 酷睿至尊版 980X （15）AMD 羿龙II X6 1090T 2微型计算机的特点 （1）体积小、功耗低； （2）可靠性高、使用环境要求低； （3）系统外部芯片配套，
14、系统设计灵活； （4）性能优良、价格低廉。 3摩尔定律 1965，戈登摩尔 原Intel董事长 晶体管表面积（即刻在集成电路面上的面积）每12个月就会缩小大 约50%。 1975年更正为18个月，随后更正为24个月，后又更正为18个月。 4超级计算机排名 第36届全球超级计算机五百强排行榜如图1-7所示。 图1-7第36届全球超级计算机五百强排行榜（2010.11） （1）天河一号A 如图1-8所示。 图1-8天河一号A TOP500.org组织公布的第36届全球超级计算机五百强排行榜，10月 底才亮相的中国的“天河一号A”毫无悬念地摘得头名，这也是中国历史 上第一次在这项排行上占据头把交椅。
15、 改进前的“天河一号”曾经连续位列第五和第七，全新升级后的天河 一号A则基于NUDT YH Cluster集群，硬件上配备了Intel Xeon X5670 2.93GHz六核心处理器（32nm Westmere-EP）、我国自主研发的飞腾 FT-1000八核心处理器、NVIDIA Tesla M2050高性能计算卡、224TB内 存、专有互连架构、Linux操作系统，总计186368个核心，Linpack最大 性能2.566PFlops（每秒千万亿次浮点运算）、峰值性能4.701PFlops，系 统效率54.6。 天河一号A坐落在位于天津的国家超级计算中心，建成后已经立即 全面运转，主要用来
16、执行大规模科学计算，而且还是一套开放式访问系 统。 （2）K计算机 6月21日消息，据国外媒体报道，一台日本计算机取得了500强超级 计算机排行榜排名第一的位置（2011.6），结束了中国超级计算机保持 6个月的排名第一位置。日本K计算机每秒浮点运算次数为百万的四次 方，比接下来的五个超级计算机合在一起的性能还要强大。 K计算机的性能是使用68,544个SPARC64 VIIIfx处理器衡量的，每 个处理器配置8个内核，一共有548,352个内核，几乎是其它世界500强 超级计算机处理器内核数量的一倍。这台超级计算 机仍在建造之中。 据这台超级计算机的制造商富士通称，当它在2012年11月开始服务的时 候，这台超级计算机将配置8万多个SPARC64 VIIIfx处理器。 日本超级计算机上升到排名第一的位置意味着去年11月取得排名第 一位的中国天河-1A超级计算机现在排名第二位。天河一号A每秒可进 行2.57千万亿次浮 点运算。不过，中国继续增加在这个排行榜中的超级 计算机的数量。现在，中国的世界500强超级计算机已经从42台增加到 62台。这个排名第一的变化还意味着日本为美国能源部生产
