计 算 机 组 成 原 理 讲 稿
主 讲：王健
http://www.seuyc.com.cn/course/kcjg/jsjzcyl/jsjzz.htm
第一章 概述
1.计算机由运算器、存储器、控制器和输入/输出五个部件组成。
2.冯·诺依曼计算机的主要特点：
1）计算机由运算器、存储器、控制器和输入/输出五个部件组成。
2）存储器以二进制形式存储指令和数据；
3）存储程序工作方式；
4）五部件以运算器为中心进行组织；
第2章 数据的表示
1.在计算机系统中，凡是要进行处理（包括计算、查找、排序、分类、统计、合并等）、存储和传输的信息，都是用二进制进行编码的。
2.进位计数制及其各进位制数之间的转换
3.定点与浮点表示的方法、特点
4.机器数的三种编码表示方式：原码、补码和反码。 定义、特点、用途。
5.浮点数的编码表示及规格化
6.十进制数的二进制编码表示即 BCD码的特点
7.字符及汉字的编码方法、特点
8.音频、视频的编码方法及特点
9.数据校验码的用途
第3章 运算器与运算方法
1. 运算器基本组成和功能
2.半加器与全加器的逻辑设计
3.串行进位与并行进位的比较
4.补码定点加、减法
5.原码一位乘法
6.补码一位乘法
7.浮点加、减法
第4章 存储系统
1.存储器的主要性能指标
2.存储系统的层次结构
3.半导体读写存储器RAM芯片的结构、组成及存储器系统的构成
4.半导体只读存储器的特点及分类
5.高速缓冲存储器Cache的工作原理、映射方式、替换算法，了解Pentium Cache 结构和Power PC Cache 结构。
. 虚拟存储器的功能、基本管理方法、结构7.磁表面存储器的性能指标、硬磁盘存储器的基本组成、信息分布、硬盘容量和数据传输率的计算
第5章 指令系统
1. 指令格式、指令长度
2.常用的寻址方式种类、特点、用途
3.指令系统的地位、作用，指令类型
4.堆栈的定义、用途和堆栈存取方式
5. CISC与RISC指令各自的特点和比较
第6章 中央处理机组织
1. CPU的组成与操作（单总线组织的数据通路及四种基本功能。
2.控制器三种时序控制方式：同步、异步和联合控制方式。
3.三种时序信号周期、节拍和脉冲的概念、作用
4.控制器的组成和功能
5.一条完整指令执行的控制步序列
6.决定CPU性能最重要的三个因素：指令的功能强弱、时钟周期的长短、执行每条指令所需时钟周期数。
7.指令流水的概念
8.组合逻辑控制器的构成与设计步骤
9.微程序控制器的原理、基本概念、基本组织和工作流程
10.微指令的两种格式与3种编码
11.两种微指令地址的生成方法
12.微程序控制器和组合逻辑控制器的比较
第7章 总线及总线互连结构
1.总线的基本概念、作用和分类
2.总线的两种传输方式--串行和并行的特点
3.总线裁决的意义及分类
4.总线定时方式的分类及特点
5.影响总线带宽的因素
6.单总线结构和多总线分层结构的比较
第8章 输入输出设备
第9章 输入输出组织
1. I/O接口的功能、结构和分类
2. I/O端口编址的两种方法的比较
3. 四种I/O数据传送控制方式的比较
4.程序查询方式的特点
5.中断的概念、分类、中断优先级，开关中断和中断屏蔽
6.中断过程：中断响应和中断处理
7.中断系统的基本结构和功能
8.中断嵌套和向量中断
9.DMA方式的概念和适用范围
10.DMA方式和中断方式的比较
11.DMA方式的概念和适用范围
12.三种DMA方式的特点
13. DMA接口的结构和功能
14.通道的基本概念、用途和分类
第一章 概述
计算机是一种能对数字化信息进行自动高速运算的通用处理装置。
1．1 计算机的定义和特性 信息 运算 处理
1.1.1 什么是计算机
1.1.2 计算机的特性
计算机的特性可以归纳为高速、通用、准确、 智能四大特性。
1．2 计算机的发展历程
1.2.1 电子计算机的诞生
第一台电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer）于1946年在美国诞生。
①每秒5000次加法运算；
②每秒50次乘法运算；
③平方和立方计算；
④Sin和Cos函数数值运算；
⑤其它更复杂的计算。
1.2.2 第一代计算机 （20世纪40年代中到50年代末）
第一代计算机为电子管计算机，其逻辑元件采用电子 管，存储器件为声延迟线或磁鼓，典型逻辑结构为定 点运算。
计算机“软件”一词尚未出现，编制程序所用 工具为低级语言。
1.2.3 第二代计算机（50年代中后期到60年代中）
第二代计算机为晶体管计算机。这一代计算机除了逻 辑元件采用晶体管以外，其内存储器由磁芯构成，磁 鼓与磁带成为外存储器。
计算机典型逻辑结构实现了浮点运算， 并提出了变址、中断、I/O处理等新概念。
计算机软件也得到了发展，出现了多种 高级语言及其编译程序。
1.2.4 第三代计算机（60年代中到70年代中）
第三代计算机为集成电路计算机，其逻辑元件与存储器 均由集成电路实现，这是微电子与计算机技术相结合的 一大突破。
微程序控制、高速缓存、虚拟存储器、流水 线等先进计算机技术开始使用。另一大特点是大型/巨 型机与小型机同时发展。
1.2.5 第四代计算机（70年代中期开始—）
大规模（LSI）和超大规模（VLSI）集成电路 及微处理器为这一代计算机的典型特征。
并行处理技术的研究与应用以及众多巨型机的产生也成 为这一时期计算机发展的特点。
四代机时期的一个重要特点是计算机网络的发展与广泛 应用。
1.2.6 新一代计算机 新器件和非冯·诺依曼结构已成为新一代计算机的公认标志。
1．3 计算机的组成与结构
1.3.1 计算机系统的层次结构
6应用系统算法和数字模型
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5各种应用程序
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4高级程序编译,解释程序
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3操作系统
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2指令系统
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1微程序控制,PLA控制
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0逻辑硬件
1.3.2 计算机硬件
计算机硬件是指构成计算机的元器件、 部件、设备、以及它们的设计与实现技术。
冯·诺依曼计算机的主要特点： 1）计算机由运算器、存储器、控制器和输入/输出五个 部件组成。
本书讨论的范围涉及第0、1、2共3层， 主要内容如下：
1. 高速的算术、逻辑运算方法及ALU的 逻辑设计；
2. 高速的指令执行过程及指令部件的设计与实现， 是采用组合逻辑技术、或微程序设计技术，还是 PLA技术；
是复杂指令集计算机（CISC），还是 精简指令集计算机（RISC）；
3. 提高存储器容量与速度的方法，以及如何解决 “CPU-Cache-MM-外存”之间的匹配问题；
4. 高效率的输入/输出方法、组织，以及它们之间的 互联技术；
5. 计算机五大部件（运算器、控制器、存储器、输入 和输出）之间的相互作用、高效接口（总线）；
2）存储器以二进制形式存储指令和数据；
3）存储程序工作方式；
4）五部件以运算器为中心进行组织；
1.3.3 计算机软件
1. 软件的作用
一般来说，计算机的工作总是由存储程序来控制的。
软件的具体作用为：
①在计算机系统中起着指挥和管理的作用。
②是计算机用户和硬件的接口界面。
③是计算机体系结构设计的主要依据。
2. 软件的发展过程 三个阶段：
1)从第一台计算机上的第一个程序出现到 实用的高级语言出现为第一阶段（1946-1956年）。
2)从实用的高级程序设计语言出现到软件工程出现 以前为第二阶段（1956-1968年）。
3)软件工程出现以后迄今一直为第三阶段（1965—）。
3. 软件的分类
① 系统软件：操作系统、编译程序。
② 支撑软件：数据库、各类接口软件和工具组。
③ 应用软件：
1．4 计算机的分类与应用
1.4.1 计算机的分类
按计算机所处理对象的表示形式不同可以 分成模拟计算机与数字计算机两类。
计算机按其用途来分可以分成专用机和通用机两类。
其中，通用计算机按其规模、性能和价格来分，又可分为巨型机、大型机、小型机、工作站、微型机等多种类型。
1.4.2 计算机应用 计算机信息处理技术包括了对各种信息媒体的获取、 表示、加工与表现方法和技术，大致有以下几个方 面内容：
1．语言与文字的处理。
2．计算机图形学与数字图象处理。
3．多媒体技术。
4．计算机辅助技术。
5．计算机信息系统。
6．计算机控制。 计算机应用技术的发展方向为集成化、网络化、智能化