计算机组成原理 1 概论

 主要内容

介绍运算器、控制器、存储器结构、工作原理、设计方法及互连构成整机的技术。

主要内容：

◼ 数值表示与运算方法

◼ 运算器的功能、组成和基本运行原理

◼ 存储器及层次存储系统

◼ 指令系统

◼ CPU功能、组成和运行原理

◼ 流水线

◼ 系统总线

◼ 输入输出系

 前置知识

• C语言程序设计
• 数值逻辑：组合电路、同步电路概念、寄存器传输、有限状态机
• 汇编语言程序设计：能看懂指令即可
• Verilog硬件描述语言：作为实验工具（可选）

冯诺依曼体系结构原理

• 采用二进制
• 存储程序：将程序存放在计算机的存储器中
• 程序控制：按指令地址访问存储器并取出指令，经译码依次产生指令执行所需的控制信号，实现对计算的控制，完成指令的功能。
• 冯·诺伊曼机体系（延续至今）

•         主机：CPU （运算器 + 控制器）、内存
•         总线：地址线、数据线、控制线 
•         外设：输入设备、输出设备、外存储器

        运算器

        功能：执行算数运算、逻辑运算。

        基本结构：ALU (Arithmetic Logical Unit) 、寄存器、连接通路

        控制器 

        功能：产生指令执行过程所需要的所有控制信号（电平信号、 脉冲信号），控制相关功能部件执行相应操作。

        产生信号的依据：指令、状态、 时序

        产生方式：微程序、 硬布线。

存储器 

        功能：存储原程序、 原数据、运算中间结果。

        工作模式：读/写

        工作原理：按地址访问， 读/写数据。

        容量➡地址线数量

        1K➡10

        1M ➡ 20

        1G ➡ 30

 输入/输出设备

        输入设备：向计算机输入数据(键盘、鼠标、网卡、扫描仪等)

        输出设备：输出处理结果(显示器、声卡、网卡、打印机等)

软件系统

• 可运行的思想和内容的数字化
• 思想：算法、规律、方法---程序表达
• 内容：图形、图像、数据、声音、文字等被处理的对象
• 软件的表现形式: 程序和数据（以二进制表示的信息）
• 软件的核心: 算法

        分类

1.         系统软件：如操作系统、网络系统和编译系统
2.         应用软件：字处理软件、游戏软件等
3.         支持软件：开发工具、界面工具等