第一周计算机组成原理

计算机组成原理第一章三、计算机的发展1、1946――1958年电子管时代2、1958――1964年晶体管时代3、1965――1972年集成电路时代4、1971――1986年微型机时代5、1986年以后巨大规模集成电路时代结构：运算器控制器存储器输入设备输出设备输入设备:将用户输入的原始数据和程序变为计算机能识别的二进制存入到内存中。

输出设备：将内存的数据和程序的处理结果转变成人们能接受的形式输出。

主频/时钟周期：f= 1/TCPU执行时间：表示CPU执行一段程序所占用的CPU时间CPU执行时间=CPU时钟周期数×CPU时钟周期CPI：每条指令周期数，即执行一条指令所需要的平均时钟周期数。

CPI=执行某段程序所需要的CPU时钟周期数÷程序所包含的指令条数MIPS：每秒百万指令数，即单位时间内执行的指令数MISP=指令数÷（程序执行时间×106)MFLOPS:每秒百万次浮点操作次数1、微机A，B采用不同频率的CPU芯片，片内逻辑电路完全相同，若A机的CPU主频为8MHZ，B机的为12MHZ（1）A机的CPU时钟周期数为多少？（2）若A机的平均指令执行速度为0.4MIPS,那么A机的平均指令周期为多少?（3）B机的CPU时钟周期数为多少？解：（1）A机的CPU周期=1÷8MHZ=0.125µs（2）A机的平均指令周期=1÷0.4MIPS=2.5µs（3）B机的CPU周期=1÷12MHZ=1/12µs1、用于科学计算的计算机中，标志系统性能的主要参数是( D )。

A、主频B、主存容量C、MIPSD、MFLOPS2、对计算机的软件资源和硬件资源进行管理是由(C )完成的。

A、用户程序B、语言处理程序C、操作系统D、数据库管理程序3、通常划分计算机发展时代的标准是（ A ）。

A、电子器件B、运算速度C、计算机结构D、所用语言4、计算机的硬件能直接识别的语言是（ C )。

计算机组成原理课程教学大纲计算机组成原理课程教学大纲一、课程概述“计算机组成原理”是计算机科学与技术专业的一门核心课程，旨在帮助学生理解计算机系统的基本组成和工作原理，包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出（I/O）以及总线等基本组成部分。

通过本课程的学习，学生将掌握计算机硬件系统的组织结构、工作原理和设计方法，为进一步学习其他计算机硬件课程打下坚实的基础。

二、课程目标本课程的目标如下：1、理解计算机系统的基本组成，包括CPU、内存、I/O设备和总线等。

2、掌握计算机系统中的数据表示和运算方法，包括二进制数的表示、算术逻辑运算、机器指令等。

3、理解并掌握计算机系统中控制信号的产生和传递机制，包括时序、指令流程、异常处理等。

4、了解计算机系统的性能设计和评估方法，包括速度计频、吞吐量、响应时间等。

5、学习并掌握计算机组织结构的设计方法，包括硬件设计、操作系统设计、I/O接口设计等。

三、课程内容本课程将分为以下几个模块：1、计算机系统的基础知识：包括计算机系统的定义、分类、硬件组成等。

2、CPU的基本原理：包括CPU的组织结构、指令周期、时序等。

3、内存的基本原理：包括内存的组织结构、存储器的扩展、内存的控制等。

4、I/O设备的基本原理：包括I/O设备的组织结构、I/O控制方式等。

5、总线的基本原理：包括总线的组织结构、总线的通信协议等。

6、计算机系统的性能设计和评估：包括计算机系统的速度计频、吞吐量、响应时间等性能指标的设计和评估方法。

7、计算机系统的组织结构设计：包括硬件设计、操作系统设计、I/O 接口设计等。

四、教学方法本课程将采用以下几种教学方法：1、理论教学：通过讲解计算机系统的基本原理，帮助学生理解计算机组织的内部工作机制。

2、实验教学：通过实验操作，让学生实际操作计算机硬件，加深对理论知识的理解和掌握。

3、案例分析：通过分析实际计算机系统的组织结构，让学生了解计算机系统的实际应用和设计方法。

可编辑修改精选全文完整版第一章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：P3计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。

计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。

计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。

硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。

5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么？解：冯•诺依曼计算机的特点是：P8●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；●指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；●指令和数据均用二进制表示；●指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；●指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；●机器以运算器为中心（原始冯•诺依曼机）。

7. 解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。

解：P9-10主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。

CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。

主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。

存储单元：可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。

存储元件：存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。

存储字：一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。

存储字长：一个存储单元所存二进制代码的位数。

存储容量：存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分开描述）。

机器字长：指CPU一次能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。

指令字长：一条指令的二进制代码位数。

一、实习目的本次实习旨在通过实际操作，加深对计算机组成原理理论知识的理解，提高动手实践能力。

通过实习，使学生熟悉计算机系统的基本组成，了解计算机各部件的功能和相互关系，掌握计算机组成原理的基本实验方法和技能。

二、实习内容1. 计算机系统组成结构实验（1）实验目的：了解计算机系统的基本组成，熟悉各部件的功能和相互关系。

（2）实验内容：观察计算机硬件组成，包括主板、CPU、内存、硬盘、显卡等，了解各部件的功能和作用。

（3）实验步骤：1）观察计算机硬件组成，了解各部件的名称和功能。

2）了解主板、CPU、内存、硬盘、显卡等部件之间的连接关系。

3）分析计算机系统的工作原理。

2. 计算机组成原理实验（1）实验目的：加深对计算机组成原理理论知识的理解，提高动手实践能力。

（2）实验内容：1）静态随机存储器（RAM）实验：学习静态RAM的存储方式，并执行写数据和读数据的操作。

2）指令系统实验：掌握机器指令的编写与执行过程，了解算术运算指令、逻辑运算指令、标志位的作用等。

3）微程序控制器实验：了解微程序设计的方法，掌握微程序控制器的工作原理。

4）流水线CPU实验：理解流水CPU的工作原理，掌握流水线的基本概念和性能分析。

（3）实验步骤：1）按照实验指导书的要求，连接实验电路。

2）进行静态RAM的读写操作，观察实验结果。

3）编写汇编语言程序，执行算术运算、逻辑运算等指令，观察标志位的变化。

4）设计微程序控制器，实现简单指令的执行。

5）分析流水线CPU的时空图，计算吞吐率和加速比。

3. 计算机组成原理综合实验（1）实验目的：综合运用计算机组成原理知识，设计并实现一个简单的计算机系统。

（2）实验内容：1）设计一个简单的计算机系统，包括CPU、内存、输入输出设备等。

2）编写汇编语言程序，实现特定功能。

3）实现系统的输入输出操作。

（3）实验步骤：1）根据实验要求，设计计算机系统的硬件结构。

2）编写汇编语言程序，实现系统功能。

《计算机组成原理》教案一、教学目标1. 了解计算机硬件系统的组成及功能2. 掌握数据的表示和运算方法3. 理解存储器的层次结构和工作原理4. 掌握中央处理器（CPU）的工作原理和性能指标5. 了解计算机的输入输出系统及其接口技术二、教学内容1. 计算机硬件系统计算机的组成输入输出设备存储器中央处理器（CPU）2. 数据的表示和运算数制转换计算机中的数据类型算术运算逻辑运算3. 存储器层次结构随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）硬盘存储器虚拟存储器4. 中央处理器（CPU）CPU的组成和结构指令集和指令系统指令执行过程CPU性能指标5. 输入输出系统输入输出设备I/O接口技术中断和直接内存访问（DMA）总线和接口三、教学方法1. 采用讲授法，讲解基本概念、原理和方法。

2. 结合实例分析，让学生更好地理解计算机组成原理。

3. 使用实验和实训，培养学生的实际操作能力。

4. 开展课堂讨论和小组合作，提高学生的分析和解决问题的能力。

四、教学资源1. 教材：《计算机组成原理》2. 课件：PowerPoint或其他教学软件3. 实验设备：计算机、内存条、硬盘等4. 网络资源：相关在线教程、视频、论文等五、教学评价1. 平时成绩：课堂表现、作业、实验报告等（30%）2. 期中考试：测试计算机组成原理的基本概念、原理和方法（30%）3. 期末考试：综合测试计算机组成原理的知识点和实际应用（40%）六、教学安排1. 课时：共计48课时，每课时45分钟。

第一章：8课时第二章：6课时第三章：10课时第四章：10课时第五章：4课时第六章：6课时第七章：6课时第八章：4课时第九章：4课时第十章：4课时2. 教学方式：讲授、实验、课堂讨论、小组合作等。

七、教学重点与难点1. 教学重点：计算机硬件系统的组成及功能数据的表示和运算方法存储器的层次结构和工作原理中央处理器（CPU）的工作原理和性能指标输入输出系统及其接口技术2. 教学难点：存储器的工作原理中央处理器（CPU）的指令执行过程输入输出系统的接口技术八、教学进度计划1. 第一周：计算机硬件系统概述2. 第二周：数据的表示和运算3. 第三周：存储器层次结构4. 第四周：中央处理器（CPU）5. 第五周：输入输出系统6. 第六周：综合练习与实验九、教学实践活动1. 实验：实验一：计算机硬件组成认识实验二：数据表示与运算实验三：存储器测试实验四：CPU性能测试实验五：输入输出系统实验2. 课堂讨论：讨论话题：计算机硬件技术的未来发展讨论形式：小组合作、课堂分享1. 课程结束后，对教学效果进行自我评估和反思。

计算机组成原理第1章计算机系统概论一.填空题1. 计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的，前者是计算机系统的物质基础，而后者则是计算机系统解题的灵魂，两者缺一不可。

2. 存储程序是指解题之前预先把程序存入存储器；程序控制是指控制器依据所存储的程序控制计算机自动协调地完成解题的任务，这两者合称为存储程序控制，它是冯·诺依曼型计算机的重要工作方式。

3.通常将控制器和运算器合称为中央处理器(CPU) ；而将控制器、运算器和内存储器合称为计算机的主机。

4.计算机系统的硬件包括控制器、运算器、存储器、I/O接口和I/O设备等五大部分。

二.选择题1. 指令周期是指（ C ）。

A.CPU从主存取出一条指令的时间B.CPU执行一条指令的时间C. CPU从主存取出一条指令加上执行该指令的时间三.问答题1.存储程序控制是冯•诺依曼型计算机重要的工作方式，请解释何谓存储程序、程序控制？答：存储程序是指将解题程序(连同原始数据)预先存入存储器；程序控制是指控制器依据存储的程序，控制全机自动、协调的完成解题任务。

2.计算机系统按功能通常可划分为哪五个层次？画出其结构示意图加以说明。

答：.五级组成的计算机系统如图1.7 (课本P18)1）微程序设计级：微指令直接由硬件执行。

2）一般机器级(机器语言级)：由微程序解释机器指令系统，属硬件级。

3）操作系统级：由操作系统程序实现。

4）汇编语言级：由汇编程序支持执行。

5）高级语言级：由高级语言编译程序支持执行。

这五级的共同特点是各级均可编程。

四.计算题1.设某计算机指令系统有4种基本类型的指令A、B、C和D，它们在程序中出现的频度(概率)分别为0.3、0.2、0.15和0.35，指令周期分别为5ns、5.5ns、8ns和10ns，求该计算机的平均运算速度是多少MIPS(百万条指令每秒)？解:指令平均运算时间：T=5×0.3＋5.5×0.2＋8×0.15＋10×0.35＝7.3 (ns)平均运算速度：V=1/T=1/(7.3×10－3)＝137(MIPS)第2章运算方法与运算器一.填空题1.若某计算机的字长是8位，已知二进制整数x＝10100，y＝–10100，则在补码的表示中，[x]补＝00010100 ，[y]补＝11101100 。

计算机组成原理实验报告计算机组成原理实验报告引言：计算机组成原理是计算机科学与技术专业的重要课程，通过学习该课程，我们可以深入了解计算机的工作原理和内部结构。

本次实验旨在通过实际操作，加深对计算机组成原理的理解，并掌握一些基本的计算机硬件知识。

实验目的：1. 理解计算机的基本组成部分，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等；2. 掌握计算机的运行原理，了解指令的执行过程；3. 学习使用计算机组成原理实验箱，进行实际的硬件连接和操作。

实验过程：1. 实验一：组装计算机本次实验中，我们需要从零开始组装一台计算机。

首先，我们按照实验指导书的要求，选择合适的硬件组件，包括主板、CPU、内存、硬盘等。

然后，我们将这些硬件组件逐一安装到计算机箱中，并连接好电源线、数据线等。

最后，我们将显示器、键盘、鼠标等外设连接到计算机上。

2. 实验二：安装操作系统在计算机组装完成后，我们需要安装操作系统。

本次实验中，我们选择了Windows 10作为操作系统。

首先，我们将Windows 10安装盘插入计算机的光驱中，并重启计算机。

然后，按照安装向导的指引，选择安装语言、时区等相关设置。

最后，我们根据自己的需求选择安装方式，并等待操作系统安装完成。

3. 实验三：编写并执行简单的汇编程序在计算机组装和操作系统安装完成后，我们需要进行一些简单的编程实验。

本次实验中，我们选择了汇编语言作为编程工具。

首先，我们编写了一个简单的汇编程序，实现两个数相加的功能。

然后，我们使用汇编器将程序翻译成机器码，并将其加载到计算机的内存中。

最后，我们通过调试器来执行这个程序，并观察程序的执行结果。

实验结果与分析：通过本次实验，我们成功地组装了一台计算机，并安装了操作系统。

在编写并执行汇编程序的实验中，我们也成功地实现了两个数相加的功能。

通过观察程序的执行结果，我们发现计算机能够按照指令的顺序逐条执行，并得到正确的结果。

这进一步加深了我们对计算机的工作原理的理解。

计算机组成原理第一章知识点总结示例文章篇一：哎呀呀，同学们！今天咱们来聊聊计算机组成原理的第一章！你知道吗？计算机就像一个超级聪明的大脑，但它的聪明可离不开各种各样的“零部件”呢！就好比我们人，有手有脚有眼睛才能行动自如，计算机也一样，得有各种东西才能好好工作。

比如说，计算机里有个叫中央处理器（CPU）的东西，这可太重要啦！它就像是计算机的“总指挥”，负责处理各种信息和指令。

想象一下，如果我们的大脑没有指挥中心，那得多乱套呀？CPU 可不就是这样的存在嘛！还有存储器，这就像是计算机的“记忆库”。

我们能记住好多事情，计算机也得靠存储器来记住数据和程序。

要是没有存储器，计算机不就跟个失忆的人一样，啥都不记得啦？输入设备呢，就好比是计算机的“耳朵”和“眼睛”。

像键盘、鼠标、扫描仪这些，能把外面的信息传递给计算机。

这不就像我们通过耳朵听声音、眼睛看东西来获取信息一样嘛！输出设备呢，则是计算机的“嘴巴”和“手脚”。

比如显示器、打印机，能把计算机处理好的结果展示给我们。

这就像我们说话、做事来表达自己一样呀！在这一章里，我还知道了计算机的工作原理。

它就像是一个有条不紊的生产线，信息从输入设备进来，经过CPU 的处理，再存到存储器里，最后通过输出设备展示出来。

这过程是不是很神奇？而且，老师还跟我们讲了计算机的性能指标。

像什么字长啦、主频啦、运算速度啦。

这就好像我们评价一个人跑得快不快、脑子转得灵不灵一样。

字长就像是腿的长度，越长跑得可能就越快；主频就像心跳的速度，越高可能就越有活力；运算速度嘛，那就是真正做事的效率啦！哎呀，这第一章的知识可真不少！我觉得呀，计算机组成原理就像是一个神秘的宝藏，每深入一点就能发现更多的惊喜。

我可得好好学，以后说不定我也能成为一个计算机高手呢！总之，计算机组成原理的第一章让我大开眼界，我已经迫不及待地想去探索后面的知识啦！示例文章篇二：哎呀呀，今天我要给大家讲讲计算机组成原理第一章的那些超有趣的知识点！首先，咱们来说说计算机系统到底是个啥？就好像一个超级大的团队在干活！计算机硬件就像是强壮的工人，努力工作完成各种任务。