计算机组成原理[与网络课堂同步](罗克露)

2024/1/241《计算机组成原理》ppt课件

2024/1/242目录•计算机系统概述•数字逻辑基础•计算机各部件的功能和组成•指令系统•CPU的结构和功能•存储器的层次结构•计算机组成原理的应用和发展

2024/1/24301计算机系统概述Part

2024/1/244计算机的发展历程第一代计算机（1946-1957）电子管时代，采用电子管作为基本元件，体积大、功耗高、可靠性差。第二代计算机（1958-1964）晶体管时代，采用晶体管作为基本元件，体积减小、功耗降低、可靠性提高。第三代计算机（1965-1970）集成电路时代，采用中小规模集成电路，使得计算机体积更小、功耗更低、可靠性更高。第四代计算机（1971年至今）大规模和超大规模集成电路时代，计算机性能得到极大提升，应用领域不断扩展。2024/1/245计算机系统的层次结构微程序机器级微指令由硬件直接执行，微程序由微指令构成，用于描述机器指令。高级语言级用高级语言编写程序，通过编译或解释程序翻译成机器语言程序或汇编语言程序。传统机器级用微程序解释机器指令系统，提供传统机器级虚拟机器。汇编语言级用汇编语言编写程序，通过汇编程序翻译成机器语言程序。操作系统级通过系统调用实现操作系统功能，提供扩展机器。

2024/1/246指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。字长越长，数的表示范围越大，精度也越高。机器字长包括主存容量和辅存容量。主存容量通常以字节为单位，辅存容量通常以位为单位。存储容量越大，系统能存储的信息就越多。存储容量用每秒钟所能执行的指令条数来表示，单位通常用MIPS（百万条指令/秒）。运算速度越快，系统处理任务的能力越强。运算速度计算机的性能指标

2024/1/24702数字逻辑基础Part

2024/1/248数制的基本概念介绍二进制、十进制、十六进制等数制的基本概念及转换方法。编码方式详细阐述原码、反码、补码等编码方式及其在计算机中的应用。数的定点与浮点表示解释定点数与浮点数的表示方法，包括整数和实数的表示。数制与编码

计算机组成原理-完整版

前言

计算机组成原理是计算机科学中最基础的课程之一，它主要研究计算机系统的各个组成部分的原理和关系。它是计算机科学中最基础的课程之一，也是理解其他计算机科学领域的必备基础。

本文将介绍计算机组成原理中涉及的各个方面，从处理器到内存，再到输入输出系统，以及操作系统和应用层，详细解释它们的工作原理和相互关系。此外，我们还将介绍一些实际的例子，以帮助读者更好地理解这些概念。

计算机硬件组成

处理器

处理器是计算机的大脑，它是计算机中最为关键的部分之一。处理器的任务是执行指令，它通过解码指令，再根据指令来执行相应的操作。处理器包括控制单元和算术逻辑单元两部分。

控制单元是处理器的主控制中心，它决定了处理器要执行的操作，以及操作的顺序。由于处理器的速度非常快，因此它能够在一个时钟周期内执行多个操作。

算术逻辑单元（ALU）则用于执行运算操作，例如加减乘除、位移等。ALU从寄存器中读取数据，并根据指令进行相应的计算和操作。

存储器

存储器用于存储计算机中的数据和指令。存储器被分为两种类型：内存和外存。

内存是指计算机中直接可访问的存储，例如DRAM。它是用于临时存储程序和数据的地方。内存的访问速度非常快，但只能存储有限的数据量。

外存则是指计算机中不直接可访问的存储，例如硬盘。它用于长期存储数据和程序。虽然外存的访问速度相对较慢，但它能够存储大量的数据和程序。

输入输出设备

输入输出设备是与计算机交互的途径，例如键盘、鼠标和显示器等。输入设备用于将数据输入到计算机中，输出设备则用于从计算机中输出数据。 计算机系统架构

冯·诺依曼体系结构

冯·诺依曼体系结构是计算机系统的经典架构，它由储存器、算术逻辑单元、控制单元和输入输出设备组成。程序存储在内存中，并通过控制单元来控制执行。该体系结构具有良好的扩展性和通用性，适用于大多数计算机系统。

哈佛体系结构

哈佛体系结构是一种采用不同存储器分别用于程序和数据存储的计算机系统。它具有快速数据存取速度和高效的指令执行速度，但由于采用了两个存储器，系统复杂度略高。

计算机组成原理书

计算机组成原理是一门重要的计算机科学课程,它涵盖了计算机硬件和软件的基本原理和组成部分。本书旨在向读者介绍计算机组成原理的核心概念和技术，以帮助他们理解计算机的工作原理和设计理念。

本书的第一部分主要介绍计算机的基本知识和计算机硬件组成。我们将探讨计算机的基本组成部分，如中央处理器（CPU）、主存储器、输入输出设备和系统总线。此外，我们还将讨论计算机的时序和控制机制，以及计算机的指令集架构和汇编语言。

第二部分将深入研究计算机的存储器层次结构和主存储器的实现。我们将介绍不同类型的存储器，从寄存器、缓存和内存到辅助存储器，如硬盘、光盘和闪存。同时，我们还将讨论存储器的访问速度、容量和成本之间的权衡，并深入了解内存管理和虚拟存储器技术。

第三部分将重点介绍计算机的指令执行和处理器设计。我们将探讨指令的处理过程，包括指令抓取、指令译码、操作数寻址和指令执行。此外，我们还将研究流水线处理器的设计原理和性能影响，并讨论多级缓存和超标量处理器的工作原理。

最后，第四部分将探讨计算机系统的输入输出和总线结构。我们将研究输入输出设备的工作原理，包括键盘、鼠标、显示器、打印机和网络接口。同时，我们还将讨论总线的类型、传输速度和控制方式，并介绍I/O总线和内存总线的工作原理。

通过学习本书，读者将对计算机组成原理有深入的理解，并能够应用这些知识来解决计算机系统设计和优化中的问题。无论是从事计算机硬件设计、系统工程还是软件开发，本书都将是一本不可或缺的参考资料。

计算机组成原理第七讲(除法-原码恢复余数法)(科大罗克

露)

定点除法运算:若干余数与除数加减,移位。

例:0.10110 ÷0.11111--------->商为:0.10110 余数为: 0.10110 x 2-5

实现除法关键:比较余数,除数绝对值大小,以决定上商。恢复余数。

1.原码恢复余数法

算法:比较两数大小可用减法试探。

2 X 余数-除数=新余数(为正,够减,商为1;为负,不够减,商为0,恢复原余数)

实例:X= -0.10110 Y=0.11111 求X/Y,给出商数Q和余数R。

设置寄存器:A:被除数,余数B:除数C:商

初值:A=|X|=00.10110;B=|Y|=00.11111;-B=11.00001; C=|Q|=0.00000

分步运算过程:

步骤判断条件操作A=00.10110(看作余数r0)

C=0.00000(Cn=0最末位)

符号位SA <----- 01.01100

A= 乘2r0(左移一位)A=01.01100

1 -B + 11.00001

0 r1 = 00.01101 (符号位为0,表示够减,商为1)

C=0.00001--->Q12

<------ 00.11010 A=乘2r1(左移一位) A=00.11010

-B +11.00001

1 r2' = 11.11011 (符号位1,表示不够减,商为0)

C=0.00010--->Q2

3. +B + 00.11111 (不够减,恢复余数)

恢复余数r2 = 00.11010

4 <--------- 01.10100 A=乘2r2 (左移一位) A=00.11010

-B +11.00001

0 r3 = 00.10101

(符号位为0,表示够减,商为1) C=0.00101--->Q3 5. <----- 01.01010

A=乘2r3 (左移一位) A=01.01010