计算机组织结构第一篇

1、1.XX大学计算机科学系计算机组织结构，2012年1月2日。课程简介：计算机组织是指计算机算术单元、存储器、控制器、输入设备和输出设备等主要功能部件之间的互联和交互，从而实现机器指令级的各种功能和特性。算术单元、存储器、控制器、输入设备和输出设备被认为是计算机逻辑组成中最基本的功能部件。现代计算机的物理组成比这种逻辑组成复杂得多。事实上，可能有不止一个功能组件，其中一些分布在整个计算机中，而另一些相互结合。计算机体系结构是程序员所看到的计算机的属性，即概念结构和功能特征。在计算机系统的层次结构中，计算机系统的结构处于机器语言的层次。作为计算机系统结构的逻辑和物理实现，计算机组织的任务是围绕提高

2、性能价格比的目标，在机器指令级实现计算机的功能和特性。4、研究和建立功能组件之间的互连和交互，并完成每个功能组件内部的逻辑设计是逻辑实现的内容；将逻辑设计深化到组件和设备层面是物理实现的内容。有时前者被称为计算机组织，后者被称为计算机实现。然而，随着集成电路规模的不断扩大，很难将这两个步骤分开，因此它们统称为计算机组织。你为什么想学习这门课程？计算机组织与结构是计算机专业的一门重要专业基础课，也是计算机科学与技术专业规范和计算机2001、计算机2005确定的核心课程。对学生来说，树立完整计算机的概念，了解计算机系统的基本组成、结构和工作原理，对本学科其他知识领域和知识单元有更深的理解，具有重要

3、的意义。对于汽车工程专业的学生来说，无论是从事汽车造型设计还是研究汽车发动机，都必须对汽车的组成和工作原理有一个基本的了解。同样，对于计算机专业的学生来说，理解和掌握计算机的组成和工作原理是很有必要的。目前，许多高校计算机专业的学生都有不同程度强调软硬的想法。这主要有两个原因：一方面，近十年来，随着各行业管理信息系统的发展，对软件工程师(尤其是应用软件工程师)的需求越来越大，从事软件设计、软件编程、软件维护等工作的人员也越来越多。已经成为信息技术公司、金融、政府、企业和机构的稀缺人才；另一方面，与软件课程相比，硬件课程学习起来很枯燥，没有像语言软件课程那样立竿见影的效果。例如，许多高校开设了“

4、网页编程”课程，学生可以在此之后设计网站和制作网页，这当然是学生非常感兴趣的。事实上，在计算机系统中，计算机硬件和计算机软件是两个相关的部分。硬件为软件的运行提供了一个平台。要编译高质量的软件程序，全面了解计算机是非常重要的。就系统软件程序员而言，系统软件与硬件密切相关。系统软件程序员必须非常清楚机器级的硬件，然后才能编译适合特定机器硬件的系统软件。对于应用软件程序员来说，对机器硬件的理解有助于他们编译更高效和优化的程序。例如，近两年出现的阵列计算机、并行处理计算机、多处理器和基于多核处理器的计算机系统为并行计算提供了支持平台。对于程序员来说，了解计算机硬件实现的并行处理技术将有助于他们充分利

5、用并行计算环境，编制高效的并行程序。最重要的是，计算机科学教育有一个完整的科学体系，课程是围绕这个体系设置的。作为学生，我们应该学好每一门课程，掌握计算机科学所需的各方面知识。只有这样，我们才能对这门学科有一个完整的了解，成为真正合格的计算机科学与技术专业的学生。10、教材的内容组织，本教材是根据中国教育部计算机科学与技术教学指导委员会于2005年和2006年制定的计算机科学与技术专业标准中知识领域“CS-AR计算机体系结构与组织”所要求的内容编写的。11，每章涵盖的知识单元包括：1 .ar2数据的机器级表示(核心时间):第2章，第2节。AR3装配级机器组织(核心时间):第3章，第3节。AR4

6、存储系统组织和结构(核心时间):第4章，第4节。AR5接口和通信(核心时间):第5章和第6章。5.AR6功能组织(核心课时):第7章，第12章，第1章，第2章，第3章，第4章，计算机发展历史；根据电气和电子工程师协会的分类对计算机进行分类；最后，作为本书的前言，简要介绍了计算机的硬件组成和计算机的层次结构。进位计数系统；数字数据和非数字数据在计算机中的表示；计算机中数字数据的二进制运算方法及实现：数据传输过程中差错控制的数据校验码。计算机中汇编级指令的格式和地址结构；指令和操作数的寻址方式，指令的类型和功能以及典型指令系统的组成；精简指令系统RISC。记忆的组织、分类和层次结构；计算机主存储器

7、的组成和工作原理；跨内存技术、缓存和虚拟内存技术来提高存储系统的性能。每章的主要内容，第5章、第6章、第7章和第8章，计算机输入输出系统的组成；计算机输入输出的控制方式；磁盘系统是由计算机存储设备和磁盘阵列技术组成的。总线的基本概念、总线类别和总线控制模式等。通用总线标准：ISA、PCI等。通用外部总线接口标准：通用串行总线、IEEE 1394和SCSI。中央处理器的功能和组成；中央处理器的指令周期和执行指令的过程；设计中央处理器控制元件有两种主要方法：硬布线设计法和微程序设计法。计算机系统并行性的概念及提高并行性的技术途径：现代计算机中广泛使用的流水线技术和多处理器技术；集群系统。每章的主要

8、内容，14，第1章计算机系统简介，15，1.1计算机系统简介，1。计算机系统的软硬件，*电子计算机，数据存储，数据传输，数据处理，过程控制，*计算机系统的组成，具有特定功能的信息(程序)。例如代表应用需求的系统程序和应用程序，是使用逐位和跳跃计算并且能够根据逻辑判断结果控制计算过程的电子机器。*计算机的功能：计算机的物理实体；例如主机、外围设备等。16、功能实现模式，*计算机系统功能实现模式：问题解决过程，*计算机系统组成特点：软件功能由硬件实现，硬件性能由软件体现，硬件具有数据存储、传输和处理以及过程控制功能，软件代表应用数据处理和过程控制需求程序(指令序列，硬件使用不同的指令代表不同的功能

9、)来执行软件应用的数据处理和过程控制功能。17.2.计算机系统的层次结构，机器语言级机器M1，汇编语言级机器M3，由汇编程序翻译成机器语言程序，高级语言级机器M4，由编译器翻译成汇编语言程序或机器语言程序，操作系统级机器M2，用机器语言解释操作系统命令，用微程序解释机器指令，18，3。计算机结构与构成，*计算机系统结构：机器语言程序员所见的计算机属性的概念结构和功能特征，*计算机构成：实现计算机系统结构时所体现的计算机属性，*计算机实现：实现计算机构成时所体现的计算机属性，19，*相互关系计算机构成逻辑实现系统结构的内容；计算机实现物理实现计算机组成，20，1.2计算机系统的基本组成，1。冯诺

10、伊曼模型计算机，*结构和组成：它由算术单元、存储器、控制器、输入和输出设备组成，以算术单元为中心；*数据表示和操作：指令和数据都以二进制模式表示，操作也以二进制模式表示。21，*指令组成：由操作码和地址码组成；例如，如果加法运算的操作码表示为010，那么将两个存储单元01000和10000的内容相加的运算可以表示如下：表示运算的性质和操作数在存储器中的位置；*存储程序的原则；程序存储模式：指令和数据预先存储在存储器中(状态相同);*内存结构：由固定长度单元组成的一维空间，根据地址访问内存；22，*存储程序原理程序控制机制：自动取出指令并按照程序逻辑顺序逐一执行。下一个指令地址由当前指令生成。2

11、.计算机硬件的基本组成。1.计算机硬件结构。现代计算机是在冯诺伊曼模型的基础上改进的。*以内存为中心的结构：数据传输和数据处理并行，有利于提高系统性能。直接存储器存取(DMA)技术、缓冲技术、24 *由多个存储器组成的存储系统：解决了速度、容量和价格之间的矛盾，有利于提高性能/价格，包括辅助存储器(如磁盘等)。)；25 *，采用总线互连形式：实现组件操作的标准化，有利于提高系统的可扩展性；26，2，计算机组件的基本组成，(1)存储器*功能：存储程序和数据，通过存储单元可以同时存储一串二进制位；存储存储在字存储单元中的二进制码；存储阵列中所有存储单元的集合存储单元地址分配给每个存储单元的唯一编号

12、存储容量可存储在存储阵列中的二进制数字，*组成：27，*完成操作的过程：读取操作接收地址和命令，内部操作；输出数据、地址解码器、输入输出电路、接收地址和命令的写操作；接收数据，内部运算，28，(2)算术运算符*功能：实现算术运算和逻辑运算，并临时存储运算结果，*组成：*(交流)YAC运算过程：(0)(交流)是加数，交流，温度，(1)加数Y温度(。约定：(x)表示寄存器x中的内容，y表示存储单元y中的内容，29，(3)控制器*功能：命令和控制所有组件协同工作，实现程序执行过程，*程序执行过程：循环指令执行过程(取指令和执行指令)；下一条指令地址由当前指令产生(根据程序逻辑顺序)，指令译码器标识、

13、功能单元、“1”、地址形成单元、30，*控制器功能的实现方法生成当前指令在不同时间段执行所需的组件控制信号，*组成：31、(4)输入输出设备*功能：实现内外信息的输入输出和格式转换；*类型：键盘、鼠标、显示器、打印机、磁盘等。*连接：通过输入输出接口(也称为适配器或控制器)与总线相连，实现传输过程中信息的缓冲和传输功能。3.计算机软件的基本组成。1.计算机软件分类软件分为两类：系统软件和应用软件。语言处理程序数据库管理系统服务程序网络管理程序操作系统科学计算信息管理自动控制人工智能虚拟现实操作系统是一个管理所有硬件资源和软件环境的软件。*进程调度和控制：调度根据一定的算法确定进程在适当的时间运

14、行；例如，优先级、轮换、先到先服务，例如，当时间片满时，输入/输出请求可用，调度完成，控制上/下行过程的环境切换。34岁。4.计算机系统的工作过程。1.机器语言程序的形成*假设的计算机指令系统：*y=x b机器语言程序：程序设计和编译有两个步骤，指令和数据同等存储。与REGa和REGd无关，(0)REGaMAR (1)MARABus，ReadCBus (2)WaitMFC，dbus MDR(3)MdREGd在最后，rega和RegD被占用(总线)，*MAR/MDR对内存访问操作过程的影响：以MEM读数为例(1)REGaABus，ReadCBus (2)WaitMFC，dbusregd在最后，3

15、6；(1)指令执行过程包括三个步骤：取指令、指令分析和指令执行；*取指令执行过程：以ACX为例，MDR、IR、id、PC、X、MDR、AC、*加法指令：以AC(AC) Y为例、IDCU分析；执行操作以实现指令协议(重写电脑)；当指令被传送时)；如果循环中不要求不间断执行，则转到示例Y=x B : 00000 001 00100 ACX 00001 011 00101 AC(AC)B 00010 00100Y(AC)00011 101 * * * * *的机器语言程序执行过程停止，*程序执行的初始条件：(b)PC内容是要执行的程序的第一个指令地址，38、39、40、3 *模式2:支持多种请求模式，并且操作系统执行程序执行管理，*模式1:从主存储器的固定位置开始执行，并且当计算机刚刚启动时，应用程序通常用于程序执行(例如引导程序)。执行请求管理操作系统通过作业管理组织管理作业登录和调度，41。 (2)程序执行准备(即作业登录)，(3)程序执行管理(即进程管理)*进程调度：根据一定的算法选择要在适当的时间运行的进程*进程控制：将所选印刷电路板的硬件相关内容(如程序的第一地址)导入到中央处理器，*加载程序：*创建过程：-建立过程控制块印刷电路板(包括程序文件名、过程标识、过程状态等)。)进行