计算机原理与设计-CH1-2005

不止ALU一个。
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2、计算机系统组成
控制器CU的组成： ➢时序部件：
• 主频CP和时序信号产生器TSG：
CP
TSG
• 节拍和主频周期的关系
➢微操作（Micro－operation）控制部件
• Why? • 微操作与微程序； • 微程序通常固化在ROM（Read Only Memory）中。
➢I/O的特点：速度较慢。
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2、计算机系统组成
互连结构（Interconnection Structure） ➢作用：数据交换。 ➢BUS：
• 连接简单； • 数据传输率不高； • 微机中大量使用。
➢互连网（Interconnection Network）：
10 8 08 8 02 8 08 8 02 8 08 8 02 8 14 8 FF 0
00B01 00B00 00B02 00B00 00B03 00B00 00B04 00B05 00000
00B00
x
00B01
a
00B02
b
00B03
c
00B04
d
00B05
y
说明 取数：R8 a 乘法：R8 a × x 加法：R8 a × x + b 乘法：R8 (a × x + b)× x 加法：R8 (a × x + b)× x + c 乘法：R8 ((a × x + b)× x + c)× x 加法：R8 ((a ×x + b)× x + c)× x + d 存数：(00B05) R8 停机
计算机原理 Computer Principles
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About Principle
Definition: ➢A general truth or belief that is used as a base for reasoning, or action, or for the development of further ideas. ➢A law of nature as scientifically discovered and stated.
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1、计算机及其发展史
计算工具 ➢计算过程：获取数据、存储数据、加工数据。 ➢计算工具的发展就是计算过程自动化程度不断 提高的过程：
• 手工计算 • 机械计算 • 电子计算
电子计算机的分代 ➢以电子器件为标志
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2、计算机系统组成
计算机的功能 ➢ 数据传送功能 ➢ 数据存储功能 ➢ 数据处理功能 ➢ 操作控制功能 ➢ 操作判断功能
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2、计算机系统组成
冯.诺依曼体系结构 ➢以二进制表示和存储程序控制为核心。
存储器
输入设备
运算器
➢y=((a*x+b)*x+c)*x+d
• 3次乘法，3次加法
ax 上步结果加 b
ax+b 上步结果乘以 x
ax2+bx 上步结果加 c
ax2+bx+c 上步结果乘以 x
ax3+bx2+cx
上步结果加 d
ax3+bx2+cx+d
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3、计算机的工作过程
移位器
flag
ALU
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锁存器1
锁存器2
内部总线
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寄存器组 R0 R1 ... Rn-1
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2、计算机系统组成
控制器CU（Control Unit）的作用： ➢根据预定的步骤，控制与协调各部件的自动工 作。是计算机的管理机构和指挥中心。 ➢控制器完成的工作实质上就是控制指令执行： 获取指令、译码、产生控制信号。 ➢连续不断、有条不紊地继续上述动作，即所谓 的执行程序。
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3、性能分析与分类
计算机的分类标准 ➢计算机的用途
• 专用 • 通用
➢计算机的规模
• 巨型机、大型机、小型机、微型机、单片机
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4、计算机的应用与发展
应用类型 ➢科学计算 ➢数据处理 ➢实时控制 ➢辅助设计 ➢智能模拟
TSG
ID
状态
微操作控制部件
...... 微操作 控制信号
控制器
XR
地址计算
+1
AR
PC
到内存选址系统
存储体 ...... 地址译码器
MAR
存储时序控制线路 内存储器
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3、计算机的工作过程
计算y的源程序
主存地址 指 令 或 数 据
00A00 00A01 00A02 00A03 00A04 00A05 00A06 00A07 00A08
学习内容
➢基本组成（Basic Organization）
➢工作原理（Principle）
➢设计方法（Layout Method）
➢常识性知识（Common Sense ）
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知识点
参见目录： ➢绪论 ➢指令系统 ➢运算方法与运算器 ➢控制器 ➢存储器 ➢输入输出(I/O)控制 ➢计算机模块结构与互连
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3、性能分析与分类
性能指标： ➢主频：5M～3G+ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 提高主频的方法：工艺
➢速度：
• 吉布森混合法 • 计算各种指令执行速度 • 计算典型程序运算速度Benchmark • 实际测试、模拟分析
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3、性能分析与分类
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学习目标及方法
学习目标： ➢花时少、效率高; ➢掌握基础知识，进行创造力训练； ➢培养一流的计算机人才。
学习方法： ➢概念、原理与设计——what? why? how? ➢提倡怀疑； ➢听课时追随老师的思路，积极思考； ➢温故而知新。
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3、计算机的工作过程
计算机总体框图
运算器
移位器
flag
ALU
锁存器 1 锁存器 2
寄存器组 R0 R1 ... Rn-1
CPU内部总线
输入输出设备 I/O设备 ...... I/O设备
设备控制器
设备控制器
......
I/O控制部件
系统总线
MBR
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CP
IR
节拍信号 指令译码
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2、计算机系统组成
存储器M（Memory） ➢存储器的构成
存储体
存
00...00 地 00...01
存储单元
读
地 址 总 线
储 地 址 寄 存
址 00...10 译 码
...... ......
写 线
器
路
MAR
器 11...11
存储单元
读/写命令
2、计算机系统组成
控制器CU的组成： ➢指令控制部件：
• PC：程序计数器、指令地址寄存器； • IR：存放当前正在执行的指令； • ID：对指令操作码进行译码以识别指令。
➢地址形成部件：
• AR：存放需要访问数据的存储单元地址； • XR：变址寄存器，用于变址寻址； • 地址计算部件。注意：CPU中能够完成计算的部件
• 连接复杂； • 数据传输率高； • 对速度要求高的巨型机、并行机中大量使用。
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3、计算机的工作过程
一个简单例子：
a 乘以 x
➢已知a、b、c、d、x， 求解代数多项式： y=ax3+bx2+cx+d。
➢y=a*x3+b*x2+c*x+d
• 5次乘法，3次加法
存储时序控制线路
存
储 缓 冲 寄 存
数 据 总 线
器
MBR
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2、计算机系统组成
输入与输出设备（Input/Output Device） ➢又称外设、简称I/O； ➢主机：CPU、内存储器及相应接口； ➢种类：
• 输入设备 • 输出设备 • 输入输出设备
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其他需要说明的问题
关于课堂纪律； 关于课程安排； 关于课后作业； 关于考试。
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第一章
绪论 Introduction
内容提要
计算机的发展史（简介） 计算机系统组成（掌握） 计算机工作过程（第一章/了解、全课程/掌握） 计算机的性能指标和分类（掌握） 计算机的应用与发展（简介）
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4、计算机的应用与发展
发展 ➢性能超级化
• 超高性能微处理器Cray on Chip • 并行处理技术的应用