、器件的设计、装配技术等属于计算机实现。
计算机组成原理 31
例:① 主存容量与编址方式(按位、按字节、
按字访问等)的确定属于计算机系统结构。
②为达到所定性能价格比，主存速度应多快 ，在逻辑结构上需采用什么措施(如多体交叉 存储等)属于计算机组成。 ③主存系统的物理实现，如存储器器件的选 定、逻辑电路的设计、微组装技术的选定属于 计算机实现。
计算机组成原理
16
计算机硬件系统的一种构成形式 存储器 系 统 总 线
运算器 控制器
适配器
输入设备 输出设备
17
计算机组成原理
计算机硬件系统的一种构成形式
4 PC+4 I 25-21 I 20-16 PC 指令 存储器 IR I15-11 I31-28 I 25-0 x4 Target
控制器
x4
计算机组成原理 7
本讲主要内容
课程简介
计算机系统的基本构成 计算机系统的层次结构 计算机系统结构、组成及其实现
计算机组成原理
8
计算机系统的基本构成
计算机系统
计算机硬件
计算机软件
主机
外设
主存 I/O接口
CPU 系统总线
辅存
I/O设备
运算器
控制器
内部寄存器组
计算机组成原理
9
计算机系统的基本构成
计算机系统
课程简介
课程性质与地位： 专业基础必修课程,承上启下 课程目的与任务：
建立计算机硬件系统的完整概念，以单 机系统为研究对象，阐述计算机系统的硬 件组成以及各部件的工作原理
计算机组成原理
4
课程主要内容
1、计算机系统概论 2、逻辑电路设计基础 3、信息编码和数据表示 4、计算机算法和算法逻辑实现 5、存储器 6、计算机指令构成和寻址方式 7、处理机设计 8、流水线处理机 9、存储系统 10、输入输出设备 11、输入输出系统
32
计算机组成原理
例:①确定是否有乘法指令属于计算机系统
结构。
②乘法指令是用专门的乘法器实现，还是经 加法器用重复的相加和右移操作来实现，属于计 算机组成。 ③乘法器、加法器的物理实现，如器件的选定 (器件集成度、类型、数量、价格)及所用微组 装技术等，属于计算机实现。
计算机组成原理 33
计算机系统结构、计算机组成和计算机实 现是三个不同的概念，但随着技术、器件和应 用的发展，三者之间的界限越来越模糊。
编译
操作系统
指 令 系 统
逻辑 设计
计算机组成原理
组 实
成 现
器件，封 装、机箱、 电源、冷 却设计
30
系统结构、组成、实现三者之间的区别
例 ① 机器指令集的确定属于计算机系统结 构。
② 指令的实现，如取指令、取操作数、运
算、送结果等具体操作及其排序方式属 于计 算机组成。
③ 实现指令集中所有指令功能的具体电路
第2级 第1级 第0级
机器指令时序
硬操作时序
物理计算机 （硬件）
从语言功能层次划分
计算机组成原理 21
计算机系统的层次结构
第0级由硬件实现。 第1级由微程序实现。 第2级是传统指令系统（机器语言）机器。 第3级是操作系统机器。操作系统是运行在第２级上的解释程序 第4级是汇编语言机器。 第5级是高级语言机器。 第6级是应用语言机器。
•面向计算机本身的软件--OS，故障处理程序等
•面向计算机维护人员的软件--调试、纠错、测试程序等 •面向用户的软件--汇编、编译和解释程序、DBMS等
（2）应用软件：为解决某个应用领域的具体任 务而编制的程序
计算机组成原理
12
计算机硬件系统的基本构成
控制器 内部 外设
CPU
系统 主存
总线
运算器
总线
软件系统
应用软件
计算机组成原理 35
小结
计算机组织(organization)是指计算机 的各个操作部件工作原理以及它们之间的相 互联系，这些操作部件用来具体实现计算机 结构的属性，如计算机内部的控制信号，存 储技术，与外部设备的接口等。
计算机组成原理
36
Jump Aluop PCSource MemRead MemWrite MemtoReg
Rx A Dx Ry 寄存器堆 Rz B Dy Dz RegWrite
ALU
Add 数据 Do 存储器 Di
PCWrite
IRWrite
I15-0
RegDst
符号扩展
ALUSource
专用通路结构例子
计算机组成原理 18
同一程序可以在不同复杂度级别进行表示
计算机组成原理 23
本讲主要内容
课程简介
计算机系统的基本构成 计算机系统的层次结构 计算机系统结构、组成及其实现
计算机组成原理
24
计算机系统结构、组成及其实现
计算机系统结构主要研究软硬件功能分配和 对软硬件界面的确定
软件
指令系统体系结构（ISA）
计算机组成原理
——运算速度、存储容量、I/O带宽
计算机组成原理 27
结构、组成和实现
计算机系统的组成是指计算机系统结构的逻
辑实现，主要包括：
确定数据通路的宽度 确定各种操作对功能部件的共享程度 确定专用的功能部件 确定功能部件的并行度 设计缓冲和排队策略 设计控制机构 确定采用何种可靠性技术
参考教材：
郑纬民 《计算机组成和设计-硬件/软件接口（第二版）》。清华大学 出版社 王爱英.《计算机组成与结构》.清华大学出版社.１９８９ 江义鹏.《计算机组成原理》.人民邮电出版社.１９８８ 俸远祯.《计算机组成原理》.电子工业出版社 李亚民.《计算机组成与系统结构》.清华大学出版社.2000年 袁开榜.《计算机组成原理》高等教育出版社 白中英、韩兆轩编.《计算机组成原理》.科学出版社 唐朔飞.《电子数字计算机原理》.哈尔滨工业大学出版社参考书： 邹海明.《计算机组织与结构》.电子工业出版社.１９９３年.版
计算机组成原理
第一讲
计算机系统概述
2013年9月9日
计算机组成原理 1
本讲主要内容
课程简介 计算机系统的基本构成 计算机系统的层次结构 计算机系统结构、组成及其实现
计算机组成原理
2
将回答:
本课程重要吗？ 计算机硬件有哪些基本部件构成？
计算机系统如何构成？ 本课程中探讨问题的前提？
计算机组成原理 3
计算机组成原理 5
主要教学环节
课堂教学：64学时 实验教学：16学时
实验内容：
运算器实验 存储器实验 微控制器实验 基本模型机设计
考试：笔试成绩 + 实验成绩 + 平时成绩
本课程重要吗？
计算机组成原理 6
教材：
Computer organization & design (the hardware/software interface) (second edition) David A. Patterson John L. Hennessy
计算机系统如何构成？ 计算机硬件有哪些基本部件构成？
计算机组成原理
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本讲主要内容
课程简介
计算机系统的基本构成 计算机系统的层次结构 计算机系统结构、组成及其实现
计算机组成原理
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计算机系统的层次结构
第6级 应用语言
第5级
第4级
高级语言
汇编语言 系统原语 机器指令系统 虚拟计算机 （软件）
第3级
25
计算机系统结构= 指令系统体系结构 + 机器组成 + …
“计算机系统结构(Computer Architecture)”
计算机组成原理
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系统结构的研究范围
外特性: ——指令系统、数据表示、寻址方式、寄存器集
界面设计:
——确定硬件功能
新型系统结构设计:
——并行性、数据流、推理机、神经网
性能成本评价:
计算机组成原理 15
计算机的组成部件
计算机的5大部件中，运算器和控制器是 信息处理的中心部件，所以它们合称为“中 央处理单元”（CPU：Central Processing Unit）。存储器、运算器和控制器在信息处 理操作中起主要作用，是计算机硬件的主体 部分，通常被称为“主机”。而输入 （Input）设备和输出（Output）设备统称 为“外部设备”，简称为外设或I/O设备。
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计算机组成原理
计算机实现是指计算机组成的物理
实现，包括：
处理机、主存储器等部件的物理结构 器件的集成度和速度 专用器件的设计 器件、模块、插件、底版的划分与连接 信号传输技术 电源、冷却及装配技术，相关制造工艺 及技术等
计算机组成原理 29
相互关系
外特性 设计
应用程序
计算机软件
计算机硬件
应用软件
系统软件
操作系统 语言处理程序 诊断程序 各种标准程序库 。。。
计算机组成原理
MIS ERP OFFICE OUTLOOK 。。。
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计算机软件（Software）： 是指能使计算机工作的程序和程序运行时所需 要的数据，以及与这些程序和数据有关的文字说明 和图表资料，其中文字说明和图表资料又称为文档。
程序+数据+文档
计算机硬件（Hardware）： 是指构成计算机的所有实体部件的集合，通常这 些部件由电路（电子元件）、机械等物理部件组成。 计算机硬件指可触摸得到的物理设备实体
计算机组成原理 11
计算机软件（Software）： （1）系统软件：为用户便于使用和管理计算机 而编制的程序，由系统设计者和厂家提供。
寄存 器组
计算机组成