计算机组成与结构
计算机组成与结构
1000+ 人选课
更新日期:2025/05/14
开课平台学银在线
开课高校合肥大学
开课教师程知池凌鸿刘洁群焦喜香
学科专业工学计算机类
开课时间2025/02/16 - 2025/08/31
课程周期28 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介

计算机组成与结构,是一门讲授计算机内部各个部件的基本组成与工作原理的课程。

1945年,取名为ENIAC的第一台电子计算机制成。但它体积庞大,并且属于程序外插型,使用起来并不方便。计算机运算几分钟或几小时,需要用几小时到几天来编插程序。当ENIAC的研制接近成功时,曾任职伯丁试炮场顾问的冯·诺依曼知道了这一消息。他在仔细研究过ENIAC的优缺点后,在别人的协助下,于1946年给出了一个新机EDVAC的设计方案,这个方案中的计算机包括计算器、控制器、存储器、输入输出装置,为提高运算速度,首次在电子计算中采用了二进制,并实现了程序内存。它使全部运算真正成为自动过程。冯·诺依曼的EDVAC几经周折,在1952年终于制成。

1952年1月,由计算机之父,冯·诺伊曼(Von Neumann)设计的IAS电子计算机EDVAC问世。这台IAS计算机总共采用了2300个电子管,运算速度却比拥有18000个电子管的“埃尼阿克”提高了10倍,冯·诺伊曼的设想在这台计算机上得到了圆满的体现。

·诺伊曼计算机成为计算机世界中的一个标志性里程碑,70年过去了,直到现在,几乎所有通用计算机都遵从冯·诺依曼的设计。而很多非冯·诺依曼机器是为特殊目的设计的,比如,公认的第一个非冯·诺依曼处理芯片完全是为图像处理设计的。

本课程围绕冯·诺依曼计算机的五大部件,使学生掌握和理解计算机系统总线、存储器、输入输出系统、指令系统、中央处理器以及控制单元等各组成部分的原理与工作过程,通过对原理的深入理解,使学生具备使用计算机硬件知识解决计算机科学与技术领域问题的能力。

课程大纲

计算机系统概论

  • 1.1 冯诺伊曼计算机特点
  • 1.2 现代计算机硬件框图
  • 1.3 计算机硬件的主要技术指标
  • 1.4 Hello程序实例

系统总线

  • 2.1 总线的基本概念
  • 2.2 总线控制
  • 2.3 系统级仿真参考-SystemC

存储器

  • 3.1 存储器概述
  • 3.2 主存储器和半导体存储芯片概述
  • 3.3 静态随机存储器的基本单元电路
  • 3.4 动态随机存储器的基本单元电路
  • 3.5 存储器与CPU的连接
  • 3.6 存储器的校验
  • 3.7 提高访存速度的措施
  • 3.8 高速缓存概述
  • 3.9 Cache-主存地址映射

输入输出系统

  • 4.1 输入输出系统概述:第一部分
  • 4.2 输入输出系统概述:第二部分
  • 4.3 输入输出设备与输入输出接口
  • 4.4 程序查询方式与程序中断方式
  • 4.5 程序中断方式(续)
  • 4.6 DMA方式的特点、功能和组成
  • 4.7 DMA的工作过程与接口类型

计算机的运算方法

  • 5.1 无符号数和有符号数
  • 5.2 数的定点表示和浮点表示
  • 5.3 定点移位运算
  • 5.4 定点加减法运算
  • 5.5 定点乘法运算
  • 5.6 定点除法运算
  • 5.7 浮点加减运算
  • 5.8 浮点数例题

指令系统

  • 6.1 机器指令
  • 6.2 操作数类型和操作类型
  • 6.3 寻址方式
  • 6.4 RISC技术

CPU的结构和功能

  • 7.1 CPU的结构
  • 7.2 指令周期
  • 7.3 指令流水
  • 7.4 中断系统(上)
  • 7.5 中断系统(下)
  • 7.6 典型例题

控制单元的功能

  • 8.1 操作命令的分析
  • 8.2 控制单元的功能