计算机原理教案2014

宿迁学院计算机组成原理教案《计算机组成原理》教案课程名称 教学对象 计算机组成原理 2012 级计算机本科（1）、（2）班 第一章 计算机系统概述 1、计算机平台的基本组成 2、计算机平台的层次结构 4、计算机平台结构、组成以及推动 4、计算机的性能评价 5、计算机发展简史 6、计算机的应用 通过本章的学习，要求知道整个计算机平台由硬件跟工具两部份组成， 其中硬件部分包含运算器、控制器、存储器、输入输出仪器等五大功能组件 教学基本 要求 构成。通过总线相互连成一个完整的硬件平台；软件部分包含系统软件、应 用工具两大部分。通过对计算机层次结构的知道，明确计算机组成原理课程 的任务跟目的。了解计算机中的一些基本概念，包括性能指标、计算机演进 简史以及计算机的应用。 1、计算机平台的基本构成 教学重点 2、计算机平台的层次结构 4、计算机平台结构、组成以及推动难点：计算机基本工作原理，数据在计算 机中的表示及编码。 计算机平台的层次结构、系统构架、组成及其实现的关系。明确计算机构成 原理课程的任务跟目的。 主讲 学时 巫宗宾 1、2、3教学内容教学难点教学方法理论：使用多媒体教学方法讲授 （.PPT）教学教具多媒体教学系统作业P15 习题 3、4、9、10备注1宿迁学院计算机组成原理教案教学内容及过程 1、计算机的分类 计算机分类： 模拟：处理在时间跟数值上连续的量 数字：处理离散的量 数字计算机分类： 专用计算机：如工控机、DSP、IOP 等 通用计算机：GPP 通用机分类： 巨型机（Super-Computer）、大型机（Mainframe）、中型机（Medium-size Computer）、小 型机（minicomputer）、微型机（microcomputer）、单片机（Single-Chip Computer） 2、计算机的应用 科学计算 传统方法：工作量大、人工处理慢 自动控制：数控车床、流水线控制 测量和检测：提高效率、在恶劣条件下的测量 信息处理： 教育、 卫生： 计算机辅助教学 （CAI） 、 多媒体教室、 CT （Computerized tomography） 家电 人工智能 3、数字计算机的软件构成 五大组成部份：运算器、控制器、存储器、输入／输出设备。

概念：存储单元、地址、存储容量、外存储器、内存储器、指令、程序、指令的构成、存储 程序、程序控制、指令系统、指令周期、执行周期、CPU、主机、数据字、指令字、数据流、 指令流、适配器。 4、冯?诺依曼体系结构 (1) 采用二进制形式表示数据和指令 数据和指令在代码的外表上并无区别．都是由 0 和 1 组成的代码序列，只是各自约定的 含义不同而已。采用二进制、使信息数字化容易推动计算机原理教案下载，可以用二值逻辑工具进行处理。程序 信息本来也可以成为被处理的对象，进行加工处理，例如对照程序进行编译，就是将源程序 当作被加工处理的对象。 (2) 采用存储程序模式 这是诺依曼思想的核心内容。如前所述，它意味着事先编制程序，事先将程序 (包含指 令和数据)存入主存储器中，计算机在运行程序时能够自动地、连续地从存储器中依次取出 指令且执行。这是计算机可高速自动运行的基础。计算机的工作表现为执行程序，计算机功 能的扩展在巨大程度上表现为所存储程序的扩展。 计算机的许多具体工作方式也是由此派生 的。 诺依曼机的这些工作方式，可称为控制流(指令流)驱动模式。即根据指令的执行序列，依次 读取指令；根据指令所含的控制信息，调用数据进行处理。

因此在执行程序的过程中，始终 以控制信息流为驱动工作的动因，而数据信息流则是被动地被调用处理。为了控制指令序列 的执行次序，我们设定一个程序(指令)计数器 PC(Program Counter)，让它存放当前指令所在 的传输单元的地址。如果程序目前是排序执行的，每取出一条指令后 PC 内容加 l，指示下一 条指令该从何处取得。如果程序将转移至某处，就将转移后的地址送入 PC，以便按新地址 读取后继指令。所以，PC 就像一个指针，一直指示着程序的执行进程，也就是指示控制流2宿迁学院计算机构成原理教案的产生。虽然程序与数据都采取二进制代码，仍可按照 PC 的内容作为地址写入指令，再按 照指令给出的操作数地址去调用数据。由于多数状况下程序是排序执行的，所以大多数指令 需要依次地紧挨着存放，除了部分已经使用的数据可以紧挨着指令储存外、一般将指令跟数 据分别存放在该程序区户的不同区域。 (4) 由运算器、存储器、控制器、输入装置和输出装置等五大部件构成计算机平台，并要求 了这五个别的基本用途。 上述这种概念确立了现代计算机的基本构架思想， 并推动了程序设计的新时代。 到现今为止， 绝大多数计算机仍延续这一体系，称为诺依曼机机制。

学习计算机工作原理也就从诺依曼概 念入门。 传统的诺依曼机从本质上讲是采用串行排序处理的工作模式，即使有关数据巳经准备好，也 必须逐条执行指令序列；而增加计算机性能的根本方向之一是并行处理：因此，近年来他们 在推动突破传统诺依曼体系的桎梏，这种努力被称为非诺依曼化。对何谓非诺依曼化的阐述 仍在争议中，一般觉得它体现在下面三个方面的尽力。 在诺依曼体系范畴内，对传统诺依曼机进行改造计算机原理教案下载，如运用多个处理部件产生流水处理， 依靠时间上的重叠减少处理效率；又如构成阵列机结构，形成单指令流多数据流，提高处理 速度。这些方向已相当成熟，成为标准结构。 用多个诺依曼机组成多机系统，支持并行算法结构。这方面的研究至今比较活跃。 从根本上颠覆诺依曼机的控制流驱动模式。例如，采用数据流驱动工作方式的数据流计 算机，只要数据尚未打算好，有关的指令就可并行池执行。这是真正非诺依曼化的计算机， 它为并行处理开创了新的形势，但因为控制的复杂性，仍进入实验探寻之中。 5、计算机平台结构的过去跟将来 发展：电子管→晶体管→集成电路→大规模、超大规模集成电路 趋势： 由于计算机网络和分布式计算机平台可为信息处理提供廉价的服务，因此计算机平台的 进一步发展，“三网合一”，将处于以通信为中心的体系结构。

计算机智能化将进一步发展，各种知识库及人工智能技术将进一步普及，人们将用自然 语言跟机器对话。计算机从数值计算为主过渡至知识推理为主，从而让计算机处于知识处理 阶段。 随着大规模集成电路的演进，不仅用多处理机技术来推动大型机系统功能，而且会出现 计算机的动态结构，即所谓模块化计算机平台结构。 多媒体技术将有重大突破和演进，并在微处理机、计算机网络与通讯等方面造成一次巨 大变革。 6、计算机的工具 计算机硬件是载体，软件是灵魂。 （1） 软件的构成与分类 分类：系统程序、应用程序 （2）软件的演进演变 手编程序（目的程序）→汇编程序→算法语言（高级语言） 高级语言与机器语言的转化：编译平台、解释系统 操作系统、数据库 7、计算机平台的层次结构 （1）多级组成的计算机平台 五个级别：第一级微程序设计级、第二级是通常机器级、第三级是操作系统级、第四级3宿迁学院计算机组成原理教案是汇编语言级、第五级是高级语言级。 （2） 软件与硬件的逻辑等价性 补充：计算机的性能指标 基本字长 基本字长是指参与运算的数的基本位数，它标志着计算效率。位数越多，精度越高，但 硬件成本也越高，因为它决定着寄存器、运算组件、数据总线等的位数。

主存容量 主存储器是 CPU 可以直接访问的存储器，需要执行的程序与必须处理的数据就放到主存 之中。主存容量大则可以运行非常复杂的程序，并能存入大量信息，可运用更完善的硬件支 撑环境。所以，计算机处理能力的大小在巨大程度上取决于主存容量的大小。 外存容量 外存容量通常是指计算机平台中联机运行的外存储器容量。由于操作系统、编译程序及 众多的硬件资源通常放置在外存之中， 需用时再调入主存运行。 在批处理、 多道程序模式中， 也常将各用户待执行的程序、数据以作业方式先放到外存中，再逐步调入主存运行。所以， 联机外存容量也有一项重要指标，一般以字节数表示。 运算速率 同一台计算机，执行不同的运算所需时间也许不同，因而对运算速率的表述常运用不同 方法。常用的有 CPU 时钟速率、每秒平均执行指令数(ips)、单独注明时间等。 所配置的外围设备及其性能指标 外围设施配置也有制约整个平台性能的重要原因， 所以在平台技术表明中常给出允许配 置情况与实际配置状况。 系统工具配置状况 作为一种硬件平台，允许配置的系统软件原则上是可以不断扩充的，但实际购入的某个平台 究竟已配置这些工具，则说明它的当前功能。4