计算机原理


计算机原理

第一章 计算机系统概论

人类在长期的劳动中建立了自己的知识体系,并开发和创造了工具,用工具扩展和延伸自己的功能。

机械工具 -> 肢体

检测工具 -> 感官

计算机工具 -> 大脑

电子计算机式一种能够自动、高速、精确地对各种信息进行处理和存储的电子设备,从总体上可分为两大类:

电子模拟计算机机 和 电子数字计算机。

电子模拟计算机中处理的信息式连续变化的模拟量,而电子数字计算机中处理的信息式在时间上离散的数字量。

通常所说的计算机都是指电子计算机。

1.1 计算机发展简史

计算机最初式作为一种计算工具而问世的。

早在计算机问世之前,就有各种各样的计算工具。

纵观计算工具的发展历史,人类的计算工具已经经过了

算筹、算盘、计算尺、手摇计算机、电动计算机、真空管计算机、晶体管计算机、大规模集成电路计算机

正在向 生物计算、光计算、量子计算 等方向探索。

人类从记数、计数到计算,经历了漫长的历史阶段,即从手工阶段、机械阶段,一直发展到现今的电子阶段。

分析其发展的动力,主要来自两个方面的需求:提高计算能力(计算速度和精度等)和提高计算的可用性(方便性等)。

分析计算机技术,还可以看出,它的发展是从两个方面不断向前推进的:计算机体系结构的进步和元器件技术的进步。

1.1.1 手工计算阶段

记数、穴石、结绳、刻木、十进制计数法、算筹、算盘、计算尺。

1.1.2 机械机选阶段

年份 人员 备注
1642年 布莱茨.帕斯卡 用齿轮计算的 机械加法器
1666年 赛缪尔.莫兰 可以加、减的机械计算器
1673年 戈特弗里德.莱布尼茨 可以加、减、乘、除运算的计算器,被称为乘法器
1822年 查尔斯.巴贝奇 首先提出了整个计算过程自动化的概念,但技术上未能制造出来
1854年 乔治.布尔 第一次把运算和逻辑理论建立在“0”和“1”两种值以及“与”、“或”,“非”三种基本逻辑运算的基础上

巴贝奇 提出的 自动计算机 必须具有 输入、输出、处理、存储、控制 五大功能,以及计算机只有具备记忆功能,能记住数据和操作操作步骤,并按这些步骤规定对机器进行自动控制,才能实现自动计算的思想,是对现在电子计算机的最伟大贡献之一。因此人们称 巴贝奇 为现在计算机之父。

布尔代数为二进制的数字计算机奠定了理论基础,它是现在一切数字设备的理论基础。

1.1.3 电子计算阶段

年份 人员 备注
1939 约翰.阿塔纳索夫 首次使用电子元件按二进制原理制造了一台电子管计算机
1942 克利夫.贝瑞 制造出一台电子管计算机ABC(Atanasoff-Berry Computer)
1943 美军 虏获了德军著名的Leopold重炮。
1945 宾夕法尼亚 ENIAC(Electonic Numerical Integrator and Computer,电子数字积分计算机)开始试运行。十进制计数法。
1949 剑桥大学 EDSAC(Electronic Delay Storage Automatic Calculator,电子延迟存储自动计算机)被认为是世界上第一台存储程序电子计算机。二进制计数法。

1.2 计算机系统

一个完整的计算机系统包含硬件和软件两大部分。

硬件是指组成计算机的所有器件或装置的总称,它们是“看得见、摸得着”的有形设备。

软件是相对硬件而言的,是指在计算机硬件上运行的各种程序以及有关的文档资料,例如操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、数据库管理系统、专用软件包、各种维护使用手册、程序流程图和说明等,是无形的东西。

硬件是计算机系统的物质基础,没有硬件对软件的支持,软件的功能就无从谈起,也就无法计算、处理某一方面的问题。

同样,软件是计算机系统的灵魂,是硬件功能的完善与扩充。没有软件,计算机是个“死”东西,根本无法工作。

因此,计算机的硬件与软件是相互渗透、相互依存、互相配合、互相促进的关系,两者缺一不可。

所以计算机系统性能的好坏取决于软、硬件功能的总和。

1.2.1 计算机系统的硬件

冯.诺依曼思想体制主要包括:

  1. 采用二进制数字代码形式表示各种信息。

  2. 采用存储程序控制工作方式。

  3. 计算机硬件由五大部件组成。运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。总线:数据总线(Data Bus,DB)、地址总线(Address Bus,AB)、控制总线(Control Bus,CB)。

1.2.2 计算机系统的层次结构

数字逻辑层、微程序设计层、机械语言层、操作系统层、汇编语言层、高级语言层

1.3 计算机系统的技术指标

机器字长、内存容量、运算速度

课程内容与考核要求

课程内容

  1. 计算机发展简史。

  2. 计算机的基本组成及冯.诺依曼思想。

  3. 计算机软件、硬件的基本概念。

  4. 计算机系统的层次结构。

  5. 计算机系统的性能指标。

学习目的与要求

通过本章学习,要求考生了解计算机的发展简史,从宏观(或总体)上了解计算机的基本组成及工作原理,熟悉计算机硬件的五大部件及其关系描述,理解硬件、软件的基本概念,掌握计算机系统的层次结构及计算机系统的性能指标。

本章重点:计算机的基本组成及冯.诺依曼思想,计算机各部件的相互联系及总线结构。

本章难点:计算机系统的层次结构,软件与硬件在逻辑上等价的概念。

考核内容与考核要求

  • 识记
  1. 计算机发展简史

  2. 计算机软件、硬件的基本概念

  3. 计算机系统的层次结构

  4. 计算机软件与硬件在逻辑上等价的概念

  • 领会
  1. 计算机的基本组成及冯.诺依曼思想

  2. 计算机各部件的相互联系及总线结构

  3. 计算主机与CPU的概念

  4. 计算机系统的性能指标

第二章 数字逻辑基础

2.1 逻辑代数与逻辑门

2.1.1 逻辑代数的运算与逻辑电路

2.1.2 逻辑代数的运算法则

2.2 组合逻辑电路

2.3 常用时序电路

2.3.1 触发器

2.3.2 寄存器

2.3.3 计数器

课程内容与考核要求

课程内容

学习目的与要求

考核内容与考核要求

第三章 计算机中的信息表示

3.1 数值型数据的表示

3.1.1 进位计数制及其相互转换

3.1.2 无符号数和带符号数的表示

3.1.3 十进制数的编码

3.2 非数值型数据的表示

3.2.1 字符编码

3.2.2 汉字编码

3.2.3 位图图像的表示

3.2.4 语音的表示

3.3 数据校验码

3.4 指令信息的表示

3.4.1 指令格式

3.4.2 指令字长度

3.4.3 寻址方式

3.4.4 指令的类型及基本功能

课程内容与考核要求

课程内容

学习目的与要求

考核内容与考核要求

第四章 运算方法及运算器

4.1 定点补码加、减法运算

4.2 定点乘法运算

4.2.1 原码一位乘法

4.2.2 补码一位乘法

4.2.3 *并行阵列乘法器

4.3 定点除法运算

4.3.1 原码除法运算

4.3.2 补码除法运算

4.3.3 *并行阵列除法器

4.4 逻辑运算

4.5 *浮点运算

4.6 运算器

课程内容与考核要求

课程内容

学习目的与要求

考核内容与考核要求

第五章 中央处理器

5.1 CPU 的功能与组成

5.1.1 CPU 的功能

5.1.2 CPU 的组成

5.1.3 CPU 中的主要寄存器

5.1.4 微命令发生器与时序信号产生器

5.2 指令周期

5.2.1 指令周期的基本概念

5.2.2 MOV 指令的指令周期

5.2.3 LAD 指令的指令周期

5.2.4 ADD 指令的指令周期

5.2.5 STA 指令的指令周期

5.2.6 JMP 指令的指令周期

5.2.7 指令周期的方框图表示

5.3 时序信号产生器与时序控制方式

5.3.1 时序信号的概念和作用

5.3.2 时序信号产生器

5.3.3 时序控制方式

5.4 微操作及其实现

5.5 组合逻辑控制器

5.5.1 控制器的基本组成与实现方法

5.5.2 组合逻辑控制器

5.5.3 CPU 模型设计

5.6 微程序控制器

5.6.1 微程序控制的基本概念

5.6.2 微程序控制器的组成与工作过程

5.6.3 微程序设计技术

5.7 现代 CPU 设计技术

5.7.1 流水 CPU

5.7.2 多媒体 CPU

课程内容与考核要求

课程内容

学习目的与要求

考核内容与考核要求

第六章 存储器与存储系统

6.1 概述

6.1.1 存储器分类

6.1.2 存储系统的分级结构

6.1.3 主存的性能指标

6.2 随机存取存储器

6.2.1 SRAM 存储器

6.2.2 DRAM 存储器

6.2.3 CPU 与存储器的连接

6.3 只读存储器

6.4 高速存储器

6.5 高速缓冲存储器

6.5.1 Cache 基本原理

6.5.2 主存与 Cache 的地址映射

6.5.3 替换算法

6.6 虚拟存储器

6.6.1 虚拟存储器的基本概念

6.6.2 页式虚拟存储器

6.6.3 段式虚拟存储器

6.6.4 段页式虚拟存储器

课程内容与考核要求

课程内容

学习目的与要求

考核内容与考核要求

第七章 输入输出系统

7.1 输入输出系统概述

7.1.1 输入输出接口

7.1.2 接口的基本功能及结构

7.1.3 I/O 端口的编址方式

7.2 输入/输出控制方式

7.2.1 输入/输出控制方式概述

7.2.2 程序直接控制I/O方式

7.3 中断控制方式

7.3.1 中断系统概述

7.3.2 中断的处理过程

7.3.3 程序中断接口

7.4 DMA 传送方式

7.4.1 DMA 传送概述

7.4.2 DMA 的处理过程

7.5 其他传送方式

7.6 外围设备

7.6.1 常用输入设备

7.6.2 常用输出设备

7.6.3 常用通信设备

课程内容与考核要求

课程内容

学习目的与要求

考核内容与考核要求


文章作者: [email protected]
版权声明: 本博客所有文章除特別声明外,均采用 CC BY-NC-SA 4.0 许可协议。转载请注明来源 [email protected] !
评论
  目录