【正文】 許修改 .在程序與數(shù)據(jù)分區(qū)存放的情況下 ,不用相對尋址方式來確定操作數(shù)地址 . 10)堆棧尋址 在一般計算機中 ,堆棧主要用來暫存中斷和子程序調用時現(xiàn)場數(shù)據(jù)及返回地址 ,用于訪問堆棧的指令只有壓入 (即進棧 )和彈出 (即退棧 )兩種 ,它們實際上是一種特殊的數(shù)據(jù)傳送指令 : 壓入指令 (PUSH)是把指定的操作數(shù)送入堆棧的棧頂 。 (2)15 條二地址指令的操作碼由 8位操作碼從 11110000～ 11111110給出 ,剩下一個碼點 11111111用于把操作碼擴展到 A2,即從 8 位擴展到 12 位 。2E 1272 126 當真值為負時 ,原碼 ,補碼和反碼的表示形式不同 ,其它符號位都用“ 1”表示 ,而數(shù)值部分有這樣的關系 ,即 補碼是原碼的“求反加 1” ,反碼是原碼的“每位求反” . 2. 浮點數(shù)的表示 1)浮點數(shù)的表示范圍 。 三種機器數(shù)的最高位均為符號位 .符號位和數(shù)值位之間可用“ .” (對于小數(shù) )或“ ,” (對于整數(shù) )隔開 G(x)]+[R(x)+R(x)] =Q(x) xr+R(x)=[Q(x) 由 4 位二進制數(shù)組成 1 位十六進制數(shù) . 對 一個兼有整數(shù)和小數(shù)部分的數(shù)以小數(shù)點為界 ,小數(shù)點前后的數(shù)分別分組進行處理 ,不足的位數(shù)用 0 補足 . 對整數(shù)部分將 0 補在數(shù)的左側 ,對小數(shù)部分將 0補在數(shù)的右側 .這樣數(shù)值不會發(fā)生差錯 . 2. 真值和機器數(shù) 真值 :數(shù)據(jù)的數(shù)值通常以正 (+)負 ()號后跟絕對值來表示 ,稱之為 “ 真值 ” . 機器數(shù) :在計算機中正負號也需要數(shù)字化 ,一般用 0 表示正號 ,1 表示負號 .把符號數(shù)字化的數(shù)成為機器數(shù) . 3. BCD 碼 (Binary Coded Decimal 以二進制編碼的十進制碼 ) 在計算機中采用 4位二進制碼對每個十進制數(shù)位進行編碼 .4位二進制碼有 16 種不同的組合 ,從中選出 10 種來表示十進制數(shù)位的 0～ 9,用 0000,0001,? ,1001分別表示 0,1,? ,9,每個數(shù)位內部滿足二進制規(guī)則 ,而數(shù)位之間滿足十進制規(guī)則 ,故稱這種編碼為 “ 以二進制編碼的十進制 (binary coded decima1,簡稱 BCD)碼 ” . 在計 算機內部實現(xiàn) BCD碼算術運算 ,要對運算結果進行修正 ,對加法運算的修正規(guī)則是 : 如果兩個一位 BCD 碼相加之和小于或等于 (1001)2,即 (9)10,不需要修正 。 4. 理解內部總線的概念 ,分類及特點 。 ,掌握指令的基本格式 、 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式 。輸入設備用來將人們熟悉的信息轉換為機器識別的信息 存儲器用來存放數(shù)據(jù)和程序 諾依曼機 .它有如下特點 : ① 計算機由運算器 ,控制器 ,存儲器 ,輸入和輸出五部分組成 ②指令和數(shù)據(jù)以同等的地位存放于存儲器內 ,并可按地址尋訪 ③指令和數(shù)據(jù)均用二進制數(shù)表示 ④指令由操作碼和地址碼組成 ,操作碼用來表示操作的性質 ,地址碼用來表示操作數(shù)在存儲器中的位置 ⑤指令在存儲器內按順序存放 ⑥機器以運算器為中心 ,輸入輸出設備與存儲器間的數(shù)據(jù)傳送通過運算器完成 圖中各部件的功能 (一 ) 計算機發(fā)展歷程 第一臺電子計算機 ENIAC 誕生于 1946 年 美國賓夕法尼亞大學 .ENIAC 用了 18000 電子管 ,1500 繼電器 ,重 30 噸 ,占地 170m2,耗電 140kw,每秒計算 5000 次加法 .馮 ?諾依曼 (VanNeumann)首次提出存儲程序 概念 ,將數(shù)據(jù)和程序一起放在存儲器 ,使 編程更加方便 .50 年來 ,雖然對馮 ?諾依曼機進行 很多改革 ,但結構變化不大 ,仍稱 馮 ?諾依曼機 . 一般把計算機的發(fā)展分為 五 個階段 : 發(fā)展階段 時間 硬件技術 速度 /(次 /秒 ) 第一代 19461957 電子管計算機時代 40 000 第二代 19581964 晶體管計算機時代 200 000 第三代 19651971 中小規(guī)模集成電路計算機時代 1 000 000 第四代 19721977 大規(guī)模集成電路計算機時代 10 000 000 第五代 1978現(xiàn)在 超大規(guī)模集成電路計算機時代 100 000 000 ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)電子數(shù)字積分 機和計算機 EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)電子離散變量計算機 組成原理是講硬件結構的 系統(tǒng)結構是講結構設計的 摩爾定律 微芯片上的集成管數(shù)目每 3 年翻兩番 .處理器的處理速度每 18個月增長一倍 . 每代芯片的成本大約為前一代芯片成本的兩倍 新摩爾定律 全球入網(wǎng)量每 6 個月翻一番 . 數(shù)學家馮 （ 1 學時）。 ，計算機系統(tǒng)的硬件組成，計算機系統(tǒng)的基本啟動過程。 教 學 難 點 教 學 基 本 內 容 教學手段及時間分配 復習舊課： 引入新課： 計算機系統(tǒng)概論 新課內容： 。 教 學 重 點 軟件的組成，多級組成的計算機系統(tǒng)，馮 ,軟件組成及各部件功能 ,理解計算機基本工作原理 。 重 點 與 難 點 重點： ① 計算機系統(tǒng)的硬件結構 ② 中央處理器 ③ 控制單元 難點： ① 總線控制 ② 存儲器工作原理 ④ 計算機的運算方法 ⑤ CPU 的結構和功能 ⑤ 微程序控制器的設計 內容課時分 配 章 內容 學時數(shù) 1 計算機系統(tǒng)概論 4 2 數(shù)據(jù)在 計算機 中的表示方法 8 3 中央處理器 24 4 存儲器 12 5 系統(tǒng) 總線 4 6 輸入輸出系統(tǒng) 8 注：課程類 型 ：通識課、專業(yè)基礎課、專業(yè)發(fā)展課、專業(yè)方向課、職業(yè) 技能訓練 課、 實習實踐課、實驗 課 。 教 案 2021— 2021 學年 秋 學期 教 研 室： 軟件與理論 教研室 課程名稱： 計算機組成原理 課程類型 : 專業(yè)基礎 甘肅民族師范學院計算機科學系制 課程名稱 計算機組成原理 總 計： 90 學時 課程類 型 專業(yè) 基礎課 學分 6 理 論 講 授 ： 60 學時 實驗 （實訓） ： 30 學時 任課教師 職稱 講師 授課對象 專業(yè)： 計算機科學與技術 班級 1： 111 班 級 2： 112 教材 信息 《計 算機組成原理》 第二版 羅克露 電子工業(yè) 出版社 參考資料 《計算機組成原理》 第四版 白中英 科 學出版社 《計算機體系結構》 第二版 張晨曦 高等教育出版社 教學目 標 《計算機組成原理》是計算機專業(yè)的一門核心專業(yè)基礎課，本課程從普遍性和原理性出發(fā)，講述計算機硬件系統(tǒng)的組成、各部件的結構及工作原理，使學生從普遍原則和典型案例兩個角度理解計算機的組織與結構和工作過程，掌握計算機的硬件系統(tǒng)的設計方法。培養(yǎng)學生具有分析、設計和開發(fā)計算機硬件系統(tǒng)的能力，為后 續(xù)課程打下堅實的基礎。 教 案 正 頁 課程名稱： 計算機組成原理 任 課 教 師 總課序 第 1 次 授 課 時 間 第 1 周 第 1 次課 撰寫（修改）稿 2021 年 3月 5日 講 課 內 容 第 5 章 課 題 系統(tǒng)總線 課時安排 4 課時 授課方式 □ 理論課 □ 討論課 □實踐課 □ 實驗課 □ 習題課 □ 其 他 教 具 準 備 黑板 、多媒體演示 教 學 目 的 。 。諾依曼思想，程序局部性原理。計算機系統(tǒng)的發(fā)展狀況、應用領域和發(fā)展方向，計算機系統(tǒng)的分類（ Flynn分類法）。 板書綱要： （ 1 學時）。 （ 2學時）。諾依曼 (von Neumann)在研究 EDVAC 機時提出了“儲存程序”的概念 .以此為基礎的各類計算機通稱為馮運算器用來完成算術運算和邏輯運算并將的中間結果暫存在運算器內 控制器用來控制 ,指揮程序和數(shù)據(jù)的輸入 ,運 行以及處理運行結果 輸出設備將機器運算結果轉為人熟悉的信息形式 運算器最少包括 3 個寄存器 (現(xiàn)代計算機內部往往設有通用寄存器 )和一個算術邏輯單元 (ALU Arithmetic Logic Unit).其中 ACC(Accumulator)為累加器 ,MQ(MultiplierQuotient Register)為乘商寄存器 ,X 為操作數(shù)寄存器 ,這 3 個寄存器在完成不同運算時 ,說存放的操作數(shù)類別也各不相同 . 計算機的主要硬件指標 () 主機完成一條指令的過程 —— 以取數(shù)指令為例 () 主機完成一條指令的過程 —— 以 存 數(shù)指令為例 (二 ) 計算機系統(tǒng)層次結構 1. 計算機硬件的基本組成 計算機硬件主要指計算機的實體部分 ,通常有運算器 ,控制器 ,存儲器 ,輸入和輸出五部分 . CPU 是指將運算器和控制器集成到一個電路芯片中 . 2. 計算機軟件的分類 計算機軟件按照面向對象的不同可分兩類 : 系統(tǒng)軟件 :用于管理整個計算機系統(tǒng) ,合理分配系統(tǒng)資源 ,確保計算機正常高效地運行 ,這類軟件面向系統(tǒng) .(包括 :標準程序庫 ,語言處理程序 ,OS,服務程序 ,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) ,網(wǎng)絡軟件 ) 應用軟件 :是面向用戶根據(jù)用戶的特殊要求編制的應用程序 ,這類軟件通常實現(xiàn)用戶的某類要求 . 3. 計算機的工作過程 (1)計算機的工作過程就是執(zhí)行指令的過程 指令由操作碼和操作數(shù)組成 : 操作碼指明本指令完成的操作 地址碼指明本指令的操作對象 (2)指令的存儲 指令按照存儲器的地址順序連續(xù)的存放在存儲器中 . (3)指令的讀取 為了紀錄程序的執(zhí)行過程 ,需要一個記錄讀取指令地址的寄存器 ,稱為指令地址寄存器 ,或者程序計數(shù)器 .指令的讀取就可以根據(jù)程序 計數(shù)器所指出的指令地址來決定讀取的指令 ,由于指令通常按照地址增加的順序存放 ,故此 ,每次讀取一條指令之后 ,程序計數(shù)器加一就為讀取下一條指令做好準備 . (4)執(zhí)行指令的過程 在控制器的控制下 ,完成以下三個階段任務 : 1)取指令階段 按照程序計數(shù)器取出指令 ,程序計數(shù)器加一 2)指令譯碼階段 分析操作碼 ,決定操作內容 ,并準備操作數(shù) 3)指令執(zhí)行階段 執(zhí)行操作碼所指定內容 (三 ) 計算機性能指標 1. 吞吐量 ,響應時間 (1) 吞吐量 :單位時間內的數(shù)據(jù)輸出數(shù)量 . (2) 響應時間 :從事件開始 到事件結束的時間 ,也稱執(zhí)行時間 . 2. CPU 時鐘周期 ,主頻 ,CPI,CPU執(zhí)行時間 (1) CPU 時鐘周期 :機器主頻的倒數(shù) ,TC (2)主頻 :CPU工作主時鐘的頻率 ,機器主頻 Rc (3)CPI:執(zhí)行一條指令所需要的平均時鐘周期 (4)CPU 執(zhí)行時間 : TCPU=In CPI TC 操作碼 地址碼 In 執(zhí)行程序中指令的總數(shù) CPI 執(zhí)行每條指令所需的平均時鐘周期數(shù) TC時鐘周期時間的長度 3. MIPS,MFLOPS (1)MIPS:(Million Instructions Per Second) Te:執(zhí)行該程序的總時間 =指令條數(shù) /(MIPS ) In:執(zhí)行該程序的總指令數(shù) Rc:時鐘周期 Tc 的到數(shù) MIPS 只適合評價標量機 ,不適合評價向量機 .標量機執(zhí)行一條指令 ,得到一個運行結果 .而向量機執(zhí)行一條指令 ,可以得到多個運算結果 . (2) MFLOPS: (Million Floating Point Operations Per Second) MFLOPS=Ifn/(Te ) Ifn:程序中浮點數(shù)的運算次數(shù) MFLOPS 測量單位比較適 合于衡量向量機的性能 .一般而言 ,同一程序運行在不同的計算機上時往往會執(zhí)行不同數(shù)量的指令數(shù) ,但所執(zhí)行的浮點數(shù)個數(shù)常常是相同的 . 特點： 1. MFLOPS 取決于機器和程序兩方面 ,不能反映整體情況 ,只能反映浮點運算情況 2. 同一機器的浮點運算具有一定的同類可比性 ,而非同類浮點操作仍無可比性 當前微處理器的發(fā)展重點 ①進一步提高復雜度來提高處理器性能 ②通過 線程進程級的并發(fā)性提高處理器性能 ③將存儲器集成到處理器芯片來提高處理器性能 ④發(fā)展嵌入式處理器 軟件開發(fā)有以下幾個特點 1) 開發(fā)周期長 2) 制作成本昂貴 3)