【正文】 實(shí)驗(yàn)探索之中。l 從根本上改變諾依曼機(jī)的控制流驅(qū)動(dòng)方式。l 用多個(gè)諾依曼機(jī)組成多機(jī)系統(tǒng)，支持并行算法結(jié)構(gòu)。l 在諾依曼體制范疇內(nèi)，對(duì)傳統(tǒng)諾依曼機(jī)進(jìn)行改造，如采用多個(gè)處理部件形成流水處理，依靠時(shí)間上的重疊提高處理效率；又如組成陣列機(jī)結(jié)構(gòu)，形成單指令流多數(shù)據(jù)流，提高處理速度。傳統(tǒng)的諾依曼機(jī)從本質(zhì)上講是采取串行順序處理的工作機(jī)制，即使有關(guān)數(shù)據(jù)巳經(jīng)準(zhǔn)備好，也必須逐條執(zhí)行指令序列；而提高計(jì)算機(jī)性能的根本方向之一是并行處理：因此，近年來(lái)人們?cè)谥\求突破傳統(tǒng)諾依曼體制的束縛，這種努力被稱為非諾依曼化。到目前為止，絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)仍沿用這一體制，稱為諾依曼機(jī)體制。(3) 由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入裝置和輸出裝置等五大部件組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并規(guī)定了這五部分的基本功能。雖然程序與數(shù)據(jù)都采用二進(jìn)制代碼，仍可按照PC的內(nèi)容作為地址讀取指令，再按照指令給出的操作數(shù)地址去讀取數(shù)據(jù)。如果程序?qū)⑥D(zhuǎn)移到某處，就將轉(zhuǎn)移后的地址送入PC，以便按新地址讀取后繼指令。為了控制指令序列的執(zhí)行順序，我們?cè)O(shè)置一個(gè)程序(指令)計(jì)數(shù)器PC(Program Counter)，讓它存放當(dāng)前指令所在的存儲(chǔ)單元的地址。即按照指令的執(zhí)行序列，依次讀取指令；根據(jù)指令所含的控制信息，調(diào)用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)的許多具體工作方式也是由此派生的。這是計(jì)算機(jī)能高速自動(dòng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。(2) 采用存儲(chǔ)程序方式 這是諾依曼思想的核心內(nèi)容。采用二進(jìn)制、使信息數(shù)字化容易實(shí)現(xiàn)，可以用二值邏輯工具進(jìn)行處理。概念：存儲(chǔ)單元、地址、存儲(chǔ)容量、外存儲(chǔ)器、內(nèi)存儲(chǔ)器、指令、程序、指令的組成、存儲(chǔ)程序、程序控制、指令系統(tǒng)、指令周期、執(zhí)行周期、CPU、主機(jī)、數(shù)據(jù)字、指令字、數(shù)據(jù)流、指令流、適配器。明確計(jì)算機(jī)組成原理課程的任務(wù)和目的。了解計(jì)算機(jī)中的一些基本概念，包括性能指標(biāo)、計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史以及計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。通過(guò)總線相互連成一個(gè)完整的硬件系統(tǒng)；軟件部分包括系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件兩大部分。 Design: the Hardware/Software Interface (2nd edition),Morgan Kaufmann Publishers.五、教學(xué)手段：ppt+版書(shū)六、課程內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配 （整體安排按信息表示、信息處理、信息輸出思路。設(shè)置這一課程的目的是使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)的基本工作原理，掌握計(jì)算機(jī)各主要部件的硬件結(jié)構(gòu)、相互聯(lián)系和作用，掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理以及軟硬件的界面，從而對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有完整的了解，為計(jì)算機(jī)專業(yè)的后繼課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。. . . . .《計(jì)算機(jī)組成原理》本科課程教案計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院本課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生的核心課程，是主干必修課。課程以闡述原理為主，講述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其各功能部件的工作原理以及邏輯實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其各功能部件的設(shè)計(jì)原理以及并行處理技術(shù)。一、 本課程得主要內(nèi)容 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論 邏輯電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（復(fù)習(xí)及提高） 信息編碼和數(shù)據(jù)表示 計(jì)算機(jī)算法和算法邏輯實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)指令構(gòu)成和尋址方式處理機(jī)設(shè)計(jì)流水線處理機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)輸入輸出設(shè)備1輸入輸出系統(tǒng)二、本課程教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：信息編碼和數(shù)據(jù)表示控制器存儲(chǔ)系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)三、教材選用王愛(ài)英.《計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》 .四、參考教材：主要參考書(shū)： 李亞明.《計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》.William Stallings《計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)（第五版）》.高等教育大學(xué)出版社， 江義鵬.《計(jì)算機(jī)組成原理》.胡越明.《計(jì)算機(jī)組成和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》.俸遠(yuǎn)禎.《計(jì)算機(jī)組成原理》.電子工業(yè)出版社李亞民.《計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》.清華大學(xué)出版社 2000年袁開(kāi)榜.《計(jì)算機(jī)組成原理》高等教育出版社 白中英、韓兆軒編.《計(jì)算機(jī)組成原理》.科學(xué)出版社唐朔飛.《電子數(shù)字計(jì)算機(jī)原理》.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社參考書(shū)： 鄒海明.《計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)》.電子工業(yè)出版社...1 John L. Hennessy and David A. Patterson, Computer organization and design, the hardware/software interface, Morgan Kaufmann, Second Edition, 19981 John L. Hennessy and David A. Patterson, “Computer architecture: a quantitative approach”, Morgan Kaufmann, Second Edition, 19961Patterson and Hennessy, Computer Organization amp。）第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論教學(xué)內(nèi)容：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成及其實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的性能評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史計(jì)算機(jī)的應(yīng)用基本要求：通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求了解整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，其中硬件部分包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備等五大功能部件構(gòu)成。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)層次結(jié)構(gòu)的了解，明確計(jì)算機(jī)組成原理課程的任務(wù)和目的。教學(xué)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成及其實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的性能評(píng)價(jià)（字長(zhǎng)、容量、速度、時(shí)間、MIPS）計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史（ENIAC、馮氏計(jì)算機(jī)、其它自學(xué)）計(jì)算機(jī)的應(yīng)用（科學(xué)計(jì)算與數(shù)據(jù)處理的區(qū)別）教學(xué)難點(diǎn)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成及其實(shí)現(xiàn)的關(guān)系。其它：1．1 計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展1．2 計(jì)算機(jī)的硬件1．3 計(jì)算機(jī)的軟件1．4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)　1．1 計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展 計(jì)算機(jī)分類：l 模擬：處理在時(shí)間和數(shù)值上連續(xù)的量l 數(shù)字：處理離散的量數(shù)字計(jì)算機(jī)分類：l 專用計(jì)算機(jī)：如工控機(jī)、DSP、IOP等l 通用計(jì)算機(jī)：GPP通用機(jī)分類：巨型機(jī)（SuperComputer）、大型機(jī)（Mainframe）、中型機(jī)（Mediumsize Computer）、小型機(jī)（miniputer）、微型機(jī)（microputer）、單片機(jī)（SingleChip Computer）1．1．2 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用l 科學(xué)計(jì)算傳統(tǒng)方式：工作量大、人工處理慢l 自動(dòng)控制：數(shù)控機(jī)床、流水線控制l 測(cè)量和測(cè)試：提高精度、在惡劣條件下的測(cè)量l 信息處理：l 教育、衛(wèi)生：計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）、多媒體教室、CT（Computerized tomography）l 家電l 人工智能 　1．2 計(jì)算機(jī)的硬件1．2．1 數(shù)字計(jì)算機(jī)的硬件組成五大組成部分：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入／輸出設(shè)備。馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)：(1) 采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令 數(shù)據(jù)和指令在代碼的外形上并無(wú)區(qū)別．都是由0和1組成的代碼序列，只是各自約定的含義不同而已。程序信息本身也可以作為被處理的對(duì)象，進(jìn)行加工處理，例如對(duì)照程序進(jìn)行編譯，就是將源程序當(dāng)作被加工處理的對(duì)象。如前所述，它意味著事先編制程序，事先將程序(包含指令和數(shù)據(jù))存入主存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)在運(yùn)行程序時(shí)就能自動(dòng)地、連續(xù)地從存儲(chǔ)器中依次取出指令且執(zhí)行。計(jì)算機(jī)的工作體現(xiàn)為執(zhí)行程序，計(jì)算機(jī)功能的擴(kuò)展在很大程度上體現(xiàn)為所存儲(chǔ)程序的擴(kuò)展。諾依曼機(jī)的這種工作方式，可稱為控制流(指令流)驅(qū)動(dòng)方式。因此在執(zhí)行程序的過(guò)程中，始終以控制信息流為驅(qū)動(dòng)工作的因素，而數(shù)據(jù)信息流則是被動(dòng)地被調(diào)用處理。如果程序現(xiàn)在是順序執(zhí)行的，每取出一條指令后PC內(nèi)容加l，指示下一條指令該從何處取得。所以，PC就像一個(gè)指針，一直指示著程序的執(zhí)行進(jìn)程，也就是指示控制流的形成。由于多數(shù)情況下程序是順序執(zhí)行的，所以大多數(shù)指令需要依次地緊挨著存放，除了個(gè)別即將使用的數(shù)據(jù)可以緊挨著指令存放外、一般將指令和數(shù)據(jù)分別存放在該程序區(qū)戶的不同區(qū)域。上述這些概念奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)思想，并開(kāi)創(chuàng)了程序設(shè)計(jì)的新時(shí)代。學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)工作原理也就從諾依曼概念入門。對(duì)所謂非諾依曼化的探討仍在爭(zhēng)議中，一般認(rèn)為它表現(xiàn)在以下三個(gè)方面的努力。這些方向已比較成熟，成為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。這方面的研究目前比較活躍。例如，采用數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)工作方式的數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)，只要數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，有關(guān)的指令就可并行池執(zhí)行。1．2．2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的過(guò)去和未來(lái)發(fā)展：電子管→晶體管→集成電路→大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路趨勢(shì)：l 由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能為信息處理提供廉價(jià)的服務(wù)，因此計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，“三網(wǎng)合一”，將進(jìn)入以通信為中心的體系結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)從數(shù)值計(jì)算為主過(guò)渡到知識(shí)推理為主，從而使計(jì)算機(jī)進(jìn)入知識(shí)處理階段。l 多媒體技術(shù)將有重大突破和發(fā)展，并在微處理機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信等方面引起一次巨大變革。1．3．1 軟件的組成與分類分類：系統(tǒng)程序、應(yīng)用程序1．3．2 軟件的發(fā)展演變手編程序（目的程序）→匯編程序→算法語(yǔ)言（高級(jí)語(yǔ)言）高級(jí)語(yǔ)言與機(jī)器語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換：編譯系統(tǒng)、解釋系統(tǒng)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)多級(jí)組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)五個(gè)級(jí)別：第一級(jí)微程序設(shè)計(jì)級(jí)、第二級(jí)是一般機(jī)器級(jí)、第三級(jí)是操作系統(tǒng)級(jí)、第四級(jí)是匯編語(yǔ)言級(jí)、第五級(jí)是高級(jí)語(yǔ)言級(jí)。位數(shù)越多，精度越高，但硬件成本也越高，因?yàn)樗鼪Q定著寄存器、運(yùn)算部件、數(shù)據(jù)總線等的位數(shù)。主存容量大則可以運(yùn)行比較復(fù)雜的程序，并可存入大量信息，可利用更完善的軟件支撐環(huán)境。外存容量外存容量一般是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中聯(lián)機(jī)運(yùn)行的外存儲(chǔ)器容量。在批處理、多道程序方式中，也常將各用戶待執(zhí)行的程序、數(shù)據(jù)以作業(yè)形式先放在外存中，再陸續(xù)調(diào)入主存運(yùn)行。運(yùn)算速度同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，執(zhí)行不同的運(yùn)算所需時(shí)間可能不同，因而對(duì)運(yùn)算速度的描述常采用不同方法。所配置的外圍設(shè)備及其性能指標(biāo)外圍設(shè)備配置也是影響整個(gè)系統(tǒng)性能的重要因素，所以在系統(tǒng)技術(shù)說(shuō)明中常給出允許配置情況與實(shí)際配置情況。作業(yè): 第二章計(jì)算機(jī)的邏輯部件主要內(nèi)容 和數(shù)字邏輯課程相似，所以這章簡(jiǎn)單介紹或不講第三章 運(yùn)算方法和運(yùn)算部件主要內(nèi)容：定點(diǎn)數(shù)加減法運(yùn)算及電路實(shí)現(xiàn) 定點(diǎn)數(shù)乘除運(yùn)算和電路實(shí)現(xiàn) 原碼、補(bǔ)碼，布斯算法，原碼恢復(fù)余數(shù)、不恢復(fù)余數(shù) 快速乘除法運(yùn)算技術(shù)和電路實(shí)現(xiàn)布斯高基乘法，進(jìn)位保存加法及其構(gòu)成的乘法器，陣列乘法器，陣列除法器浮點(diǎn)數(shù)四則運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn) 加減乘除基本要求：通過(guò)本章內(nèi)容的學(xué)習(xí)，要求掌握計(jì)算機(jī)算法。教學(xué)重點(diǎn)：定點(diǎn)數(shù)加減法運(yùn)算及電路實(shí)現(xiàn) 定點(diǎn)數(shù)乘除運(yùn)算和電路實(shí)現(xiàn) 快速乘除法運(yùn)算技術(shù)和電路實(shí)現(xiàn)教學(xué)難點(diǎn)：原碼、補(bǔ)碼，布斯算法，原碼恢復(fù)余數(shù)、不恢復(fù)余數(shù) 布斯高基乘法　 3．1 數(shù)據(jù)的表示方法和轉(zhuǎn)換 3．2 帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的表示方法及加、減法運(yùn)算 3．3 定點(diǎn)乘法運(yùn)算 3．4 定點(diǎn)除法運(yùn)算 3．5 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算方法 3．6 運(yùn)算部件3．7 數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼 　3．1數(shù)據(jù)的表示方法和轉(zhuǎn)換3．1．1 數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示和轉(zhuǎn)換在選擇計(jì)算機(jī)的數(shù)的表示方式時(shí)，應(yīng)當(dāng)全面考慮以下幾個(gè)因素：l 要表示的數(shù)的類型(小數(shù)、整數(shù)、實(shí)數(shù)和復(fù)數(shù))：決定表示方式l 可能遇到的數(shù)值范圍：確定存儲(chǔ)、處理能力l 數(shù)值精確度：處理能力相關(guān)l 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理所需要的硬件代價(jià)：造價(jià)高低兩種常用格式：l 定點(diǎn)格式：定點(diǎn)格式容許的數(shù)值范圍有限，但要求的處理硬件比較簡(jiǎn)單；l 浮點(diǎn)格式：容許的數(shù)值范圍很大，但要求的處理硬件比較復(fù)雜。2） 浮點(diǎn)數(shù)表示法由于所需表示的數(shù)值取值范圍相差十分懸殊，給存儲(chǔ)和計(jì)算帶來(lái)諸多不便，因此出現(xiàn)了浮點(diǎn)運(yùn)算法。其思想來(lái)源于科學(xué)計(jì)數(shù)法。規(guī)定 ，否則尾數(shù)要進(jìn)行左移或右移。3） 十進(jìn)制數(shù)串的表示方法由于人們對(duì)十進(jìn)制比較熟悉，因此在計(jì)算機(jī)中要增加對(duì)十進(jìn)制運(yùn)算的支持。l 直接的十進(jìn)制運(yùn)算直接運(yùn)算的表示方法：l 字符串形式：用于非數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域l 壓縮的十進(jìn)制數(shù)串：分為定長(zhǎng)和不定長(zhǎng)兩種。4） 自定義數(shù)據(jù)表示標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示、描述符數(shù)據(jù)表示區(qū)別：l 標(biāo)志符與每個(gè)數(shù)據(jù)相連，二者合起來(lái)存放在一個(gè)存儲(chǔ)單元，而描述符要和數(shù)據(jù)分開(kāi)存放；l 描述符表示中，先訪問(wèn)描述符，后訪問(wèn)數(shù)據(jù)，至少增加一次訪存；l 描述符是程序的一部分，而不是數(shù)據(jù)的一部分。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易懂。2） 補(bǔ)碼：加減法運(yùn)算方便，減法可以轉(zhuǎn)換為加法。4） 移碼：用于階碼的表示，兩個(gè)移碼容易比較大小，便于對(duì)階。即將數(shù)值向X軸正方向平移2n3．1．2十進(jìn)制數(shù)的編碼與運(yùn)算　十進(jìn)制加法／減法器　3．2帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的表示方法及加、減法運(yùn)算 3．2．1 原碼、反碼、補(bǔ)碼加減法運(yùn)算加、減法公式3．2．2 加減法運(yùn)算的溢出處理溢出概念：上溢、下溢檢測(cè)方法：雙符號(hào)位、單符號(hào)位3．2．3 定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)表示法浮點(diǎn)數(shù)表示法基本的二進(jìn)制加法／減法器進(jìn)位處理方式：串行進(jìn)位（行波進(jìn)位）、并行進(jìn)位二進(jìn)制加法／減法器，3．3 二進(jìn)制乘法運(yùn)算 3．3．1 定點(diǎn)數(shù)一位乘法二進(jìn)制乘法公式：公式人工乘法過(guò)程與二進(jìn)制乘法乘法器分類：串行、并行。不帶符號(hào)的陣列乘法器不帶符號(hào)的陣列乘法器執(zhí)行時(shí)間分析帶符號(hào)的陣列乘法器原理：首先取補(bǔ)→不帶符號(hào)乘法→