北京航空航天大学大学计算机学院计算机组成原理讲义

根据给定文件的信息，我们可以提炼出以下相关的计算机组成原理知识点： ### 1. 课程概述 #### 教学目标 - **基础知识掌握**：学生能够理解计算机的基本组成、内部结构和工作原理。 - **能力培养**：通过学习，学生应具备分析和设计计算机系统的能力。 #### 主要内容 - **存储系统**：包括内部存储器、高速缓冲存储器、辅助存储器以及虚拟存储系统等。 - **指令系统**：涉及指令系统的基本要素、设计方法以及典型指令系统的分析。 - **中央处理器(CPU)**：涵盖运算器结构、基本运算方法、控制单元结构、指令执行过程、硬连线设计和微程序控制器等内容。 - **系统总线与输入输出系统**：介绍系统总线的工作原理以及输入输出系统的构成。 #### 重点难点 - **存储器管理**：重点在于主存储器和高速缓冲存储器的管理策略。 - **指令系统设计**：掌握指令系统设计的原则和方法。 - **CPU内部结构与工作原理**：深入理解CPU的组成部分及其实现细节。 ### 2. 存储系统 #### 内部存储器 - **组成与工作原理**：内部存储器由多个存储单元组成，每个存储单元都有唯一的地址标识，用于存放程序和数据。 - **类型**：主要包括RAM（随机存取存储器）、ROM（只读存储器）等。 - **访问速度**：内部存储器的访问速度较快，是计算机中访问速度最快的存储设备之一。 #### 高速缓冲存储器 - **结构与工作原理**：位于CPU和主存储器之间的小容量高速存储器，用来提高存储系统的整体访问效率。 - **策略**：采用不同的替换算法（如LRU、FIFO等），确保最常用的数据被缓存。 #### 辅助存储器 - **结构与工作原理**：通常指硬盘、固态硬盘等外部存储设备，用于长期存储大量数据。 - **特性**：容量大、成本低、非易失性。 #### 虚拟存储系统 - **概念**：通过将一部分内存空间映射为虚拟地址空间，实现超出物理内存容量的大规模数据处理。 - **技术**：主要依赖于操作系统中的页表机制和交换技术。 ### 3. 指令系统 #### 基本要素 - **指令格式**：通常包括操作码（表示指令操作类型）和地址码（指定操作数的位置）两部分。 - **寻址方式**：定义了如何获取指令中操作数的实际地址，常见的有立即寻址、直接寻址、寄存器寻址等。 #### 设计原则 - **完整性**：指令集应覆盖所有必要的操作。 - **一致性**：指令之间的格式和语法应该保持一致。 - **高效性**：指令执行速度快，且易于编译器优化。 ### 4. 中央处理器(CPU) #### 运算器 - **结构**：主要包括算术逻辑单元(ALU)、寄存器组和数据路径等。 - **功能**：执行算术运算（加、减、乘、除）和逻辑运算（与、或、非等）。 #### 控制单元 - **结构**：负责指令的取指、解码、执行和存储结果等过程。 - **设计**：分为硬连线控制和微程序控制两种方式。 - **硬连线控制**：使用门电路和触发器等组合逻辑电路实现指令的控制流程。 - **微程序控制**：将复杂的指令控制流程编码为一系列微指令，通过微程序存储器来实现。 ### 5. 系统总线与输入输出系统 #### 系统总线 - **定义**：连接CPU、内存和其他外围设备之间的通信通道。 - **类型**：主要包括数据总线(DB)、地址总线(AB)和控制总线(CB)。 #### 输入输出系统 - **功能**：实现计算机与外部设备之间的数据传输。 - **接口**：包括并行接口、串行接口、USB接口等多种形式。 通过上述知识点的学习，学生不仅能深入了解计算机系统的各个组成部分，还能掌握计算机系统设计的基本思路和技术方法，为进一步学习计算机领域的其他高级课程打下坚实的基础。