计算机组成原理（首都师范大学信息工程学院）

### 计算机组成原理知识点概述 #### 一、课程性质、目的及任务 - **课程性质**: 计算机组成原理是一门硬件类课程，是计算机及其相关专业的重要核心课程之一。 - **课程目的**: 使学生具备系统的计算机硬件知识，能够深入了解计算机的组成及其工作原理，并初步掌握计算机硬件系统的分析方法，为后续专业课程打下坚实的基础。 - **课程任务**: 通过学习基本理论，使学生能够关注新技术和新动向，以适应计算机技术的快速发展。 #### 二、计算机硬件系统组成 计算机硬件系统主要包括以下组成部分： - **运算器**: 负责数据的算术运算和逻辑运算，包含算术逻辑单元(ALU)、通用寄存器等。 - **控制器**: 控制指令的执行，包括指令的取值、分析以及执行过程中的控制信号产生。 - **主存储器**: 存储正在运行的程序和数据，采用RAM形式，支持快速访问。 - **高速缓存**: 位于CPU和主存储器之间，用于提高数据访问速度。 - **外存设备**: 如硬盘驱动器、固态硬盘等，用于长期存储数据和程序。 - **输入设备**: 如键盘、鼠标等，用于用户向计算机输入信息。 - **输出设备**: 如显示器、打印机等，用于展示计算结果。 - **总线系统**: 包括地址总线、数据总线和控制总线，用于连接各个硬件组件并实现数据传输。 #### 三、教学主要内容 - **逻辑电路基础**: 介绍数字逻辑电路的基本概念和原理，为后续内容奠定基础。 - **运算器组成**: 详细介绍算术逻辑单元(ALU)的设计原理和工作过程，以及通用寄存器的作用。 - **控制器设计**: 分析控制器的组成原理，包括指令集架构、指令解码和控制信号生成等。 - **存储系统**: 探讨主存储器、高速缓存和外存的工作原理和技术特点。 - **指令系统**: 讨论不同计算机体系结构下的指令集设计原则和指令编码方法。 - **中央处理器(CPU)结构**: 深入理解CPU的内部架构，包括流水线设计、分支预测等高级特性。 - **输入/输出接口**: 介绍I/O接口的基本概念和常用接口标准，如USB、PCI等。 #### 四、与其它课程的关系 - **先修课程**: 数字逻辑与集成电路、微机原理与接口技术等。 - **后续课程**: 计算机系统结构、操作系统、计算机网络等。 #### 五、实验教学环节 - **实验目的**: 加深对理论知识的理解，培养实际操作能力和解决问题的能力。 - **实验内容**: 包括教学机的认识、运算器实验、存储器扩展实验、控制器实验等。 - **实验平台**: 使用16位字长的教学计算机系统(THunion)，提供实际的硬件操作环境。 #### 六、教学章节安排 - **第一章**: 计算机系统概论，介绍计算机系统的整体架构和发展历程。 - **第二章**: 数码系统，探讨数字电路的基础知识，包括逻辑门、组合逻辑电路等。 - **第三章**: 运算方法和运算器，深入分析算术逻辑单元(ALU)的设计和工作原理。 - **第四章**: 存储系统，研究不同类型的存储器及其工作原理。 - **第五章**: 指令系统，讨论指令集架构的设计原则和优化方法。 - **第六章**: 中央处理器，探索现代CPU的高级设计技术。 #### 七、教材与教学参考书 - **教材**: 通常选用权威出版社出版的计算机组成原理教材，内容涵盖上述所有知识点。 - **参考书**: 包括经典著作和其他相关领域的书籍，如《数字逻辑与数字系统》、《计算机体系结构》等。 通过以上对“计算机组成原理”的详细介绍，可以清晰地了解到该课程不仅涵盖了计算机硬件系统的基本组成和工作原理，还包括了与之相关的实验教学内容，旨在培养学生全面掌握计算机硬件知识，为进一步学习更高级的技术奠定坚实的基础。