计算机组成原理是计算机科学与技术领域的一门基础课程，它主要研究计算机系统的基本构造和运行原理。本课件是基于清华大学出版社的《计算机组成原理》教材编写的，旨在帮助学生深入理解计算机系统的内部运作机制。以下将从多个方面对这门课程的核心知识点进行详细阐述。
1. **计算机系统概述**：计算机系统由硬件和软件两大部分组成，硬件包括中央处理器（CPU）、内存、输入/输出设备等，软件则包括操作系统、应用软件等。它们协同工作，使得计算机能够执行各种任务。
2. **数据表示与运算**：计算机使用二进制表示数据，包括整数、浮点数、字符等。理解二进制、八进制、十进制、十六进制的转换关系以及原码、反码、补码的表示方法是基础。此外，还需了解算术逻辑单元（ALU）如何执行加减乘除等基本运算。
3. **CPU结构**：CPU是计算机的心脏，由控制单元（CU）和算术逻辑单元（ALU）组成。寄存器是CPU内部高速存储数据的部件，如程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、累加器（ACC）等，它们在指令执行过程中起关键作用。
4. **指令系统**：指令集是CPU能理解和执行的基本命令，包括数据传送、算术逻辑操作、控制转移等。理解指令格式、指令执行流程对于分析计算机工作原理至关重要。
5. **存储系统**：存储层次结构包括寄存器、高速缓存（Cache）、主存、辅助存储器等。它们的不同速度和容量决定了数据访问的效率。理解Cache的工作原理、替换策略和命中率计算是学习的重点。
6. **寻址方式**：直接寻址、间接寻址、相对寻址、基址加偏移寻址等不同寻址方式，用于确定指令中操作数的地址，是编程和硬件设计的基础。
7. **输入/输出（I/O）系统**：I/O设备如键盘、鼠标、显示器、硬盘等与CPU交互的方式，包括程序控制、中断、DMA（直接存储器访问）等方法。了解I/O接口和中断处理过程有助于理解数据传输过程。
8. **总线系统**：总线是计算机内部各部件间通信的通道，包括数据总线、地址总线和控制总线。总线带宽、总线仲裁、总线复用等概念在设计高效系统时非常重要。
9. **微程序设计**：高级指令通过微指令实现，微程序设计使得CPU控制更灵活。理解微指令格式、微指令的执行流程和微指令控制信号的生成是这一部分的关键。
10. **RISC与CISC**：精简指令集计算机（RISC）和复杂指令集计算机（CISC）是两种不同的设计哲学。RISC强调简单指令、高速流水线，CISC则包含丰富的指令集，各有优缺点。
11. **计算机性能指标**：了解计算机性能的评估标准，如MIPS（每秒百万条指令数）、CPU时钟频率、IPC（每周期指令数）等，有助于理解系统优化和比较。
通过深入学习这些知识点，并结合《计算机组成原理》教材和课件，可以为计算机系统设计和分析打下坚实基础，也为后续的系统编程、硬件设计等领域学习提供必要的理论支持。
