计算机组成原理教学课件：1-Computer Abstractions and Technology.ppt

《计算机组成原理教学课件：1-Computer Abstractions and Technology.ppt》是关于计算机组成原理的一份重要教学资源，主要探讨计算机系统中的硬件与软件之间的交互。计算机组成原理是研究计算机内部构造和运行机制的学科，它涉及了计算机系统的各个核心组成部分。本课件将深入解析计算机的硬件基础，包括处理器、存储器、输入/输出系统等，并阐述它们如何与软件协同工作。 在计算机组成原理的学习中，通常会接触到以下几个关键知识点： 1. **计算机历史与软硬件组成**：这部分内容介绍了计算机的发展历程，以及计算机系统的基本构成，包括中央处理器（CPU）、内存、外设等。 2. **性能评价指标**：CPI（时钟周期数）、MIPS（每秒百万指令数）和FLOPS（每秒浮点运算次数）是衡量计算机性能的常见指标。此外，还会对比RISC（精简指令集计算机）与CISC（复杂指令集计算机）架构的优缺点。 3. **计算机指令系统**：讲解了指令集架构（ISA），包括指令的分类（如算术、逻辑、转移、子程序调用等）、寻址方式等。同时，汇编语言作为与机器码直接对应的低级语言，也是学习的重点。 4. **数据表示与运算**：涵盖了不同数据类型（如整数、浮点数）的表示方法，以及相应的运算规则。整数加减运算、乘除运算的实现原理和优化方法，浮点表示及其加减运算也会详细讨论。 5. **处理器设计**：包括数据通路和控制器的设计，如ALU（算术逻辑单元）及其控制，单时钟和多时钟数据通道，以及控制器的设计（通常使用有限状态机FSM）。对于处理器的流水线技术，虽然新版书可能仅涉及单时钟，但它是提升处理性能的重要手段。 6. **存储体系结构**：介绍了存储器的不同层次，如主存、高速缓存（Cache）和虚拟存储。位扩展和字扩展的概念有助于理解存储器容量的扩展方法。 7. **接口与外部设备**：讲解I/O系统，包括I/O概述、磁盘系统、总线系统和仲裁，以及数据通信的不同方式，如轮询、中断和DMA（直接内存访问）。 通过学习这门课程，学生将能够理解高级语言（如C或Java）是如何翻译成硬件可执行的语言的，软件和硬件之间的接口如何运作，以及如何通过软件和硬件设计来优化程序性能。此外，课程目标还包括对现代计算机系统设计的理解，涵盖数据路径设计、控制设计、存储系统设计和I/O系统设计等方面。这些知识不仅对硬件工程师，也对软件开发者具有重要意义，因为它们揭示了软件与硬件之间相互作用的底层原理。