计算机组成原理（哈工大刘宏伟）135讲（全）高清

第一节课内容概念：

计算机组成原理在计算机专业的课程体系当中是非常重要的一门课

这门课是计算机专业的核心课程,是基础课程

数字逻辑设计

数字电子技术等课程

这门课程为什么这么重要

因为这门课程是计算机专业的课程体系当中

唯一的一门讲授计算机硬件的逻辑实现的课程

是计算机课程体系当中硬件系列课程的上层

讲授的内容

这门课程的名称上面有三个关键词

第一个关键词就是计算机

在计算机的发展历史上

曾经出现过多种类型的计算机

比如说机械式的计算机

模拟电子计算机

数字电子计算机

那么现在的计算机几乎都是数字电子计算机

因此这门课的内容就是围绕着数字电子计算机展开的

第二个关键词就是组成（organization、组织）

那么什么是组成组成

是指计算机硬件系统的逻辑实现，不是物理实现

那么什么是计算机硬件系统的逻辑实现

用数字电路，数字逻辑的知识以及学过的门电路、触发器等数字电子的元器件来实现计算机的硬件系统

第三个关键词是原理

讲授数字电子计算机硬件系统逻辑实现的一般原理，不依托任何具体机型

是指在计算机发展过程当中，多种数字电子计算机实现的公共的原理

讲授的内容主要分以下三大部分

第一部分基本部件的结构和组织方式

用我们学过的数字逻辑的知识

数字电子的知识

对计算机的基本部件进行逻辑实现

第二块重要的内容是基本运算的操作原理

计算机的基本功能就是实现加、减、乘、除等运算的这些功能

这些运算在计算机当中是如何实现的

如何用数字电路的知识来实现这些运算的硬件电路

第三部分就是基本部件和基本单元的一些设计思想，还有一部分内容就是怎么把这些部件连接起来

成为一个能够协调运行的一个整体的一个系统

这门课程的特色是要讲授计算机组成的一般原理

不以具体机型为依托

这样做的好处是

将来大家在设计计算机的时候

是对计算机进行逻辑设计的时候

可以不受任何具体机型具体实现方式的这个制约

创新性的或者自主性的完成这个系统的设计

这种讲法也有一定的问题

感觉可能比较空

因为没有实现一个计算机的逻辑设计

那么为了解决这个问题

给大家推荐了两本教材

那么这些教材里面都有具体机型的逻辑实现

甚至根据这些教材，可以设计完成一个具体的处理器的逻辑设计

通过这种方式实现这个课程的落地

另外这个课程的组织采用的是自顶向下的方式

进行层层细化

首先给出整个计算机硬件系统的这个概念

然后逐渐的进行细化

最后完成最底层的部件的逻辑实现

从而完成整个计算机硬件系统的逻辑实现

教材：计算机组成原理（唐朔飞） 以及 配到练习册

推荐的两本参考教材

教材的名称是计算机组织与设计硬软件接口技术

risk它指的是精简指令集计算机

第二本教材叫做数字设计和计算机体系结构

这本教材分了两部分

前一部分的内容是关于数字设计的

那么讲了数字电路的基本知识和基本设计方法

并且给出了两种硬件描述语言来描述数字设计

第二部分计算机体系结构的这一部分

实际上讲授的是mips处理器

它的逻辑实现讲的非常的清晰

看一下课程在课程体系当中的重要地位

这个图在计算机课程体系当中非常重要的一个图

现代计算机专业它的课程体系呢就是根据这个图进行设置的

中间蓝色的部分是指令集体系结构也就是计算机软硬件系统的一个交界面那这部分内容是计算机体系结构课程要学的

那在它的下一层就是计算机组成原理要学的一些内容

比如说处理器memory，还有database

右侧这个蓝色的图

在这个图当中

硬件的最上层就是计算机组成原理

软硬件之间的这个交界面就是计算机体系结构课程

那么这两门课它的内容上是有很大的区别的

计算机组成原理讲如何实现想实现的细节

计算机系统结构呢我们是采用分析加评测的方式

来说明为什么在计算机系统设计当中要进行这样的一个设计

比如说cache是计算机系统当中非常重要的一个部件，大大提升了计算机系统的速度

特别是对内存当中数据和指令的存取速度

那么cache有多种组织方式

比如说组相连

直相连和全相连

那么在组相连当中

又有两路组相连

四路组相连

假如说选择了组相连这种方式对开始进行组织

到底哪一种相连方式适合我们这个计算机系统的设计

那我们就要采用分析加评测的方式

另外比如说我们要确定一条指令

是否要把它引入到计算机的指令集当中

也要采用分析家评测的方式来确定

把这条指令引入到计算机当中

会给我们带来什么好处

也会给我们带来什么问题

从而确定是否把这条指令引入到系统当中

一旦这条指令被引入到系统当中了

那么计算机组成

这门课或者是计算机组成的设计人员

那就要确认用什么样的方式来实现这条指令

这个课程的组织

我们这个课程的组织是采用自顶向下的方式进行层层细化

所以这门课程的组织呢一共分成了四篇

第一篇是计算机系统概论

我们给出计算机系统硬件的概念

以及程序在计算机系统当中是如何执行的

第二篇就是计算机系统的硬件结构

比如说存储器,i\o,系统总线

cpu是计算机系统的核心

是计算机系统当中非常重要的部件

那为了把cpu讲清楚啊

写清楚

那我们在此基础上对cpu专门用一篇来进行描述

cpu中的核心部件包括alu，cu，cpu内部的互联以及各种类型的寄存器

CU是真个计算机的控制核心，也是计算机系统当中最重要的部分

CU独立出来讲解

主要介绍排队逻辑、寄存器、解码器、存储控制等等这几部分内容

我们对指令的微操作进行分析

然后用两种方式来实现计算机的控制器或者cpu当中的控制器

一种方式呢就是采用硬联方式

另外一种方式是采用微程序设计的方式来完成计算机的设计

这个课程一共分成三大部分

第一部分就是计算机组成原理之机器

计算机系统的基本概念将在第一章进行介绍

第三章我们介绍总线

第四章我们介绍存储器

第五章我们介绍输入输出系统

第二大部分就是计算机组成原理之数字

主要的内容就是我们的第六章

要讲授计算机当中数据的表示

数据的基本运算方法

以及实现这些运算方法的运算器

第三大部分讲授计算机组成原理的cpu

主要就是指第七章第八章第九章和第十章

第七章就是指令系统

我们会进行一个简要的介绍

因为指令系统呢是计算机系统结构或者计算机体系结构的课程当中要讲的主要的内容

那第八章我们会介绍cpu的结构和功能

在此基础上在第九章、第十章介绍控制单元和控制单元的设计