计算机组成原理

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课程简介

  • 本课程为计算机专业学生量身定制，既可用于学习《计算机组成原理》相关知识，也可用于考研复习。内容包括：计算机系统概述、数据的表示和运算、存储系统、指令系统、中央处理器、总线、输入/输出系统等章节。内容力求精炼、重点突出、条理清晰、深入浅出。本课程精选历年考研真题，给出详细的解题思路和部分答案，达到讲练结合、灵活掌握、举一反三的效果。
  • 本课程对学习《操作系统》、《计算机网络》课程大有帮助，可以作为其辅导课程。

课程目标

  1. 掌握计算机组成一般原理，理解形成计算机的整体概念
  2. 掌握数的表示和运算，理解进制、精度、溢出、转换等概念
  3. 理解存储器的分类、特点和扩展，掌握Cache的相关计算和替换算法
  4. 理解指令、地址及相关概念，掌握指令的格式、寻址方式和有关计算
  5. 理解CPU、数据通路的基本功能和结构，掌握控制器的功能和工作原理，掌握指令流水线的基本实现
  6. 理解总线的概念、分类、组成和性能指标，掌握总线仲裁、操作、定时方式
  7. 理解输入、输出的概念，能够识别常见的IO设备，掌握IO控制器的功能和结构，掌握IO相关计算，掌握中断的各种原理和特点

适合人群

  • 0基础学习计算机专业知识的学员
  • 复习计算机基础知识的学员（建议学习者具备一定的C/C++、Python、Java、Go等任意编程语言的编码经验）

课程亮点

  1. 必知必会：本课程是软件开发人员“必知必会”的计算机基础知识，同时包含了大量的常见面试题，请务必认真学习；
  2. 体系完整：本课程共包含七章，包括计算机系统概述、数据的表示和运算、存储系统、指令系统、中央处理器、总线、输入/输出系统等章节，涵盖计算机组成的整体概念和一般原理，是学习计算机组成的不二之选；
  3. 权威参考：以唐朔飞老师《计算机组成原理》（第3版）为蓝本，所有知识以该教材为准——懂得都懂；
  4. 由浅入深：为适应初学者/零基础学员的学习需要，调整了部分知识的讲解次序，循序渐进的理解知识；采用自然语言，增加了许多现实世界的例子，更加通俗易懂；
  5. 真题直达：课程中增加了许多历年考研真题，让学习者感受真实考场，手把手带你解析真题；课程还包含部分真实的职场面试题，让你面试无忧。

课程大纲

第一章 计算机系统概述

1.1 计算机系统概述

1.2 计算机系统层次结构

  • 计算机系统的组成
  • 计算机硬件的基本组成
  • 计算机软件的分类
  • 计算机的工作过程
  • 计算机系统的多层次结构

1.3 计算机的性能指标

  • 计算机的主要性能指标
  • 几个专业术语

第二章 数据的表示和运算

2.1 数制和编码

  • 进位计数制及其相互转换
  • 真值和机器数
  • BCD码
  • 字符与字符串
  • 校验码

2.2 定点数的表示与运算

  • 定点数的表示
  • 定点数的运算
  • C语言中的整数类型及类型转换
  • 数据的存储和排列

2.3 浮点数的表示与运算

  • 浮点数的表示
  • 浮点数的加减运算

2.4 算数逻辑单元（ALU）

  • 串行加法器和并行加法器
  • 算数逻辑单元的功能和结构

第三章 存储系统

3.1 存储器概述

  • 存储器的分类
  • 存储器的性能指标

3.2 存储器的层次化结构

  • 多级存储系统

3.3 半导体随机存储器

  • SRAM和DRAM
  • 只读存储器
  • 主存储器的基本组成

3.4 主存储器与CPU的连接

  • 连接原理
  • 主存容量的扩展
  • 存储芯片的地址分配和片选
  • 存储器与CPU的连接

3.5 双端口RAM和多模块存储器

  • 双端口RAM
  • 多模块存储器

3.6 高速缓冲存储器

  • 程序访问的局部性原理
  • Cache的基本工作原理
  • Cache和主存的映射方式
  • Cache中主存块的替换算法
  • Cache写策略

3.7 虚拟存储器

  • 虚拟存储器的基本概念
  • 页式虚拟存储器
  • 加快地址转换：快表（TLB）
  • 段式虚拟存储器
  • 段页式虚拟存储器
  • 虚拟存储器与Cache的比较

第四章 指令系统

4.1 指令格式

  • 指令的基本格式
  • 定长操作码指令格式
  • 扩展操作码指令格式

4.2 指令的寻址方式

  • 指令的寻址和数据寻址
  • 常见的数据寻址方式
  • X86汇编指令入门

4.3 CISC和RICS的基本概念

  • 复杂指令系统计算机（CISC）
  • 精简指令系统计算机（RISC）
  • CISC和RISC的比较

第五章 中央处理器

5.1 CPU的功能和基本结构

  • CPU的功能
  • CPU的基本结构

5.2 指令执行过程

  • 指令周期
  • 指令周期的数据流
  • 指令执行方案

5.3 数据通路的功能和基本结构

  • 数据通路的功能
  • 数据通路的基本结构

5.4 控制的功能和工作原理

  • 控制器的结构和功能
  • 硬布线控制器
  • 微程序控制器

5.5 指令流水线

  • 指令流水线的基本概念
  • 流水线的分类
  • 影响流水线的因素
  • 流水线的性能指标
  • 超标量流水线的基本概念

第六章 总线

6.1 总线概述

  • 总线基本概念
  • 总线的分类
  • 系统总线的结构
  • 总线的性能指标

6.2 总线仲裁

  • 集中仲裁方式
  • 分布仲裁方式

6.3 总线操作和定时

  • 总线传输的四个阶段
  • 同步定时方式
  • 异步定时方式

6.4 总线标准

  • 常见的总线标准