《计算机组成原理》课件
课程概述
课程目标和意义主要内容板块学习方法建议
本课程旨在使学生理解计算机系统的课程主要包括：计算机系统概论、指
基本组成和工作原理，培养分析和设令系统、中央处理器、存储系统、输
计计算机系统的能力。理解计算机组入输出系统等核心模块。每个模块都
成原理是理解操作系统、编译原理等将深入探讨其基本概念、设计原理和
后续课程的基础，对于从事计算机软实现技术，旨在构建完整的知识体
硬件开发至关重要。系。
计算机系统概论
1硬件与软件的关系2计算机系统的层次结构
硬件是计算机系统的物理组成计算机系统可以分为多个层次，
部分，包括运算器、控制器、从底层到高层依次为：硬件层、
存储器等。软件是在硬件上运微指令层、汇编语言层、高级
行的程序和数据，包括操作系语言层和应用层。每一层都建
统、应用软件等。硬件是软件立在下一层的基础之上，并向
运行的基础，软件通过控制硬上层提供服务。这种层次结构
件实现各种功能。它们相辅相简化了计算机系统的设计和开
成，共同构成完整的计算机系发。
统。
冯·诺依曼体系结构
计算机发展历史
1第一代到第五代计算机
第一代计算机使用电子管，体积庞大、功耗高；第二代使用晶体管，体积
减小、可靠性提高；第三代使用集成电路，体积更小、速度更快；第四代
使用大规模集成电路，性能大幅提升；第五代计算机正在发展中，目标是
实现人工智能。
2摩尔定律
摩尔定律指出，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加
一倍，性能也将提升一倍。这个定律在过去几十年中推动了计算机技术的
快速发展。但随着技术的进步，摩尔定律正面临挑战。
3未来发展趋势
未来计算机的发展趋势包括：更高的集成度、更快的运算速度、更低的功
耗、更强的并行处理能力以及更智能化的应用。量子计算、生物计算等新
兴技术也可能对未来的计算机产生深远影响。
计算机系统的性能指标
主频、CPI、MIPS、FLOPS
主频是CPU的时钟频率，CPI是每条指令执行所需的时钟周期数，MIPS
是每秒执行的百万条指令数，FLOPS是每秒执行的浮点运算次数。这些
指标可以衡量CPU的运算速度和处理能力，但不能完全代表计算机系统
的整体性能。
响应时间与吞吐率
响应时间是指从用户发出请求到系统给出响应的时间，吞吐率是指单位
时间内系统处理的任务数量。响应时间越短、吞吐率越高，系统的性能
越好。这些指标反映了计算机系统的整体效率和服务能力。
性能评测方法
常用的性能评测方法包括基准测试和模拟测试。基准测试是使用预定义
的测试程序来评估系统的性能，模拟测试是通过建立数学模型来模拟系
统的运行状态。选择合适的评测方法可以更准确地评估系统的性能。
计算机硬件组成
运算器、控制器、输入设备、输出设各部件的功能与联
存储器备系
运算器负责执行算术输入设备负责将外部各个部件之间通过总
和逻辑运算，控制器