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组成原理课程第六章目录CONTENCT第六章概述计算机系统层次结构数据的表示和运算存储器层次结构指令系统中央处理器（CPU）微程序控制器01第六章概述010203040545%50%75%85%95%掌握计算机系统的层次结构以及硬件与软件之间的界面理解指令集体系结构的基本概念和设计原则熟悉不同指令集体系结构的特点和优缺点了解高级语言程序与机器级程序之间的关系和转换过程具备分析和设计简单指令集体系结构的能力教学目标与要求计算机系统的层次结构：介绍计算机系统的基本组成和层次结构，包括微程序机器级、传统机器级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级等。指令集体系结构的基本概念：阐述指令集体系结构的基本概念和设计原则，包括指令格式、寻址方式、数据表示、中断和异常处理等。不同指令集体系结构的特点和优缺点：介绍常见的指令集体系结构，如复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC），并分析它们的特点和优缺点。高级语言程序与机器级程序之间的关系和转换过程：探讨高级语言程序与机器级程序之间的关系，包括编译过程、链接过程以及程序的加载和执行过程等。分析和设计简单指令集体系结构的能力：通过实例分析，培养学生分析和设计简单指令集体系结构的能力，包括指令集的设计、寻址方式的选择、中断和异常处理机制的实现等。0102030405章节内容与结构02计算机系统层次结构指令集体系结构层微体系结构/硬件实现层操作系统层系统软件层计算机系统抽象层的转换定义了处理器支持的指令集以及处理器状态，包括寄存器、内存等。描述了处理器如何执行指令，包括处理器的微操作、流水线、缓存等硬件实现细节。提供了硬件的抽象接口，管理计算机的软硬件资源，为应用程序提供运行环境。包括编译器、汇编器、链接器等，将高级语言程序转换为可在计算机上执行的机器语言程序。应用程序二进制接口（ABI）指令集体系结构（ISA）微指令集定义了应用程序与操作系统之间的接口规范，包括函数调用、参数传递、返回值等方面的约定。定义了处理器支持的指令集以及处理器状态，是硬件和软件之间的主要界面。在微体系结构层，处理器通过微指令集来执行指令，微指令集定义了处理器内部的操作和状态。硬件和软件的界面0102数字逻辑层实现基本的逻辑运算，如与、或、非等，以及组合逻辑和时序逻辑电路。微体系结构/硬件实现层在数字逻辑层之上，实现了处理器的微操作、流水线、缓存等硬件细节，提供了指令集体系结构层的实现基础。指令集体系结构层定义了处理器支持的指令集以及处理器状态，为操作系统和应用程序提供了统一的编程接口。操作系统层在指令集体系结构层之上，管理计算机的软硬件资源，为应用程序提供运行环境。系统软件层包括编译器、汇编器、链接器等，将高级语言程序转换为可在计算机上执行的机器语言程序，为应用程序开发提供了便利。030405计算机系统的多层次结构03数据的表示和运算80%80%100%数制与编码介绍二进制、十进制、十六进制等数制的基本概念及相互转换方法。详细阐述ASCII码、Unicode编码等计算机中字符的编码方式及其特点。讲解奇偶校验码的原理、生成方法及其在数据传输中的应用。数制的基本概念计算机中字符的编码奇偶校验码定点数的表示方法定点数的加/减法运算定点数的乘/除法运算定点数的表示和运算详细介绍定点数加/减法的运算规则，包括溢出判断和处理方法。深入讲解定点数乘/除法的运算过程，包括移位操作和运算优化策略。阐述定点数（包括定点整数和定点小数）的表示方法，如原码、反码、补码等。浮点数的表示和运算浮点数的表示方法介绍浮点数的表示方法，包括IEEE754标准规定的单精度和双精度浮点数格式。浮点数的加/减法运算详细阐述浮点数加/减法的运算过程，包括对阶、尾数加/减、规格化等步骤。浮点数的乘/除法运算深入讲解浮点数乘/除法的运算规则，包括阶码和尾数的处理方法以及特殊情况的应对策略。04存储器层次结构存储器的层次化结构寄存器位于CPU内部，速度最快，容量最小，用于暂存指令和数据。高速缓存（Cache）位于CPU和主存之间，速度较快，容量较小，用于缓存CPU频繁访问的数据和指令。主存储器（MainMemory）位于CPU之外，速度较慢，容量较大，用于存储程序和数据。外存储器（SecondaryStora…位于主存之外，速度最慢，容量最大，用于长期保存程序和数据。通过数据总线、地址总线和控制总线连接主存和CPU，实现数据传输和控制。总线连接直接连接存储器映射I/O通过专门的存储接口连接主存和CPU，提高数据传输速度。将I