計(jì)算機(jī)組成原理復(fù)習(xí)參考幻燈片

1、1,復(fù)習(xí)課,2,教學(xué)目標(biāo),掌握第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論知識(shí)點(diǎn) 掌握第3章系統(tǒng)總線知識(shí)點(diǎn) 掌握第4章存儲(chǔ)器知識(shí)點(diǎn) 掌握第5章輸入輸出系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn) 掌握第6章計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法知識(shí)點(diǎn) 掌握第7章指令系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn),3,期末考試題型,選擇題 （10小題 1.5分） 15分 名詞解釋（5小題 3分） 15分 簡答題 （6小題 5分） 30分 計(jì)算題 （4小題 7分） 28分 設(shè)計(jì)題 （2小題 12分，選做1題） 20分,4,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成,由人們事先編制的具有各類特殊功能的程序組成,計(jì)算機(jī)系統(tǒng),計(jì)算機(jī)的實(shí)體，由看的見摸的著的各種電子元器件組成如主機(jī)、外設(shè)等,硬件,軟件,第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論,5,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次

2、結(jié)構(gòu),第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論,6,馮諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn),1945年，數(shù)學(xué)家馮諾依曼(von Neumann)在研究EDVAC機(jī)時(shí)提出了“存儲(chǔ)程序”的概念 計(jì)算機(jī)由五大部件組成 指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲(chǔ)器 指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示 指令由操作碼和地址碼組成 指令在存儲(chǔ)器內(nèi)順序存放 以運(yùn)算器為中心 指令和數(shù)據(jù)都存于存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們？,第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論,7,總線的基本概念,為什么要用總線 什么是總線 是連接各個(gè)部件的信息傳輸線 是各個(gè)部件共享的傳輸介質(zhì) 總線的分類 片內(nèi)總線 系統(tǒng)總線 通信總線,第3章 系統(tǒng)總線,總線的性能指標(biāo) 總線寬度 數(shù)據(jù)線的根數(shù) 總線帶寬 每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)

3、數(shù)（MBps）,8,總線控制,主要包括兩部件：判優(yōu)控制 通信控制 主設(shè)備(模塊)：對總線有 控制權(quán) 從設(shè)備(模塊)：響應(yīng)從主設(shè)備發(fā)來的總線命令,總線判優(yōu)控制,分布式,集中式,計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢,獨(dú)立請求方式,鏈?zhǔn)讲樵?第3章 系統(tǒng)總線,9,總線控制,通信控制 目的解決通信雙方協(xié)調(diào)配合問題 總線通信的四種方式,通信雙方由 統(tǒng)一時(shí)標(biāo) 控制數(shù)據(jù)傳送,充分 挖掘 系統(tǒng) 總線每個(gè)瞬間 的 潛力,同步通信*,異步通信*,半同步通信,分離式通信,采用 應(yīng)答方式 ，沒有公共時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn),同步、異步結(jié)合,第3章 系統(tǒng)總線,10,存儲(chǔ)器分類,第4章 存儲(chǔ)器,磁盤 磁帶 光盤,高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）,Flash Me

4、mory,存 儲(chǔ) 器,主存儲(chǔ)器,輔助存儲(chǔ)器,RAM,ROM,11,存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)器三個(gè)主要特性的關(guān)系,第4章 存儲(chǔ)器,高,小,快,12,存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu),緩存-主存層次和主存-輔存層次,第4章 存儲(chǔ)器,（解決速度不匹配）,（解決存儲(chǔ)系統(tǒng)容量不足）,虛擬存儲(chǔ)器,虛地址,邏輯地址,實(shí)地址,物理地址,主存儲(chǔ)器,13,主存儲(chǔ)器概述,主存的基本組成,第4章 存儲(chǔ)器,14,主存儲(chǔ)器概述,主存中存儲(chǔ)單元地址的分配 尋址范圍 地址線 一個(gè)16K32 位的存儲(chǔ)器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是?,第4章 存儲(chǔ)器,高位字節(jié) 地址為字地址,低位字節(jié) 地址為字地址,15,主存儲(chǔ)器概述,主存的技術(shù)指標(biāo) 存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)

5、速度 存取時(shí)間 存儲(chǔ)周期 存儲(chǔ)器的帶寬,第4章 存儲(chǔ)器,16,隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 ( RAM ),靜態(tài) RAM ( SRAM ) 動(dòng)態(tài) RAM ( DRAM ) 為什么要刷新 刷新方式（集中刷新、分散刷新、異步刷新）,第4章 存儲(chǔ)器,17,存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展,位擴(kuò)展（增加存儲(chǔ)字長）,用 2片1K4位存儲(chǔ)芯片組成1K 8位 的存儲(chǔ)器,第4章 存儲(chǔ)器,18,存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展,字?jǐn)U展（增加存儲(chǔ)字的數(shù)量）,用 2片 1K 8位 存儲(chǔ)芯片組成 2K 8位 的存儲(chǔ)器,第4章 存儲(chǔ)器,19,存儲(chǔ)器與 CPU 的連接,主存和 CPU 的聯(lián)系,第4章 存儲(chǔ)器,20,存儲(chǔ)器與 CPU 的連接,連接控制 地址線的連接 數(shù)

6、據(jù)線的連接 讀/寫線的連接 片選線的連接 合理選用芯片 其他 時(shí)序、負(fù)載,典型例題 例4.1 P94 習(xí)題4.15 P151,第4章 存儲(chǔ)器,21,海明碼,編碼 （發(fā)現(xiàn)兩位錯(cuò)或糾正一位錯(cuò)的編碼） L=3,第4章 存儲(chǔ)器,22,高速緩沖存儲(chǔ)器概述,程序訪問的局部性原理,容量小 速度高,容量大 速度低,程序正在執(zhí)行的,程序?qū)⒁獔?zhí)行的,第4章 存儲(chǔ)器,23,Cache 的基本結(jié)構(gòu),第4章 存儲(chǔ)器,24,主存和緩存的編址,主存和緩存按塊存儲(chǔ) 塊的大小相同,第4章 存儲(chǔ)器,25,Cache 的命中率與效率,CPU 欲訪問的信息在 Cache 中的比率 Cache 主存系統(tǒng)的效率 設(shè) Cache 命中率

7、為 h，訪問 Cache 的時(shí)間為 tc，訪問 主存 的時(shí)間為 tm 則有：,第4章 存儲(chǔ)器,26,Cache主存的地址映射,直接映射,第4章 存儲(chǔ)器,27,Cache主存的地址映射,全相聯(lián)映射,第4章 存儲(chǔ)器,28,Cache主存的地址映射,組相聯(lián)映射 典型例題：例4.9 例4.11,第4章 存儲(chǔ)器,29,輸入輸出系統(tǒng)的組成,I/O 軟件 I/O 指令 CPU 指令的一部分 通道指令 通道自身的指令 I/O 硬件 I/O接口 I/O設(shè)備 I/O 與主機(jī)信息傳送的控制方式 程序查詢方式 程序中斷方式 直接存儲(chǔ)器存取方式DMA I/O通道方式 I/O處理機(jī)方式,第5章 輸入輸出系統(tǒng),30,I/O

8、 接口的基本組成,第5章 輸入輸出系統(tǒng),31,I/O 中斷處理過程,中斷請求 中斷判優(yōu) 中斷響應(yīng) 中斷服務(wù) 中斷返回,保護(hù)現(xiàn)場 中斷服務(wù) 恢復(fù)現(xiàn)場,INTA 中斷向量地址,INTR,調(diào)用中斷服務(wù)程序和調(diào)用子程序有何區(qū)別？,32,DMA 方式,DMA 和程序中斷兩種方式的數(shù)據(jù)通路,周期挪用,33,真值與機(jī)器數(shù),真值 X=-0.11111 機(jī)器數(shù) 原碼 X=1.11111 補(bǔ)碼 X=1.00001 反碼 X=1.00000 移碼 X=0.00001 轉(zhuǎn)換,第6章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法,34,真值與機(jī)器數(shù),第6章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法,-0,-1,-128,-127,-127,-126,-3,-2,-1,F

9、FH分別表示為原碼、補(bǔ)碼、反碼、移碼和無符號(hào)數(shù)時(shí)，所對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)各位多少 ？,35,定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示,定點(diǎn)表示,第6章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法,小數(shù)點(diǎn)按約定方式標(biāo)出,36,定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示,浮點(diǎn)表示,第6章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法,37,定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示,第6章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法,Sf 代表浮點(diǎn)數(shù)的符號(hào),n 其位數(shù)反映浮點(diǎn)數(shù)的精度,m 其位數(shù)反映浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍,j階碼：整數(shù),S尾數(shù)：小數(shù),jf 和 m 共同表示小數(shù)點(diǎn)的實(shí)際位置,38,定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示,尾數(shù)規(guī)格化 尾數(shù)用原碼表示時(shí)：0.1 xxxxxx x 1.0 xxxxxx x 尾數(shù)用補(bǔ)碼表示時(shí)：0.1 xxxxxx x 1.0 xxxxxx x,第6章

10、計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法,39,定 點(diǎn) 運(yùn) 算,加減法運(yùn)算 加法 A補(bǔ) + B補(bǔ)= A+B補(bǔ) 減法 A B補(bǔ)= A+(B )補(bǔ)= A補(bǔ) + B補(bǔ) 溢出(雙符號(hào)位 變形補(bǔ)碼),第6章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法,40,定 點(diǎn) 運(yùn) 算,原碼一位乘法,補(bǔ)碼一位乘法,第6章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法,41,浮點(diǎn)運(yùn)算,浮點(diǎn)加減運(yùn)算 對階 尾數(shù)求和 規(guī)格化 舍入 溢出 例題 P272 6.30,第6章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法,42,機(jī)器指令,指令系統(tǒng) 指令的一般格式 操作碼 地址碼,第7章 指令系統(tǒng),43,擴(kuò)展操作碼技術(shù),第7章 指令系統(tǒng),4 位操作碼,8 位操作碼,12 位操作碼,16 位操作碼,最多15條二地址指令,最多15條一地址指令,16條零地址指令,典型例題 7.1,44,尋 址 方 式,尋找操作數(shù)的方式（立即數(shù)、寄存器、存儲(chǔ)器） 立即尋址 寄存器尋址 直接尋址 間接尋址 寄存器間接尋址,第7章 指令系統(tǒng),相對尋址 基址尋址 變址尋址 棧尋址,45,一條雙字長的取數(shù)指令（LDA）存于存儲(chǔ)器的100和101單元，其中第一個(gè)字為操作碼和尋址特征M，第二個(gè)字為形式地址?；芳拇嫫鞯膬?nèi)容為100