計算機組成原理(第二版)唐朔飛各章節(jié)知識點

1、第一章知識總結(jié)（二）計算機組成原理關(guān)注傳統(tǒng)機器語言機器M12017-0420馬輝安陽師院mh存儲元件第一章知識總結(jié)（一）2017-0419馬輝安陽師院mh 一個完整 的計算機系統(tǒng)包括了硬件和軟件兩個子系 統(tǒng).硬件部分按馮諾依曼觀點分為運算器、控 制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大 功能部件。它們之間用系統(tǒng)總線進行連 接。系統(tǒng)總線按傳輸內(nèi)容分地址總線、數(shù) 據(jù)總線和控制總線三類。軟件部分包括系統(tǒng)軟件和應用軟件兩 類,它們通常使用機器語言、匯編語言和 高級語言三種計算機語言進行編寫。由于 機器硬件電路只能識別用0、1編寫成的機 器語言程序，所以用匯編或高級語言編寫的 源程序在運行前需使用匯編程序、

2、編譯程 序或解釋程序進行翻譯.軟件的狹義觀點是：軟件是人們編制的具有 各類特殊功能的程序，廣義觀點是：軟件是 程序以及開發(fā)、使用和維護程序需要的所有 文檔。為了簡化對復雜的計算機系統(tǒng)的理解，對計 算機系統(tǒng)進行了層次結(jié)構(gòu)劃分，通常分為微 程序機器、傳統(tǒng)機器語言機器、操作系統(tǒng)虛 擬機、匯報語言虛 擬機、高級語言虛擬機 等。從不同角度、層次理解機器的功能與使 用方法，簡化了需要掌握的知識內(nèi)容。虛擬機：依賴于一定的系統(tǒng)軟件，所體現(xiàn)出 的具有某種結(jié)構(gòu)、功能和使用方法的計算 機。和微程序機器MQ它們是實際機器，所看到 的機器功能與結(jié)構(gòu)由硬件電路直接實現(xiàn)。馮諾依曼關(guān)于計算機結(jié)構(gòu)的觀點：1 s計算機由五大功能

3、部件組成。2、指令和數(shù)據(jù)均用二進制數(shù)表示，以同等 地位存放于存儲器中。3、存儲器按地址進行訪問。4、指令由操作碼和地址碼組成，操作 碼用 來表示操作的性質(zhì)，地址碼用來表示操作數(shù) 在存儲器中的位置。5、指令在存儲器內(nèi)按順序存放，通常被順 序執(zhí)行，在特定條件下，可根據(jù)運算結(jié)果或 設(shè)定的條件改變執(zhí)行順序.6、機器以運算器為中心，輸入輸出設(shè) 備與 存儲器間的數(shù)據(jù)傳送通過運算器完成.現(xiàn)代大部分機器仍采用u存儲程序?，思想 構(gòu)建，仍屬于馮諾依曼結(jié)構(gòu)的計 算機。典型的馮諾依曼計算機以運算器為中心，現(xiàn) 代計算機轉(zhuǎn)化為以存儲器為中心。現(xiàn)代計算機可認為由三大部分組成：CPU （包含了運算器和控制器、及高速緩 存）

4、、I/O設(shè)備及主存儲器。CPU和 主存合起 來稱 主機（及電源、總線與I/O接口）， I /0設(shè)備也稱外設(shè).運算器的核心是算術(shù)邏輯單元ALU控制器 的核心是控制單元CU外存（輔存）屬于 I/O設(shè)備。（或稱存儲基元、存儲元）：能存放一位二 進制代碼41 0”或“仁的電路。存儲單元:包含若干存儲元，可存放一串 二進制代碼，通常對每一個存儲單元分配一 個唯一的單元地址。存儲字：一個存儲單元中所存放的二 進制 代碼內(nèi)容。存儲字長:個存儲字二進制代碼的位數(shù)。主存的工作方式就是按存儲單元的地址號來 實現(xiàn)對存儲字各位的存（寫入）、取（讀 出）。這種存取方式稱為按地址存取，即按 地址訪問存儲器（訪存）。MAR

5、存儲器地址寄存器，用來存放欲 訪問的 存儲單元的地址.MDR存儲器數(shù)據(jù)寄存器，用來存放從 存儲單 元讀出的代碼或準備寫入某存儲單元的代 碼，其位數(shù)與存儲字長相 等。如若MAF為16位，MDR% 32位，則配套存 儲容量為2的16次方 乘于32位，即2Mb 或 256KBX:操作數(shù)寄存器PC程序計數(shù)器，存放欲執(zhí)行指令的地址。ALU算術(shù)邏輯單元ACC （或A、或AQ ：累加器MQ乘商寄存器早期計算機的更新?lián)Q代集中體現(xiàn)在組成計算機基本電路的元器件上，按此可以 把計算機發(fā)展分為：第一代，電子管計算 機；第二代，晶體管計算機；第三代，中小 規(guī)模集成電路計算機；第四代，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算 機.I

6、R :指令寄存器，存放當前正執(zhí)行的指令 代碼。CU控制單元，分析當前指令所需完成的操 作，并發(fā)出各種微操作命令序列，用以控制 所有被控對象.機器字長：CPI 一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)，通 常與CPI中的通用寄存器位數(shù)一致.存儲容 量：包括主存容量和輔存容量，存儲器能 存放二進制代碼量的表示。可以用總位數(shù)表 示，或用字節(jié)數(shù)表示，主存更通常用單元數(shù) 乘于存儲字長表示。主頻：CPUr作所使用的時鐘信號的頻 率。 主頻取導為時鐘周期，表示一個時鐘信號 持續(xù)的時間長度.MIPS:每秒鐘執(zhí)行多少百萬條指令.（GIPS）CPI :執(zhí)行一條指令所需的時鐘周期個數(shù)。FLOPS每秒浮點運算次數(shù).（MFLoPS或GFL

7、0P 或 TFL0PS第二章知識總結(jié)2017-04-21馬輝 安陽師院mh 1946年， 第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC誕生于美國 賓夕法尼亞大學，它采用 電子管構(gòu)造，使用 十進制運算?，F(xiàn)代計算機作為一門獨立學科迅猛發(fā)展，是由于微處理器的出現(xiàn)、軟件技術(shù)的 完善及應用范圍的不斷擴寬所帶來的必然 結(jié)果.1971年，美國Intel公司研制成世界上 第一個4位的微處理器芯片4004。摩爾定律：微芯片上集成的晶體管數(shù)目每3年翻兩番。微型計算機的發(fā)展在很大程度上取決于微 處理器的發(fā)展，而微處理器的發(fā)展又依賴 于芯片集成度和處理器主頻的提高。計算機的應用:科學計算數(shù)據(jù)處理計算機控制（工業(yè)控制、實時控 制等）

8、網(wǎng)絡(luò)應用（電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)教 育、電子政務(wù)等）多媒體應用（電子動 畫、虛擬現(xiàn)實等）辦公自動化管理信息系統(tǒng)CAD / CAM / CIMS / CAI人工智能（模式識別、語音識別、專家系 統(tǒng)、機器人、自然語言理解等）第三章知 識總結(jié)（一）20170502馬輝安陽師院mh總線： 是連接多個部件的信息傳輸線，是各部件 共享的傳輸介質(zhì)。在某一時刻，只允許有一個部件向總 線 發(fā)送信息，理論上，允許多個部件同時從 總線上接收相同的信息。從不同角度可以有不同的總線分類方 法： 按數(shù)據(jù)傳送方式：并行傳輸總線和串行傳 輸總線按總線使用范圍：計算機總線、測控總 線、網(wǎng)絡(luò)通信總線 按傳輸方向:單向總線 和雙向總線 按

9、連接部件的不同:片內(nèi)總 線、系統(tǒng)總線、通信總線片內(nèi)總線：為 并行總線，該組線路可傳各種類型信息 系統(tǒng)總線：為并行總線，按傳輸信息的不 同，再分為數(shù)據(jù)總線、地址總線 和控制 總線 三個組成部分。通信總線越來越多 用串行總線 總線的使用要考慮如下總線特性:機 械特 性、電氣特性、功能特性、時間特性總 線的性能指標最重要的是總線帶寬（或叫 總線數(shù)據(jù)傳輸率），單位時間內(nèi)總線上傳 輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，以每秒傳輸多少位或多少 字節(jié)表示。注意區(qū)分MBPS和MbPS關(guān)鍵因素：一秒能傳多少次，每次能傳多 少位?？偩€標準：ISA：工業(yè)標準結(jié)構(gòu)總線EISA：擴充的工業(yè)標準結(jié)構(gòu)總線VESA視頻電子標準協(xié)會總線PCI:外圍部

10、件互連總線AGP加速圖形端口總線USB通用串行總線PCI-Express 總線RS-232C總線第三章知識總結(jié)（二） 2017-0503馬輝 安陽師院mh總線主 設(shè)備:對總線有控制權(quán)的設(shè)備或模塊總線 從設(shè)備：沒有總線控制權(quán)，只能響應主設(shè) 備發(fā)來的總線命令的設(shè)備或 模塊 理解：1、在有些系統(tǒng)中主設(shè)備、從設(shè)備不是固 定的2、主設(shè)備不一定就是向總線發(fā)送數(shù)據(jù)信 息的設(shè)備總線通信控制主要解決通信雙方如何獲知 傳輸開始和傳輸結(jié)束，以及通信雙方如何 協(xié)調(diào)如何配合。通常用四種方式：同步通 信、異步通信、半同步通信、分離式通 信。同步通信:通信雙方由統(tǒng)一時標信號控制 數(shù)據(jù)傳送。（按雙方工作速度，確定一個 時間標

11、準，對雙方動作的時間配合固定下 來，什么時間就該干什么，完成通信過 程，理論上任何設(shè)備間都可采用，通常用 在速度較一致的設(shè)備間。） 總線判優(yōu)控制（總線仲裁）：分配總線控制 權(quán)，決定誰是主設(shè)備判優(yōu)控制分為集中式 和分布式 兩大類集中式細分為：1、鏈式查詢:需三根線完成控制，但優(yōu)先 級固定，對故障敏感2、計數(shù)器定時查詢：優(yōu)先級靈活3、獨立請求：需2n根線完成控制，速度 最快通常將完成一次總線操作的時間稱為總線周 期，可分為4個階段申請分配階段；尋址 階段；傳數(shù)階段；結(jié)束階段但對只有一個主設(shè)備的簡單系統(tǒng)，可只需 尋址和傳數(shù)兩個階段。異步通信的應答方式按聯(lián)系緊密程度分不互鎖、半互鎖和全互鎖三種。異步并

12、行通信中有專門線路傳輸應答 信號， 但異步串行通信中為傳輸應答信號和信息， 通常要約定傳輸字符格式，女山1個起始位 （低電平）,58個數(shù)據(jù)位，1個奇偶校 驗位，1或1.5或2個終止位（高電 平）。傳送時起始位后面緊跟的是傳送字 符的最低位起始位至終止位構(gòu)成一幀.（如何知道一個位傳輸時間？異步串行通 信中也有時鐘信號，通常用記夠若干時鐘代 表傳一位的時間,但該時鐘信號不用于決定 傳輸?shù)拈_始和結(jié)束。）異步串行通信的數(shù)據(jù)傳送速率用波特 率來衡 量異步通信：沒有公共的時鐘標準，允許雙 方速度不一致，采用應答信號（握手信 號）聯(lián)絡(luò)，決定雙方的操作。波特率：單位時間內(nèi)傳送的二進制數(shù)據(jù)的位 數(shù)，單位為bps

13、。比特率：單位時間內(nèi)傳送的二進制有效數(shù)據(jù) 的位數(shù)，單位為bps。第五章知識總結(jié)（一）原創(chuàng)2017-06-12馬輝安陽師院mh現(xiàn)代計算機可認為由三大部分組 成：除 CPU和主存儲器外，還有輸入輸出模塊，又 稱I/O系統(tǒng)。I/O系統(tǒng)由I/O軟件和I/O硬 件兩部分組成，其中I/O軟件由I/O指令或 通道指令編寫，具有：將用戶編制的程序 （或數(shù)據(jù)）輸入主機內(nèi)將運算結(jié)果輸送給 用戶。實現(xiàn)輸入輸出系統(tǒng)與主機工作的 協(xié)調(diào)等作用；而|/0硬件在帶有接口的I/O 系統(tǒng)中包含接口模塊及I/O設(shè)備兩大部分。I/O設(shè)備與主機的聯(lián)系方式包括：1 I/O設(shè)備編址方式。2、設(shè)備尋址。3、傳送方式（并行傳送、串行傳送）.4

14、、聯(lián)絡(luò)方式（立即響應、異步應答、同步 聯(lián)絡(luò)）。5、連接方式（輻射式、總線式）等 問題。其中編址方式分統(tǒng)一編址（不需設(shè)置 專門的I/O指令）和不統(tǒng)一編址（需設(shè)置專 用的I/O指令）兩種.CPL和主存構(gòu)成了主機，主機外的大部 分硬件設(shè)備都可稱為外部設(shè)備，簡稱外設(shè)。 I/O設(shè)備大致可分為三類：人機交互設(shè)備、 計算機信息的存儲設(shè)備、機一機通信設(shè)備。其中人機交互設(shè) 備可 分為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備兩種。常見的輸入 設(shè)備有鍵盤、鼠標、觸摸屏等；常見的輸出 設(shè)備有顯示器、打印機等.顯示器按顯示器件劃分，有陰極射線管 CRTa示器、液晶LCD顯示器、等離子PD 顯示器及發(fā)光二極管LED顯示器等。分辨率 和灰度等級

15、（或顏色數(shù)）是顯示器的兩個重 要技術(shù)指標，分辨率是指顯示屏面能表示的 像素點數(shù)，灰度等級是指顯示像素點相對亮 暗的級差。為使人眼能看到穩(wěn)定的圖像，顯示屏需 進行刷新，一般刷新頻率要大于30次/秒。 為進行刷新操作，需由刷新存儲器（幀存儲 器或視頻存儲器）保 存當前一屏信息內(nèi)容， 其容量與分辨 率和灰度等級（或顏色數(shù)）有 關(guān)，其帶寬或存取周期要滿足刷新要求。計算機處理漢字需考慮輸入碼、內(nèi)碼和 字形碼三個問題.輸入碼常從音、形兩個角 度考慮；內(nèi)碼用兩個字節(jié)表示一個漢字，其 來源于漢字統(tǒng)計、排 序的區(qū)位碼；字形碼 （字模碼）用點 陣或矢量曲線表示漢字字形, 最小漢 字點陣為16X 16,在單色顯示下

16、該 點陣一個漢字字形碼需32B。國標碼二區(qū)位碼+2020H機內(nèi)碼二國標碼+8080H（區(qū)位碼區(qū)號在前，位號在后，從16區(qū) 即10H區(qū)開始表示漢字，共1-94區(qū),1-94 位）I/O接口是指主機與I/O設(shè)備間設(shè) 置的 一個硬件電路及其相應的軟件控制,其作用 有：設(shè)備選擇、數(shù)據(jù)緩沖、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、 電平轉(zhuǎn)換、接收控制命令、發(fā)送設(shè)備狀態(tài) 等。端口是指接口電路中的一些寄存器，按 存放信息可分為數(shù)據(jù)端口、控制端口和狀態(tài) 端口等。I/O接口的分類：并行和串行接 口、可編程和不可編程接口、通用和 專用接 口等。第五章知識總結(jié)（二）原創(chuàng)201706一13馬輝 安陽師院mh程序查詢方式是指由CPU I過執(zhí)行程序

17、 不斷查詢I/O設(shè)備是否已做好準備，從而控 制I/O設(shè)備與主機交換信息該方式中，只要 一啟動I/O設(shè) 備,CPU便不斷查詢I/O設(shè)備 的準備情 況，從而終止了原程序的執(zhí)行。當 I/O設(shè)備準備就緒后，CPU要執(zhí)行I/O讀寫 指令完成數(shù)據(jù)傳輸，也不能執(zhí)行原程序。使 CPU和I/O設(shè)備處于串行工作 狀態(tài)，CPU的 效率不高。程序中斷方式指CPI啟動I/O設(shè)備 后，不查詢設(shè)備是否已準備就緒，繼續(xù)執(zhí)行 自身程序,只是當I/O設(shè)備準備就緒并向 CPU發(fā)送中斷請求后才予 以響應，提高了 CPU的工作效率。計算機在執(zhí)行程序的過程中，當出現(xiàn)異 常情況或特殊請求時，計算機停止現(xiàn)行程序 的運行，轉(zhuǎn)向?qū)@些異常情況或

18、特殊請求的 處理，處理結(jié)束后 再返回到現(xiàn)行程序的間斷 處，繼續(xù)執(zhí)行原程序，這就是“中斷”。中斷接口電路部分：中斷請求觸發(fā)器INTR:當設(shè)備準 備就 緒，準備向CPU提出中斷請求時，對INTR置“仁，表示向CPU提請求。中斷源:能 向CPU提出中斷請求的設(shè) 備或事件統(tǒng)稱為中 斷源（分內(nèi)中斷和 外中斷兩類，外中斷多為 硬件設(shè)備中斷）中斷優(yōu)先級：當多個中斷 源同時向CPI提出請求時,CPI只能按其性 質(zhì)進行排隊處理，即不同中斷源間分 配了不 同的處理優(yōu)先次序。就I/O中斷而言，速度 越高的設(shè)備優(yōu)先級越高。中斷屏蔽觸發(fā)器 MASK可通過對其置u 1,表示屏蔽封鎖掉 某中斷源的請求信號。CPU響應中斷請

19、求后，要暫?，F(xiàn)行 程 序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行該設(shè)備的中斷服務(wù)程序。每個 服務(wù)程序都有一個入口地址，CPI必須找到 該入口地址（查找方法有硬件法和軟件 法）。硬件向量法:通 過向量地址來尋址設(shè) 備的中斷服務(wù)程 序入口地址,而向量地址由 硬件電路產(chǎn)生。I/O中斷處理過程：CPU響應中斷的條件:k設(shè)備準 備就 緒。2、設(shè)備未被屏蔽。3、設(shè)備的中斷請求 信號進入CPU且CPU內(nèi)中斷允許觸發(fā)器 EINT為1能響應中設(shè)置一個硬件設(shè)備（叫DMA接口或DMA空制器）管理高速外設(shè)與主存之間的一 批信息交換過程（程序中斷的每次中斷傳輸DMA （直接存儲器存取）方式：第七章知識總結(jié)（一）斷。4、在一條指令執(zhí)行結(jié)束時刻響應中

20、斷。中斷處理過程:中斷請求、中斷判優(yōu)、 中斷響應、中斷服務(wù)、中斷返回。中斷服務(wù)程序：四大步驟:保護現(xiàn)場、中斷服務(wù)、恢復 現(xiàn)場、中斷返回。CPU決定響應中斷后，進入中斷周期， 該階段操作有保存斷點（PC值，原程序中 該執(zhí)行的指令地址），關(guān)中斷（設(shè)中斷允許 觸發(fā)器EINT二 ）,判別中斷源，確定中 斷服務(wù)程序入口地址并送PC （系統(tǒng)電路自 動完成該周期操作，又被稱為中斷隱指 令）。保護現(xiàn)場指保存通用寄存器和狀態(tài)寄存 器的內(nèi)容，常壓入堆棧保存恢復現(xiàn)場是從 堆棧彈出恢復這些寄存器內(nèi)容。中斷返回是 取回原PC值,以便繼續(xù)執(zhí)行原程序。多重中斷（中斷嵌套）:在中斷事件處 理中，有更高級別中斷請求出現(xiàn)，此時停

21、止 現(xiàn)行中斷服務(wù)程序執(zhí)行，優(yōu)先完成更高級別 中斷事件處理。單重中斷系統(tǒng)中服務(wù)程序流 程為：保護現(xiàn) 場（中斷周期內(nèi)已關(guān)中斷）、 設(shè)備服務(wù)、恢復現(xiàn)場、開中斷、中斷返回。 多重中斷服務(wù)程序流程為:保護現(xiàn)場、開中 斷、設(shè)備服務(wù)、關(guān)中斷、恢復現(xiàn)場、開中 斷、中斷返回（原因是：現(xiàn)場的保存和恢復 不允許被打斷）都有額外的保存現(xiàn)場、恢復現(xiàn)場等操作，降 低了 CPI效率.DMA的每次傳輸不需CPL干 預，只需DMA控制器占用總線一個存取周 期，CPL執(zhí) 行效率更咼）。DMA接口與CPL共用主存,為有效 分時 使用，DMA可采用1、停止CPU訪 問主存。 2、周期挪用（竊?。?、DMA% CPL交替 訪問.其中

22、周期竊取為 典型的DMA方式，當出 現(xiàn)同時請求訪存沖突時，DMA操作優(yōu)先。DMAr作過程：1、預處理（通過中斷方 式請求CPU寸DMA接口進行初 始設(shè)置）。2、數(shù)據(jù)傳送（DMA接口控制完成每次準備 好數(shù)據(jù)的交換）。3、后處理（通過中斷方式 請求CPU故一些DMAI勺結(jié)束工作）.DMA方式與程序中斷比較：k數(shù)據(jù)傳送：程序中斷靠程序，DMA 靠硬件.2、響應時間：程序中斷在一條指 令執(zhí) 行結(jié)束時，DMA%-個存取周期結(jié)束時.3、程序中斷有處理異常的能力，DMA6o4、程序中斷要保護現(xiàn)場,DMAF用.5、DMAI勺優(yōu)先級比程序中斷高.2017-05-05馬輝安陽師院mh指令：表示讓計算機實現(xiàn)某種操作

23、的命令（機器硬件電路能直接理解的是二進制表示的機器指令，有時人們書寫為助記符表示的匯編指令）指令系統(tǒng):一臺計算機能理解的全部機器 指令的集合（不同機器有不同的指令系統(tǒng)） 指令按地址碼部分的地址個數(shù)可分為: 四地址指令、三地址指令、二地址指指令基本格式:由操作碼和地址碼兩部分 組成。操作碼：用來指明該指令所要完成的 操作。地址碼：用來指出該指令的源操作數(shù) 的地址、結(jié)果的地址及下一條指令的地址。操作碼分固定長度設(shè)計和可變長度設(shè)計，一 般k位的操作碼有（2的k次方）個代 碼，最多表示（2的k次方）條指令；在可變設(shè)計中可隨指令地址碼的減少 擴展操 作碼，在擴展中注意對較短操作碼要留下 擴展標志代碼（不

24、表示操作功能，只說明把 操作碼向后擴展）擴展設(shè)計的另一個原則 是盡量安排使用頻度高的指令占用短的操作 碼，這樣可縮短指令譯碼時間。操作碼長度固定便于設(shè)計指令譯碼電路，長度可變便于安排指令包含的信指令字 長：一條機器指令具有的二進制位數(shù)。其取 決于操作碼的長度，操作數(shù)地址的長度和操 作數(shù)地址的個數(shù)（分指令字長固定的計算機 和指令字 長可變的計算機，可變時一般為字 節(jié)倍數(shù)）息（指令長度不變多表不指令5或加 快指令譯碼執(zhí)行，但譯碼電路會復雜 化）令、一地址指令和零地址指令（現(xiàn)在基本不使用四地址指令，而一地址指令也 可表示對兩個數(shù)據(jù)進行運算）機器中常見的操作數(shù)類型有地址、數(shù)字、字 符、邏輯數(shù)據(jù)等，在使

25、用中考慮它們在存儲 器中的存放方式，包括存放的次序問題和 對準邊界問題。存放次序分大端次序和小 端次序（數(shù)據(jù)的高位部分在地址大的字節(jié)中 存放，低位部分存放在地址小的字節(jié)中）.第 七章知識總結(jié)（二）20170516馬輝 安陽師院mh操作數(shù)類型及其存儲：存儲 器分按字尋址的和按字節(jié)尋址的兩種情況， 按字尋址時一個字空間分配一個地址（字的 位數(shù)可為16或32,這就是一個最小尋址 單位）；按字節(jié)尋址時每個字節(jié)分配一個地 址，但操作數(shù)可能要占幾個字節(jié)，所以里面 也有字的概念，也能按字訪問幾個字節(jié)空間（2個或4個字節(jié)）此時，一般用該字包 含的幾個字節(jié)對應地址中的最小字節(jié)地址值 作為字地址。數(shù)據(jù)存儲的對準和

26、次序問題都是對字節(jié)尋 址的系統(tǒng)存在，以4個字節(jié)構(gòu)成一個字為 例（字地址為4的倍數(shù)值）:對準邊界存 放時，單字節(jié)的信息可存放到任意地址的一 個字節(jié)中；兩字節(jié)的一個信息必須從半字起 點（偶地址）存放；4字節(jié)一個字長的信息 從字起點（4的倍數(shù)地址）存放。操作類型：通常機器中必須要有數(shù)據(jù)傳送 類、算術(shù)運算類、邏輯運算類，移位類，轉(zhuǎn) 移類、輸入輸出類等指令，其中數(shù)據(jù)傳送類 指令對狀態(tài)位沒有影響，算術(shù)運算類指令對 狀態(tài)位都有影響，邏輯運算類指令對結(jié)果為 零狀態(tài)位有影響，移位類指令對進位狀態(tài)位 有影響。尋址方式：確定本條指令的數(shù)據(jù)地址及下一 條將要執(zhí)行的指令地址的方法。它可分為指 令尋址和數(shù)據(jù)尋址兩大類，并

27、直接影響指令 格式和指令功能。指令尋址比較簡單，分為順序?qū)ぶ泛吞S 尋址兩種?，F(xiàn)代機器中順序?qū)ぶ芬蕾囉赑C 實現(xiàn)每次使用PC的值取指后其值順序遞 增，使得接下來能取下一條指令。跳躍尋址 通過轉(zhuǎn)移類指令實現(xiàn)，其常用的具體尋址方 法有直 接尋址和相對尋址（對應稱為絕對 跳轉(zhuǎn)和相對跳轉(zhuǎn)），理論上也可用間接尋址 或寄存器間接尋址實現(xiàn)。數(shù)據(jù)尋址方法較多，為區(qū)分指令中采用的尋 址方式，一：指令字中設(shè)置一尋址特征字 段。二:指令操作碼隱含說明該用何種尋址 方式。指令代碼中地址字段表示的地址稱為 形式地 址，記作A;操作數(shù)的真實地址稱為有效地 址，記作EA不同的尋址方式，從A得到EA 的方法不同。1、立即尋址

28、：指令地址字段給出了操 作數(shù) 據(jù)，該數(shù)據(jù)稱為立即數(shù)（Simm）,常采 用補碼表示有符號數(shù)據(jù)，其位數(shù) 決定了表示 數(shù)據(jù)的范圍。2、直接尋址：指令地址字段給出的即是 有效地址，EA二A.3、隱含尋址:指令代碼中不明確表示操作 數(shù)地址，常隱含使用某個寄存器，該寄存器 中為操作數(shù)據(jù)。4、間接尋址：指令代碼的地址字段表明 了操作數(shù)有效地址所在的存儲單元，EA二（A）.般系統(tǒng)只支持一次間接尋址。5、寄存器尋址：指令地址字段給出寄存 器地址（編號）,操作數(shù)據(jù)在該寄存器中， 具有尋址快，縮短指令字長優(yōu)點，在現(xiàn)代機 器中使用很普遍。6、寄存器間接尋址：指令地址字段給出寄 存器地址（編號），但該寄存器內(nèi)為操作數(shù)

29、有效地址。EA= （ R） o第七章知識總結(jié) （三）2017-05-17馬輝 安陽師院mh7、基址尋址：有效地址等于指令字中的形 式地址與基址寄存器中的內(nèi)容相力口，即：EA二A+ （BR） o有些系統(tǒng)中設(shè)有專門的基址寄存器，使用時 反映出使用基址尋址即可；有些系統(tǒng)中沒有 專門的基址寄存器，使用中需明確指出用哪 個通用寄存器作為基址寄存器。特征：仁可擴大操作數(shù)的尋址范圍（基址 寄存器的位數(shù)大于形式地址A的位數(shù)）.2、支持多道程序.3、基址寄存器內(nèi)容由 系統(tǒng)確定,不能由用戶修改。8、變址尋址:有效地址等于指令字中的形 式地址與變址寄存器的內(nèi)容相加，即： EA二A+ （IX）。特征：1、可擴大操作數(shù)

30、的尋址范圍（變 址寄存器的位數(shù)大于形式地址A的位數(shù)）。2、變址寄存器內(nèi)容由用戶設(shè)定，在程序中 可變。3、主要用于處理數(shù)組問題（通過循 環(huán)，對一批數(shù)據(jù)一次一次作同樣的處理）。 移類指令，實現(xiàn)轉(zhuǎn)移目標地址的確定，此 時，形式地址A部分又稱位移量disp,可 正可負，實現(xiàn)在當前指令周圍的跳 轉(zhuǎn)。堆棧尋址一要考慮按入出數(shù)據(jù)的大小對棧頂 地址的修改量是多少，二要考慮入出操作中 對地址修改和數(shù)據(jù)讀寫的具體順序。一些復合尋址方式：基址加變址尋址：EA二（BR） + （ IX ）+A先變址后間址:（IX）先間址再變址:相對間接尋址:EA （二 A+EA（二 A） + （ IX）EA （二 PC） +（ A）1

31、0.堆棧尋址：堆棧是先進后出的存 儲空 間，只能從棧頂讀寫數(shù)據(jù)，而棧頂?shù)牡刂繁?存在堆棧指針SP中，所以其即是一種隱含 尋址，又本質(zhì)上可視為寄存器間接尋址（SP 為一個寄存器）RISC：精簡指令系統(tǒng)計算機CISC：復雜指令系統(tǒng)計算機9、相對尋址:有效地址是將程序計數(shù)器PC的內(nèi)容與指令字中的形式地址相加而 成，即：EA二（PC） +A常用于轉(zhuǎn)RISC機器的主要特點：仁選取使用頻度高的簡單指令及有用且不 復雜的指令，對復雜操作功能不設(shè)置對應 的指令，通過簡單指令的組合實現(xiàn)。2、指令長度固定，指令格式種類少，尋址 方式種類少，通常尋址簡單高效。3、CPU中設(shè)置較多通用寄存器。4、只有L0AD/ST0

32、R指令允許訪存，其余指令的操作都在寄存器內(nèi)完成。5、采用流水線技術(shù)，一個時鐘周期可 完成 條指令。6、控制器采用組合邏輯控制。7、重視程序編譯中的優(yōu)化處理.計算機執(zhí)行程序所需的時間P二IXCXT；其中I是程序編譯后在機器上要運行的 機器指令數(shù);C為執(zhí)行每條指令所需的平均 機器周期;T是每個機器周期的執(zhí)行時間。 第八章作業(yè)答案2017-05-26馬輝 安陽師院mh8o 11（1）安排時鐘周期時，應考慮該時間段 內(nèi)能完成各步驟操作，應取90nso（2）數(shù)據(jù)相關(guān)時，第2條指令的譯碼 并取數(shù)（ID）操作應推遲到前一條指令 寫完結(jié)果（WR再進行，所以是推遲2個 時鐘周期，即180ns才不發(fā)生錯誤。(3)

33、 數(shù)據(jù)相關(guān)不推遲時，可采用定向技術(shù)(或相關(guān)專用通路技術(shù))實現(xiàn)。效地址為15位,尋址 范圍為215=32K字.8. 12流水操作下，時鐘周期應取10ns；在5段 流水中完成12條指令的執(zhí)行，需要的時間 是(12+51) X 10ns=160ns.在非流水 下，每條指令的執(zhí)行用時為(10+8+10+10+7 ns二45ns,完成 12 條指 令的執(zhí)行需時為12X 45n s=540ns.所以該流水線的加速比為：540/160=3. 375實際吞吐率為：12/160ns二75MIPS。第七章作業(yè)答案2017-05-25馬輝 安陽師院mh 7. 16(1) 由于指令系統(tǒng)完成108種操作，操作碼位數(shù)固定

34、，所以需要7位操作碼表示(27=128 108) o由于具有六種 尋址方 式，安排尋址特征字段的話，需要3位來 區(qū)分。指令字長等于存儲 字長，都為16 位，所以單字長一地址指令格式為：0P操作碼字段，區(qū)分108種操作，M尋址特征字段，區(qū)分6種尋址方式，A:形 式地址字段，給出尋址所需的形 式地址信 息.(2) 該指令直接尋址下有效地址為6 位，所以尋址范圍為26,也即64字.(3) 一次間址下，尋找到的有效地址 等于 存儲字長，為16位，尋址范圍為216=64K 字。多次間址下，為區(qū)分找到的是不是有 效地址，需要占去存儲字的高位，所以有(4) 立即數(shù)為6位，通常為補碼表示的 有符號數(shù)，其范圍為

35、一32+31 o但如 果表示的為無符號立即數(shù)，其范圍為0 一 63 o(5) 相對尋址時，形式地址部分就是位移 量，用補碼表示，其范圍為一32+31 o(6) 在上述六種尋址方式中，執(zhí)行時間最 短的為立即尋址，其不需要訪存；最長的為 間接尋址，執(zhí)行中需要兩次訪存；相對尋址 便于程序浮動；變址尋址適合于處理數(shù)組 問題。(7) 尋址范圍擴大到4M需要地址位數(shù)為22位，可采用雙字長指令格式：此 時，地址位數(shù)為6+16=22位(8)主存容量為4MX 16位，訪存地 址需22位才能到主存任一位置。轉(zhuǎn)移指 令常采用直接尋址或相對尋址跳轉(zhuǎn)，直接 尋址下可采用上述雙字長指令格式；相對 尋址下借助22位的PC也

36、能用單字長指令 格式.第六章作業(yè)答案(一)2017-0417 馬輝 安陽師院mh第六章布置了兩次作 業(yè)，第一次關(guān)于數(shù)據(jù) 表不。 第一次： P2906。9、6. 129題： 9BH轉(zhuǎn)化為二進制形式:1001 1011,最高 1位為符號位.理解為原碼，其對應真值 為：-001 1011,即一 27 理解為補碼，其對應真值為：110 0101, 即一仙理解為反碼，其對應真值為：-110 0100, 于2的+111(刀次方即TOO理解為移碼，其對應真值為：+001 1011, 即+27理解為無符號數(shù)，其對應真值為： 1001 1011,即 155FFH轉(zhuǎn)化為二進制形式:1111 1111,最高 1位為符號位.理解為原碼，其對應真值 為：111 1111,即127理解為補碼, 其對應真值為：000 0001,即T理解 為反碼，其對應真值為：000 0000,即