計算機組成原理(第二版) 唐朔飛編著 董海燕 重點和難點

1、2006年12月26日 重點和難點 第一章計算機系統(tǒng)概論 *重 點 本章重點突出計算機組成的概貌和框本章重點突出計算機組成的概貌和框 架，由此簡潔明了地了解計算機內(nèi)部的架，由此簡潔明了地了解計算機內(nèi)部的 工作過程實際上是指令流和數(shù)據(jù)流在此工作過程實際上是指令流和數(shù)據(jù)流在此 框架內(nèi)由框架內(nèi)由I/OI/O存儲器存儲器CPUCPU存儲器存儲器 I/O I/O 的過程，是通過逐條取指令、分的過程，是通過逐條取指令、分 析指令和執(zhí)行指令來運行程序的。同時析指令和執(zhí)行指令來運行程序的。同時 要了解到當(dāng)今計算機盡管發(fā)展到千變?nèi)f要了解到當(dāng)今計算機盡管發(fā)展到千變?nèi)f 化的程度，但其最根本的組成原理還是化的程度，但

2、其最根本的組成原理還是 基于馮諾依曼的結(jié)構(gòu)。基于馮諾依曼的結(jié)構(gòu)。 1.1.馮馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)。諾依曼體系結(jié)構(gòu)。 存儲程序和程序控制是馮存儲程序和程序控制是馮諾依曼諾依曼 型型 計算機的設(shè)計思想。計算機的設(shè)計思想。 存儲程序的概念是將解題程序（連同必存儲程序的概念是將解題程序（連同必 須的原始數(shù)據(jù)）預(yù)先存入存儲器；程序須的原始數(shù)據(jù)）預(yù)先存入存儲器；程序 控制是指控制器依據(jù)存儲的程序控制全控制是指控制器依據(jù)存儲的程序控制全 機自動、協(xié)調(diào)地完成解題任務(wù)。馮機自動、協(xié)調(diào)地完成解題任務(wù)。馮諾諾 依曼體系結(jié)構(gòu)開創(chuàng)了程序設(shè)計的時代，依曼體系結(jié)構(gòu)開創(chuàng)了程序設(shè)計的時代， 到目前為止，絕大多數(shù)計算機仍沿用這到目前

3、為止，絕大多數(shù)計算機仍沿用這 一體制。一體制。 2.2.計算機的結(jié)構(gòu)和功能計算機的結(jié)構(gòu)和功能 (1)(1)功能功能 從本質(zhì)上來說，計算機的結(jié)構(gòu)和功能運作都很簡單。從本質(zhì)上來說，計算機的結(jié)構(gòu)和功能運作都很簡單。 基本功能：數(shù)據(jù)處理基本功能：數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲 數(shù)據(jù)傳送、控制數(shù)據(jù)傳送、控制 (2) (2) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 計算機是以某種方式與其外部環(huán)境交互的實體。概括地說，計算機是以某種方式與其外部環(huán)境交互的實體。概括地說， 與外部環(huán)境的所有連接可以劃分為外圍設(shè)備和通信線路。主與外部環(huán)境的所有連接可以劃分為外圍設(shè)備和通信線路。主 要有要有4 4種結(jié)構(gòu)組件：種結(jié)構(gòu)組件： 中央處理單元（中央處理單元

4、（CPUCPU）：控制計算機的操作并完成數(shù)據(jù)處）：控制計算機的操作并完成數(shù)據(jù)處 理理 主存儲器：存儲數(shù)據(jù)主存儲器：存儲數(shù)據(jù) I/OI/O：在計算機及其外部環(huán)境之間傳輸數(shù)據(jù)：在計算機及其外部環(huán)境之間傳輸數(shù)據(jù) 系統(tǒng)互連：為系統(tǒng)互連：為CPUCPU、主存和、主存和I/OI/O之間提供某些通信機制之間提供某些通信機制 * *難難 點點 本章概念、名詞較多，這些只是為本章概念、名詞較多，這些只是為 進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，因此嚴(yán)格進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，因此嚴(yán)格 講本章沒什么難點，只要建立計算機講本章沒什么難點，只要建立計算機 組成的框架即可。對指令和數(shù)據(jù)都以組成的框架即可。對指令和數(shù)據(jù)都以 0 0 或

5、或1 1 代碼存于存儲器中，計算機如代碼存于存儲器中，計算機如 何區(qū)分它們這一問題，應(yīng)特別注意重何區(qū)分它們這一問題，應(yīng)特別注意重 點理解。點理解。 第二章計算機的發(fā)展和應(yīng)用第二章計算機的發(fā)展和應(yīng)用 * *重重 點點 了解從了解從1946 1946 年年ENIAC ENIAC 誕生到二十世紀(jì)五、六十年誕生到二十世紀(jì)五、六十年 代，由于構(gòu)成計算機的元器件發(fā)展變化（由電子管代，由于構(gòu)成計算機的元器件發(fā)展變化（由電子管 晶體管晶體管集成電路），使計算機的性能有了很大提高，集成電路），使計算機的性能有了很大提高， 每隔每隔6 6 至至7 7 年，計算機便更新?lián)Q代一次，運算速度約年，計算機便更新?lián)Q代一次，

6、運算速度約 提高一個數(shù)量級。而到了二十世紀(jì)七十年代，自從提高一個數(shù)量級。而到了二十世紀(jì)七十年代，自從 Intel Intel 公司生產(chǎn)了第一個微處理器芯片后，隨著集成公司生產(chǎn)了第一個微處理器芯片后，隨著集成 度成倍的提高，以每隔度成倍的提高，以每隔18 18 個月芯片上的晶體管數(shù)就個月芯片上的晶體管數(shù)就 翻一番的速度使計算機得到極為廣泛的應(yīng)用，以至整翻一番的速度使計算機得到極為廣泛的應(yīng)用，以至整 個社會從制造時代進(jìn)入到信息時代，出現(xiàn)了知識大爆個社會從制造時代進(jìn)入到信息時代，出現(xiàn)了知識大爆 炸，從而要激發(fā)學(xué)習(xí)本課程的積極性和主動性。炸，從而要激發(fā)學(xué)習(xí)本課程的積極性和主動性。 第三章系統(tǒng)總線第三章

7、系統(tǒng)總線 * *重重 點點 要求了解隨著計算機的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域的不要求了解隨著計算機的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域的不 斷擴大，斷擴大，I/O I/O 設(shè)備的種類和數(shù)量也越來越多。設(shè)備的種類和數(shù)量也越來越多。 為了更好地解決為了更好地解決I/O I/O 設(shè)備與主機之間連接的靈設(shè)備與主機之間連接的靈 活性，計算機的結(jié)構(gòu)從分散連接發(fā)展成總線連活性，計算機的結(jié)構(gòu)從分散連接發(fā)展成總線連 接。由于各個子系統(tǒng)都通過總線交換信息，這接。由于各個子系統(tǒng)都通過總線交換信息，這 就產(chǎn)生了總線的瓶頸問題，影響了計算機的速就產(chǎn)生了總線的瓶頸問題，影響了計算機的速 度。為了克服總線瓶頸又產(chǎn)生了多總線結(jié)構(gòu)，度。為了克服總線瓶頸又產(chǎn)生了

8、多總線結(jié)構(gòu)， 進(jìn)一步為了設(shè)計簡化，便于維護，有利于批量進(jìn)一步為了設(shè)計簡化，便于維護，有利于批量 生產(chǎn)，又提出了各種總線標(biāo)準(zhǔn)。特別是為了解生產(chǎn)，又提出了各種總線標(biāo)準(zhǔn)。特別是為了解 決眾多部件爭用總線，必須對總線進(jìn)行判優(yōu)控決眾多部件爭用總線，必須對總線進(jìn)行判優(yōu)控 制和通信控制。制和通信控制。 1.1.總線仲裁?？偩€仲裁。 當(dāng)多個主設(shè)備同時爭用總線控制權(quán)當(dāng)多個主設(shè)備同時爭用總線控制權(quán) 時，由總線仲裁時，由總線仲裁 部件以優(yōu)先權(quán)或公部件以優(yōu)先權(quán)或公 平策略進(jìn)行仲裁，授權(quán)于其中的一個平策略進(jìn)行仲裁，授權(quán)于其中的一個 主設(shè)備總線的控制權(quán)。主設(shè)備總線的控制權(quán)。 仲裁方式仲裁方式:(1):(1)集中式仲裁方式

9、：集中式仲裁方式： 鏈?zhǔn)讲樵兎绞?；鏈?zhǔn)讲樵兎绞剑?計數(shù)器定時查詢方式；計數(shù)器定時查詢方式； 獨立請求方式；獨立請求方式； (2)(2)分布式仲裁方式。分布式仲裁方式。 2.2.總線的一次信息傳送過程分為五個階總線的一次信息傳送過程分為五個階 段段: :請求總線、總線仲裁、尋址目的地請求總線、總線仲裁、尋址目的地 址、信息傳送、狀態(tài)返回。為同步主方、址、信息傳送、狀態(tài)返回。為同步主方、 從方的操作從方的操作, ,必須制定定時協(xié)議。定時方必須制定定時協(xié)議。定時方 式：式： (1)(1)同步定時：事件出現(xiàn)在總線上的時刻同步定時：事件出現(xiàn)在總線上的時刻 由總線時鐘信號來確定；由總線時鐘信號來確定； (

10、2)(2)異步定時：采用應(yīng)答方式進(jìn)行總線傳異步定時：采用應(yīng)答方式進(jìn)行總線傳 輸控制。輸控制。 * *難難 點點 為了解決總線上各模塊為了解決總線上各模塊 爭奪總線的使用權(quán)，解決通爭奪總線的使用權(quán)，解決通 信雙方如何獲知傳輸開始和信雙方如何獲知傳輸開始和 結(jié)束，以及通信雙方如何協(xié)結(jié)束，以及通信雙方如何協(xié) 調(diào)配合，總線的通信控制是調(diào)配合，總線的通信控制是 至關(guān)重要的。至關(guān)重要的。 第四章存儲器第四章存儲器 * *重重 點點 存儲器如同人的大腦具有記憶功能一樣，是計算機存儲器如同人的大腦具有記憶功能一樣，是計算機 組成的一個重要部件，它直接影響到計算機存儲信息組成的一個重要部件，它直接影響到計算機存

11、儲信息 的容量和計算機的運行速度。的容量和計算機的運行速度。 圍繞著計算機速度的圍繞著計算機速度的 提高，容量的擴大，促使存儲器從基本組成元件到整提高，容量的擴大，促使存儲器從基本組成元件到整 體結(jié)構(gòu)都在不斷的發(fā)展和完善。當(dāng)今計算機大多以半體結(jié)構(gòu)都在不斷的發(fā)展和完善。當(dāng)今計算機大多以半 導(dǎo)體存儲器作為主存儲器，以硬盤或光盤作為輔助存導(dǎo)體存儲器作為主存儲器，以硬盤或光盤作為輔助存 儲器。為了更好解決存儲器的速度、容量和價格儲器。為了更好解決存儲器的速度、容量和價格/ /位位 之間的矛盾，采用之間的矛盾，采用Cache-Cache-主存和主存主存和主存- -輔存的存儲器輔存的存儲器 結(jié)構(gòu)，使存儲器

12、的總體性能得到很大的提高。必須掌結(jié)構(gòu)，使存儲器的總體性能得到很大的提高。必須掌 握各類存儲器的工作原理，以及各類存儲器在存儲器握各類存儲器的工作原理，以及各類存儲器在存儲器 的存儲層次結(jié)構(gòu)中各自起的作用。的存儲層次結(jié)構(gòu)中各自起的作用。 1.1.隨機讀寫存儲器的工作原理。隨機讀寫存儲器的工作原理。 (1) SRAM(1) SRAM存儲器存儲器 (2) DRAM(2) DRAM存儲器存儲器 2.2.只讀存儲器的工作原理，只讀存儲器的工作原理， (1) ROM(1) ROM存儲器存儲器 (2) EPROM(2) EPROM存儲器存儲器 (3) (3) 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 3.3.存儲器的組織存

13、儲器的組織( (位擴展、字?jǐn)U位擴展、字?jǐn)U 展、字位同時擴展）展、字位同時擴展） 4.Cache4.Cache引入的理論依據(jù)。引入的理論依據(jù)。 程序訪問的局部性。程序訪問的局部性。 地址映射地址映射 (1)(1)全相聯(lián)映射方式：靈活但全相聯(lián)映射方式：靈活但 映射函數(shù)復(fù)雜，不易實現(xiàn)映射函數(shù)復(fù)雜，不易實現(xiàn) (2)(2)直接映射方式：映照簡直接映射方式：映照簡 單，不需計算，快速但效率不單，不需計算，快速但效率不 高，易高，易“顛簸顛簸” (3)(3)組相聯(lián)映射方式組相聯(lián)映射方式: :組內(nèi)全相聯(lián)組內(nèi)全相聯(lián) 映射、組間直接映射映射、組間直接映射 * *難難 點點 要求運用以前學(xué)過的電路知識和本章所要求運

14、用以前學(xué)過的電路知識和本章所 學(xué)的半導(dǎo)體存儲芯片，設(shè)計存儲器和學(xué)的半導(dǎo)體存儲芯片，設(shè)計存儲器和CPU CPU 的連接電路。注意要合理選用芯片，以及的連接電路。注意要合理選用芯片，以及 CPU CPU 和存儲器芯片之間的地址線、數(shù)據(jù)線和存儲器芯片之間的地址線、數(shù)據(jù)線 和控制線的連接，特別是存儲芯片片選邏和控制線的連接，特別是存儲芯片片選邏 輯的確定。輯的確定。 本章另一個難點是掌握不同的本章另一個難點是掌握不同的Cache-Cache- 主存地址映象直接影響主存地址字段的分主存地址映象直接影響主存地址字段的分 配及替換策略和命中率。配及替換策略和命中率。 第五章輸入輸出系統(tǒng)第五章輸入輸出系統(tǒng) *

15、 *重重 點點 輸入輸出系統(tǒng)是人機對話和人機交互的輸入輸出系統(tǒng)是人機對話和人機交互的 紐帶和橋梁。由于輸入輸出設(shè)備工作速度紐帶和橋梁。由于輸入輸出設(shè)備工作速度 與計算機主機的工作速度極不匹配與計算機主機的工作速度極不匹配. .為此，為此， 既要考慮到輸入輸出設(shè)備工作的準(zhǔn)確可靠，既要考慮到輸入輸出設(shè)備工作的準(zhǔn)確可靠， 又要充分挖掘主機的工作效率，因此要求又要充分挖掘主機的工作效率，因此要求 掌握主機與掌握主機與I/O I/O 交換的三種控制方式，即交換的三種控制方式，即 程序查詢、程序中斷和程序查詢、程序中斷和DMADMA，以及它們各，以及它們各 自所需的硬件及軟件支持。自所需的硬件及軟件支持。

16、 1.1.程序中斷方式。程序中斷方式。 中斷：計算機在執(zhí)行正常程序的過程中，中斷：計算機在執(zhí)行正常程序的過程中， 出現(xiàn)某些異常事件或某種請求時，處理機出現(xiàn)某些異常事件或某種請求時，處理機 暫停執(zhí)行當(dāng)前程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行更緊急的程暫停執(zhí)行當(dāng)前程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行更緊急的程 序，并在執(zhí)行結(jié)束后序，并在執(zhí)行結(jié)束后, ,自動恢復(fù)執(zhí)行原先自動恢復(fù)執(zhí)行原先 程序的過程。程序的過程。 特點特點: : 硬件結(jié)構(gòu)較查詢方式復(fù)雜些硬件結(jié)構(gòu)較查詢方式復(fù)雜些, ,服服 務(wù)務(wù) 開銷時間較大；開銷時間較大； 主程序與設(shè)備并行運行主程序與設(shè)備并行運行,CPU,CPU效率較高；效率較高； 具有實時響應(yīng)的能力。具有實時響應(yīng)的能力。 2.

17、2.中斷處理過程。中斷處理過程。 中斷處理過程為：中斷請求中斷處理過程為：中斷請求中斷源識別判優(yōu)中斷源識別判優(yōu)中斷中斷 響應(yīng)響應(yīng)中斷處理中斷處理中斷返回中斷返回 中斷源：中斷源： 引起中斷事件的來源。引起中斷事件的來源。 判優(yōu)：判優(yōu)： 找出優(yōu)先級最高的中斷源給予響應(yīng)。找出優(yōu)先級最高的中斷源給予響應(yīng)。 中斷源識別：采用的方法有：中斷源識別：采用的方法有： 軟件查詢法；軟件查詢法； 硬件排隊法；硬件排隊法； 矢量中斷。矢量中斷。 CPU CPU響應(yīng)中斷的條件：響應(yīng)中斷的條件： 至少有一個中斷源請求至少有一個中斷源請求 中斷；中斷； CPUCPU允許中斷；允許中斷； 當(dāng)前指令執(zhí)行完。當(dāng)前指令執(zhí)行完。

18、 中斷響應(yīng)的工作中斷響應(yīng)的工作-由硬件自動完成：由硬件自動完成： 關(guān)中斷；關(guān)中斷； 保留斷點信息；保留斷點信息； 轉(zhuǎn)到中斷處理程序入口。轉(zhuǎn)到中斷處理程序入口。 中斷處理中斷處理-由軟件（中斷處理程序）完成。由軟件（中斷處理程序）完成。 3. DMA3. DMA傳送方式。解決與傳送方式。解決與CPUCPU共享共享 主存的矛盾。主存的矛盾。 (1)(1)停止停止CPUCPU訪問內(nèi)存。訪問內(nèi)存。 CPUCPU效率效率 低；低； (2)(2)周期挪用。周期挪用。 適用于外設(shè)讀取適用于外設(shè)讀取 周期大于內(nèi)存存取周期；周期大于內(nèi)存存取周期； (3)DMA(3)DMA與與CPUCPU交替訪問。交替訪問。 適

19、用于適用于 CPUCPU工作周期比內(nèi)存存取周期長得多工作周期比內(nèi)存存取周期長得多 的情況。的情況。 * *難難 點點 要對處理中斷的各類軟、硬要對處理中斷的各類軟、硬 件技術(shù)運用自如；要認(rèn)清周期件技術(shù)運用自如；要認(rèn)清周期 竊取的含義；竊取的含義； 要分清要分清CPU CPU 響應(yīng)中斷和允許周響應(yīng)中斷和允許周 期挪用的時間。期挪用的時間。 第六章計算機的運算方法第六章計算機的運算方法 * *重重 點點 要認(rèn)識到計算機內(nèi)部的各種運算與人們習(xí)慣要認(rèn)識到計算機內(nèi)部的各種運算與人們習(xí)慣 的運算是不同的，不僅運算方法有差異，就是的運算是不同的，不僅運算方法有差異，就是 數(shù)的表示也不同。要求掌握計算機中有符

20、號數(shù)、數(shù)的表示也不同。要求掌握計算機中有符號數(shù)、 無符號數(shù)、定點數(shù)和浮點數(shù)的各種表示，以及無符號數(shù)、定點數(shù)和浮點數(shù)的各種表示，以及 移位、定點補碼加減運算、定點原碼一位乘和移位、定點補碼加減運算、定點原碼一位乘和 兩位乘及補碼兩位乘及補碼Booth Booth 算法、定點原碼和補碼加算法、定點原碼和補碼加 減交替除法，以及浮點補碼加減運算。了解不減交替除法，以及浮點補碼加減運算。了解不 同的運算方法對運算器結(jié)構(gòu)的影響，以及提高同的運算方法對運算器結(jié)構(gòu)的影響，以及提高 運算速度采取的各種措施，包括快速進(jìn)位鏈的運算速度采取的各種措施，包括快速進(jìn)位鏈的 設(shè)計方法。設(shè)計方法。 1 1定點加法、減法運算

21、。定點加法、減法運算。 采用二進(jìn)制補碼加法采用二進(jìn)制補碼加法 加法：加法： X+YX+Y補補=X=X補補+Y+Y補補 （mod 2mod 2） 減法：減法： X-YX-Y補補=X=X補補+-Y+-Y補補 （mod 2mod 2） 2 2定點乘法。同原碼乘法一樣定點乘法。同原碼乘法一樣: :符號位符號位: : 單獨單獨 處理處理( (異或產(chǎn)生異或產(chǎn)生) ) 數(shù)值位：求兩數(shù)絕對值之商數(shù)值位：求兩數(shù)絕對值之商 3.3.定點二進(jìn)制除法公式：定點二進(jìn)制除法公式： 兩種運算方法：兩種運算方法： 恢復(fù)余數(shù)法：運算步驟恢復(fù)余數(shù)法：運算步驟 不確定，控制復(fù)雜，不適合計算機運算。不確定，控制復(fù)雜，不適合計算機運算

22、。 加減交替法加減交替法: :不恢復(fù)余數(shù)不恢復(fù)余數(shù), ,運算步驟確定運算步驟確定, ,適適 合計算機操作。合計算機操作。 法則：余數(shù)為正：商法則：余數(shù)為正：商1 1，下一步作減法；，下一步作減法； 余數(shù)為負(fù)：商余數(shù)為負(fù)：商0 0，下一步作加法。，下一步作加法。 4.4.多功能算術(shù)多功能算術(shù)/ /邏輯運算單元邏輯運算單元(ALU)(ALU)。 ALUALU是運算器的核心部件。是運算器的核心部件。 舉例舉例:74181ALU,:74181ALU,可進(jìn)行四位并行算術(shù)可進(jìn)行四位并行算術(shù) / /邏輯運算。邏輯運算。 特點特點: : 多功能：多功能： 控制端控制端M M用來控用來控 制作算術(shù)運算還是邏輯運

23、算制作算術(shù)運算還是邏輯運算 M M0 0時，為算術(shù)運算；時，為算術(shù)運算； M M1 1時，為邏輯運算。時，為邏輯運算。 正邏輯工作或負(fù)邏輯工作正邏輯工作或負(fù)邏輯工作 正邏輯：正邏輯： 邏輯邏輯11用高電平表示；用高電平表示； 5.5.定點運算器基本結(jié)構(gòu)。運算器包括定點運算器基本結(jié)構(gòu)。運算器包括ALUALU、陣列、陣列 乘除器件、寄存器、多路開關(guān)、三態(tài)緩沖器、乘除器件、寄存器、多路開關(guān)、三態(tài)緩沖器、 數(shù)據(jù)總線等邏輯部件。運算器的設(shè)計，主要是數(shù)據(jù)總線等邏輯部件。運算器的設(shè)計，主要是 圍繞著圍繞著ALUALU和寄存器同數(shù)據(jù)總線之間如何傳送操和寄存器同數(shù)據(jù)總線之間如何傳送操 作數(shù)和運算結(jié)果而進(jìn)行的。作

24、數(shù)和運算結(jié)果而進(jìn)行的。 運算器的三種結(jié)構(gòu)形式：運算器的三種結(jié)構(gòu)形式： 單總線結(jié)構(gòu)的運算器：這種結(jié)構(gòu)的主要缺點單總線結(jié)構(gòu)的運算器：這種結(jié)構(gòu)的主要缺點 是操作速度較慢，但控制電路比較簡單。是操作速度較慢，但控制電路比較簡單。 雙總線結(jié)構(gòu)的運算器：兩操作數(shù)可分別通過雙總線結(jié)構(gòu)的運算器：兩操作數(shù)可分別通過 兩條總線送入兩條總線送入ALUALU，操作時間較單總線結(jié)構(gòu)的運，操作時間較單總線結(jié)構(gòu)的運 算器快。算器快。 三總線結(jié)構(gòu)的運算器：三總線結(jié)構(gòu)的運算器三總線結(jié)構(gòu)的運算器：三總線結(jié)構(gòu)的運算器 的特點是操作時間快的特點是操作時間快 * *難難 點點 溢出判斷是各種運算方法的一個難點，而定點運算和浮點溢出判斷

25、是各種運算方法的一個難點，而定點運算和浮點 運算判斷溢出的方法是不同的。對于浮點運算，應(yīng)特別注意運算判斷溢出的方法是不同的。對于浮點運算，應(yīng)特別注意 區(qū)分浮點數(shù)和用補碼表示的浮點規(guī)格化形式這兩個概念，前區(qū)分浮點數(shù)和用補碼表示的浮點規(guī)格化形式這兩個概念，前 者指的是真值，后者指的是機器數(shù)，由于補碼規(guī)格化數(shù)的特者指的是真值，后者指的是機器數(shù)，由于補碼規(guī)格化數(shù)的特 殊約定，兩者表示的數(shù)的范圍是不同的。殊約定，兩者表示的數(shù)的范圍是不同的。 本章的另一個難點是掌握原碼和補碼運算的最根本的區(qū)別本章的另一個難點是掌握原碼和補碼運算的最根本的區(qū)別 在于對符號位的處理。原碼乘除法結(jié)果的符號均和數(shù)值部分在于對符號

26、位的處理。原碼乘除法結(jié)果的符號均和數(shù)值部分 的運算分開進(jìn)行，而補碼乘除法結(jié)果的符號是在數(shù)值部分的的運算分開進(jìn)行，而補碼乘除法結(jié)果的符號是在數(shù)值部分的 運算過程中自動形成的。值得注意的是機器內(nèi)只設(shè)加法器，運算過程中自動形成的。值得注意的是機器內(nèi)只設(shè)加法器， 故全部減法運算實質(zhì)是通過加法操作實現(xiàn)的，這就有一個對故全部減法運算實質(zhì)是通過加法操作實現(xiàn)的，這就有一個對 減數(shù)求減數(shù)求“補補”的問題。原碼除法中減去除數(shù)的絕對值，一律的問題。原碼除法中減去除數(shù)的絕對值，一律 用加上除數(shù)絕對值的補碼實現(xiàn)。應(yīng)特別注意用加上除數(shù)絕對值的補碼實現(xiàn)。應(yīng)特別注意-x-x補和補和-x-x* * 補補 的區(qū)別，其中的區(qū)別，其

27、中x x* *是真值是真值x x的絕對值。的絕對值。 本章的第三個難點是，若浮點數(shù)的階碼采用移碼運算時，本章的第三個難點是，若浮點數(shù)的階碼采用移碼運算時， 其運算規(guī)則和溢出判斷規(guī)則與補碼運算是不同的。其運算規(guī)則和溢出判斷規(guī)則與補碼運算是不同的。 第七章指令系統(tǒng)第七章指令系統(tǒng) * *重重 點點 要求了解機器的指令系統(tǒng)決定了一臺計算機要求了解機器的指令系統(tǒng)決定了一臺計算機 的功能，而一旦計算機的指令系統(tǒng)確定以后，的功能，而一旦計算機的指令系統(tǒng)確定以后， 計算機的硬件必須給予支持。指令系統(tǒng)主要體計算機的硬件必須給予支持。指令系統(tǒng)主要體 現(xiàn)在它的操作類型、數(shù)據(jù)類型、地址格式和尋現(xiàn)在它的操作類型、數(shù)據(jù)類

28、型、地址格式和尋 址方法等方面。要求址方法等方面。要求: : 掌握不同的尋址方式對操作數(shù)尋址范圍以及對掌握不同的尋址方式對操作數(shù)尋址范圍以及對 編程的影響編程的影響 掌握不同的尋址方式所要求的硬件和信息的加掌握不同的尋址方式所要求的硬件和信息的加 工過程。工過程。 了解了解RISC RISC 的主要特點及其與的主要特點及其與CISC CISC 的區(qū)別。的區(qū)別。 1 1指令系統(tǒng)。指一臺計算機中所有機器指指令系統(tǒng)。指一臺計算機中所有機器指 令的集合，是表征計算機性能的重要因素。令的集合，是表征計算機性能的重要因素。 2 2指令系統(tǒng)的性能要求。指令系統(tǒng)的性能要求。 完備性、有效性、規(guī)整形、兼容性完備

29、性、有效性、規(guī)整形、兼容性 3 3指令尋址方式指令尋址方式 順序?qū)ぶ贩绞巾樞驅(qū)ぶ贩绞? :指令逐條順序執(zhí)行指令逐條順序執(zhí)行,PC+1-PC,PC+1-PC 跳躍尋址方式跳躍尋址方式: :程序轉(zhuǎn)移程序轉(zhuǎn)移 4 4引入操作數(shù)尋址方式目的引入操作數(shù)尋址方式目的 (1)(1)縮短指令長度；縮短指令長度； (2)(2)擴大尋址范圍擴大尋址范圍(3)(3)提高編程靈活性提高編程靈活性 5.5.操作數(shù)的尋址操作數(shù)的尋址 (1) (1) 立即尋址立即尋址 (2) (2) 直接尋址直接尋址 (3) (3) 間接尋址間接尋址 (4)(4) 寄存器尋址寄存器尋址 (5)(5) 寄存的間接尋址寄存的間接尋址 (6)

30、(6) 偏移尋址偏移尋址(1)(1)相對尋址相對尋址(2)(2)基址基址 尋址尋址(3)(3)變址尋址變址尋址 (7) (7) 堆棧尋址堆棧尋址 * *難難 點點 要求掌握設(shè)計指令格式的方法要求掌握設(shè)計指令格式的方法, , 學(xué)會根據(jù)指令系統(tǒng)的要求，確定學(xué)會根據(jù)指令系統(tǒng)的要求，確定 指令字中各字段的位數(shù)及其含義。指令字中各字段的位數(shù)及其含義。 特別是在實際機器中，指令字長特別是在實際機器中，指令字長 不一定等于存儲字長，因此應(yīng)格不一定等于存儲字長，因此應(yīng)格 外注意各種尋址方法和地址格式外注意各種尋址方法和地址格式 的運用。的運用。 第八章第八章CPU CPU 的結(jié)構(gòu)和功能的結(jié)構(gòu)和功能 * *重重

31、 點點 要認(rèn)識到機器的核心是要認(rèn)識到機器的核心是CPUCPU，通過對，通過對 CPU CPU 的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的了解，掌握機器的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的了解，掌握機器 完成一條指令的全過程是在完成一條指令的全過程是在CPU CPU 的統(tǒng)一指的統(tǒng)一指 揮下進(jìn)行的，而且揮下進(jìn)行的，而且CPU CPU 在不同的工作周期在不同的工作周期 內(nèi)訪存的性質(zhì)是不同的。此外還應(yīng)掌握中內(nèi)訪存的性質(zhì)是不同的。此外還應(yīng)掌握中 斷技術(shù)在提高整機效能方面所起的作用，斷技術(shù)在提高整機效能方面所起的作用， 以及為了進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的處理能力，開以及為了進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的處理能力，開 發(fā)系統(tǒng)的并行性，在現(xiàn)代計算機中大量采發(fā)系統(tǒng)的并行性，在

32、現(xiàn)代計算機中大量采 用流水技術(shù)。用流水技術(shù)。 1.CPU1.CPU功能和組成；功能和組成； 2. CPU2. CPU的組織的組織( (運算部件、寄存器設(shè)置、運算部件、寄存器設(shè)置、 存儲器接口存儲器接口) ) 時序部件時序部件) )； 3.3.指令周期指令周期; ;指取出并執(zhí)行一條指令的時指取出并執(zhí)行一條指令的時 間。由若干個間。由若干個CPUCPU周期組成。周期組成。 CPUCPU周期：周期： 通常用內(nèi)存中讀取一個指令字通常用內(nèi)存中讀取一個指令字 的最短時間來規(guī)定的最短時間來規(guī)定CPUCPU周期。一個周期。一個CPUCPU周期周期 包含若干個時鐘周期。包含若干個時鐘周期。 時鐘周期時鐘周期:

33、:是是CPUCPU處理操作的最基本單位。處理操作的最基本單位。 4.4.典型指令周期流程典型指令周期流程 (1)(1)非訪內(nèi)指令指令周期流程非訪內(nèi)指令指令周期流程 (2)(2)直接訪內(nèi)指令指令周期流程直接訪內(nèi)指令指令周期流程 (3)(3)間接訪內(nèi)指令指令周期流程間接訪內(nèi)指令指令周期流程 (4)(4)程序控制指令周期程序控制指令周期 5.5.時序系統(tǒng)時序系統(tǒng) 。時序系統(tǒng)最基本體。時序系統(tǒng)最基本體 制：電位脈沖制，即脈沖到達(dá)之前，制：電位脈沖制，即脈沖到達(dá)之前， 電平信號必須要穩(wěn)定。電平信號必須要穩(wěn)定。 硬布線控制器時序系統(tǒng)一般由周期、硬布線控制器時序系統(tǒng)一般由周期、 節(jié)拍和工作脈沖三級時序所組成

34、；節(jié)拍和工作脈沖三級時序所組成； 微程序控制器時序系統(tǒng)一般由節(jié)拍、微程序控制器時序系統(tǒng)一般由節(jié)拍、 工作脈沖二級時序所組成。工作脈沖二級時序所組成。 * *難難 點點 中斷技術(shù)在現(xiàn)代計算機中起著中斷技術(shù)在現(xiàn)代計算機中起著 重要作用。為了更好地吃透這一重要作用。為了更好地吃透這一 內(nèi)容，建議結(jié)合第五章學(xué)習(xí)，便內(nèi)容，建議結(jié)合第五章學(xué)習(xí)，便 于建立整機概念。于建立整機概念。 第九章控制單元的功能第九章控制單元的功能 * *重重 點點 理解控制單元為完成不同指令理解控制單元為完成不同指令 所發(fā)出的各種操作命令，以及指所發(fā)出的各種操作命令，以及指 令周期、機器周期、時鐘周期與令周期、機器周期、時鐘周期與

35、 操作命令的關(guān)系。操作命令的關(guān)系。 1 1控制單元模型控制單元模型 2 2指令執(zhí)行的過程指令執(zhí)行的過程 簡單計算機總體結(jié)構(gòu)簡單計算機總體結(jié)構(gòu) 各類信息傳送的路徑各類信息傳送的路徑, ,設(shè)置微操設(shè)置微操 作控制信號作控制信號 3. 3. 指令操作流程指令操作流程 4 4指令微操作序列指令微操作序列 * *難難 點點 CPU CPU 的控制方式，微操的控制方式，微操 作命令的分析及多級時序作命令的分析及多級時序 系統(tǒng)。系統(tǒng)。 第十章控制單元的設(shè)計第十章控制單元的設(shè)計 * *重重 點點 要求初步掌握控制單元的兩種設(shè)計要求初步掌握控制單元的兩種設(shè)計 方法，從而進(jìn)一步理解組合邏輯控制方法，從而進(jìn)一步理解

36、組合邏輯控制 器和微程序控制器在設(shè)計思想、硬件器和微程序控制器在設(shè)計思想、硬件 組成及其工作原理方面的不同。結(jié)合組成及其工作原理方面的不同。結(jié)合 時序系統(tǒng)的概念，學(xué)會按不同指令要時序系統(tǒng)的概念，學(xué)會按不同指令要 求，寫出其相應(yīng)的微操作命令及節(jié)拍求，寫出其相應(yīng)的微操作命令及節(jié)拍 安排。安排。 1.1.操作控制器設(shè)計方法操作控制器設(shè)計方法 (1)(1)硬布線控制器硬布線控制器: :組合邏輯型，組合邏輯型， 采用組合邏輯技術(shù)實現(xiàn)；采用組合邏輯技術(shù)實現(xiàn)； (2)(2)微程序控制器微程序控制器 存儲邏輯型，存儲邏輯型， 以微程序解釋執(zhí)行機器指令，采以微程序解釋執(zhí)行機器指令，采 用存儲邏輯技術(shù)實現(xiàn)；用存儲邏輯技術(shù)實現(xiàn)； (3)(3)門陣列控制器門陣列控制器 組合邏輯與存組合邏輯與存 儲邏輯結(jié)合型，采用可編程邏輯儲邏輯結(jié)合型，采用可編程邏輯 器件實現(xiàn)。器件實現(xiàn)。 2.2.微命令微命令 指控制部件通過控制線向執(zhí)行部件指控制部件通過控制線向執(zhí)行部件 發(fā)出的各種控制命令，是構(gòu)成控制信號序列的發(fā)出的各種控制命令，是構(gòu)成控制信號序列的 最小單位。最小單位。