Ahpvasn計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)教學(xué)大綱

1、Time will pierce the surface or youth, will be on the beauty of the ditch dug a shallow groove ; Jane will eat rare!A born beauty, anything to escape his sickle sweep.- Shakespeare第一篇 講課大綱及主要內(nèi)容第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論一 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分（子系統(tǒng)）組成。二 硬件子系統(tǒng)由五大部分組成（P3）。 1. 運(yùn)算器 ALU2 控制器 CU （1，2 合稱 CPU）3 存儲(chǔ)器 MEM ，可分為 主存儲(chǔ)器

2、MM，（或稱 內(nèi)存） 輔存儲(chǔ)器 AM，（或稱 外存）4輸入設(shè)備 ID 5輸出設(shè)備 OD ， （4，5 合稱 I/O 設(shè)備）硬件子系統(tǒng)組成如P4圖1.1所示：三 各組成部件的主要功能（P3 P4）第3章 運(yùn)算方法與運(yùn)算部件（p59）一計(jì)算機(jī)中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示，轉(zhuǎn)換和運(yùn)算1 計(jì)算機(jī)中常用的進(jìn)位制 （1）二進(jìn)制 基數(shù)為2 基本符號(hào) 2個(gè) 0，1 （2）八進(jìn)制 基數(shù)為8 基本符號(hào) 8個(gè) 0，1，2，3。7 （3）十六進(jìn)制 基數(shù)為16 基本符號(hào)16個(gè) 0，1。9，A，B。F2 數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換1. 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)-“按權(quán)展開(kāi)法”2. 二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制，十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。3. 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)：

3、整數(shù)-除2取余法(P61)小數(shù)-乘2取整法(P61)二 二進(jìn)制數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示（P64）1.機(jī)器數(shù)與真值(P62，p64)(1)定點(diǎn)數(shù) 定點(diǎn)整數(shù)-帶符號(hào)數(shù)-原碼表示法 反碼表示法 補(bǔ)碼表示法-不帶符號(hào)數(shù)定點(diǎn)小數(shù)-原碼表示法 反碼表示法補(bǔ)碼表示法(2)浮點(diǎn)數(shù) 2E M (P70)階 碼 E 尾 數(shù) M E-一般用定點(diǎn)整數(shù) M 一般用定點(diǎn)小數(shù)經(jīng)常用補(bǔ)碼表示法 經(jīng)常用原碼表示法或移碼表示法 或補(bǔ)碼表示法合理選擇階碼和尾數(shù)的位數(shù)是十分重要的，他決定著浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍和表示精度。由于階碼和尾數(shù)均用定點(diǎn)整數(shù)和定點(diǎn)小數(shù)來(lái)表示，所以掌握了定點(diǎn)數(shù)的表示法之后，浮點(diǎn)數(shù)表示就不難理解了。但要注意浮點(diǎn)數(shù)表示有它自己

4、特殊的地方，這就是規(guī)格化，機(jī)器零等問(wèn)題。 規(guī)格化尾數(shù)由于是定點(diǎn)小數(shù)，使其絕對(duì)值大于等于二分之一，即為規(guī)格化。 對(duì)于補(bǔ)碼而言，形式為 00.1xxxxx 或 11.0xxxx 為規(guī)格化數(shù)。 機(jī)器零階碼小于它所能表示的最小數(shù)或尾數(shù)小于它所能表示的最小數(shù)，則用機(jī)器零來(lái)表示，稱之為下溢。2幾個(gè)重要概念（1）數(shù)值的表示范圍，最大值，最小值，與二進(jìn)制位數(shù)之間的關(guān)系。（2）溢出及溢出的判斷三碼制原碼，反碼，補(bǔ)碼1 原碼特點(diǎn)： 有定點(diǎn)小數(shù)和定點(diǎn)整數(shù)之分 0有兩種表示方法，正零 0.0000 和 負(fù)零 1.0000 真值和原碼轉(zhuǎn)換容易。 乘除法容易2 補(bǔ)碼特點(diǎn)： 有定點(diǎn)小數(shù)和定點(diǎn)整數(shù)之分 0的表示方法唯一： 0

5、.0000 (P65) 表示負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是對(duì)真值的數(shù)值部分求反加1。 加減法容易。(P65) 定點(diǎn)小數(shù)能表示 1 算術(shù)右移時(shí)高位移入符號(hào)位。 判斷溢出的條件（p69）(變形補(bǔ)碼，模4補(bǔ)碼，雙符號(hào)位補(bǔ)碼是同一個(gè)概念。)（注意：只在算術(shù)運(yùn)算過(guò)程中使用）3 反碼特點(diǎn)：很少采用(P68)四 算術(shù)四則運(yùn)算的算法1定點(diǎn)原碼一位乘法 （P72）2定點(diǎn)補(bǔ)碼一位乘法（布斯乘法） （P74）3定點(diǎn)原碼一位除法（加減交替法）（P82）五實(shí)驗(yàn) 74LS181第4章 主存儲(chǔ)器一。主存儲(chǔ)器的地位(P105)1.存儲(chǔ)器分類2.主存技術(shù)指標(biāo)和基本操作（P106）二隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM1靜態(tài)MOS存儲(chǔ)單元2動(dòng)態(tài)MOS單管工作原理三只

6、讀存儲(chǔ)器(P115)四靜態(tài)MOS存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（P119）五 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的刷新原理(P121)六實(shí)驗(yàn)：靜態(tài)存儲(chǔ)器（2114）的擴(kuò)展第5章 指令系統(tǒng)一指令格式 ( P128-P129)1 。操作數(shù)地址的個(gè)數(shù)分類，可分為（1）零地址指令（包括需要操作數(shù)的情況，如加法操作數(shù)在堆棧中。）（2）一地址指令（3）二地址指令（重點(diǎn)舉例）（4）三地址指令及多地址指令2* 操作碼擴(kuò)展技術(shù) P130二尋址方式 (P133)1 直接尋址2 寄存器尋址3 基址尋址4 變址尋址5 間接尋址 存儲(chǔ)器間接 寄存器間接6相對(duì)尋址7. 立即數(shù)8. 堆棧尋址 注意有關(guān)特權(quán)指令(P143)，使用堆棧的指令(P141)，不按順序執(zhí)行的

7、指令(轉(zhuǎn)移，調(diào)用子程序，陷阱等)(P139)，算術(shù)和邏輯左右移位，大小循環(huán)左右移位(P137)。第6章 中央處理部件（CPU）一控制器的組成。(P167-p169)二一條指令的執(zhí)行過(guò)程（加或轉(zhuǎn)移）（P170-P173）三 微程序控制器的基本工作原理(P173P177)四 * 控制器的控制方式（P209-P210）五 * 流水線概念(P210-P214)。第7章 存儲(chǔ)系統(tǒng)(P232)一層次結(jié)構(gòu)（p232）二高速緩存CACHE 工作原理和命中率(P233-P238,P241-P242)三* 虛擬存儲(chǔ)器（p243）和相聯(lián)存儲(chǔ)器（P250）四* 存儲(chǔ)保護(hù)(P251)第8章 輔助存儲(chǔ)器(P255)一輔助

8、存儲(chǔ)器種類及技術(shù)指標(biāo)（P255-P257）二磁記錄原理與記錄方式（P257P259,P261-263L13）三* 磁盤(pán)CACHE,磁盤(pán)陣列及發(fā)展方向（P271-P274）四* 光盤(pán)存儲(chǔ)器(P287)第9章 輸入輸出(I/O)設(shè)備一外部設(shè)備概述(P294)二輸出設(shè)備-顯示器（P305-P315）三漢字處理技術(shù)(P321-P324)第10章 輸入輸出(I/O)系統(tǒng)一 I/O系統(tǒng)概述（P326）1 I/O設(shè)備的編址i. 用專用I/O設(shè)備地址專用I/O指令（如IN，OUT）。ii. 與內(nèi)存統(tǒng)一變址（訪存指令靈活）。2 設(shè)備控制器（I/O接口）基本功能：（1）通訊聯(lián)絡(luò)控制（2）數(shù)據(jù)緩沖（3）接受命令，提

9、供狀態(tài)。接口類型： 并行接口串行接口二I/O數(shù)據(jù)傳送控制方式（P327）1程序直接控制方式i. 無(wú)條件傳送方式ii. 條件傳送方式（狀態(tài)驅(qū)動(dòng)方式）為了克服CPU效率太低的問(wèn)題，發(fā)展到下一種方式。2。程序中斷傳送方式實(shí)現(xiàn)CPU與I/O設(shè)備并行工作的目標(biāo)，提高了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作效率。對(duì)于成批交換的數(shù)據(jù)，且各數(shù)據(jù)之間的時(shí)間間隔極短，用程序中斷傳送方式將要造成數(shù)據(jù)的丟失，因而產(chǎn)生了下一種方式。3。直接存儲(chǔ)器存取方式（DMA）基本思想是：在I/O設(shè)備與主存之間開(kāi)辟直接的數(shù)據(jù)交換通路，為提高數(shù)據(jù)傳送率提供了方便的條件。4。I/O通道控制方式（1）有自己的通道命令。（2）獨(dú)立的執(zhí)行由通道命令編寫(xiě)的輸入輸出程

10、序。（3）是從屬于CPU的專用的I/O處理器。5外圍處理機(jī)方式（PPU）（1）基本上獨(dú)立于主機(jī)工作。（2）質(zhì)的飛躍集中式系統(tǒng)發(fā)展到分布式系統(tǒng)。三程序中斷輸入輸出方式（P329）1中斷的定義2中斷的作用：3幾個(gè)概念（1）中斷源：（P330）（2）中斷源種類外中斷（P330）內(nèi)中斷軟中斷（3）中斷觸發(fā)器中斷寄存器中斷字（4）優(yōu)先權(quán)及劃分優(yōu)先權(quán)原則（P331）（5）中斷級(jí)（中斷級(jí)的優(yōu)先權(quán)）（P331）（6）允許中斷與禁止中斷（開(kāi)中斷與關(guān)中斷）（P331 ）（7）中斷屏蔽（P331）（8）非屏蔽中斷與可屏蔽中斷（P331）4中斷產(chǎn)生，響應(yīng)，處理的過(guò)程（P332）（1）中斷請(qǐng)求：中斷觸發(fā)器置1。對(duì)于可屏

11、蔽中斷，中斷允許（沒(méi)有被禁止），優(yōu)先權(quán)高（沒(méi)有被屏蔽）。一般在一條指令執(zhí)行完畢。（2）判斷優(yōu)先權(quán)多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，首先響應(yīng)優(yōu)先權(quán)較高的中斷源.軟件查詢：先查詢的中斷源優(yōu)先權(quán)高，越往后查詢的中斷 優(yōu)先權(quán)越低。（3）中斷響應(yīng)（中斷隱指令）(P332)A關(guān)中斷，使中斷允許寄存器的中斷允許位清為零。B保存斷點(diǎn)，斷點(diǎn)指程序計(jì)數(shù)器PC和程序狀態(tài)字PSW，自動(dòng)壓入堆棧。C轉(zhuǎn)入中斷處理程序，是將中斷處理程序的首地址打入PC。（4）中斷處理D保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)是指通用寄存器。保護(hù)的原則是中斷處理程序要用到的寄存器必須保護(hù)（如壓入堆棧）而中斷處理程序中沒(méi)用到的寄存器可不用保護(hù)，可使中斷處理程序的執(zhí)行時(shí)間縮短

12、。E保護(hù)原屏蔽碼F取出該中斷的自己的屏蔽碼E 和F ：每個(gè)中斷源都有自己的屏蔽碼，在執(zhí)行本次中斷處理程序時(shí)，先保護(hù)原來(lái)的屏蔽碼，再取出自己的屏蔽碼，可動(dòng)態(tài)的改變中斷源的優(yōu)先權(quán)。G開(kāi)中斷允許優(yōu)先權(quán)更高的中斷源提出中斷請(qǐng)求，以便CPU能響應(yīng)它，實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。H執(zhí)行中斷處理程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，這是中斷源提出中斷請(qǐng)求的目的。I關(guān)中斷準(zhǔn)備退出中斷處理程序，不能再響應(yīng)其他中斷。J恢復(fù)原屏蔽碼K恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)L開(kāi)中斷M返回?cái)帱c(diǎn)，退出中斷處理程序，將堆棧中的內(nèi)容彈出到PC 和 PSW中。由中斷返回指令實(shí)現(xiàn)（如RETI）。綜上所述，中斷響應(yīng)的處理步驟極其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： A關(guān)中斷 硬件執(zhí)行 B保護(hù)斷點(diǎn) 硬件執(zhí)行 C轉(zhuǎn)入中斷處理程序 硬件執(zhí)行 D保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) E保護(hù)原屏蔽碼 F取出新屏蔽碼 G開(kāi)中斷 H執(zhí)行中斷處理程序 I關(guān)中斷 J恢復(fù)原屏蔽碼 K恢復(fù)現(xiàn)