計(jì)算機(jī)組成原理(第2版)唐朔飛

1、唐朔飛唐朔飛第版第版高 等 教 育 出 版 社高 等 教 育 出 版 社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社 為配合由高等教育出版社出版的面向21世紀(jì)課程教材計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)和自學(xué)的需要，隨書出版了計(jì)算機(jī)組成原理配套課件。為了配合該教材的第版，本課件在保留原課件特色的基礎(chǔ)上，做了相應(yīng)的補(bǔ)充和修改。 該課件與計(jì)算機(jī)組成原理第版教材在體系上完全一致，它以課堂教學(xué)為依托，幫助讀者邊閱讀邊思考，通過(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)，逐行顯示精練的文字和簡(jiǎn)明的圖表，既可從文稿中對(duì)教材的重點(diǎn)和難點(diǎn)加深理解，又可從視圖中看到動(dòng)畫演示效果，形象地理解各種電路的工作原理和設(shè)計(jì)思路。 新版課件提供了章目錄和節(jié)目錄。操作上除了順

2、序播放外，還可任選一章、任選一節(jié)播放，并可從任意一頁(yè)幻燈片返回到上一級(jí)目錄。具體功能如下。 1. 進(jìn)入章目錄后，可點(diǎn)擊任一章播放。 2. 進(jìn)入節(jié)目錄后，可點(diǎn)擊任一節(jié)播放。 3. 每一節(jié)播放結(jié)束時(shí)，可繼續(xù)播放，也可點(diǎn)擊本節(jié)最后一頁(yè)幻燈片右下角的按鈕，回到上一級(jí)目錄，再點(diǎn)擊節(jié)目錄幻燈片右下角的按鈕，即可回到章目錄。 4. 點(diǎn)擊任一頁(yè)幻燈片右下角的按鈕，均可回到上一級(jí)目錄。 在修改課件過(guò)程中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院張麗杰、羅丹彥為課件的錄入、排版、繪圖、動(dòng)畫演示做了大量工作，在此表示衷心感謝。 由于時(shí)間倉(cāng)促，難免有不妥之處，敬請(qǐng)讀者和專家批評(píng)指正。 唐朔飛 2007年年12月月1.1 計(jì)

3、算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.4 本書結(jié)構(gòu)本書結(jié)構(gòu)1.3 計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)1.2 計(jì)算機(jī)的基本組成計(jì)算機(jī)的基本組成由具有各類特殊功能由具有各類特殊功能的信息（程序）組成的信息（程序）組成1. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的實(shí)體，計(jì)算機(jī)的實(shí)體，如主機(jī)、外設(shè)等如主機(jī)、外設(shè)等一、一、 計(jì)算機(jī)的軟硬件概念計(jì)算機(jī)的軟硬件概念硬件硬件軟件軟件按任務(wù)需要編制成的各種程序按任務(wù)需要編制成的各種程序用來(lái)管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用來(lái)管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件語(yǔ)言處理程序語(yǔ)言處理程序操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)服務(wù)性程序服務(wù)性程序數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

4、網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)軟件軟軟件件計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)高級(jí)語(yǔ)言程序言程序目標(biāo)目標(biāo)程序程序結(jié)果結(jié)果翻譯翻譯運(yùn)行運(yùn)行2. 計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 M3匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 M2操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言實(shí)際機(jī)器實(shí)際機(jī)器 M1微指令系統(tǒng)微指令系統(tǒng)微程序機(jī)器微程序機(jī)器 M0用編譯程序翻譯用編譯程序翻譯成匯編語(yǔ)言程序成匯編語(yǔ)言程序用匯編程序翻譯用匯編程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序成機(jī)器語(yǔ)言程序用機(jī)器語(yǔ)言解釋操作系統(tǒng)用機(jī)器語(yǔ)言解釋操作系統(tǒng)用微指令解釋機(jī)器指令用微指令解釋機(jī)器指令由硬件直接執(zhí)行微指令由硬件

5、直接執(zhí)行微指令軟軟件件硬硬件件虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 M4虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 M3虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 M2實(shí)際機(jī)器實(shí)際機(jī)器 M1微程序機(jī)器微程序機(jī)器 M0程序員所見(jiàn)到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性程序員所見(jiàn)到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性概念性的結(jié)構(gòu)與功能特性概念性的結(jié)構(gòu)與功能特性計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)組成組成實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性有無(wú)乘法指令有無(wú)乘法指令如何實(shí)現(xiàn)乘法指令如何實(shí)現(xiàn)乘法指令（指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)類型、尋址技術(shù)、（指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)類型、尋址技術(shù)、I/OI/O機(jī)理）機(jī)理）（具體指令的實(shí)現(xiàn)）（具體指令的實(shí)現(xiàn)）三、三、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)組成計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)組成1.

6、 計(jì)算機(jī)由五大部件組成計(jì)算機(jī)由五大部件組成3. 指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示4. 指令由操作碼和地址碼組成指令由操作碼和地址碼組成6. 以運(yùn)算器為中心以運(yùn)算器為中心2. 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)以同等地位存于存儲(chǔ)器， 可按地址尋訪可按地址尋訪5. 存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)程序一、馮馮諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)5. 存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)程序算術(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算存放數(shù)據(jù)存放數(shù)據(jù)和程序和程序?qū)⑿畔⑥D(zhuǎn)換成機(jī)將信息轉(zhuǎn)換成機(jī)器能識(shí)別的形式器能識(shí)別的形式將結(jié)果轉(zhuǎn)換成將結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們熟悉的形式人們熟悉的形式指揮程序指揮程序運(yùn)行運(yùn)行馮馮諾依曼計(jì)算機(jī)硬件框圖諾依曼計(jì)算機(jī)硬件框圖

7、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸入設(shè)備運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器輸出設(shè)備輸出設(shè)備馮馮諾依曼計(jì)算機(jī)硬件框圖諾依曼計(jì)算機(jī)硬件框圖存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸入設(shè)備運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器輸出設(shè)備輸出設(shè)備二、計(jì)算機(jī)硬件框圖二、計(jì)算機(jī)硬件框圖1. 以存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)硬件框圖以存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)硬件框圖程序程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器輸出設(shè)備輸出設(shè)備輸入設(shè)備輸入設(shè)備運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果結(jié)果計(jì)算計(jì)算ALU主存主存輔存輔存CPU主機(jī)主機(jī)I/O設(shè)備設(shè)備硬件硬件CU2. .現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件框圖現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件框圖存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸入設(shè)備運(yùn)算器運(yùn)算器輸出設(shè)備輸出設(shè)備控制器控制器ALUCPU主機(jī)主機(jī)I/O設(shè)備設(shè)備CU主主存

8、存1. .上機(jī)前的準(zhǔn)備上機(jī)前的準(zhǔn)備 建立數(shù)學(xué)模型建立數(shù)學(xué)模型 - -+ +- -+ +- -= =!x9!x7!x5!x3xx9753sin 編制解題程序編制解題程序 確定計(jì)算方法確定計(jì)算方法程序程序 運(yùn)算的運(yùn)算的 全部步驟全部步驟0, 1, 2,)( )(21nyn xynx= =+ += =指令指令 每每 一個(gè)步驟一個(gè)步驟三、計(jì)算機(jī)的工作步驟三、計(jì)算機(jī)的工作步驟取取x 至運(yùn)算器中至運(yùn)算器中乘以乘以x 在運(yùn)算器中在運(yùn)算器中乘以乘以a 在運(yùn)算器中在運(yùn)算器中存存ax2 在存儲(chǔ)器中在存儲(chǔ)器中取取b 至運(yùn)算器中至運(yùn)算器中乘以乘以x 在運(yùn)算器中在運(yùn)算器中加加ax2 在運(yùn)算器中在運(yùn)算器中加加c 在運(yùn)算器

9、中在運(yùn)算器中= ( (ax + b) )x + c 取取x 至運(yùn)算器中至運(yùn)算器中乘以乘以a 在運(yùn)算器中在運(yùn)算器中加加b 在運(yùn)算器中在運(yùn)算器中乘以乘以x 在運(yùn)算器中在運(yùn)算器中加加c 在運(yùn)算器中在運(yùn)算器中計(jì)算計(jì)算 ax2 + bx + c編程舉例編程舉例000001 0000001000打印打印 停機(jī)停機(jī)取數(shù)取數(shù) ACC存數(shù)存數(shù) ACC 加加 ACC+ ACC乘乘 ACC ACC指令格式舉例指令格式舉例操作碼操作碼地址碼地址碼 打印機(jī)打印機(jī)指令和數(shù)據(jù)存于指令和數(shù)據(jù)存于主存單元的地址主存單元的地址 指令指令 注釋注釋操作碼操作碼 地址碼地址碼 00000010000001000取數(shù)取數(shù)x至至ACC

10、10001000000001001乘乘a得得ax ,存于存于ACC中中 20000110000001010加加b得得ax+b ,存于存于ACC中中 30001000000001000乘乘x得（得（ax+b)x,存于存于ACC中中 40000110000001011加加c得得ax2 + bx + c ,存于存于ACC 50000100000001100將將ax2 + bx +c ,存于主存單元存于主存單元 60001010000001100打印打印 7000110停機(jī)停機(jī) 8 x原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)x 9 a原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)a 10 b原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)b 11 c原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)c 12存放結(jié)果存放

11、結(jié)果計(jì)算計(jì)算 ax2 + bx + c 程序清單程序清單存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體大樓大樓存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 存放一串二進(jìn)制代碼存放一串二進(jìn)制代碼存儲(chǔ)字存儲(chǔ)字 存儲(chǔ)單元中二進(jìn)制代碼的組合存儲(chǔ)單元中二進(jìn)制代碼的組合存儲(chǔ)字長(zhǎng)存儲(chǔ)字長(zhǎng) 存儲(chǔ)單元中二進(jìn)制代碼的位數(shù)存儲(chǔ)單元中二進(jìn)制代碼的位數(shù)每個(gè)存儲(chǔ)單元賦予一個(gè)地址號(hào)每個(gè)存儲(chǔ)單元賦予一個(gè)地址號(hào)按地址尋訪按地址尋訪 存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 存儲(chǔ)元件存儲(chǔ)元件（0/1） 房間房間 床位床位（無(wú)人（無(wú)人/ / 有人）有人）( (1) )存儲(chǔ)器的基本組成存儲(chǔ)器的基本組成MDR主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體MAR2. .計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程MARMDR 存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)

12、 16存儲(chǔ)字長(zhǎng)存儲(chǔ)字長(zhǎng) 8 設(shè)設(shè) MAR = = 4 位位 MDR = = 8 位位存儲(chǔ)器地址寄存器存儲(chǔ)器地址寄存器反映存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)反映存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器反映存儲(chǔ)字長(zhǎng)反映存儲(chǔ)字長(zhǎng)( (1) )存儲(chǔ)器的基本組成存儲(chǔ)器的基本組成MDR主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體MAR ACC MQ X(2)運(yùn)算器的基本組成及操作過(guò)程運(yùn)算器的基本組成及操作過(guò)程運(yùn)算器運(yùn)算器MQACCALUX被加數(shù)被加數(shù)被減數(shù)被減數(shù)被除數(shù)被除數(shù)乘數(shù)乘數(shù)商商加數(shù)加數(shù)減數(shù)減數(shù)被乘數(shù)被乘數(shù)除數(shù)除數(shù)加法加法減法減法乘法乘法除法除法和和差差余數(shù)余數(shù)乘積高位乘積高位乘積低位乘積低位運(yùn)算器運(yùn)算器MQACCALUXACC

13、 被加數(shù)被加數(shù)ACC初態(tài)初態(tài) 加法操作過(guò)程加法操作過(guò)程 ACC+X ALU M XXACCACC指令指令 加加M 減法操作過(guò)程減法操作過(guò)程運(yùn)算器運(yùn)算器MQACCALUX指令指令 減減MACC 被減數(shù)被減數(shù)ACC初態(tài)初態(tài) M XX ACC-X ALUACCACC運(yùn)算器運(yùn)算器MQACCALUXACCACC 被乘數(shù)被乘數(shù)初態(tài)初態(tài) MQ M MQ指令指令 乘乘M 乘法操作過(guò)程乘法操作過(guò)程X ACC XALU X MQ 00ACCACCMQACCMQ運(yùn)算器運(yùn)算器MQACCALUXACC 被除數(shù)被除數(shù)ACC初態(tài)初態(tài) ACC X ALUMQACCMQ余數(shù)在余數(shù)在ACC中中指令指令 除除M M XX 除法操作

14、過(guò)程除法操作過(guò)程取指令取指令分析指令分析指令執(zhí)行指令執(zhí)行指令PCIRCU取指取指執(zhí)行執(zhí)行PC 存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址，存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址， 具有計(jì)數(shù)功能（具有計(jì)數(shù)功能（PC）+ + 1 1 PCIR 存放當(dāng)前欲執(zhí)行的指令存放當(dāng)前欲執(zhí)行的指令訪存訪存訪存訪存完成完成一條一條指令指令( (3) )控制器的基本組成控制器的基本組成CU 控制單元控制單元PCIRCU12356789以取數(shù)指令為例以取數(shù)指令為例4( (4) )主機(jī)完成一條指令的過(guò)程主機(jī)完成一條指令的過(guò)程CU控制控制單元單元主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器MDRMAR存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體CPUPC控制器控制器IR運(yùn)算器運(yùn)算器MQACCALUXI/O設(shè)設(shè)備

15、備12356798以存數(shù)指令為例以存數(shù)指令為例4( (4) )主機(jī)完成一條指令的過(guò)程主機(jī)完成一條指令的過(guò)程CU控制控制單元單元主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器MDRMAR存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體CPUPC控制器控制器IR運(yùn)算器運(yùn)算器MQACCALUXI/O設(shè)設(shè)備備( (5) ) ax2 + bx + c 程序的運(yùn)行程序的運(yùn)行過(guò)程過(guò)程 將程序通過(guò)輸入設(shè)備送至計(jì)算機(jī)將程序通過(guò)輸入設(shè)備送至計(jì)算機(jī) 程序首地址程序首地址 打印結(jié)果打印結(jié)果 分析指令分析指令 取指令取指令 停機(jī)停機(jī) 啟動(dòng)程序運(yùn)行啟動(dòng)程序運(yùn)行,(PC,(PC )+)+ 1 PC1 PC 執(zhí)行指令執(zhí)行指令 MARMARM MMDRMDRIRIRPCPCCUCUOP(IR

16、)OP(IR)Ad(IR)Ad(IR)MARMARM MMDRMDRACCACCPCPC1. .機(jī)器字長(zhǎng)機(jī)器字長(zhǎng)2. .運(yùn)算速度運(yùn)算速度CPU 一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)與與 CPU 中的中的 寄存器位數(shù)寄存器位數(shù) 有關(guān)有關(guān)= =ni = =1fi tiTM吉普森法吉普森法主頻主頻每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令MIPS執(zhí)行一條指令所需時(shí)鐘周期數(shù)執(zhí)行一條指令所需時(shí)鐘周期數(shù)CPI每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)FLOPS221 = = 256 KB213 = = 1 KB如如3. .存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量主存容量主存容量輔存容量輔存容量存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù) 存儲(chǔ)字長(zhǎng)存儲(chǔ)字長(zhǎng)字節(jié)數(shù)

17、字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù) 80 GB如如 MAR MDR 容量容量 10 8 16 32存放二進(jìn)制信息的總位數(shù)存放二進(jìn)制信息的總位數(shù)1K = 210 1B = 23b1GB = 230b1 K 8位位64 K 32位位第第篇篇 概論概論計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)第篇第篇計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)I/O系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器CPU CPU內(nèi)部互連內(nèi)部互連ALUCU寄存器寄存器中央處理器中央處理器第第篇篇 CPU計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)I/O系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器CPU CPU內(nèi)部互連內(nèi)部互連ALUCU寄存器寄存器中央處理器中央處理器寄存器寄存器和解碼器和解碼器控制單元控制單元排隊(duì)排隊(duì)邏輯邏

18、輯控制控制存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器第篇第篇 CU計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)I/O系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器CPU2.3 計(jì)算機(jī)的展望計(jì)算機(jī)的展望2.2 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)的應(yīng)用2.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展史計(jì)算機(jī)的發(fā)展史一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展1946年年 美國(guó)美國(guó) ENIAC1955年退役年退役十進(jìn)制運(yùn)算十進(jìn)制運(yùn)算18 0001 500150301 500多個(gè)電子管多個(gè)電子管多個(gè)繼電器多個(gè)繼電器千瓦千瓦噸噸平方英尺平方英尺5 000次加法秒次加法秒用手工搬動(dòng)開關(guān)和拔插電纜來(lái)編程用手工搬動(dòng)開關(guān)和拔插電纜來(lái)編程世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī) ENIAC(1946)硬件技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的影響

19、硬件技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的影響 100 000 000 超大規(guī)模超大規(guī)模 集成電路集成電路 1978現(xiàn)在現(xiàn)在五五 10 000 000 大規(guī)模大規(guī)模 集成電路集成電路 19721977 1 000 000 中小規(guī)模中小規(guī)模 集成電路集成電路 19651971 200 000 晶體管晶體管 19581964 40 000 電子管電子管 19461957 速度速度 /（次（次/秒）秒） 硬件技術(shù)硬件技術(shù) 時(shí)間時(shí)間 代代三三四四二二一一第一臺(tái)第一臺(tái)von Neumann 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)IBM System360 最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到（截止到 2009.0

20、6）1. .IBM Roadrunner（ 走鵲走鵲 ）129 600 個(gè)計(jì)算核心個(gè)計(jì)算核心 最大平均速度最大平均速度 1 105 000 GFLOPS2. . Cray XT5 Jaguar（美洲虎）（美洲虎）150 152 個(gè)計(jì)算核心個(gè)計(jì)算核心 最大平均速度最大平均速度 1 059 000 GFLOPS最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到（截止到 2009.06）3. . IBM JUGENE-Blue Gene/P 最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到（截止到 2009.06）294 912 個(gè)個(gè)計(jì)算核心計(jì)算核心 最大平均速度最大平均速度 825 500 GFLO

21、PS最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到（截止到 2009.06）4. SGI Pleiades系統(tǒng)系統(tǒng)51 200 個(gè)計(jì)算核心個(gè)計(jì)算核心 最大平均速度最大平均速度 487 005 GFLOPS 最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到（截止到 2009.06）5. . IBM BlueGene/L系統(tǒng)系統(tǒng)212 992 個(gè)計(jì)算核心個(gè)計(jì)算核心 最大平均速度最大平均速度 478 200 GFLOPS最權(quán)威的超級(jí)計(jì)算機(jī)排名的參考網(wǎng)址最權(quán)威的超級(jí)計(jì)算機(jī)排名的參考網(wǎng)址 二、微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展二、微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展微處理器芯片微處理器芯

22、片存儲(chǔ)器芯片存儲(chǔ)器芯片1971年年 8位位16位位32位位64位位4位（位（4004）1970年年256位位 1K位位16K位位64K位位256K位位1M位位16M位位64M位位4K位位4M位位Moore 定律定律Intel 公司的締造者之一公司的締造者之一 Gordon Moore 提出提出微芯片上集成的微芯片上集成的 晶體管數(shù)目每三年翻兩番晶體管數(shù)目每三年翻兩番Intel 公司的典型微處理器產(chǎn)品公司的典型微處理器產(chǎn)品8080 8位位 1974年年8086 16位位 1979年年 2.9 萬(wàn)個(gè)晶體管萬(wàn)個(gè)晶體管80286 16位位 1982年年 13.4 萬(wàn)個(gè)晶體管萬(wàn)個(gè)晶體管80386 32位

23、位 1985年年 27.5 萬(wàn)個(gè)晶體管萬(wàn)個(gè)晶體管80486 32位位 1989年年 120.0 萬(wàn)個(gè)晶體管萬(wàn)個(gè)晶體管Pentium 64位（準(zhǔn)）位（準(zhǔn)） 1993年年 310.0 萬(wàn)個(gè)晶體管萬(wàn)個(gè)晶體管Pentium Pro 64位（準(zhǔn)）位（準(zhǔn)） 1995年年 550.0 萬(wàn)個(gè)晶體管萬(wàn)個(gè)晶體管Pentium 64位（準(zhǔn)）位（準(zhǔn)） 1997年年 750.0 萬(wàn)個(gè)晶體管萬(wàn)個(gè)晶體管Pentium 64位（準(zhǔn)）位（準(zhǔn)） 1999年年 950.0 萬(wàn)個(gè)晶體管萬(wàn)個(gè)晶體管Pentium 64位位 2000年年 4 200.0 萬(wàn)個(gè)晶體管萬(wàn)個(gè)晶體管2007 年年 芯片上可集成芯片上可集成 3 億億 5 千萬(wàn)千萬(wàn)

24、 個(gè)個(gè)晶體管晶體管 預(yù)計(jì)預(yù)計(jì)2010 年年 芯片上可集成芯片上可集成 8 億億 個(gè)晶體管個(gè)晶體管三、軟件技術(shù)的興起和發(fā)展三、軟件技術(shù)的興起和發(fā)展機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言 面向機(jī)器面向機(jī)器匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言 面向機(jī)器面向機(jī)器高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言 面向問(wèn)題面向問(wèn)題FORTRAN 科學(xué)計(jì)算和工程計(jì)算科學(xué)計(jì)算和工程計(jì)算PASCAL 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)C 面向?qū)ο竺嫦驅(qū)ο驤ava 適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 1. 各種語(yǔ)言各種語(yǔ)言2. 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件語(yǔ)言處理程序語(yǔ)言處理程序 匯編程序匯編程序 編譯程序編譯程序 解釋程序解釋程序操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) DOS UNIX Windows 服務(wù)性程序服務(wù)性程序 裝配裝配

25、 調(diào)試調(diào)試 診斷診斷 排錯(cuò)排錯(cuò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)軟件3. 軟件發(fā)展的特點(diǎn)軟件發(fā)展的特點(diǎn) 開發(fā)周期長(zhǎng)開發(fā)周期長(zhǎng) 制作成本昂貴制作成本昂貴 檢測(cè)軟件產(chǎn)品質(zhì)量的特殊性檢測(cè)軟件產(chǎn)品質(zhì)量的特殊性軟件是程序以及開發(fā)、使用和軟件是程序以及開發(fā)、使用和維護(hù)程序所需要的所有文檔維護(hù)程序所需要的所有文檔一、科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理一、科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理二、工業(yè)控制和實(shí)時(shí)控制二、工業(yè)控制和實(shí)時(shí)控制三、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1. 電子商務(wù)電子商務(wù)2. 網(wǎng)絡(luò)教育網(wǎng)絡(luò)教育3. 敏捷制造敏捷制造四、虛擬現(xiàn)實(shí)四、虛擬現(xiàn)實(shí)五、辦公自動(dòng)化和管理信息系統(tǒng)五、辦公自動(dòng)化和管

26、理信息系統(tǒng)六、六、CAD/CAM/CIMS七、多媒體技術(shù)七、多媒體技術(shù)八、人工智能八、人工智能一、計(jì)算機(jī)具有類似人腦的一些超級(jí)一、計(jì)算機(jī)具有類似人腦的一些超級(jí) 智能功能智能功能要求計(jì)算機(jī)的速度達(dá)要求計(jì)算機(jī)的速度達(dá)1015/秒秒二、芯片集成度的提高受以下三方面的限制二、芯片集成度的提高受以下三方面的限制 芯片集成度受物理極限的制約芯片集成度受物理極限的制約 按幾何級(jí)數(shù)遞增的制作成本按幾何級(jí)數(shù)遞增的制作成本 芯片的功耗、散熱、線延遲芯片的功耗、散熱、線延遲三、？替代傳統(tǒng)的硅芯片三、？替代傳統(tǒng)的硅芯片1. 光計(jì)算機(jī)光計(jì)算機(jī)2. DNA生物計(jì)算機(jī)生物計(jì)算機(jī)3. 量子計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)利用光子取代電子進(jìn)行

27、運(yùn)算和存儲(chǔ)利用光子取代電子進(jìn)行運(yùn)算和存儲(chǔ)通過(guò)控制通過(guò)控制DNA分子間的生化反應(yīng)分子間的生化反應(yīng)利用原子所具有的量子特性利用原子所具有的量子特性3.1 總線的基本概念總線的基本概念3.2 總線的分類總線的分類3.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)3.4 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)3.5 總線控制總線控制一、為什么要用總線一、為什么要用總線二、什么是總線二、什么是總線三、總線上信息的傳送三、總線上信息的傳送總線是連接各個(gè)部件的信息傳輸線，總線是連接各個(gè)部件的信息傳輸線，是是 各個(gè)部件共享的傳輸介質(zhì)各個(gè)部件共享的傳輸介質(zhì)串行串行并行并行四、總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)舉例四、總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)舉例1. 面向面向 CP

28、U 的雙總線結(jié)構(gòu)框圖的雙總線結(jié)構(gòu)框圖 中央處理器中央處理器 CPUI/O總線總線M總總線線主存主存 I/O接口接口 I/O 設(shè)備設(shè)備1 I/O 設(shè)備設(shè)備2I/O接口接口I/O接口接口 I/O 設(shè)備設(shè)備n單總線（系統(tǒng)總線）單總線（系統(tǒng)總線）2. 單總線結(jié)構(gòu)框圖單總線結(jié)構(gòu)框圖 CPU 主存主存 I/O接口接口 I/O 設(shè)備設(shè)備1 I/O 設(shè)備設(shè)備2 I/O接口接口 I/O 設(shè)備設(shè)備n I/O接口接口3. 以存儲(chǔ)器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)框圖以存儲(chǔ)器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 主存主存 CPU I/O接口接口 I/O 設(shè)備設(shè)備1 I/O 設(shè)備設(shè)備n I/O接口接口存儲(chǔ)總線存儲(chǔ)總線1. .片內(nèi)總

29、線片內(nèi)總線2. .系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線芯片內(nèi)部芯片內(nèi)部 的總線的總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線控制總線控制總線雙向雙向 與機(jī)器字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)有關(guān)與機(jī)器字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)有關(guān)單向單向 與存儲(chǔ)地址、與存儲(chǔ)地址、 I/O地址有關(guān)地址有關(guān)有出有出 有入有入計(jì)算機(jī)各部件之間計(jì)算機(jī)各部件之間 的信息傳輸線的信息傳輸線存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫總線允許、中斷確認(rèn)總線允許、中斷確認(rèn)中斷請(qǐng)求、總線請(qǐng)求中斷請(qǐng)求、總線請(qǐng)求3. .通信總線通信總線串行通信總線串行通信總線并行通信總線并行通信總線傳輸方式傳輸方式 用于用于 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間 或或 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如控制儀表

30、、移動(dòng)通信等）（如控制儀表、移動(dòng)通信等）之間的通信之間的通信CPU 插板插板主存主存 插板插板I/O 插板插板一、總線物理實(shí)現(xiàn)一、總線物理實(shí)現(xiàn)BUS主板主板1. 機(jī)械特性機(jī)械特性2. 電氣特性電氣特性3. 功能特性功能特性4. 時(shí)間特性時(shí)間特性二、總線特性二、總線特性尺寸尺寸、形狀、形狀、管腳數(shù)管腳數(shù)及及排列順序排列順序傳輸方向傳輸方向 和有效的和有效的 電平電平 范圍范圍每根傳輸線的每根傳輸線的 功能功能信號(hào)的信號(hào)的 時(shí)序時(shí)序 關(guān)系關(guān)系地址地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)控制控制三、總線的性能指標(biāo)三、總線的性能指標(biāo)1. 總線寬度總線寬度2. 總線帶寬總線帶寬3. 時(shí)鐘同步時(shí)鐘同步/異步異步4. 總線復(fù)用總線復(fù)用

31、5. 信號(hào)線數(shù)信號(hào)線數(shù)6. 總線控制方式總線控制方式7. 其他指標(biāo)其他指標(biāo)數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 的根數(shù)的根數(shù)每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)（每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)（MBps）同步同步、不同步不同步地址線地址線 與與 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 復(fù)用復(fù)用地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的 總和總和負(fù)載能力負(fù)載能力并發(fā)、自動(dòng)、仲裁、邏輯、計(jì)數(shù)并發(fā)、自動(dòng)、仲裁、邏輯、計(jì)數(shù)ISAEISAVESA(LV-BUS)PCIAGPRS-232USB模塊模塊系統(tǒng)系統(tǒng)總總線線標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn) 四、總線標(biāo)準(zhǔn)四、總線標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)系統(tǒng)模塊模塊標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn) 界界 面面總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線總線時(shí)鐘總線時(shí)鐘帶寬帶寬ISA168 MHz（獨(dú)立）（獨(dú)立）

32、16 MBpsEISA328 MHz（獨(dú)立）（獨(dú)立）33 MBpsVESA(VL-BUS)3233 MHz（CPU）133 MBpsPCI326433 MHz（獨(dú)立）（獨(dú)立）66 MHz（獨(dú)立）（獨(dú)立）132 MBps528 MBpsAGP3266.7 MHz（獨(dú)立）（獨(dú)立）133 MHz（獨(dú)立）（獨(dú)立）266 MBps533 MBpsRS-232串行通信串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)終端設(shè)備（計(jì)算機(jī)）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備（計(jì)算機(jī)）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（調(diào)制解調(diào)器）之間的標(biāo)準(zhǔn)接口（調(diào)制解調(diào)器）之間的標(biāo)準(zhǔn)接口USB串行接口串行接口總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)普通無(wú)屏蔽雙絞線普通無(wú)屏蔽雙絞線帶屏蔽雙絞線帶屏蔽雙

33、絞線最高最高1.5 Mbps (USB1.0)12 Mbps (USB1.0)480 Mbps (USB2.0) 四、總線標(biāo)準(zhǔn)四、總線標(biāo)準(zhǔn)一、單總線結(jié)構(gòu)一、單總線結(jié)構(gòu)單總線（系統(tǒng)總線）單總線（系統(tǒng)總線） CPU 主存主存 I/O接口接口 I/O 設(shè)備設(shè)備1 I/O 設(shè)備設(shè)備2 I/O接口接口 I/O 設(shè)備設(shè)備n I/O接口接口1. 雙總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)具有特殊功能的處理器，具有特殊功能的處理器，由通道對(duì)由通道對(duì)I/O統(tǒng)一管理統(tǒng)一管理通道通道 I/O接口接口 設(shè)備設(shè)備n I/O接口接口 設(shè)備設(shè)備0 CPU主存主存主存總線主存總線I/O總線總線二、多總線結(jié)構(gòu)二、多總線結(jié)構(gòu)2. 三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)

34、主存總線主存總線DMA總線總線I/O總線總線 CPU 主存主存設(shè)備設(shè)備1設(shè)備設(shè)備n高速外設(shè)高速外設(shè)I/O接口接口I/O接口接口I/O接口接口3. 三總線結(jié)構(gòu)的又一形式三總線結(jié)構(gòu)的又一形式局域網(wǎng)局域網(wǎng)系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線CPUCache局部總線局部總線擴(kuò)展總線接口擴(kuò)展總線接口擴(kuò)展總線擴(kuò)展總線Modem串行接口串行接口SCSI局部局部I/O控制器控制器主存主存4. 四總線結(jié)構(gòu)四總線結(jié)構(gòu)多媒體多媒體 Modem主存主存擴(kuò)展總線接口擴(kuò)展總線接口局域網(wǎng)局域網(wǎng)SCSICPU串行接口串行接口FAX系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線局部總線局部總線高速總線高速總線擴(kuò)展總線擴(kuò)展總線圖形圖形Cache/橋橋1. 傳統(tǒng)微型機(jī)總線結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)

35、微型機(jī)總線結(jié)構(gòu)三、總線結(jié)構(gòu)舉例三、總線結(jié)構(gòu)舉例存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器SCSI 控制器控制器主存控制器主存控制器ISA、EISA 8 MHz的的16位數(shù)據(jù)通路位數(shù)據(jù)通路標(biāo)準(zhǔn)總線控制器標(biāo)準(zhǔn)總線控制器33 MHz的的32位數(shù)據(jù)通路位數(shù)據(jù)通路系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線多媒體多媒體高速局域網(wǎng)高速局域網(wǎng)高性能圖形高性能圖形 CPU Modem2. VL-BUS局部總線結(jié)構(gòu)局部總線結(jié)構(gòu)33 MHz的的32位數(shù)據(jù)通路位數(shù)據(jù)通路系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線ISA、EISA多媒體多媒體高速局域網(wǎng)高速局域網(wǎng)高性能圖形高性能圖形圖文傳真圖文傳真8 MHz的的16位數(shù)據(jù)通路位數(shù)據(jù)通路標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)總線 控制器控制器CPU主存控制器主存控制器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器

36、局部總線局部總線 控制器控制器 SCSI控制器控制器VL BUS Modem3. PCI 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)CPU多媒體多媒體PCI 橋橋高速局域網(wǎng)高速局域網(wǎng)高性能圖形高性能圖形圖文傳真圖文傳真PCI 總線總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線33 MHz的的32位數(shù)據(jù)通路位數(shù)據(jù)通路8 MHz的的16位數(shù)據(jù)通路位數(shù)據(jù)通路ISA、EISA標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)總線 控制器控制器 SCSI 控制器控制器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 Modem4. 多層多層 PCI 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)PCI總線總線2存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器橋橋0橋橋4 PCI設(shè)備設(shè)備橋橋5總線橋總線橋橋橋3橋橋1設(shè)備設(shè)備橋橋2第一級(jí)橋第一級(jí)橋第二級(jí)橋第二級(jí)橋第三級(jí)橋第三級(jí)橋PCI總線總線4

37、PCI總線總線5PCI總線總線3PCI總線總線1PCI總線總線0存儲(chǔ)器總線存儲(chǔ)器總線 標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)總線CPU一、總線判優(yōu)控制一、總線判優(yōu)控制 總線判優(yōu)控制總線判優(yōu)控制分布式分布式集中式集中式 主設(shè)備主設(shè)備(模塊模塊)對(duì)總線有對(duì)總線有 控制權(quán)控制權(quán) 從設(shè)備從設(shè)備(模塊模塊)響應(yīng)響應(yīng) 從主設(shè)備發(fā)來(lái)的總線命令從主設(shè)備發(fā)來(lái)的總線命令1. 基本概念基本概念鏈?zhǔn)讲樵冩準(zhǔn)讲樵冇?jì)數(shù)器定時(shí)查詢計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢獨(dú)立請(qǐng)求方式獨(dú)立請(qǐng)求方式2. 鏈?zhǔn)讲樵兎绞芥準(zhǔn)讲樵兎绞娇偪偩€線控控制制部部件件I/O接口接口0BSBRI/O接口接口1I/O接口接口nBG數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線BS 總線忙總線忙BR總線請(qǐng)求總線請(qǐng)求BG總線

38、同意總線同意I/O接口接口1 0BS 總線忙總線忙BR總線請(qǐng)求總線請(qǐng)求總總線線控控制制部部件件數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線I/O接口接口0BSBRI/O接口接口1I/O接口接口n設(shè)備地址設(shè)備地址3. 計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式I/O接口接口1 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器設(shè)備地址設(shè)備地址 1排隊(duì)器排隊(duì)器排隊(duì)器排隊(duì)器4. 獨(dú)立請(qǐng)求方式獨(dú)立請(qǐng)求方式總總線線控控制制部部件件數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線I/O接口接口0I/O接口接口1I/O接口接口nBR0 BG0BR1BG1BRnBGnBG總線同意總線同意BR總線請(qǐng)求總線請(qǐng)求二、總線通信控制二、總線通信控制1. 目的目的2. 總線傳輸周期總線傳輸周期主模塊申請(qǐng)主模

39、塊申請(qǐng)，總線仲裁決定，總線仲裁決定主模塊向從模塊主模塊向從模塊 給出地址給出地址 和和 命令命令主模塊和從模塊主模塊和從模塊 交換數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)主模塊主模塊 撤消有關(guān)信息撤消有關(guān)信息 申請(qǐng)分配階段申請(qǐng)分配階段尋址階段尋址階段傳數(shù)階段傳數(shù)階段結(jié)束階段結(jié)束階段解決通信雙方解決通信雙方 協(xié)調(diào)配合協(xié)調(diào)配合 問(wèn)題問(wèn)題由由 統(tǒng)一時(shí)標(biāo)統(tǒng)一時(shí)標(biāo) 控制數(shù)據(jù)傳送控制數(shù)據(jù)傳送充分充分 挖掘挖掘 系統(tǒng)系統(tǒng) 總線每個(gè)瞬間總線每個(gè)瞬間 的的 潛力潛力同步通信同步通信 異步通信異步通信 半同步通信半同步通信 分離式通信分離式通信 3. 總線通信的四種方式總線通信的四種方式采用采用 應(yīng)答方式應(yīng)答方式 ，沒(méi)有公共時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有公

40、共時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)同步同步、異步結(jié)合異步結(jié)合 讀讀命令命令(1) 同步式數(shù)據(jù)輸入同步式數(shù)據(jù)輸入T1總線傳輸周期總線傳輸周期T2T3T4 時(shí)鐘時(shí)鐘 地址地址 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(2) 同步式數(shù)據(jù)輸出同步式數(shù)據(jù)輸出T1總線傳輸周期總線傳輸周期T2T3T4 時(shí)鐘時(shí)鐘 地址地址 寫寫命令命令不互鎖不互鎖半互鎖半互鎖全互鎖全互鎖異步通信異步通信主設(shè)備主設(shè)備從設(shè)備從設(shè)備請(qǐng)請(qǐng)求求回回答答單機(jī)單機(jī)多機(jī)多機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)通信(4) 半同步通信半同步通信同步同步 發(fā)送方發(fā)送方 用系統(tǒng)用系統(tǒng) 時(shí)鐘前沿時(shí)鐘前沿 發(fā)信號(hào)發(fā)信號(hào) 接收方接收方 用系統(tǒng)用系統(tǒng) 時(shí)鐘后沿時(shí)鐘后沿 判斷、識(shí)別判斷、識(shí)別（同步同步、異步異步 結(jié)合）結(jié)合）異

41、步異步 允許不同速度的模塊和諧工作允許不同速度的模塊和諧工作 增加一條增加一條 “等待等待”響應(yīng)信號(hào)響應(yīng)信號(hào) WAIT以輸入數(shù)據(jù)為例的半同步通信時(shí)序以輸入數(shù)據(jù)為例的半同步通信時(shí)序T1 主模塊發(fā)地址主模塊發(fā)地址T2 主模塊發(fā)命令主模塊發(fā)命令T3 從模塊提供數(shù)據(jù)從模塊提供數(shù)據(jù)T4 從模塊撤銷數(shù)據(jù)，主模塊撤銷命令從模塊撤銷數(shù)據(jù)，主模塊撤銷命令Tw 當(dāng)當(dāng) 為低電平時(shí)，等待一個(gè)為低電平時(shí)，等待一個(gè) TWAITTw 當(dāng)當(dāng) 為低電平時(shí)，等待一個(gè)為低電平時(shí)，等待一個(gè) TWAIT 讀讀 命令命令WAIT 地址地址 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 時(shí)鐘時(shí)鐘總線傳輸周期總線傳輸周期T1T2TWTWT3T4(4) 半同步通信半同步通信 （

42、同步同步、異步異步 結(jié)合）結(jié)合）上述三種通信的共同點(diǎn)上述三種通信的共同點(diǎn)一個(gè)總線傳輸周期（以輸入數(shù)據(jù)為例）一個(gè)總線傳輸周期（以輸入數(shù)據(jù)為例） 主模塊發(fā)地址主模塊發(fā)地址 、命令、命令 從模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù)從模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù) 從模塊向主模塊發(fā)數(shù)據(jù)從模塊向主模塊發(fā)數(shù)據(jù)總線空閑總線空閑占用總線占用總線不占用總線不占用總線占用總線占用總線(5) 分離式通信分離式通信充分挖掘系統(tǒng)總線每個(gè)瞬間的潛力充分挖掘系統(tǒng)總線每個(gè)瞬間的潛力主模塊主模塊 申請(qǐng)申請(qǐng) 占用總線占用總線，使用完后，使用完后即即 放棄總線放棄總線 的使用權(quán)的使用權(quán)從模塊從模塊 申請(qǐng)申請(qǐng) 占用總線占用總線，將各種信，將各種信息送至總線上息送至總線上一個(gè)總線

43、傳輸周期一個(gè)總線傳輸周期子周期子周期1子周期子周期2主模塊主模塊1. 各模塊有權(quán)申請(qǐng)占用總線各模塊有權(quán)申請(qǐng)占用總線分離式通信特點(diǎn)分離式通信特點(diǎn)充分提高了總線的有效占用充分提高了總線的有效占用2. 采用同步方式通信，不等對(duì)方回答采用同步方式通信，不等對(duì)方回答3. 各模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù)時(shí)，不占用總線各模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù)時(shí)，不占用總線4. 總線被占用時(shí)，無(wú)空閑總線被占用時(shí)，無(wú)空閑4.1 概述概述4.2 主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器4.3 高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器4.4 輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器一、存儲(chǔ)器分類一、存儲(chǔ)器分類1. 按存儲(chǔ)介質(zhì)分類按存儲(chǔ)介質(zhì)分類(1) 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(2) 磁表面存儲(chǔ)器磁表面存儲(chǔ)器(3)

44、 磁芯存儲(chǔ)器磁芯存儲(chǔ)器(4) 光盤存儲(chǔ)器光盤存儲(chǔ)器易失易失TTL 、MOS磁頭、載磁體磁頭、載磁體硬磁材料、環(huán)狀元件硬磁材料、環(huán)狀元件激光、磁光材料激光、磁光材料非非易易失失(1) 存取時(shí)間與物理地址無(wú)關(guān)（隨機(jī)訪問(wèn)）存取時(shí)間與物理地址無(wú)關(guān)（隨機(jī)訪問(wèn)） 順序存取存儲(chǔ)器順序存取存儲(chǔ)器 磁帶磁帶2. 按存取方式分類按存取方式分類(2) 存取時(shí)間與物理地址有關(guān)（串行訪問(wèn)）存取時(shí)間與物理地址有關(guān)（串行訪問(wèn)） 隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器 直接存取存儲(chǔ)器直接存取存儲(chǔ)器 磁盤磁盤在程序的執(zhí)行過(guò)程中在程序的執(zhí)行過(guò)程中 可可 讀讀 可可 寫寫在程序的執(zhí)行過(guò)程中在程序的執(zhí)行過(guò)程中 只只 讀讀磁盤、磁

45、帶、光盤磁盤、磁帶、光盤 高速緩沖存儲(chǔ)器（高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）Flash Memory存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器MROMPROMEPROMEEPROMRAMROM靜態(tài)靜態(tài) RAM動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) RAM3. 按在計(jì)算機(jī)中的作用分類按在計(jì)算機(jī)中的作用分類高高低低小小大大快快慢慢輔存輔存寄存器寄存器緩存緩存主存主存磁盤磁盤光盤光盤磁帶磁帶光盤光盤磁帶磁帶速度速度容量容量 價(jià)格價(jià)格 位位1. 存儲(chǔ)器三個(gè)主要特性的關(guān)系存儲(chǔ)器三個(gè)主要特性的關(guān)系 二、存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)二、存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)CPUCPU主機(jī)主機(jī)緩存緩存CPU主存主存輔存輔存2. 緩存緩存 主存層次和主存主存層次和主存 輔

46、存層次輔存層次緩存緩存主存主存輔存輔存主存主存虛擬存儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)器10 ns20 ns200 nsms虛地址虛地址邏輯地址邏輯地址實(shí)地址實(shí)地址物理地址物理地址主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器（速度）（速度）（容量）（容量）一、概述一、概述1. 主存的基本組成主存的基本組成存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器譯碼器譯碼器MAR控制電路控制電路讀讀寫寫電電路路MDR地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線讀讀寫寫2. 主存和主存和 CPU 的聯(lián)系的聯(lián)系MDRMARCPU主主 存存讀讀數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線寫寫 高位字節(jié)高位字節(jié) 地址為字地址地址為字地址 低位字節(jié)低位字節(jié) 地址為字地址地址為字地址設(shè)地址線設(shè)地址線 24 根根

47、按按 字節(jié)字節(jié) 尋址尋址按按 字字 尋址尋址若字長(zhǎng)為若字長(zhǎng)為 16 位位按按 字字 尋址尋址若字長(zhǎng)為若字長(zhǎng)為 32 位位字地址字地址字節(jié)地址字節(jié)地址11109876543210840字節(jié)地址字節(jié)地址字地址字地址4523014203. 主存中存儲(chǔ)單元地址的分配主存中存儲(chǔ)單元地址的分配224 = 16 M8 M4 M(2) 存儲(chǔ)速度存儲(chǔ)速度4. 主存的技術(shù)指標(biāo)主存的技術(shù)指標(biāo)(1) 存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量(3) 存儲(chǔ)器的帶寬存儲(chǔ)器的帶寬主存主存 存放二進(jìn)制代碼的總位數(shù)存放二進(jìn)制代碼的總位數(shù) 讀出時(shí)間讀出時(shí)間 寫入時(shí)間寫入時(shí)間 存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器的 訪問(wèn)時(shí)間訪問(wèn)時(shí)間 存取時(shí)間存取時(shí)間 存取周期存取周期 讀周期讀

48、周期 寫周期寫周期 連續(xù)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作連續(xù)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作（讀或?qū)懀┧璧模ㄗx或?qū)懀┧璧?最小間隔時(shí)間最小間隔時(shí)間 位位/秒秒芯片容量芯片容量二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片簡(jiǎn)介二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片簡(jiǎn)介1. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)譯譯碼碼驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)存存儲(chǔ)儲(chǔ)矩矩陣陣讀讀寫寫電電路路1K4位位16K1位位8K8位位片選線片選線讀讀/寫控制線寫控制線地地址址線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線地址線地址線（單向）（單向）數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線（雙向）（雙向）104141138二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片簡(jiǎn)介二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片簡(jiǎn)介1. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)譯譯碼碼驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)存存儲(chǔ)儲(chǔ)矩矩陣陣讀讀寫

49、寫電電路路片選線片選線讀讀/寫控制線寫控制線地地址址線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線片選線片選線讀讀/寫控制線寫控制線（低電平寫（低電平寫 高電平讀）高電平讀）（允許讀）（允許讀）CSCEWE（允許寫）（允許寫）WEOE存儲(chǔ)芯片片選線的作用存儲(chǔ)芯片片選線的作用用用 16K 1位位 的存儲(chǔ)芯片組成的存儲(chǔ)芯片組成 64K 8位位 的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器 32片片當(dāng)?shù)刂窞楫?dāng)?shù)刂窞?65 535 時(shí)，此時(shí)，此 8 片的片選有效片的片選有效 8片片16K 1位位 8片片16K 1位位 8片片16K 1位位 8片片16K 1位位0,015,015,70,7 讀讀/寫控制電路寫控制電路 地地址址譯譯碼碼器器 字線字線015168

50、矩陣矩陣07D07D 位線位線 讀讀 / 寫選通寫選通A3A2A1A02. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式(1) 線選法線選法00000,00,7007D07D 讀讀 / 寫寫選通選通 讀讀/寫控制電路寫控制電路 A3A2A1A0A40,310,031,031,31 Y 地址譯碼器地址譯碼器 X地地址址譯譯碼碼器器 3232 矩陣矩陣A9I/OA8A7A56AY0Y31X0X31D讀讀/寫寫(2) 重合法重合法00000000000,031,00,31I/OD0,0讀讀 三、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器三、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 ( RAM ) 1. 靜態(tài)靜態(tài) RAM (SRAM) (1)

51、 靜態(tài)靜態(tài) RAM 基本電路基本電路A 觸發(fā)器非端觸發(fā)器非端1T4T觸發(fā)器觸發(fā)器5TT6、行開關(guān)行開關(guān)7TT8、列開關(guān)列開關(guān)7TT8、一列共用一列共用A 觸發(fā)器原端觸發(fā)器原端T1 T4T5T6T7T8A A寫放大器寫放大器寫放大器寫放大器DIN寫選擇寫選擇讀選擇讀選擇DOUT讀放讀放位線位線A位線位線A 列地址選擇列地址選擇行地址選擇行地址選擇T1 T4A T1 T4T5T6T7T8A寫放大器寫放大器寫放大器寫放大器DIN寫選擇寫選擇讀選擇讀選擇讀放讀放位線位線A位線位線A 列地址選擇列地址選擇行地址選擇行地址選擇DOUT 靜態(tài)靜態(tài) RAM 基本電路的基本電路的 讀讀 操作操作 行選行選 T5

52、、T6 開開T7、T8 開開列選列選讀放讀放DOUTVAT6T8DOUT讀選擇有效讀選擇有效T1 T4T5T6T7T8A ADIN位線位線A位線位線A 列地址選擇列地址選擇行地址選擇行地址選擇寫放寫放寫放寫放讀放讀放DOUT寫選擇寫選擇讀選擇讀選擇 靜態(tài)靜態(tài) RAM 基本電路的基本電路的 寫寫 操作操作 行選行選T5、T6 開開 兩個(gè)寫放兩個(gè)寫放 DIN列選列選T7、T8 開開（左）（左） 反相反相T5A （右）（右） T8T6ADINDINT7寫選擇有效寫選擇有效T1 T4 (2) 靜態(tài)靜態(tài) RAM 芯片舉例芯片舉例 Intel 2114 外特性外特性存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量1K4 位位I/O1I/

53、O2I/O3I/O4A0A8A9WECSVCCGNDIntel 2114 Intel 2114 RAM 矩陣矩陣 (64 64) 讀讀A3A4A5A6A7A8A0A1A2A9150311647326348150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0163015行行地地址址譯譯碼碼列列地地址址譯譯碼碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一組第一組第二組第二組第三組第三組第四組第四組150311647326348150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0163015行行地地址址譯譯碼碼列

54、列地地址址譯譯碼碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一組第一組第二組第二組第三組第三組第四組第四組0000000000 Intel 2114 RAM 矩陣矩陣 (64 64) 讀讀第一組第一組第二組第二組第三組第三組第四組第四組150311647326348150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0163015行行地地址址譯譯碼碼列列地地址址譯譯碼碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS0000000000 Intel 2114 RAM 矩陣矩陣 (64 64) 讀讀150311647326348第一組第一組第二組第二組第三組第三

55、組第四組第四組 Intel 2114 RAM 矩陣矩陣 (64 64) 讀讀150311647326348150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0163015行行地地址址譯譯碼碼列列地地址址譯譯碼碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS00000000001503116473263480164832150311647326348150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0163015行行地地址址譯譯碼碼列列地地址址譯譯碼碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS000000000015

56、03116473263480164832第一組第一組第二組第二組第三組第三組第四組第四組 Intel 2114 RAM 矩陣矩陣 (64 64) 讀讀0163248CSWE150311647326348150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0163015行行地地址址譯譯碼碼列列地地址址譯譯碼碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS0164832第一組第一組第二組第二組第三組第三組第四組第四組 Intel 2114 RAM 矩陣矩陣 (64 64) 讀讀1503116473263480163248000000000015031164732

57、6348150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0163015行行地地址址譯譯碼碼列列地地址址譯譯碼碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS0000000000第一組第一組第二組第二組第三組第三組第四組第四組 Intel 2114 RAM 矩陣矩陣 (64 64) 讀讀15031164732634801632480164832150311647326348150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0163015行行地地址址譯譯碼碼列列地地址址譯譯碼碼I/O1I/O2I/O3I/O4WEC

58、S0000000000第一組第一組第二組第二組第三組第三組第四組第四組 Intel 2114 RAM 矩陣矩陣 (64 64) 讀讀1503116473263480163248讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0164832150311647326348150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0163015行行地地址址譯譯碼碼列列地地址址譯譯碼碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS0000000000第一組第一組第二組第二組第三組第三組第四組第四組 Intel 2114 RAM 矩陣矩陣 (64 64) 讀

59、讀1503116473263480163248讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0164832I/O1I/O2I/O3I/O4A3A4A5A6A7A8A0A1A2A9150311647326348150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0163015行行地地址址譯譯碼碼列列地地址址譯譯碼碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一組第一組第二組第二組第三組第三組第四組第四組 Intel 2114 RAM 矩陣矩陣 (64 64) 寫寫150311647326348150311647326348讀寫電路讀寫電路

60、讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0163015行行地地址址譯譯碼碼列列地地址址譯譯碼碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一組第一組第二組第二組第三組第三組第四組第四組0000000000 Intel 2114 RAM 矩陣矩陣 (64 64) 寫寫第一組第一組第二組第二組第三組第三組第四組第四組150311647326348150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0163015行行地地址址譯譯碼碼列列地地址址譯譯碼碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS0000000000 Intel 2114 RAM 矩陣矩陣