計(jì)算機(jī)組成原理(第2版) - 復(fù)習(xí)

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3.1 總線的基本概念總線的基本概念3.2 總線的分類(lèi)總線的分類(lèi)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、總線上信息的傳送一、總線上信息的傳送串行串行并行并行二、總線的性能指標(biāo)二、總線的性能指標(biāo)三、總線判優(yōu)控制三、總線判優(yōu)控制四、總線通信控制四、總線通信控制本章主要知識(shí)點(diǎn)：本章主要知識(shí)點(diǎn)：二、總線的性能指標(biāo)二、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5.

2、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)三、總線判優(yōu)控制三、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鏈?zhǔn)讲樵?xún)鏈?zhǔn)讲樵?xún)計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢(xún)計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢(xún)獨(dú)立請(qǐng)求方式獨(dú)立請(qǐng)求方式2. 鏈?zhǔn)讲樵?xún)方式鏈?zhǔn)讲樵?xún)方式總總線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

3、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總線同意總線同意I/O接口接口1 對(duì)電路故障最敏感對(duì)電路故障最敏感 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(xún)方式計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢(xún)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

4、BR總線請(qǐng)求總線請(qǐng)求 響應(yīng)時(shí)間最快響應(yīng)時(shí)間最快四、總線通信控制四、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

5、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)有公共時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)同步同步、異步結(jié)合異步結(jié)合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、一、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器分類(lèi)分類(lèi)本章主要知識(shí)點(diǎn)：本章主要知識(shí)點(diǎn)： 二、存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)二、存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)三、主存的概述三、主存的概述 四、存儲(chǔ)器與四、存儲(chǔ)器與 CPU 的連接的連接 五、提高訪存速度的措施五、提高訪存速度的措施磁盤(pán)、磁帶、光盤(pán)磁盤(pán)、磁帶、光盤(pán) 高速緩沖存儲(chǔ)器（高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）Flash Memor

6、y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) RAM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(pán)磁盤(pán)光盤(pán)光盤(pán)磁帶磁帶光盤(pán)光盤(pán)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 輔存層次輔存層次緩存緩存主存主存輔存輔存主存主存10 ns20 ns200 nsms（速度）（速度）（容量）（容量） 高位字節(jié)高位字節(jié) 地址為字

7、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 為為24 根根按按 字節(jié)字節(jié) 尋址尋址字地址字地址字節(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452301420224 = 16 M按按 字字 尋址尋址224 /4= 4 M224 = 16 M按按 字節(jié)字節(jié) 尋址尋址按按 字字 尋址尋址224 /2= 8 M1. 主存中存儲(chǔ)單元地址的分配主存中存儲(chǔ)單元地址的分配三、主存的概述三、主存的概述(2) 存儲(chǔ)速度存儲(chǔ)速度(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

8、出時(shí)間 寫(xiě)入時(shí)間寫(xiě)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 讀周期讀周期 寫(xiě)周期寫(xiě)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2. 主存的技術(shù)指標(biāo)主存的技術(shù)指標(biāo) 3. 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) RAM 和靜態(tài)和靜態(tài) RAM 的比較的比較DRAMSRAM存儲(chǔ)原理存儲(chǔ)原理集成度集成度芯片引腳芯片引腳功耗功耗價(jià)格價(jià)格速度速度刷新刷新電容電容觸發(fā)器觸發(fā)器高高低低少少多多小小大大低低高高慢慢快快有有無(wú)無(wú)主存主存緩存緩存 4.只讀存儲(chǔ)器（只讀存儲(chǔ)器（ROM） 1. 掩模掩模 ROM ( MROM ) 2.

9、 PROM (一次性編程一次性編程) 3. EPROM (可擦除可編程可擦除可編程 ) 4. EEPROM (電可擦除可編程電可擦除可編程 ) 5. Flash Memory (閃速型存儲(chǔ)器閃速型存儲(chǔ)器) 四、存儲(chǔ)器與四、存儲(chǔ)器與 CPU 的連接的連接 1. 存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展 (1) 位擴(kuò)展位擴(kuò)展增加存儲(chǔ)字長(zhǎng)增加存儲(chǔ)字長(zhǎng) (2) 字?jǐn)U展字?jǐn)U展增加存儲(chǔ)字的數(shù)量，需要片選增加存儲(chǔ)字的數(shù)量，需要片選 2. 存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器與 CPU 的連接的連接 (1) 地址線的連接地址線的連接(2) 數(shù)據(jù)線的連接數(shù)據(jù)線的連接(3) 讀讀/寫(xiě)命令線的連接寫(xiě)命令線的連接(4) 片選線的連接片選線的連接(

10、5) 合理選擇存儲(chǔ)芯片合理選擇存儲(chǔ)芯片(6) 其他其他 時(shí)序、負(fù)載時(shí)序、負(fù)載五、提高訪存速度的措施五、提高訪存速度的措施 采用高速芯片采用高速芯片 多體并行多體并行 Cache 5.6 DMA方式方式5.5 程序中斷方式程序中斷方式5.4 程序查詢(xún)方式程序查詢(xún)方式5.3 I/O接口接口5.2 外部設(shè)備外部設(shè)備5.1 概述概述本章知識(shí)要點(diǎn)：本章知識(shí)要點(diǎn)：一、輸入輸出系統(tǒng)的組成一、輸入輸出系統(tǒng)的組成二、二、I/O 設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式三、三、I/O設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式四、接口的概述、組成和分類(lèi)四、接口的概述、組成和分類(lèi)五、程序查詢(xún)方式的流程、

11、接口電路五、程序查詢(xún)方式的流程、接口電路六、程序中斷方式的概述、接口電路和中斷處理六、程序中斷方式的概述、接口電路和中斷處理 七、七、DMA方式的概述、接口電路方式的概述、接口電路 一、輸入輸出系統(tǒng)的組成一、輸入輸出系統(tǒng)的組成1. I/O 軟件軟件(1) I/O 指令指令(2) 通道指令通道指令CPU 指令的一部分指令的一部分通道自身的指令通道自身的指令指出數(shù)組的首地址、傳送字?jǐn)?shù)、操作命令指出數(shù)組的首地址、傳送字?jǐn)?shù)、操作命令2. I/O 硬件硬件設(shè)備設(shè)備I/O 接口接口操作碼操作碼命令碼命令碼設(shè)備碼設(shè)備碼二、二、I/O 設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式1. I/O 設(shè)備編址方式設(shè)備編址

12、方式(1) 統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址(2) 不統(tǒng)一編址不統(tǒng)一編址用取數(shù)、存數(shù)指令用取數(shù)、存數(shù)指令有專(zhuān)門(mén)的有專(zhuān)門(mén)的 I/O 指令指令2. 設(shè)備選址設(shè)備選址用設(shè)備選擇電路識(shí)別是否被選中用設(shè)備選擇電路識(shí)別是否被選中3. 傳送方式傳送方式(1) 串行串行(2) 并行并行數(shù)據(jù)字?jǐn)?shù)據(jù)字命令字命令字命令字命令字0 1 1 0 1 0 0 0起始位起始位終止位終止位9.09 ms2 9.09 ms4. 聯(lián)絡(luò)方式聯(lián)絡(luò)方式(1) 立即響應(yīng)立即響應(yīng)(2) 異步工作采用應(yīng)答信號(hào)異步工作采用應(yīng)答信號(hào) “Ready”“Strobe”I/O 接接 口口I/O 設(shè)設(shè) 備備CPU(3) 同步工作采用同步時(shí)標(biāo)同步工作采用同步時(shí)標(biāo)并行并行

13、串行串行起始位起始位終止位終止位9.09 ms2 9.09 ms三、三、I/O設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式1. 程序查詢(xún)方式程序查詢(xún)方式CPU 和和 I/O 串行工作串行工作踏步等待踏步等待CPU讀讀I/O狀態(tài)狀態(tài)檢查狀態(tài)檢查狀態(tài)未準(zhǔn)備就緒未準(zhǔn)備就緒出錯(cuò)出錯(cuò)從從I/O接口中讀接口中讀 一個(gè)字到一個(gè)字到CPU從從CPU向主存向主存 寫(xiě)入一個(gè)字寫(xiě)入一個(gè)字CPU向向I/O發(fā)發(fā) 讀指令讀指令CPU讀讀I/O狀態(tài)狀態(tài)檢查狀態(tài)檢查狀態(tài) 完成否完成否未準(zhǔn)備就緒未準(zhǔn)備就緒現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序是是出錯(cuò)出錯(cuò)已準(zhǔn)備就緒已準(zhǔn)備就緒否否2. 程序中斷方式程序中斷方式I/O 工作工作CPU 不查詢(xún)

14、不查詢(xún)CPU 暫?，F(xiàn)行程序暫停現(xiàn)行程序自身準(zhǔn)備自身準(zhǔn)備與主機(jī)交換信息與主機(jī)交換信息CPU 和和 I/O 并行工作并行工作 啟動(dòng)啟動(dòng) I/O設(shè)備設(shè)備現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序 中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序KK+1沒(méi)有踏步等待現(xiàn)象沒(méi)有踏步等待現(xiàn)象中斷現(xiàn)行程序中斷現(xiàn)行程序3. DMA 方式方式主存和主存和 I/O 之間有一條直接數(shù)據(jù)通道之間有一條直接數(shù)據(jù)通道不中斷現(xiàn)行程序不中斷現(xiàn)行程序周期挪用（周期竊?。┲芷谂灿茫ㄖ芷诟`?。〤PU 和和 I/O 并行工作并行工作存取周期結(jié)束存取周期結(jié)束CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序DMA請(qǐng)求請(qǐng)求啟動(dòng)啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備I/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備一個(gè)存取周

15、期一個(gè)存取周期實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)I/O與主存之間的傳送與主存之間的傳送四、接口的概述、組成和分類(lèi)四、接口的概述、組成和分類(lèi)什么是接口，與端口的區(qū)別什么是接口，與端口的區(qū)別2. 接口的功能和組成接口的功能和組成功功能能組組成成選址功能選址功能傳送命令的功能傳送命令的功能傳送數(shù)據(jù)的功能傳送數(shù)據(jù)的功能反映設(shè)備狀態(tài)的功能反映設(shè)備狀態(tài)的功能設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路數(shù)據(jù)緩沖寄存器數(shù)據(jù)緩沖寄存器設(shè)備狀態(tài)標(biāo)記設(shè)備狀態(tài)標(biāo)記完成觸發(fā)器完成觸發(fā)器 D工作觸發(fā)器工作觸發(fā)器 B中斷請(qǐng)求觸發(fā)器中斷請(qǐng)求觸發(fā)器 INTR屏蔽觸發(fā)器屏蔽觸發(fā)器 MASK命令寄存器、命令譯碼器命令寄存器、命令譯碼器檢查狀態(tài)標(biāo)記檢查狀態(tài)標(biāo)記1 設(shè)備設(shè)備1 準(zhǔn)

16、備就緒？準(zhǔn)備就緒？檢查狀態(tài)標(biāo)記檢查狀態(tài)標(biāo)記N 設(shè)備設(shè)備N(xiāo)準(zhǔn)備就緒？準(zhǔn)備就緒？處理設(shè)備處理設(shè)備1是是否否否否處理設(shè)備處理設(shè)備N(xiāo)是是1. 查詢(xún)流程查詢(xún)流程檢查狀態(tài)標(biāo)記檢查狀態(tài)標(biāo)記交換數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒準(zhǔn)備就緒?是是否否單個(gè)設(shè)備單個(gè)設(shè)備多個(gè)設(shè)備多個(gè)設(shè)備測(cè)測(cè)試試指指令令轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移指指令令傳傳送送指指令令五、程序查詢(xún)方式的流程、接口電路五、程序查詢(xún)方式的流程、接口電路設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路DBRQQ&數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線準(zhǔn)備就緒準(zhǔn)備就緒啟動(dòng)命令啟動(dòng)命令地址線地址線SEL輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)啟動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)設(shè)備設(shè)備工作設(shè)備工作 結(jié)束結(jié)束DB10 10以輸入為例以輸入為例2. 程序查詢(xún)方式的接口電路程序查詢(xún)方式的

17、接口電路1. 中斷的概念中斷的概念KK+1QQ+1中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序1中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序2入口入口1入口入口2六、程序中斷方式的概述、接口電路和中斷處理六、程序中斷方式的概述、接口電路和中斷處理 2. 程序中斷方式的接口電路程序中斷方式的接口電路（1） 配置中斷請(qǐng)求觸發(fā)器和中斷屏蔽觸發(fā)器配置中斷請(qǐng)求觸發(fā)器和中斷屏蔽觸發(fā)器DQ&1INTR 中斷請(qǐng)求觸發(fā)器中斷請(qǐng)求觸發(fā)器INTR = 1 有請(qǐng)求有請(qǐng)求MASK 中斷屏蔽觸發(fā)器中斷屏蔽觸發(fā)器MASK = 1 被屏蔽被屏蔽來(lái)自來(lái)自 CPU 的的中斷查詢(xún)信號(hào)中斷查詢(xún)信號(hào)受設(shè)備本身控制受設(shè)備本身控制INTR D MASKQD 完成觸發(fā)器完

18、成觸發(fā)器中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求（2）中斷向量地址形成部件）中斷向量地址形成部件入口地址入口地址向量地址向量地址排隊(duì)器輸出排隊(duì)器輸出由軟件產(chǎn)生由軟件產(chǎn)生硬件向量法硬件向量法 顯示器服務(wù)程序顯示器服務(wù)程序 打印機(jī)服務(wù)程序打印機(jī)服務(wù)程序JMP 400JMP 300JMP 200主存主存12H13H14H200300向量地址向量地址入口地址入口地址入口地址入口地址中斷向量地址中斷向量地址 形成部件形成部件 設(shè)備設(shè)備編碼器編碼器1 0 0 0000100100 1 0 000010011詳見(jiàn)第八章詳見(jiàn)第八章由由 硬件硬件 產(chǎn)生產(chǎn)生 向量地址向量地址再由再由 向量地址向量地址 找到找到 入口地址入口地址設(shè)備選擇

19、電路設(shè)備選擇電路DBR DQ&數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線啟動(dòng)命令啟動(dòng)命令地址線地址線SEL輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)啟動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)設(shè)備設(shè)備工作設(shè)備工作 結(jié)束結(jié)束&1QQDINTR BQQMASK 設(shè)備編碼器設(shè)備編碼器排隊(duì)器排隊(duì)器中斷查詢(xún)中斷查詢(xún)來(lái)自高一級(jí)來(lái)自高一級(jí) 的排隊(duì)器的排隊(duì)器至低一級(jí)至低一級(jí)的排隊(duì)器的排隊(duì)器向量地址向量地址中斷響應(yīng)中斷響應(yīng) INTA中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求命令譯碼命令譯碼（3）程序中斷方式接口電路的基本組成）程序中斷方式接口電路的基本組成3. I/O 中斷處理過(guò)程中斷處理過(guò)程（1） CPU 響應(yīng)中斷的條件和時(shí)間響應(yīng)中斷的條件和時(shí)間 條件條件 時(shí)間時(shí)間允許中斷觸發(fā)器允許中斷觸發(fā)器 EINT

20、= 1用用 開(kāi)中斷開(kāi)中斷 指令將指令將 EINT 置置 “1”用用 關(guān)中斷關(guān)中斷 指令將指令將 EINT 置置“ 0” 或硬件或硬件 自動(dòng)復(fù)自動(dòng)復(fù)位位當(dāng)當(dāng) D = 1（隨機(jī)）且隨機(jī)）且 MASK = 0 時(shí)時(shí)在每條指令執(zhí)行階段的結(jié)束前在每條指令執(zhí)行階段的結(jié)束前CPU 發(fā)發(fā) 中斷查詢(xún)信號(hào)中斷查詢(xún)信號(hào)（將（將 INTR 置置“1”）設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路DBR DQ&數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線啟動(dòng)命令啟動(dòng)命令地址線地址線SEL輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)啟動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)設(shè)備設(shè)備工作設(shè)備工作 結(jié)束結(jié)束&1QQDINTR BQQ MASK設(shè)備編碼器設(shè)備編碼器排隊(duì)器排隊(duì)器中斷查詢(xún)中斷查詢(xún)來(lái)自高一級(jí)來(lái)自高一級(jí) 的排隊(duì)

21、器的排隊(duì)器至低一級(jí)至低一級(jí)的排隊(duì)器的排隊(duì)器向量地址向量地址中斷響應(yīng)中斷響應(yīng) INTA中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求命令譯碼命令譯碼（2） I/O 中斷處理過(guò)程中斷處理過(guò)程10&DBR設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路01以輸入為例以輸入為例七、七、DMA方式的概述、接口電路方式的概述、接口電路 1. DMA 與主存交換數(shù)據(jù)的三種方式與主存交換數(shù)據(jù)的三種方式(1) 停止停止 CPU 訪問(wèn)主存訪問(wèn)主存控制簡(jiǎn)單控制簡(jiǎn)單CPU 處于不工作狀態(tài)或保持狀態(tài)處于不工作狀態(tài)或保持狀態(tài)未充分發(fā)揮未充分發(fā)揮 CPU 對(duì)主存的利用率對(duì)主存的利用率主存工作時(shí)間主存工作時(shí)間CPU不執(zhí)行程序不執(zhí)行程序DMA不工作不工作DMA不工作不工作

22、DMA工作工作 CPU控制控制并使用主存并使用主存 DMA控制控制并使用主存并使用主存t(2) 周期挪用（或周期竊?。┲芷谂灿茫ɑ蛑芷诟`?。〥MA 訪問(wèn)主存有三種可能訪問(wèn)主存有三種可能 CPU 此時(shí)不訪存此時(shí)不訪存 CPU 正在訪存正在訪存 CPU 與與 DMA 同時(shí)請(qǐng)求訪存同時(shí)請(qǐng)求訪存此時(shí)此時(shí) CPU 將總線控制權(quán)讓給將總線控制權(quán)讓給 DMA主存工作時(shí)間主存工作時(shí)間 CPU控制控制并使用主存并使用主存 DMA控制控制并使用主存并使用主存t(3) DMA 與與 CPU 交替訪問(wèn)交替訪問(wèn)主存工作時(shí)間主存工作時(shí)間DMA控制控制并使用主存并使用主存CPU控制控制并使用主存并使用主存tCPU 工作周期

23、工作周期C1 專(zhuān)供專(zhuān)供 DMA 訪存訪存C2 專(zhuān)供專(zhuān)供 CPU 訪存訪存所有指令執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間所有指令執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間不需要不需要 申請(qǐng)建立和歸還申請(qǐng)建立和歸還 總線的使用權(quán)總線的使用權(quán)2. DMA 接口的功能和組成接口的功能和組成（1）DMA 接口功能接口功能(1) 向向 CPU 申請(qǐng)申請(qǐng) DMA 傳送傳送(2) 處理總線處理總線 控制權(quán)的轉(zhuǎn)交控制權(quán)的轉(zhuǎn)交(3) 管理管理 系統(tǒng)總線、系統(tǒng)總線、控制控制 數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送(4) 確定確定 數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)傳送的 首地址和長(zhǎng)度首地址和長(zhǎng)度(5) DMA 傳送結(jié)束時(shí)，傳送結(jié)束時(shí)，給出操作完成信號(hào)給出操作完成信號(hào)修正修正 傳送過(guò)程中的

24、數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中的數(shù)據(jù) 地址地址 和和 長(zhǎng)度長(zhǎng)度DMA接口接口主主存存CPU（2）DMA 接口組成接口組成DMA 控控 制制 邏邏 輯輯 中中 斷斷 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu)設(shè)備設(shè)備HLDAARWCDARHRQ中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線+1+1溢出信號(hào)溢出信號(hào)DREQDACKBR6.1 無(wú)符號(hào)數(shù)和有符號(hào)數(shù)無(wú)符號(hào)數(shù)和有符號(hào)數(shù)6.3 定點(diǎn)運(yùn)算定點(diǎn)運(yùn)算6.2 數(shù)的定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示數(shù)的定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示6.4 浮點(diǎn)四則運(yùn)算浮點(diǎn)四則運(yùn)算6.5 算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元本章知識(shí)要點(diǎn)：本章知識(shí)要點(diǎn)：一、四種機(jī)器數(shù)的表示方法一、四種機(jī)器數(shù)的表示方法二、數(shù)的定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示二、數(shù)的定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示三、定點(diǎn)運(yùn)

25、算三、定點(diǎn)運(yùn)算四、浮點(diǎn)四則運(yùn)算四、浮點(diǎn)四則運(yùn)算1. 原碼表示法原碼表示法帶符號(hào)的絕對(duì)值表示帶符號(hào)的絕對(duì)值表示(1) 定義定義整數(shù)整數(shù)x 為真值為真值n 為整數(shù)的位數(shù)為整數(shù)的位數(shù)如如x = +1110 x原原 = 0 , 1110 x原原 = 24 + 1110 = 1 , 1110 x = 1110 x原原 = 0，x 2n x 02n x 0 x 2n用用 逗號(hào)逗號(hào) 將符號(hào)位將符號(hào)位和數(shù)值部分隔開(kāi)和數(shù)值部分隔開(kāi)一、四種機(jī)器數(shù)的表示方法一、四種機(jī)器數(shù)的表示方法小數(shù)小數(shù)x 為真值為真值如如x = + 0.1101x原原 = 0 . 1101 x = 0.1101x原原 = 1 ( 0.1101)

26、 = 1 . 1101 x 1 x 0 x原原 = 1 x 0 x 1x = 0.1000000 x原原 = 1 ( 0.1000000) = 1 . 1000000 x = + 0.1000000 x原原 = 0 . 1000000用用 小數(shù)點(diǎn)小數(shù)點(diǎn) 將符號(hào)將符號(hào)位和數(shù)值部分隔開(kāi)位和數(shù)值部分隔開(kāi)用用 小數(shù)點(diǎn)小數(shù)點(diǎn) 將符號(hào)將符號(hào)位和數(shù)值部分隔開(kāi)位和數(shù)值部分隔開(kāi)(1) 補(bǔ)碼定義補(bǔ)碼定義整數(shù)整數(shù)x 為真值為真值n 為整數(shù)的位數(shù)為整數(shù)的位數(shù)x補(bǔ)補(bǔ) = 0，x 2n x 02n+1 + x 0 x 2n（mod 2n+1）如如x = +1010 x補(bǔ)補(bǔ) = 27+1 +( 1011000 )=x補(bǔ)補(bǔ)

27、= 0,1010 x = 10110001,0101000用用 逗號(hào)逗號(hào) 將符號(hào)位將符號(hào)位和數(shù)值部分隔開(kāi)和數(shù)值部分隔開(kāi)10110001000000002. 補(bǔ)碼表示法補(bǔ)碼表示法小數(shù)小數(shù)x 為真值為真值x = + 0.1110 x補(bǔ)補(bǔ) = x 1 x 02 + x 0 x 1（mod 2）如如x補(bǔ)補(bǔ) = 0.1110 x = 0.11000001.0100000 x補(bǔ)補(bǔ) = 2 + ( 0.1100000 )=用用 小數(shù)點(diǎn)小數(shù)點(diǎn) 將符號(hào)位將符號(hào)位和數(shù)值部分隔開(kāi)和數(shù)值部分隔開(kāi)0.110000010.0000000(2) 求補(bǔ)碼的快捷方式求補(bǔ)碼的快捷方式= 100000= 1,011010101 +

28、 1= 1,0110 又又x原原 = 1,1010則則x補(bǔ)補(bǔ) = 24+1 1010= 11111 + 1 1010= 1111110101010當(dāng)真值為當(dāng)真值為 負(fù)負(fù) 時(shí)，時(shí)，補(bǔ)碼補(bǔ)碼 可用可用 原碼除符號(hào)位外原碼除符號(hào)位外每位取反，末位加每位取反，末位加 1 求得求得+ 1設(shè)設(shè) x = 1010 時(shí)時(shí)3. 反碼表示法反碼表示法(1) 定義定義整數(shù)整數(shù)x反反 = 0，x 2n x 0( 2n+1 1) + x 0 x 2n（mod 2n+1 1）如如x = +1101x反反 = 0,1101 = 1,0010 x = 1101x反反 = (24+1 1) 1101 = 11111 1101用

29、用 逗號(hào)逗號(hào) 將符號(hào)位將符號(hào)位和數(shù)值部分隔開(kāi)和數(shù)值部分隔開(kāi)x 為真值為真值n 為整數(shù)的位數(shù)為整數(shù)的位數(shù)小數(shù)小數(shù)x = + 0.1101x反反 = 0.1101x = 0.1010 x反反 = (2 2-4) 0.1010= 1.1111 0.1010= 1.0101如如x反反 = x 1 x 0( 2 2-n) + x 0 x 1（mod 2 2-n）用用 小數(shù)點(diǎn)小數(shù)點(diǎn) 將符號(hào)位將符號(hào)位和數(shù)值部分隔開(kāi)和數(shù)值部分隔開(kāi)x 為真值為真值n 為小數(shù)的位數(shù)為小數(shù)的位數(shù)例例6.12 解：解：已知已知 y補(bǔ)補(bǔ) 求求 y補(bǔ)補(bǔ) y補(bǔ)補(bǔ) = 0. y1 y2 yny = 0. y1 y2 yny = 0. y1

30、y2 yn y補(bǔ)補(bǔ) = 1.y1 y2 yn + 2-n y補(bǔ)補(bǔ) = 1. y1 y2 yn y原原 = 1. y1 y2 yn + 2-n y = （0. y1 y2 yn + 2-n） y = 0. y1 y2 yn + 2-n y補(bǔ)補(bǔ) = 0. y1 y2 yn + 2-n設(shè)設(shè) y補(bǔ)補(bǔ) = y0. y1 y2 yn每位取反，每位取反，即得即得 y補(bǔ)補(bǔ)y補(bǔ)補(bǔ)連同符號(hào)位在內(nèi)，連同符號(hào)位在內(nèi)，末位加末位加 1每位取反，每位取反，即得即得 y補(bǔ)補(bǔ)y補(bǔ)補(bǔ)連同符號(hào)位在內(nèi)，連同符號(hào)位在內(nèi)，末位加末位加 1三種機(jī)器數(shù)的小結(jié)三種機(jī)器數(shù)的小結(jié) 對(duì)于對(duì)于正數(shù)正數(shù)，原碼原碼 = 補(bǔ)碼補(bǔ)碼 = 反碼反碼 對(duì)于對(duì)于

31、負(fù)數(shù)負(fù)數(shù) ，符號(hào)位為符號(hào)位為 1，其其 數(shù)值部分?jǐn)?shù)值部分原碼除符號(hào)位外每位取反末位加原碼除符號(hào)位外每位取反末位加 1 補(bǔ)碼補(bǔ)碼原碼除符號(hào)位外每位取反原碼除符號(hào)位外每位取反 反碼反碼 最高位最高位為為符號(hào)位符號(hào)位，書(shū)寫(xiě)上用，書(shū)寫(xiě)上用“,”（整數(shù)）（整數(shù)）或或“.”（小數(shù)）將數(shù)值部分和符號(hào)位隔開(kāi)（小數(shù)）將數(shù)值部分和符號(hào)位隔開(kāi)4. 移碼表示法移碼表示法補(bǔ)碼表示很難直接判斷其真值大小補(bǔ)碼表示很難直接判斷其真值大小(1) 移碼移碼定義定義x 為真值，為真值，n 為為 整數(shù)的位數(shù)整數(shù)的位數(shù)移碼在數(shù)軸上的表示移碼在數(shù)軸上的表示x移碼移碼2n+112n2n 12n00真值真值如如x = 10100 x移移 =

32、 25 + 10100用用 逗號(hào)逗號(hào) 將符號(hào)位將符號(hào)位和數(shù)值部分隔開(kāi)和數(shù)值部分隔開(kāi)x = 10100 x移移 = 25 10100 x移移 = 2n + x（2nx 2n）= 1,10100= 0,01100(2) 移碼和補(bǔ)碼的比較移碼和補(bǔ)碼的比較補(bǔ)碼與移碼只差一個(gè)符號(hào)位補(bǔ)碼與移碼只差一個(gè)符號(hào)位(3) 移碼的特點(diǎn)移碼的特點(diǎn) +0移移 = 0移移最小真值的移碼為全最小真值的移碼為全 0用移碼表示浮點(diǎn)數(shù)的階碼用移碼表示浮點(diǎn)數(shù)的階碼能方便地判斷浮點(diǎn)數(shù)的階碼大小能方便地判斷浮點(diǎn)數(shù)的階碼大小小數(shù)點(diǎn)按約定方式標(biāo)出小數(shù)點(diǎn)按約定方式標(biāo)出1. 定點(diǎn)表示定點(diǎn)表示Sf S1S2 Sn數(shù)符數(shù)符數(shù)值部分?jǐn)?shù)值部分小數(shù)點(diǎn)位

33、置小數(shù)點(diǎn)位置Sf S1S2 Sn數(shù)符數(shù)符數(shù)值部分?jǐn)?shù)值部分小數(shù)點(diǎn)位置小數(shù)點(diǎn)位置或或定點(diǎn)機(jī)定點(diǎn)機(jī)小數(shù)定點(diǎn)機(jī)小數(shù)定點(diǎn)機(jī)整數(shù)定點(diǎn)機(jī)整數(shù)定點(diǎn)機(jī)原碼原碼補(bǔ)碼補(bǔ)碼反碼反碼(1 2-n) +(1 2-n)(2n 1) +( 2n 1) 1 +(1 2-n) 2n +( 2n 1)(1 2-n) +(1 2-n)(2n 1) +( 2n 1)二、數(shù)的定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示二、數(shù)的定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示2. 浮點(diǎn)表示浮點(diǎn)表示N = Srj浮點(diǎn)數(shù)的一般形式浮點(diǎn)數(shù)的一般形式S 尾數(shù)尾數(shù)j 階碼階碼r 基數(shù)（基值）基數(shù)（基值）計(jì)算機(jī)中計(jì)算機(jī)中 r 取取 2、4、8、16 等等計(jì)算機(jī)中計(jì)算機(jī)中 S 小數(shù)、可正可負(fù)小數(shù)、可正可負(fù)j

34、 整數(shù)、可正可負(fù)整數(shù)、可正可負(fù)浮點(diǎn)數(shù)的表示形式浮點(diǎn)數(shù)的表示形式Sf 代表浮點(diǎn)數(shù)的符號(hào)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)的表示范圍其位數(shù)反映浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍jf 和和 m 共同表示小數(shù)點(diǎn)的實(shí)際位置共同表示小數(shù)點(diǎn)的實(shí)際位置jf j1 j2 jm Sf S1 S2 Sn j 階碼階碼S 尾數(shù)尾數(shù)階符階符數(shù)符數(shù)符階碼的階碼的數(shù)值部分?jǐn)?shù)值部分尾數(shù)的數(shù)值部分尾數(shù)的數(shù)值部分小數(shù)點(diǎn)位置小數(shù)點(diǎn)位置練習(xí)練習(xí) 設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)為設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)為 24 位，欲表示位，欲表示3萬(wàn)的十進(jìn)制數(shù)，萬(wàn)的十進(jìn)制數(shù)，試問(wèn)在保證數(shù)的最大精度的前提下，除階符、數(shù)符各試問(wèn)在保證數(shù)的最大精度的前

35、提下，除階符、數(shù)符各 取取1 位外，階碼、尾數(shù)各取幾位？位外，階碼、尾數(shù)各取幾位？滿足滿足 最大精度最大精度 可取可取 m = 4，n = 18解：解：m = 4，5，6，15 位二進(jìn)制數(shù)可反映位二進(jìn)制數(shù)可反映 3 萬(wàn)之間的十進(jìn)制數(shù)萬(wàn)之間的十進(jìn)制數(shù) 215 = 32768214 = 16384215 0. 15位位 浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化形式浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化形式r = 2尾數(shù)最高位為尾數(shù)最高位為 1r = 4尾數(shù)最高尾數(shù)最高 2 位不全為位不全為 0r = 8尾數(shù)最高尾數(shù)最高 3 位不全為位不全為 0浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化r = 2左規(guī)左規(guī) 尾數(shù)左移尾數(shù)左移 1 位，階碼減位，階碼減 1右規(guī)右規(guī)

36、尾數(shù)右移尾數(shù)右移 1 位，階碼加位，階碼加 1r = 4左規(guī)左規(guī) 尾數(shù)左移尾數(shù)左移 2 位，階碼減位，階碼減 1右規(guī)右規(guī) 尾數(shù)右移尾數(shù)右移 2 位，階碼加位，階碼加 1r = 8左規(guī)左規(guī) 尾數(shù)左移尾數(shù)左移 3 位，階碼減位，階碼減 1右規(guī)右規(guī) 尾數(shù)右移尾數(shù)右移 3 位，階碼加位，階碼加 1基數(shù)基數(shù) r 越大，可表示的浮點(diǎn)數(shù)的范圍越大越大，可表示的浮點(diǎn)數(shù)的范圍越大基數(shù)不同，浮點(diǎn)數(shù)的基數(shù)不同，浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化形式不同規(guī)格化形式不同基數(shù)基數(shù) r 越大，浮點(diǎn)數(shù)的精度降低越大，浮點(diǎn)數(shù)的精度降低 三、定點(diǎn)運(yùn)算三、定點(diǎn)運(yùn)算1. 移位的意義移位的意義在計(jì)算機(jī)中，在計(jì)算機(jī)中，移位與加減配合，能夠?qū)崿F(xiàn)乘除運(yùn)算移位與

37、加減配合，能夠?qū)崿F(xiàn)乘除運(yùn)算2. 算術(shù)移位規(guī)則算術(shù)移位規(guī)則1右移右移 添添 1左移左移 添添 00反反 碼碼補(bǔ)補(bǔ) 碼碼原原 碼碼負(fù)數(shù)負(fù)數(shù)0原碼、補(bǔ)碼、反碼原碼、補(bǔ)碼、反碼正數(shù)正數(shù)符號(hào)位不變符號(hào)位不變添補(bǔ)代碼添補(bǔ)代碼碼碼 制制真值真值算術(shù)移位算術(shù)移位:有符號(hào)數(shù)的移位有符號(hào)數(shù)的移位邏輯移位邏輯移位:無(wú)符號(hào)數(shù)的移位無(wú)符號(hào)數(shù)的移位3. 加減法運(yùn)算加減法運(yùn)算補(bǔ)碼加減運(yùn)算公式補(bǔ)碼加減運(yùn)算公式(1) 加法加法 (2) 減法減法 整數(shù)整數(shù) A補(bǔ)補(bǔ) + B補(bǔ)補(bǔ)= A+B補(bǔ)補(bǔ)（mod 2n+1）小數(shù)小數(shù) A補(bǔ)補(bǔ) + B補(bǔ)補(bǔ)= A+B補(bǔ)補(bǔ)（mod 2）AB = A+(B )整數(shù)整數(shù) A B補(bǔ)補(bǔ)= A+(B )補(bǔ)補(bǔ)=

38、A補(bǔ)補(bǔ) + B補(bǔ)補(bǔ)(mod 2n+1)小數(shù)小數(shù) A B補(bǔ)補(bǔ)= A+(B )補(bǔ)補(bǔ)(mod 2)連同符號(hào)位一起相加，符號(hào)位產(chǎn)生的進(jìn)位自然丟掉連同符號(hào)位一起相加，符號(hào)位產(chǎn)生的進(jìn)位自然丟掉= A補(bǔ)補(bǔ) + B補(bǔ)補(bǔ) 舉例舉例解：解：A補(bǔ)補(bǔ)B補(bǔ)補(bǔ)A補(bǔ)補(bǔ) + B補(bǔ)補(bǔ)+= 0 . 1 0 1 1= 1 . 1 0 1 1= 1 0 . 0 1 1 0 = A + B補(bǔ)補(bǔ)驗(yàn)證驗(yàn)證例例 6.18設(shè)設(shè) A = 0.1011，B = 0.0101求求 A + B補(bǔ)補(bǔ)0.1011 0.01010.0110 A + B = 0 . 0 1 1 0A補(bǔ)補(bǔ)B補(bǔ)補(bǔ)A補(bǔ)補(bǔ) + B補(bǔ)補(bǔ)+= 1 , 0 1 1 1= 1 , 1 0

39、1 1= 1 1 , 0 0 1 0= A + B補(bǔ)補(bǔ)驗(yàn)證驗(yàn)證 1001 1110 0101+例例 6.19設(shè)設(shè) A = 9，B = 5 求求 A+B補(bǔ)補(bǔ)解：解： A + B = 11104. 乘法運(yùn)算（豎式）乘法運(yùn)算（豎式）0 . 0 0 0 00 . 1 1 0 10 . 1 1 0 10 . 1 1 0 10 . 0 0 0 00 . 1 1 0 1初態(tài)，部分積初態(tài)，部分積 = 0乘數(shù)為乘數(shù)為 1，加被乘數(shù)，加被乘數(shù)乘數(shù)為乘數(shù)為 1，加被乘數(shù)，加被乘數(shù)乘數(shù)為乘數(shù)為 0，加，加 01 . 0 0 1 110 . 1 0 0 11 11 . 0 0 0 11 1 1乘數(shù)為乘數(shù)為 1，加，加

40、被乘數(shù)被乘數(shù)0 . 1 0 0 01 1 1 11，得結(jié)果，得結(jié)果1 0 1 1=0 . 0 1 1 01，形成新的部分積，形成新的部分積1 1 0 1=0 . 1 0 0 11，形成新的部分積，形成新的部分積1 1 1 0=0 . 0 1 0 01，形成新的部分積，形成新的部分積1 1 1 1= 部部 分分 積積 乘乘 數(shù)數(shù) 說(shuō)說(shuō) 明明小結(jié)小結(jié) 被乘數(shù)只與部分積的高位相加被乘數(shù)只與部分積的高位相加 由乘數(shù)的末位決定被乘數(shù)是否與原部分積相加，由乘數(shù)的末位決定被乘數(shù)是否與原部分積相加， 然后然后 1 位形成新的部分積位形成新的部分積，同時(shí)，同時(shí) 乘數(shù)乘數(shù) 1位位（末位移丟），空出高位存放部分積的

41、低位。（末位移丟），空出高位存放部分積的低位。硬件硬件3個(gè)寄存器，具有移位功能個(gè)寄存器，具有移位功能1個(gè)全加器個(gè)全加器 乘法乘法 運(yùn)算可用運(yùn)算可用 加和移位實(shí)現(xiàn)加和移位實(shí)現(xiàn)n = 4，加加 4 次次，移移 4 次次5. 原碼乘法原碼乘法(1) 原碼一位乘運(yùn)算規(guī)則原碼一位乘運(yùn)算規(guī)則以小數(shù)為例以小數(shù)為例設(shè)設(shè)x原原 = x0. x1x2 xn y原原 = y0. y1y2 yn= (x0 y0). x*y*x y原原 = (x0 y0).(0. x1x2 xn)(0.y1y2 yn)式中式中 x*= 0. x1x2 xn 為為 x 的絕對(duì)值的絕對(duì)值 y*= 0. y1y2 yn 為為 y 的絕對(duì)值的

42、絕對(duì)值 乘積的符號(hào)位單獨(dú)處理乘積的符號(hào)位單獨(dú)處理 x0 y0數(shù)值部分為絕對(duì)值相乘數(shù)值部分為絕對(duì)值相乘 x* y*(2) 原碼一位乘遞推公式原碼一位乘遞推公式x* y* = x*(0.y1y2 yn)= x*(y12-1+y22-2+ + yn2-n)= 2-1(y1x*+2-1(y2x*+ 2-1(ynx* + 0) ) z1znz0 = 0z1 = 2-1(ynx*+z0)z2 = 2-1(yn-1x*+z1)zn = 2-1(y1x*+zn-1)z0例例6.21已知已知 x = 0.1110 y = 0.1101 求求x y原原解：解：數(shù)值部分的運(yùn)算數(shù)值部分的運(yùn)算0 . 0 0 0 00

43、. 1 1 1 00 . 1 1 1 00 . 0 0 0 00 . 1 1 1 00 . 1 1 1 0部分積部分積 初態(tài)初態(tài) z0 = 0 部部 分分 積積 乘乘 數(shù)數(shù) 說(shuō)說(shuō) 明明0 . 0 1 1 101 . 0 0 0 11 01 . 0 1 1 01 1 00 . 1 0 1 10 1 1 01，得得 z4邏輯右移邏輯右移1 1 0 1=0 . 0 1 1 11，得得 z10 1 1 0=0 . 0 0 1 11，得得 z21 0 1 1=0 . 1 0 0 01，得得 z31 1 0 1=邏輯右移邏輯右移邏輯右移邏輯右移邏輯右移邏輯右移+ + + + + x*+ 0+ x*+ x*

44、 數(shù)值部分按絕對(duì)值相乘數(shù)值部分按絕對(duì)值相乘 乘積的符號(hào)位乘積的符號(hào)位 x0 y0 = 1 0 = 1x* y* = 0. 1 0 1 1 0 1 1 0則則 x y原原 = 1. 1 0 1 1 0 1 1 0特點(diǎn)特點(diǎn)絕對(duì)值運(yùn)算絕對(duì)值運(yùn)算邏輯移位邏輯移位例例6.21 結(jié)果結(jié)果用移位的次數(shù)判斷乘法是否結(jié)束用移位的次數(shù)判斷乘法是否結(jié)束6. 補(bǔ)碼乘法補(bǔ)碼乘法設(shè)設(shè) 被乘數(shù)被乘數(shù)乘數(shù)乘數(shù)x補(bǔ)補(bǔ) = x0. x1x2 xny補(bǔ)補(bǔ) = y0. y1y2 yn 被乘數(shù)任意，乘數(shù)為正被乘數(shù)任意，乘數(shù)為正同原碼乘同原碼乘但但 加加 和和 移位移位 按按 補(bǔ)碼規(guī)則補(bǔ)碼規(guī)則 運(yùn)算運(yùn)算乘積的符號(hào)自然形成乘積的符號(hào)自然形

45、成 被乘數(shù)任意，乘數(shù)為負(fù)被乘數(shù)任意，乘數(shù)為負(fù)乘數(shù)乘數(shù)y補(bǔ)補(bǔ)，去掉符號(hào)位去掉符號(hào)位，操作同，操作同 最后最后 加加x補(bǔ)補(bǔ)，校正項(xiàng)校正項(xiàng)(1) 補(bǔ)碼一位乘運(yùn)算規(guī)則補(bǔ)碼一位乘運(yùn)算規(guī)則以小數(shù)為例以小數(shù)為例乘法小結(jié)乘法小結(jié) 原碼乘原碼乘 符號(hào)位符號(hào)位 單獨(dú)處理單獨(dú)處理 補(bǔ)碼乘補(bǔ)碼乘 符號(hào)位符號(hào)位 自然形成自然形成 原碼乘去掉符號(hào)位運(yùn)算原碼乘去掉符號(hào)位運(yùn)算 即為無(wú)符號(hào)數(shù)乘法即為無(wú)符號(hào)數(shù)乘法 不同的乘法運(yùn)算需有不同的硬件支持不同的乘法運(yùn)算需有不同的硬件支持 整數(shù)乘法與小數(shù)乘法完全相同整數(shù)乘法與小數(shù)乘法完全相同 可用可用 逗號(hào)逗號(hào) 代替小數(shù)點(diǎn)代替小數(shù)點(diǎn)四、浮點(diǎn)四則運(yùn)算四、浮點(diǎn)四則運(yùn)算x = Sx 2jxy =

46、 Sy 2jy1. 對(duì)階對(duì)階(1) 求階差求階差(2) 對(duì)階原則對(duì)階原則j = jx jy = jx= jy 已對(duì)齊已對(duì)齊jx jy jx jy x 向向 y 看齊看齊y 向向 x 看齊看齊x 向向 y 看齊看齊y 向向 x 看齊看齊小階向大階看齊小階向大階看齊Sx 1, Sy 1, Sx 1, Sy 1, = 0 0 0 jx1jy+1 jx+1jy11. 浮點(diǎn)加減運(yùn)算浮點(diǎn)加減運(yùn)算例如例如 x = 0.1101 201 y = (0.1010) 211求求 x + y解：解：x補(bǔ)補(bǔ) = 00, 01; 00.1101 y補(bǔ)補(bǔ) = 00, 11; 11.0110 1. 對(duì)階對(duì)階j補(bǔ)補(bǔ) = jx

47、補(bǔ)補(bǔ) jy補(bǔ)補(bǔ)= 00, 0111, 0111, 10階差為負(fù)（階差為負(fù)（ 2）Sx補(bǔ)補(bǔ) = 00.0011 Sy補(bǔ)補(bǔ)= 11.011011.1001 Sx 2 jx+ 2 x+y補(bǔ)補(bǔ) = 00, 11; 11. 1001 對(duì)階對(duì)階x補(bǔ)補(bǔ) = 00, 11; 00.0011+對(duì)階后的對(duì)階后的Sx補(bǔ)補(bǔ) 求階差求階差2. 尾數(shù)求和尾數(shù)求和3. 規(guī)格化規(guī)格化(1) 規(guī)格化數(shù)的定義規(guī)格化數(shù)的定義(2) 規(guī)格化數(shù)的判斷規(guī)格化數(shù)的判斷r = 2 |S| 1 12S0真值真值原碼原碼補(bǔ)碼補(bǔ)碼反碼反碼規(guī)格化形式規(guī)格化形式S 0規(guī)格化形式規(guī)格化形式真值真值原碼原碼補(bǔ)碼補(bǔ)碼反碼反碼0.1 0.1 0.1 0.1

48、原碼原碼 不論正數(shù)不論正數(shù)、負(fù)數(shù)負(fù)數(shù)，第一數(shù)位為第一數(shù)位為1補(bǔ)碼補(bǔ)碼 符號(hào)位和第符號(hào)位和第 一數(shù)位不同一數(shù)位不同 0.1 1.1 1.0 1.0 右規(guī)右規(guī)x +y補(bǔ)補(bǔ) = 00, 010; 01. 001010 x +y補(bǔ)補(bǔ) = 00, 011; 00. 100101右規(guī)后右規(guī)后 x +y = 0. 100101 2114. 舍入舍入在在 對(duì)階對(duì)階 和和 右規(guī)右規(guī) 過(guò)程中，可能出現(xiàn)過(guò)程中，可能出現(xiàn) 尾數(shù)末位丟失尾數(shù)末位丟失引起誤差，需考慮舍入引起誤差，需考慮舍入(1) 0 舍舍 1 入法入法 (2) 恒置恒置 “1” 法法7.1 機(jī)器指令機(jī)器指令 7.2 操作數(shù)類(lèi)型和操作類(lèi)型操作數(shù)類(lèi)型和操作類(lèi)

49、型 7.3 尋址方式尋址方式 7.4 指令格式舉例指令格式舉例 7.5 RISC 技術(shù)技術(shù) 一、機(jī)器指令一、機(jī)器指令本章知識(shí)要點(diǎn)：本章知識(shí)要點(diǎn)：二、尋址方式二、尋址方式 三、三、RISC 1. 指令的一般格式指令的一般格式 操作碼字段操作碼字段 地址碼字段地址碼字段一、機(jī)器指令一、機(jī)器指令2. 指令字長(zhǎng)指令字長(zhǎng)指令字長(zhǎng)決定于指令字長(zhǎng)決定于操作碼的長(zhǎng)度操作碼的長(zhǎng)度指令字長(zhǎng)指令字長(zhǎng) = 存儲(chǔ)字長(zhǎng)存儲(chǔ)字長(zhǎng)2. 指令字長(zhǎng)指令字長(zhǎng) 可變可變操作數(shù)地址的長(zhǎng)度操作數(shù)地址的長(zhǎng)度操作數(shù)地址的個(gè)數(shù)操作數(shù)地址的個(gè)數(shù)1. 指令字長(zhǎng)指令字長(zhǎng) 固定固定按字節(jié)的倍數(shù)變化按字節(jié)的倍數(shù)變化3.小結(jié)小結(jié) 當(dāng)用一些硬件資源代替指令

50、字中的地址碼字段后當(dāng)用一些硬件資源代替指令字中的地址碼字段后 當(dāng)指令的地址字段為寄存器時(shí)當(dāng)指令的地址字段為寄存器時(shí) 可擴(kuò)大指令操作數(shù)的尋址范圍可擴(kuò)大指令操作數(shù)的尋址范圍 可縮短指令字長(zhǎng)可縮短指令字長(zhǎng) 可減少訪存次數(shù)可減少訪存次數(shù) 三地址三地址 OP R1, R2, R3 二地址二地址 OP R1, R2 一地址一地址 OP R1 指令執(zhí)行階段不訪存指令執(zhí)行階段不訪存 可縮短指令字長(zhǎng)可縮短指令字長(zhǎng)二、尋址方式二、尋址方式 確定確定 本條指令本條指令 的的 操作數(shù)地址操作數(shù)地址下一條下一條 欲執(zhí)行欲執(zhí)行 指令指令 的的 指令地址指令地址指令尋址指令尋址數(shù)據(jù)尋址數(shù)據(jù)尋址尋址方式尋址方式指令尋址指令尋

51、址順序順序( PC ) + 1 PC跳躍跳躍由轉(zhuǎn)移指令指出由轉(zhuǎn)移指令指出LDA 1000ADD 1001DEC 1200JMP 7LDA 2000SUB 2001INCSTA 2500LDA 1100.0123456789PC+1指令地址尋址方式指令地址尋址方式指令地址指令地址指令指令順序?qū)ぶ讽樞驅(qū)ぶ?順序?qū)ぶ讽樞驅(qū)ぶ?順序?qū)ぶ讽樞驅(qū)ぶ?跳躍尋址跳躍尋址7順序?qū)ぶ讽樞驅(qū)ぶ?數(shù)據(jù)尋址數(shù)據(jù)尋址 形式地址形式地址 指令字中的地址指令字中的地址 有效地址有效地址 操作數(shù)的真實(shí)地址操作數(shù)的真實(shí)地址 約定約定 指令字長(zhǎng)指令字長(zhǎng) = 存儲(chǔ)字長(zhǎng)存儲(chǔ)字長(zhǎng) = 機(jī)器字長(zhǎng)機(jī)器字長(zhǎng)1. 立即尋址立即尋址 指令執(zhí)行階段

52、不訪存指令執(zhí)行階段不訪存 A 的位數(shù)限制了立即數(shù)的范圍的位數(shù)限制了立即數(shù)的范圍形式地址形式地址 A操作碼操作碼尋址特征尋址特征OP # A立即尋址特征立即尋址特征立即數(shù)立即數(shù) 可正可負(fù)可正可負(fù) 補(bǔ)碼補(bǔ)碼形式地址形式地址 A 就是操作數(shù)就是操作數(shù)2. 直接尋址直接尋址EA = A操作數(shù)操作數(shù)主存主存尋址特征尋址特征LDAAAACC 執(zhí)行階段訪問(wèn)一次存儲(chǔ)器執(zhí)行階段訪問(wèn)一次存儲(chǔ)器 A 的位數(shù)決定了該指令操作數(shù)的尋址范圍的位數(shù)決定了該指令操作數(shù)的尋址范圍 操作數(shù)的地址不易修改（必須修改操作數(shù)的地址不易修改（必須修改A）有效地址由形式地址直接給出有效地址由形式地址直接給出3. 隱含尋址隱含尋址操作數(shù)地址

53、隱含在操作碼中操作數(shù)地址隱含在操作碼中ADDA操作數(shù)操作數(shù)主存主存尋址特征尋址特征AACC暫存暫存ALU另一個(gè)操作數(shù)另一個(gè)操作數(shù)隱含在隱含在 ACC 中中如如 8086MUL 指令指令被乘數(shù)隱含在被乘數(shù)隱含在 AX（16位）或位）或 AL（8位）中位）中MOVS 指令指令源操作數(shù)的地址隱含在源操作數(shù)的地址隱含在 SI 中中目的操作數(shù)的地址隱含在目的操作數(shù)的地址隱含在 DI 中中 指令字中少了一個(gè)地址字段，可縮短指令字長(zhǎng)指令字中少了一個(gè)地址字段，可縮短指令字長(zhǎng)4. 間接尋址間接尋址EA =（A） 有效地址由形式地址間接提供有效地址由形式地址間接提供OPA尋址特征尋址特征AEA主存主存EAA1EA

54、 A1主存主存 EA10 執(zhí)行指令階段執(zhí)行指令階段 2 次訪存次訪存 可擴(kuò)大尋址范圍可擴(kuò)大尋址范圍 便于編制程序便于編制程序OPA尋址特征尋址特征A一次間址一次間址多次間址多次間址操作數(shù)操作數(shù)操作數(shù)操作數(shù)多次訪存多次訪存5. 寄存器尋址寄存器尋址EA = Ri 執(zhí)行階段不訪存，只訪問(wèn)寄存器，執(zhí)行速度快執(zhí)行階段不訪存，只訪問(wèn)寄存器，執(zhí)行速度快OPRi尋址特征尋址特征 寄存器個(gè)數(shù)有限，可縮短指令字長(zhǎng)寄存器個(gè)數(shù)有限，可縮短指令字長(zhǎng)操作數(shù)操作數(shù)R0RiRn寄存器寄存器有效地址即為寄存器編號(hào)有效地址即為寄存器編號(hào)EA = ( Ri )6. 寄存器間接尋址寄存器間接尋址 有效地址在寄存器中，有效地址在寄存

55、器中， 操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，執(zhí)行階段訪存操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，執(zhí)行階段訪存操作數(shù)操作數(shù)主存主存OPRi尋址特征尋址特征 便于編制循環(huán)程序便于編制循環(huán)程序地址地址R0RiRn寄存器寄存器有效地址在寄存器中有效地址在寄存器中7. 基址尋址基址尋址(1) 采用專(zhuān)用寄存器作基址寄存器采用專(zhuān)用寄存器作基址寄存器EA = ( BR ) + ABR 為基址寄存器為基址寄存器OPA操作數(shù)操作數(shù)主存主存尋址特征尋址特征ALUBR 可擴(kuò)大尋址范圍可擴(kuò)大尋址范圍 有利于多道程序有利于多道程序 BR 內(nèi)容由操作系統(tǒng)或管理程序確定內(nèi)容由操作系統(tǒng)或管理程序確定 在程序的執(zhí)行過(guò)程中在程序的執(zhí)行過(guò)程中 BR 內(nèi)容不變，形式地址內(nèi)容

56、不變，形式地址 A 可變可變(2) 采用通用寄存器作基址寄存器采用通用寄存器作基址寄存器操作數(shù)操作數(shù)主存主存尋址特征尋址特征ALUOPR0AR0 作基址寄存器作基址寄存器 由用戶(hù)指定哪個(gè)通用寄存器作為基址寄存器由用戶(hù)指定哪個(gè)通用寄存器作為基址寄存器通用寄存器通用寄存器R0Rn-1R1 基址寄存器的內(nèi)容由操作系統(tǒng)確定基址寄存器的內(nèi)容由操作系統(tǒng)確定 在程序的執(zhí)行過(guò)程中在程序的執(zhí)行過(guò)程中 R0 內(nèi)容不變，形式地址內(nèi)容不變，形式地址 A 可變可變8. 變址尋址變址尋址EA = ( IX ) +AOPA操作數(shù)操作數(shù)主存主存尋址特征尋址特征ALUIX 可擴(kuò)大尋址范圍可擴(kuò)大尋址范圍 便于處理數(shù)組問(wèn)題便于處理

57、數(shù)組問(wèn)題 IX 的內(nèi)容由用戶(hù)給定的內(nèi)容由用戶(hù)給定 IX 為變址寄存器（專(zhuān)用）為變址寄存器（專(zhuān)用） 在程序的執(zhí)行過(guò)程中在程序的執(zhí)行過(guò)程中 IX 內(nèi)容可變，形式地址內(nèi)容可變，形式地址 A 不變不變通用寄存器也可以作為變址寄存器通用寄存器也可以作為變址寄存器例例 設(shè)數(shù)據(jù)塊首地址為設(shè)數(shù)據(jù)塊首地址為 D，求求 N 個(gè)數(shù)的平均值個(gè)數(shù)的平均值直接尋址直接尋址變址尋址變址尋址LDA DADD D + 1ADD D + 2ADD D + ( N -1 )DIV # NSTA ANSLDA # 0LDX # 0INXCPX # NBNE MDIV # NSTA ANS共共 N + 2 條指令條指令共共 8 條指令

58、條指令A(yù)DD X, DMX 為變址寄存器為變址寄存器D 為形式地址為形式地址(X) 和和 #N 比較比較(X) +1 X結(jié)果不為零則轉(zhuǎn)結(jié)果不為零則轉(zhuǎn)9. 相對(duì)尋址相對(duì)尋址 EA = ( PC ) + AA 是相對(duì)于當(dāng)前指令的位移量（可正可負(fù)，補(bǔ)碼）是相對(duì)于當(dāng)前指令的位移量（可正可負(fù)，補(bǔ)碼） A 的位數(shù)決定操作數(shù)的尋址范圍的位數(shù)決定操作數(shù)的尋址范圍 程序浮動(dòng)程序浮動(dòng) 廣泛用于轉(zhuǎn)移指令廣泛用于轉(zhuǎn)移指令操作數(shù)操作數(shù)尋址特征尋址特征ALUOPA相對(duì)距離相對(duì)距離 A1000PC 主存主存1000AOP (1) 相對(duì)尋址舉例相對(duì)尋址舉例M 隨程序所在存儲(chǔ)空間的位置不同而不同隨程序所在存儲(chǔ)空間的位置不同而不

59、同EA = ( M+3 ) 3 = M 3*LDA # 0LDX # 0ADD X, DINXCPX # NBNE MDIV # NSTA ANSMM+1M+2M+3而指令而指令 BNE 與與 指令指令 ADD X, D 相對(duì)位移量不變相對(duì)位移量不變 3* 指令指令 BNE操作數(shù)的有效地址為操作數(shù)的有效地址為 3* 相對(duì)尋址特征相對(duì)尋址特征*10. 堆棧尋址堆棧尋址(1) 堆棧的特點(diǎn)堆棧的特點(diǎn)堆棧堆棧硬堆棧硬堆棧軟堆棧軟堆棧多個(gè)寄存器多個(gè)寄存器指定的存儲(chǔ)空間指定的存儲(chǔ)空間先進(jìn)后出先進(jìn)后出（一個(gè)入出口）（一個(gè)入出口） 棧頂?shù)刂窏ｍ數(shù)刂?由由 SP 指出指出 11FFFH +12000 H進(jìn)棧進(jìn)棧

60、 （SP） 1 SP出棧出棧 （SP）+ 1 SP棧頂棧頂棧底棧底2000 HSP2000 H1FFF HSP1FFFH棧頂棧頂棧底棧底進(jìn)棧進(jìn)棧出棧出棧 1FFF H棧頂棧頂 2000 H棧頂棧頂(2) 堆棧尋址舉例堆棧尋址舉例15200HACCSPX棧頂棧頂200H棧底棧底主存主存151FFHACCSP15棧頂棧頂200H棧底棧底主存主存X1FFHPUSH A 前前PUSH A 后后POP A 前前POP A 后后Y1FFHACCSPX棧頂棧頂200H棧底棧底主存主存151FFH15200HACCSP棧頂棧頂200H棧底棧底主存主存X15(3) SP 的修改與主存編址方法有關(guān)的修改與主存編址方法有關(guān) 按按 字字 編址編址進(jìn)棧進(jìn)棧出棧出棧（SP