組成原理重點(diǎn)難點(diǎn)

1、2006年12月26日重點(diǎn)和難點(diǎn)第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論*重 點(diǎn) 本章重點(diǎn)突出計(jì)算機(jī)組成的概貌和本章重點(diǎn)突出計(jì)算機(jī)組成的概貌和框架，由此簡(jiǎn)潔明了地了解計(jì)算機(jī)內(nèi)部框架，由此簡(jiǎn)潔明了地了解計(jì)算機(jī)內(nèi)部的工作過(guò)程實(shí)際上是指令流和數(shù)據(jù)流在的工作過(guò)程實(shí)際上是指令流和數(shù)據(jù)流在此框架內(nèi)由此框架內(nèi)由I/OI/O存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器CPUCPU存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器I/O I/O 的過(guò)程，是通過(guò)逐條取指令、分的過(guò)程，是通過(guò)逐條取指令、分析指令和執(zhí)行指令來(lái)運(yùn)行程序的。同時(shí)析指令和執(zhí)行指令來(lái)運(yùn)行程序的。同時(shí)要了解到當(dāng)今計(jì)算機(jī)盡管發(fā)展到千變?nèi)f要了解到當(dāng)今計(jì)算機(jī)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，但其最根本的組成原理還

2、是基于馮諾依曼的結(jié)構(gòu)?；隈T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(chǔ)程序和程序控制是馮存儲(chǔ)程序和程序控制是馮諾依曼型諾依曼型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想。計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想。存儲(chǔ)程序的概念是將解題程序（連同必存儲(chǔ)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(chǔ)器；程序須的原始數(shù)據(jù)）預(yù)先存入存儲(chǔ)器；程序控制是指控制器依據(jù)存儲(chǔ)的程序控制全控制是指控制器依據(jù)存儲(chǔ)的程序控制全機(jī)自動(dòng)、協(xié)調(diào)地完成解題任務(wù)。馮機(jī)自動(dòng)、協(xié)調(diào)地完成解題任務(wù)。馮諾諾依曼體系結(jié)構(gòu)開(kāi)創(chuàng)了程序設(shè)計(jì)的時(shí)代，依曼體系結(jié)構(gòu)開(kāi)創(chuàng)了程序設(shè)計(jì)的時(shí)代，到目前為止，絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)仍沿用這到目前為止，絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)仍沿用這一體制。一

3、體制。 2.2.計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能 (1)(1)功能功能從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能運(yùn)作都很簡(jiǎn)單。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能運(yùn)作都很簡(jiǎn)單?；竟δ埽簲?shù)據(jù)處理基本功能：數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 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(jì)算機(jī)是以某種方式與其外部環(huán)境交互的實(shí)體。概括地說(shuō)，計(jì)算機(jī)是以某種方式與其外部環(huán)境交互的實(shí)體。概括地說(shuō)，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（CPUCPU）：控制計(jì)算機(jī)的操作并完成數(shù)據(jù)處理）：控

4、制計(jì)算機(jī)的操作并完成數(shù)據(jù)處理主存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)主存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)I/OI/O：在計(jì)算機(jī)及其外部環(huán)境之間傳輸數(shù)據(jù)：在計(jì)算機(jī)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(jī)制之間提供某些通信機(jī)制 * *難難 點(diǎn)點(diǎn) 本章概念、名詞較多，這些只是本章概念、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)為進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，因此嚴(yán)格講本章沒(méi)什么難點(diǎn)，只要建立計(jì)算格講本章沒(méi)什么難點(diǎn)，只要建立計(jì)算機(jī)組成的框架即可。對(duì)指令和數(shù)據(jù)都機(jī)組成的框架即可。對(duì)指令和數(shù)據(jù)都以以0 0 或或1 1 代碼存于存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)代碼存于存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們

5、這一問(wèn)題，應(yīng)特別注意如何區(qū)分它們這一問(wèn)題，應(yīng)特別注意重點(diǎn)理解。重點(diǎn)理解。 第二章計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用第二章計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用* *重重 點(diǎn)點(diǎn) 了解從了解從1946 1946 年年ENIAC ENIAC 誕生到二十世紀(jì)五、六十誕生到二十世紀(jì)五、六十年代，由于構(gòu)成計(jì)算機(jī)的元器件發(fā)展變化（由電子管年代，由于構(gòu)成計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的性能有了很大提集成電路），使計(jì)算機(jī)的性能有了很大提高，每隔高，每隔6 6 至至7 7 年，計(jì)算機(jī)便更新?lián)Q代一次，運(yùn)算速年，計(jì)算機(jī)便更新?lián)Q代一次，運(yùn)算速度約提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。而到了二十世紀(jì)七十年代，自度約提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。而到了二十世紀(jì)

6、七十年代，自從從Intel Intel 公司生產(chǎn)了第一個(gè)微處理器芯片后，隨著集公司生產(chǎn)了第一個(gè)微處理器芯片后，隨著集成度成倍的提高，以每隔成度成倍的提高，以每隔18 18 個(gè)月芯片上的晶體管數(shù)個(gè)月芯片上的晶體管數(shù)就翻一番的速度使計(jì)算機(jī)得到極為廣泛的應(yīng)用，以至就翻一番的速度使計(jì)算機(jī)得到極為廣泛的應(yīng)用，以至整個(gè)社會(huì)從制造時(shí)代進(jìn)入到信息時(shí)代，出現(xiàn)了知識(shí)大整個(gè)社會(huì)從制造時(shí)代進(jìn)入到信息時(shí)代，出現(xiàn)了知識(shí)大爆炸，從而要激發(fā)學(xué)習(xí)本課程的積極性和主動(dòng)性。爆炸，從而要激發(fā)學(xué)習(xí)本課程的積極性和主動(dòng)性。 第三章系統(tǒng)總線第三章系統(tǒng)總線* *重重 點(diǎn)點(diǎn) 要求了解隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域的要求了解隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)

7、域的不斷擴(kuò)大，不斷擴(kuò)大，I/O I/O 設(shè)備的種類和數(shù)量也越來(lái)越多。設(shè)備的種類和數(shù)量也越來(lái)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(jī)之間連接的靈設(shè)備與主機(jī)之間連接的靈活性，計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)從分散連接發(fā)展成總線連活性，計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)從分散連接發(fā)展成總線連接。由于各個(gè)子系統(tǒng)都通過(guò)總線交換信息，這接。由于各個(gè)子系統(tǒng)都通過(guò)總線交換信息，這就產(chǎn)生了總線的瓶頸問(wèn)題，影響了計(jì)算機(jī)的速就產(chǎn)生了總線的瓶頸問(wèn)題，影響了計(jì)算機(jī)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)生了多總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步為了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，便于維護(hù)，有利于批量進(jìn)一步為了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，便于維護(hù)，有利于批量生產(chǎn)，又提出了各

8、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(zhēng)用總線，必須對(duì)總線進(jìn)行判優(yōu)控決眾多部件爭(zhēng)用總線，必須對(duì)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(gè)主設(shè)備同時(shí)爭(zhēng)用總線控制權(quán)當(dāng)多個(gè)主設(shè)備同時(shí)爭(zhēng)用總線控制權(quán) 時(shí)，由總線仲裁時(shí)，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(gè)平策略進(jìn)行仲裁，授權(quán)于其中的一個(gè)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：集中式仲裁方式： 鏈?zhǔn)讲樵兎绞?；鏈?zhǔn)讲樵兎绞剑?計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式；計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式； 獨(dú)立請(qǐng)求方式；獨(dú)立請(qǐng)求方式；(

9、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(guò)程分為五個(gè)階總線的一次信息傳送過(guò)程分為五個(gè)階段段: :請(qǐng)求總線、總線仲裁、尋址目的地請(qǐng)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(shí)協(xié)議。定時(shí)方必須制定定時(shí)協(xié)議。定時(shí)方式：式：(1)(1)同步定時(shí)：事件出現(xiàn)在總線上的時(shí)刻同步定時(shí)：事件出現(xiàn)在總線上的時(shí)刻由總線時(shí)鐘信號(hào)來(lái)確定；由總線時(shí)鐘信號(hào)來(lái)確定； (2)(2)異步定時(shí)：采用應(yīng)答方式進(jìn)行總線傳異步定時(shí)：采用應(yīng)答方式進(jìn)行總線傳輸控制。輸控制。 * *難難 點(diǎn)點(diǎn) 為了解決總線上各模塊為了解

10、決總線上各模塊爭(zhēng)奪總線的使用權(quán)，解決通爭(zhēng)奪總線的使用權(quán)，解決通信雙方如何獲知傳輸開(kāi)始和信雙方如何獲知傳輸開(kāi)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(chǔ)器第四章存儲(chǔ)器* *重重 點(diǎn)點(diǎn) 存儲(chǔ)器如同人的大腦具有記憶功能一樣，是計(jì)算存儲(chǔ)器如同人的大腦具有記憶功能一樣，是計(jì)算機(jī)組成的一個(gè)重要部件，它直接影響到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)信機(jī)組成的一個(gè)重要部件，它直接影響到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)信息的容量和計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。息的容量和計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。 圍繞著計(jì)算機(jī)速度圍繞著計(jì)算機(jī)速度的提高，容量的擴(kuò)大，促使存儲(chǔ)器從基本組成元件到的提高，容量的擴(kuò)

11、大，促使存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)大多以整體結(jié)構(gòu)都在不斷的發(fā)展和完善。當(dāng)今計(jì)算機(jī)大多以半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作為主存儲(chǔ)器，以硬盤(pán)或光盤(pán)作為輔助半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作為主存儲(chǔ)器，以硬盤(pán)或光盤(pán)作為輔助存儲(chǔ)器。為了更好解決存儲(chǔ)器的速度、容量和價(jià)格存儲(chǔ)器。為了更好解決存儲(chǔ)器的速度、容量和價(jià)格/ /位之間的矛盾，采用位之間的矛盾，采用Cache-Cache-主存和主存主存和主存- -輔存的存儲(chǔ)輔存的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，使存儲(chǔ)器的總體性能得到很大的提高。必須器結(jié)構(gòu)，使存儲(chǔ)器的總體性能得到很大的提高。必須掌握各類存儲(chǔ)器的工作原理，以及各類存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)掌握各類存儲(chǔ)器的工作原理，以及各類存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)器

12、的存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)中各自起的作用。器的存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)中各自起的作用。1.1.隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器的工作原理。隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器的工作原理。(1) SRAM(1) SRAM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器(2) DRAM(2) DRAM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器2.2.只讀存儲(chǔ)器的工作原理，只讀存儲(chǔ)器的工作原理，(1) ROM(1) ROM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器(2) EPROM(2) EPROM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)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(chǔ)器的組織存儲(chǔ)器的組織( (位擴(kuò)展、字?jǐn)U位擴(kuò)展、字?jǐn)U展、字位同時(shí)擴(kuò)展）展、字位同時(shí)擴(kuò)展）4.Cache4.Cache引入的理論依據(jù)。引入的理論依據(jù)。程序訪問(wèn)的局部性。程序訪問(wèn)的局部性。 地址映射地址映

13、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(shí)現(xiàn)映射函數(shù)復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)(2)(2)直接映射方式：映照簡(jiǎn)直接映射方式：映照簡(jiǎn)單，不需計(jì)算，快速但效率不單，不需計(jì)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(diǎn)點(diǎn) 要求運(yùn)用以前學(xué)過(guò)的電路知識(shí)和本章要求運(yùn)用以前學(xué)過(guò)的電路知識(shí)和本章所學(xué)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片，設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器和所學(xué)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片，設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器和CPU CPU 的連接電路。注意要合理選用芯片，的連接電路。注意要合理選用芯片，以及以及CPU CPU 和存儲(chǔ)器芯片

14、之間的地址線、數(shù)和存儲(chǔ)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(chǔ)芯片片據(jù)線和控制線的連接，特別是存儲(chǔ)芯片片選邏輯的確定。選邏輯的確定。 本章另一個(gè)難點(diǎn)是掌握不同的本章另一個(gè)難點(diǎn)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)* *重重 點(diǎn)點(diǎn) 輸入輸出系統(tǒng)是人機(jī)對(duì)話和人機(jī)交互輸入輸出系統(tǒng)是人機(jī)對(duì)話和人機(jī)交互的紐帶和橋梁。由于輸入輸出設(shè)備工作速的紐帶和橋梁。由于輸入輸出設(shè)備工作速度與計(jì)算機(jī)主機(jī)的工作速度極不匹配度與計(jì)算機(jī)主機(jī)的工作速度極不匹配. .

15、為為此，既要考慮到輸入輸出設(shè)備工作的準(zhǔn)確此，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(jī)的工作效率，因可靠，又要充分挖掘主機(jī)的工作效率，因此要求掌握主機(jī)與此要求掌握主機(jī)與I/O I/O 交換的三種控制方交換的三種控制方式，即程序查詢、程序中斷和式，即程序查詢、程序中斷和DMADMA，以及，以及它們各自所需的硬件及軟件支持。它們各自所需的硬件及軟件支持。 1.1.程序中斷方式。程序中斷方式。中斷：計(jì)算機(jī)在執(zhí)行正常程序的過(guò)程中，中斷：計(jì)算機(jī)在執(zhí)行正常程序的過(guò)程中，出現(xiàn)某些異常事件或某種請(qǐng)求時(shí)，處理機(jī)出現(xiàn)某些異常事件或某種請(qǐng)求時(shí)，處理機(jī)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，

16、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(dòng)恢復(fù)執(zhí)行原先自動(dòng)恢復(fù)執(zhí)行原先程序的過(guò)程。程序的過(guò)程。 特點(diǎn)特點(diǎn): : 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, ,服務(wù)服務(wù)開(kāi)銷時(shí)間較大；開(kāi)銷時(shí)間較大； 主程序與設(shè)備并行運(yùn)行主程序與設(shè)備并行運(yùn)行,CPU,CPU效率較高；效率較高； 具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的能力。具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的能力。 2.2.中斷處理過(guò)程。中斷處理過(guò)程。中斷處理過(guò)程為：中斷請(qǐng)求中斷處理過(guò)程為：中斷請(qǐng)求中斷源識(shí)別判優(yōu)中斷源識(shí)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(lái)源。引起中斷事件的來(lái)源。 判優(yōu)：判優(yōu)： 找出優(yōu)先級(jí)最高的中

17、斷源給予響應(yīng)。找出優(yōu)先級(jí)最高的中斷源給予響應(yīng)。 中斷源識(shí)別：采用的方法有：中斷源識(shí)別：采用的方法有： 軟件查詢法；軟件查詢法； 硬件排隊(duì)法；硬件排隊(duì)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(gè)中斷源請(qǐng)求中至少有一個(gè)中斷源請(qǐng)求中斷；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。 中斷響應(yīng)的工作中斷響應(yīng)的工作-由硬件自動(dòng)完成：由硬件自動(dòng)完成： 關(guān)中斷；關(guān)中斷； 保留斷點(diǎn)信息；保留斷點(diǎn)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. D

18、MA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(wèn)內(nèi)存。訪問(wèn)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(wèn)。交替訪問(wèn)。 適用于適用于CPUCPU工作周期比內(nèi)存存取周期長(zhǎng)得多工作周期比內(nèi)存存取周期長(zhǎng)得多的情況。的情況。* *難難 點(diǎn)點(diǎn) 要對(duì)處理中斷的各類軟、要對(duì)處理中斷的各類軟、硬件技術(shù)運(yùn)用自如；要認(rèn)清周硬件技術(shù)運(yùn)用自如；要認(rèn)清周期竊取的含義；期竊取的含義；要分清要分清CPU CPU 響

19、應(yīng)中斷和允許周響應(yīng)中斷和允許周期挪用的時(shí)間。期挪用的時(shí)間。 第六章計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法第六章計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法* *重重 點(diǎn)點(diǎn) 要認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)內(nèi)部的各種運(yùn)算與人們習(xí)要認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)內(nèi)部的各種運(yùn)算與人們習(xí)慣的運(yùn)算是不同的，不僅運(yùn)算方法有差異，就慣的運(yùn)算是不同的，不僅運(yùn)算方法有差異，就是數(shù)的表示也不同。要求掌握計(jì)算機(jī)中有符號(hào)是數(shù)的表示也不同。要求掌握計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)、無(wú)符號(hào)數(shù)、定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的各種表示，數(shù)、無(wú)符號(hào)數(shù)、定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的各種表示，以及移位、定點(diǎn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算、定點(diǎn)原碼一位以及移位、定點(diǎn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算、定點(diǎn)原碼一位乘和兩位乘及補(bǔ)碼乘和兩位乘及補(bǔ)碼Booth Booth 算法、定點(diǎn)原碼和補(bǔ)算法、定點(diǎn)原

20、碼和補(bǔ)碼加減交替除法，以及浮點(diǎn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算。了碼加減交替除法，以及浮點(diǎn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算。了解不同的運(yùn)算方法對(duì)運(yùn)算器結(jié)構(gòu)的影響，以及解不同的運(yùn)算方法對(duì)運(yùn)算器結(jié)構(gòu)的影響，以及提高運(yùn)算速度采取的各種措施，包括快速進(jìn)位提高運(yùn)算速度采取的各種措施，包括快速進(jìn)位鏈的設(shè)計(jì)方法。鏈的設(shè)計(jì)方法。 1 1定點(diǎn)加法、減法運(yùn)算。定點(diǎn)加法、減法運(yùn)算。采用二進(jìn)制補(bǔ)碼加法采用二進(jìn)制補(bǔ)碼加法加法：加法： X+YX+Y補(bǔ)補(bǔ)=X=X補(bǔ)補(bǔ)+Y+Y補(bǔ)補(bǔ) （mod 2mod 2）減法：減法： X-YX-Y補(bǔ)補(bǔ)=X=X補(bǔ)補(bǔ)+-Y+-Y補(bǔ)補(bǔ) （mod 2mod 2） 2 2定點(diǎn)乘法。同原碼乘法一樣定點(diǎn)乘法。同原碼乘法一樣: :符號(hào)位符號(hào)位:

21、: 單獨(dú)單獨(dú)處理處理( (異或產(chǎn)生異或產(chǎn)生) ) 數(shù)值位：求兩數(shù)絕對(duì)值之商數(shù)值位：求兩數(shù)絕對(duì)值之商3.3.定點(diǎn)二進(jìn)制除法公式：定點(diǎn)二進(jìn)制除法公式： 兩種運(yùn)算方法：兩種運(yùn)算方法： 恢復(fù)余數(shù)法：運(yùn)算步驟不恢復(fù)余數(shù)法：運(yùn)算步驟不確定，控制復(fù)雜，不適合計(jì)算機(jī)運(yùn)算。確定，控制復(fù)雜，不適合計(jì)算機(jī)運(yùn)算。 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(yùn)算步驟確定運(yùn)算步驟確定, ,適適合計(jì)算機(jī)操作。合計(jì)算機(jī)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(yùn)算單元邏輯運(yùn)算單

22、元(ALU)(ALU)。ALUALU是運(yùn)算器的核心部件。是運(yùn)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(yùn)算。邏輯運(yùn)算。特點(diǎn)特點(diǎn): : 多功能：多功能： 控制控制端端M M用來(lái)控用來(lái)控制作算術(shù)運(yùn)算還是邏輯運(yùn)算制作算術(shù)運(yùn)算還是邏輯運(yùn)算M M0 0時(shí)，為算術(shù)運(yùn)算；時(shí)，為算術(shù)運(yùn)算；M M1 1時(shí)，為邏輯運(yùn)算。時(shí)，為邏輯運(yùn)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(diǎn)運(yùn)算器基本結(jié)構(gòu)。運(yùn)算器包括定點(diǎn)運(yùn)算器基本結(jié)構(gòu)。運(yùn)算器包括ALUALU、陣列、陣列乘除器件、寄

23、存器、多路開(kāi)關(guān)、三態(tài)緩沖器、乘除器件、寄存器、多路開(kāi)關(guān)、三態(tài)緩沖器、數(shù)據(jù)總線等邏輯部件。運(yùn)算器的設(shè)計(jì)，主要是數(shù)據(jù)總線等邏輯部件。運(yùn)算器的設(shè)計(jì)，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(yùn)算結(jié)果而進(jìn)行的。作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果而進(jìn)行的。運(yùn)算器的三種結(jié)構(gòu)形式：運(yùn)算器的三種結(jié)構(gòu)形式： 單總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器：這種結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)單總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器：這種結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是操作速度較慢，但控制電路比較簡(jiǎn)單。是操作速度較慢，但控制電路比較簡(jiǎn)單。 雙總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器：兩操作數(shù)可分別通過(guò)雙總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器：兩操作數(shù)可分別通過(guò)兩條總線送入兩條總線送入ALUALU，操作時(shí)

24、間較單總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)操作時(shí)間較單總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器快。算器快。 三總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器：三總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器的三總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器：三總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器的特點(diǎn)是操作時(shí)間快特點(diǎn)是操作時(shí)間快 * *難難 點(diǎn)點(diǎn) 溢出判斷是各種運(yùn)算方法的一個(gè)難點(diǎn)，而定點(diǎn)運(yùn)算和浮溢出判斷是各種運(yùn)算方法的一個(gè)難點(diǎn)，而定點(diǎn)運(yùn)算和浮點(diǎn)運(yùn)算判斷溢出的方法是不同的。對(duì)于浮點(diǎn)運(yùn)算，應(yīng)特別注點(diǎn)運(yùn)算判斷溢出的方法是不同的。對(duì)于浮點(diǎn)運(yùn)算，應(yīng)特別注意區(qū)分浮點(diǎn)數(shù)和用補(bǔ)碼表示的浮點(diǎn)規(guī)格化形式這兩個(gè)概念，意區(qū)分浮點(diǎn)數(shù)和用補(bǔ)碼表示的浮點(diǎn)規(guī)格化形式這兩個(gè)概念，前者指的是真值，后者指的是機(jī)器數(shù)，由于補(bǔ)碼規(guī)格化數(shù)的前者指的是真值，后者指的是機(jī)器數(shù)，由于補(bǔ)碼規(guī)格化數(shù)的

25、特殊約定，兩者表示的數(shù)的范圍是不同的。特殊約定，兩者表示的數(shù)的范圍是不同的。 本章的另一個(gè)難點(diǎn)是掌握原碼和補(bǔ)碼運(yùn)算的最根本的區(qū)本章的另一個(gè)難點(diǎn)是掌握原碼和補(bǔ)碼運(yùn)算的最根本的區(qū)別在于對(duì)符號(hào)位的處理。原碼乘除法結(jié)果的符號(hào)均和數(shù)值部別在于對(duì)符號(hào)位的處理。原碼乘除法結(jié)果的符號(hào)均和數(shù)值部分的運(yùn)算分開(kāi)進(jìn)行，而補(bǔ)碼乘除法結(jié)果的符號(hào)是在數(shù)值部分分的運(yùn)算分開(kāi)進(jìn)行，而補(bǔ)碼乘除法結(jié)果的符號(hào)是在數(shù)值部分的運(yùn)算過(guò)程中自動(dòng)形成的。值得注意的是機(jī)器內(nèi)只設(shè)加法器，的運(yùn)算過(guò)程中自動(dòng)形成的。值得注意的是機(jī)器內(nèi)只設(shè)加法器，故全部減法運(yùn)算實(shí)質(zhì)是通過(guò)加法操作實(shí)現(xiàn)的，這就有一個(gè)對(duì)故全部減法運(yùn)算實(shí)質(zhì)是通過(guò)加法操作實(shí)現(xiàn)的，這就有一個(gè)對(duì)減數(shù)求

26、減數(shù)求“補(bǔ)補(bǔ)”的問(wèn)題。原碼除法中減去除數(shù)的絕對(duì)值，一律的問(wèn)題。原碼除法中減去除數(shù)的絕對(duì)值，一律用加上除數(shù)絕對(duì)值的補(bǔ)碼實(shí)現(xiàn)。應(yīng)特別注意用加上除數(shù)絕對(duì)值的補(bǔ)碼實(shí)現(xiàn)。應(yīng)特別注意-x-x補(bǔ)和補(bǔ)和-x-x* * 補(bǔ)補(bǔ)的區(qū)別，其中的區(qū)別，其中x x* *是真值是真值x x的絕對(duì)值。的絕對(duì)值。 本章的第三個(gè)難點(diǎn)是，若浮點(diǎn)數(shù)的階碼采用移碼運(yùn)算時(shí)，本章的第三個(gè)難點(diǎn)是，若浮點(diǎn)數(shù)的階碼采用移碼運(yùn)算時(shí)，其運(yùn)算規(guī)則和溢出判斷規(guī)則與補(bǔ)碼運(yùn)算是不同的。其運(yùn)算規(guī)則和溢出判斷規(guī)則與補(bǔ)碼運(yùn)算是不同的。 第七章指令系統(tǒng)第七章指令系統(tǒng)* *重重 點(diǎn)點(diǎn) 要求了解機(jī)器的指令系統(tǒng)決定了一臺(tái)計(jì)算要求了解機(jī)器的指令系統(tǒng)決定了一臺(tái)計(jì)算機(jī)的功能，

27、而一旦計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)確定以后，機(jī)的功能，而一旦計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)確定以后，計(jì)算機(jī)的硬件必須給予支持。指令系統(tǒng)主要體計(jì)算機(jī)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)類型、地址格式和尋址方法等方面。要求掌握不同的尋址方式對(duì)操址方法等方面。要求掌握不同的尋址方式對(duì)操作數(shù)尋址范圍以及對(duì)編程的影響，掌握不同的作數(shù)尋址范圍以及對(duì)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工過(guò)程。還尋址方式所要求的硬件和信息的加工過(guò)程。還應(yīng)了解應(yīng)了解RISC RISC 的主要特點(diǎn)及其與的主要特點(diǎn)及其與CISC CISC 的區(qū)別。的區(qū)別。 1 1指令系統(tǒng)。指一臺(tái)計(jì)

28、算機(jī)中所有機(jī)器指指令系統(tǒng)。指一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有機(jī)器指令的集合，是表征計(jì)算機(jī)性能的重要因素。令的集合，是表征計(jì)算機(jī)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(zhǎng)度；縮短指令長(zhǎng)度；(2)(2)擴(kuò)大尋址范圍擴(kuò)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

29、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) (6) 偏移尋址偏移尋址(1)(1)相對(duì)尋址相對(duì)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(diǎn)點(diǎn) 要求掌握設(shè)計(jì)指令格式的方要求掌握設(shè)計(jì)指令格式的方法法, ,學(xué)會(huì)根據(jù)指令系統(tǒng)的要求，確學(xué)會(huì)根據(jù)指令系統(tǒng)的要求，確定指令字中各字段的位數(shù)及其含定指令字中各字段的位數(shù)及其含義。特別是在實(shí)際機(jī)器中，指令義。特別是在實(shí)際機(jī)器中，指令字長(zhǎng)不一定等于存儲(chǔ)字長(zhǎng)，因此字長(zhǎng)不一

30、定等于存儲(chǔ)字長(zhǎng)，因此應(yīng)格外注意各種尋址方法和地址應(yīng)格外注意各種尋址方法和地址格式的運(yùn)用。格式的運(yùn)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 點(diǎn)點(diǎn) 要認(rèn)識(shí)到機(jī)器的核心是要認(rèn)識(shí)到機(jī)器的核心是CPUCPU，通過(guò)對(duì)，通過(guò)對(duì)CPU CPU 的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的了解，掌握機(jī)器的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的了解，掌握機(jī)器完成一條指令的全過(guò)程是在完成一條指令的全過(guò)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(jī)效能方面所起的作用，斷技術(shù)在提高整

31、機(jī)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(kāi)以及為了進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的處理能力，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的并行性，在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中大量采發(fā)系統(tǒng)的并行性，在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)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(yùn)算部件、寄存器設(shè)置、運(yùn)算部件、寄存器設(shè)置、存儲(chǔ)器接口存儲(chǔ)器接口) )時(shí)序部件時(shí)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(shí)指取出并執(zhí)行一條指令的時(shí)間。由若干個(gè)間。由若干個(gè)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(gè)指令字通常用內(nèi)存中讀取一個(gè)指令字的最短時(shí)間來(lái)規(guī)定

32、的最短時(shí)間來(lái)規(guī)定CPUCPU周期。一個(gè)周期。一個(gè)CPUCPU周期周期包含若干個(gè)時(shí)鐘周期。包含若干個(gè)時(shí)鐘周期。時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期: :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(shí)序系統(tǒng)時(shí)序系統(tǒng) 。時(shí)序系統(tǒng)最基本體。時(shí)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(hào)必須要穩(wěn)定。電

33、平信號(hào)必須要穩(wěn)定。硬布線控制器時(shí)序系統(tǒng)一般由周期、硬布線控制器時(shí)序系統(tǒng)一般由周期、節(jié)拍和工作脈沖三級(jí)時(shí)序所組成；節(jié)拍和工作脈沖三級(jí)時(shí)序所組成； 微程序控制器時(shí)序系統(tǒng)一般由節(jié)拍、微程序控制器時(shí)序系統(tǒng)一般由節(jié)拍、工作脈沖二級(jí)時(shí)序所組成。工作脈沖二級(jí)時(shí)序所組成。* *難難 點(diǎn)點(diǎn) 中斷技術(shù)在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中起中斷技術(shù)在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中起著重要作用。為了更好地吃透這著重要作用。為了更好地吃透這一內(nèi)容，建議結(jié)合第五章學(xué)習(xí)，一內(nèi)容，建議結(jié)合第五章學(xué)習(xí)，便于建立整機(jī)概念。便于建立整機(jī)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(diǎn)點(diǎn) 理解控制單元為完成不同指理解控制單元為完成不同指令所發(fā)出的各種操作命令

34、，以及令所發(fā)出的各種操作命令，以及指令周期、機(jī)器周期、時(shí)鐘周期指令周期、機(jī)器周期、時(shí)鐘周期與操作命令的關(guān)系。與操作命令的關(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(guò)程指令執(zhí)行的過(guò)程簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)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(hào)作控制信號(hào)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(diǎn)點(diǎn) CPU CPU 的控制方式，微的控制方式，微操作命令的分析及多級(jí)時(shí)操作命令的分析及多級(jí)時(shí)序系統(tǒng)。序系統(tǒng)。 第十章控制單元的設(shè)計(jì)第十章控制單元的設(shè)計(jì)* *重重 點(diǎn)點(diǎn) 要求初步掌握控制單元的兩種設(shè)要求初步掌握

35、控制單元的兩種設(shè)計(jì)方法，從而進(jìn)一步理解組合邏輯控計(jì)方法，從而進(jìn)一步理解組合邏輯控制器和微程序控制器在設(shè)計(jì)思想、硬制器和微程序控制器在設(shè)計(jì)思想、硬件組成及其工作原理方面的不同。結(jié)件組成及其工作原理方面的不同。結(jié)合時(shí)序系統(tǒng)的概念，學(xué)會(huì)按不同指令合時(shí)序系統(tǒng)的概念，學(xué)會(huì)按不同指令要求，寫(xiě)出其相應(yīng)的微操作命令及節(jié)要求，寫(xiě)出其相應(yīng)的微操作命令及節(jié)拍安排。拍安排。1.1.操作控制器設(shè)計(jì)方法操作控制器設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)；采用組合邏輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)；(2)(2)微程序控制器微程序控制器 存儲(chǔ)邏輯型，存儲(chǔ)邏輯型，以微程序解釋執(zhí)行機(jī)器指令，采以微程序解釋執(zhí)行機(jī)器指令，采用存儲(chǔ)邏輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)；用存儲(chǔ)邏輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)；(3)(3)門(mén)陣列控制器門(mén)陣列控制器 組合邏輯與存組合邏輯與存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型，采用可編程邏輯儲(chǔ)邏輯結(jié)合型，采用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。器件實(shí)現(xiàn)。 2.2.微命令微命令 指控制部件通過(guò)控制線向執(zhí)行部件指控制部件通過(guò)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(hào)序列的發(fā)出的各種控制命令，是構(gòu)成控制信號(hào)序列的最小單位。最小單位。微操作微操作 執(zhí)行部件接受微命令后所進(jìn)行的操執(zhí)行部件接受微命令后所進(jìn)行的操作，是計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)中最基本的操作。作，是計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)中最基本的操作。微周期微周期 從控存中讀取一條微指令并執(zhí)行