計(jì)算機(jī)組成原理期末復(fù)習(xí)內(nèi)容歸納總結(jié)

1、文檔編碼 : CW7U9J4G8Y3 HB3X5O4M4R4 ZT10K5F10P2D7學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載第一章運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)概論1,基本概念硬件：是指可以看得見(jiàn),摸得著的物理設(shè)備（部件）實(shí)體,一般講硬件仍應(yīng)包括將各種硬件設(shè)備有機(jī)組織起來(lái)的體系結(jié)構(gòu)；軟件：程序（代碼）+ 數(shù)據(jù)+ 文檔；由兩部分組成,一是使計(jì)算機(jī)硬件能完成運(yùn)算和把握功能的有關(guān)運(yùn)算機(jī)指令和數(shù)據(jù)定義的組合,即機(jī)器可執(zhí)行的程序及有關(guān)數(shù)據(jù)；二是機(jī)器不行執(zhí)行的,與軟件開發(fā),過(guò)程治理,運(yùn)行,疼惜,使用和培訓(xùn)等有關(guān)的文檔 資料；固件：將軟件寫入只讀儲(chǔ)備器 ROM 中,稱為固化；只讀儲(chǔ)備器 及 其寫入的軟件稱為固件；固件是介于硬件和軟件之間的一種

2、形 態(tài),從物理形狀上看是硬件,而從運(yùn)行機(jī)制上看是軟件；運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)：現(xiàn)代運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件,軟件有機(jī)結(jié)合的特殊復(fù)雜的整體；在明白,分析,設(shè)計(jì)運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)時(shí),人 們往往接受分層（分級(jí)）的方法,即將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)劃分為如 干個(gè)層次,即運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)；最常見(jiàn)的是從運(yùn)算機(jī)編程 語(yǔ)言的角度劃分的運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)；第 1 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載虛擬運(yùn)算機(jī)：是指通過(guò)配置軟件擴(kuò)充物理機(jī)（硬件 / 固件實(shí)現(xiàn)）功能以后所形成的一臺(tái)運(yùn)算機(jī),而物理機(jī)并不具備這種功能；虛擬機(jī)概念是運(yùn)算機(jī)分析設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要策略,它將供應(yīng)應(yīng)用戶的功能抽象出來(lái),使用戶擺脫詳細(xì)物理機(jī)細(xì)節(jié)的束縛；2,運(yùn)算機(jī)的性能指

3、標(biāo)；1 吞吐量：表征一臺(tái)運(yùn)算機(jī)在某一時(shí)間間隔內(nèi)能夠處理的信息量,用bps 度量；2 響應(yīng)時(shí)間：表征從輸入有效到系統(tǒng)產(chǎn)生響應(yīng)之間的時(shí)間度量,用時(shí)間單位來(lái)度量；3 利用率：在給定的時(shí)間間隔內(nèi),系統(tǒng)被實(shí)際使用的時(shí)間所在的比率,用百分比表示；4 處理機(jī)字長(zhǎng)：常稱機(jī)器字長(zhǎng),指處理機(jī)運(yùn)算中一次能夠完成二進(jìn)制運(yùn)算的位數(shù),如32 位機(jī),64 位機(jī)；5 總線寬度：一般指CPU 從運(yùn)算器與儲(chǔ)備器之間進(jìn)行互連的內(nèi) 部總線一次操作可傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)；6 儲(chǔ)備器容量：儲(chǔ)備器中全部?jī)?chǔ)備單元（通常是字節(jié)）的總數(shù)目,通常用KB,MB,GB,TB 來(lái)表示；7 儲(chǔ)備器帶寬：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)從儲(chǔ)備器讀出的二進(jìn)制數(shù)信息量,一般用B/s （

4、字節(jié)/ 秒）表示；第 2 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載8 主頻/ 時(shí)鐘周期：CPU 的工作節(jié)拍受主時(shí)鐘把握,依據(jù)規(guī)定 在某個(gè)時(shí)間段做什么（從什么時(shí)候開頭,多長(zhǎng)時(shí)間完成）,主時(shí)鐘不斷產(chǎn)生固定頻率的時(shí)鐘信號(hào)；主頻（主時(shí)鐘的頻率）度量單位是MHZ,GHZ；時(shí)鐘周期（主頻的倒數(shù)）度量單位是微秒,納秒；9 CPU 執(zhí)行時(shí)間：表 CPU 執(zhí)行一段程序所占用 CPU 時(shí)間,示 的 可用下式運(yùn)算CPU 時(shí)間=CPU 時(shí)鐘周期 X CPU 時(shí)鐘周期長(zhǎng)；數(shù)10 CPI：執(zhí)行一條指令所需要的平均時(shí)鐘周期數(shù),可用下式運(yùn)算CPI= 執(zhí)行某段程序所需的 令條數(shù)；CPU 時(shí)鐘周期數(shù)/ 該程序包含的指11 MIPS：

5、平均每秒執(zhí)行多少百萬(wàn)條定點(diǎn)指令數(shù),用下式運(yùn)算 MIPS= 指令條數(shù)/ （程序執(zhí)行時(shí)間 106 ）12 FLOPS：平均每秒執(zhí)行浮點(diǎn)操作的次數(shù),用來(lái)衡量機(jī)器浮點(diǎn)操作的性能,用下式運(yùn)算FLOPS= 程序中的浮點(diǎn)操作次數(shù)/ 程序執(zhí)行時(shí)間（秒）3,運(yùn)算機(jī)硬件系統(tǒng)的概念性結(jié)構(gòu),各個(gè)部分的作用；（1）運(yùn)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器,把握器,內(nèi)儲(chǔ)備器,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備五大部分構(gòu)成,一般仍要包括它們之間的連接結(jié)構(gòu)（總線結(jié)構(gòu)）；（2）將運(yùn)算器,把握器,如干的寄存器集成在一個(gè)硅片上,稱 為中心處理器CPU；第 3 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載（3）由于輸入設(shè)備,輸出設(shè)備與CPU,內(nèi)存的處理速度差異,所以輸入,輸

6、出設(shè)備通過(guò)適配器與總線,CPU,內(nèi)存連接；（4）概念性結(jié)構(gòu)如下圖所示；CPU 適配器適配器適配器儲(chǔ)備器運(yùn)控寄輸入設(shè)備輸出設(shè)備算制存器器器組（5）把握器的作用有三個(gè)方面：儲(chǔ)備程序把握方式（指令把握）,操作把握,時(shí)間（時(shí)序）把握；基本任務(wù)如下：從內(nèi)儲(chǔ)備器中按確定次序取指令 譯碼（翻譯）,產(chǎn)生把握信號(hào) 把握取操作數(shù)（源操作數(shù),目的操作數(shù)）把握?qǐng)?zhí)行（運(yùn)算）把握儲(chǔ)存結(jié)果 形成下條指令地址（次序,轉(zhuǎn)移）（6）運(yùn)算器的作用：由算術(shù)規(guī)律運(yùn)算部件ALU,寄存器,數(shù)據(jù)通路組成；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的加工和處理（算術(shù)運(yùn)算,規(guī)律運(yùn)算,移位 運(yùn)算,關(guān)系（比較）運(yùn)算,位運(yùn)算）；（7）儲(chǔ)備器的作用：儲(chǔ)備程序和數(shù)據(jù),記憶部件；（8）適配

7、器的作用：在主機(jī)與 識(shí)別,信號(hào)轉(zhuǎn)換等；I/O 設(shè)備之間起數(shù)據(jù)緩沖,地址第 4 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載（9）總線的作用：多個(gè)部件分時(shí)共享的信息傳送通路,用來(lái)連 接多個(gè)部件并為之供應(yīng)信息傳輸交換服務(wù)；（注：后續(xù)章節(jié)仍會(huì)逐步擴(kuò)充）4,指令流,數(shù)據(jù)流？運(yùn)算機(jī)如何區(qū)分指令和數(shù)據(jù)？指令流：在取指周期中從內(nèi)存中讀出的信息流稱為指令流,它通過(guò)總線,CPU 內(nèi)部數(shù)據(jù)通路流向把握 器；數(shù)據(jù)流：在執(zhí)行周期中從內(nèi)存中讀出的信息流稱為數(shù)據(jù)流,它通過(guò)總線,CPU 內(nèi)部數(shù)據(jù)通路流向運(yùn)算 器；從時(shí)間上來(lái)說(shuō),取指令大事發(fā)生在取指周期（取指令階 段）,取數(shù)據(jù)大事發(fā)生在執(zhí)行周期（執(zhí)行指令階段）；從空間（處理部件）上來(lái)

8、說(shuō),指令確定送給把握器,數(shù)據(jù)一 定送給運(yùn)算器；5,馮 諾依曼運(yùn)算機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)由運(yùn)算器,把握器,儲(chǔ)備器,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備五大部分 構(gòu)成運(yùn)算機(jī)硬件系統(tǒng)概念結(jié)構(gòu)；接受二進(jìn)制代碼表示數(shù)據(jù)和指令；接受儲(chǔ)備程序把握方式（指令驅(qū)動(dòng)）；第 5 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載其次章 運(yùn)算方法和運(yùn)算器1,原碼,補(bǔ)碼,反碼,移碼的求法及表示范疇；（1）第一應(yīng)明確機(jī)器字長(zhǎng)；（2）原碼,補(bǔ)碼,反碼,移碼的求法；（3）表示范疇；機(jī)器字長(zhǎng)=8 機(jī)器字長(zhǎng)=16 原定點(diǎn)小數(shù)定點(diǎn)整數(shù)定點(diǎn)小數(shù)定點(diǎn)整數(shù)-7 - （1-2 ）-127 - （1-2 -15 ）-32767 碼至至至至補(bǔ)-7 +（1-2 ）+127 -15 +（

9、1-2 ）+32767 -1 -128 -1 -32768 碼至至至至反-7 +（1-2 ）+127 -15 +（1-2 ）+32767 -7 - （1-2 ）-127 -15 - （1-2 ）-32767 碼至至至至移-7 +（1-2 ）+127 -15 +（1-2 ）+32767 -1 -128 -1 -32768 碼至至至至-7 +（1-2 ）+127 -15 +（1-2 ）+32767 第 6 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載2,補(bǔ)碼加減法運(yùn)算,加法運(yùn)算溢出檢測(cè)；（1）補(bǔ)碼加法運(yùn)算規(guī)章（2）補(bǔ)碼減法運(yùn)算規(guī)章（3）變形補(bǔ)碼表示法 00 表示正數(shù) 11 表示負(fù)數(shù)（4）變形補(bǔ)碼運(yùn)算：規(guī)章

10、同補(bǔ)碼加減法運(yùn)算規(guī)章,雙符號(hào)位數(shù) 值化,參與運(yùn)算；（5）加法運(yùn)算溢出檢測(cè) 1）單符號(hào)位法 2）雙符號(hào)位法 參見(jiàn)例題,習(xí)題3,并行加法器的進(jìn)位方法及規(guī)律表達(dá)式（1）直接從全加器的進(jìn)位公式推導(dǎo)；C4A3 F3 C3A2 F2 C2A1 F1 C1F0 C0 FA3 FA2 FA1 FA0 B3 B2 B1 A0 B0 （2）串行進(jìn)位：某位的運(yùn)算必需等到下一位的進(jìn)位傳遞來(lái)以后,才能開頭；也就是進(jìn)位從最低位向最高位逐級(jí)傳遞,速度慢；第 7 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載C1=G0+P0C0 C2=G1+P1C1 C3=G2+P2C2 C4=G3+P3C3 （3）并行進(jìn)位：全部進(jìn)位可以同時(shí)產(chǎn)生,實(shí)

11、際上只依靠于數(shù)位 本身,來(lái)自最低位的進(jìn)位 C0；C1=G0+P0C0 C2=G1+P1G0+P1P0C0 C3=G2+P1G1+P2P1G0+P2P1P0C0 C4=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1G0+P3P2P1P0C0 其中：G0=A0B0 P0=A0+B0 G1=A1B1 P1=A1+B1 G2=A2B2 P2=A2+B2 G3=A3B3 P3=A3+B3 Gi ：進(jìn)位產(chǎn)生函數(shù),表示兩個(gè)數(shù)位都為 1 Pi ：進(jìn)位傳遞函數(shù),表示某位上的兩個(gè)數(shù)位有一個(gè)為 1,假如來(lái)自低位的進(jìn)位為1,就確定會(huì)產(chǎn)生進(jìn)位；學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載4,浮點(diǎn)加減法運(yùn)算方法；比較階碼大小,對(duì)階尾數(shù)加減法運(yùn)算規(guī)格

12、化處理尾數(shù)舍入處理溢出判定參見(jiàn)例題,習(xí)題5,流水線原理,時(shí)鐘周期確定,時(shí)間公式,加速比,時(shí)空?qǐng)D（1）把一個(gè)任務(wù)分割為一系列的子任務(wù),使各子任務(wù)在流水線中時(shí)間重疊,并行執(zhí)行；過(guò)程段Si 之間重疊執(zhí)行；（2）時(shí)鐘周期的確定全部Si 中執(zhí)行時(shí)間最大者,參見(jiàn)例2.32 ；（3）時(shí)間公式（抱負(fù)）K+n-1T （4）加速比第 9 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載Ck = TL / Tk = （nk）/ （kn 1 ）當(dāng)任務(wù)數(shù)很大時(shí),接受一個(gè)任務(wù)的完成時(shí)間相比,參見(jiàn)例；（5）流水線時(shí)空?qǐng)D第 10 頁(yè),共 32 頁(yè)第三章學(xué)習(xí)好資料歡迎下載儲(chǔ)備系統(tǒng)1,基本概念儲(chǔ)備容量：指一個(gè)儲(chǔ)備器中可以容納的儲(chǔ)備單元總數(shù)；

13、典型的存儲(chǔ)單元存放一個(gè)字節(jié),因此通常用字節(jié)數(shù)來(lái)表示,KB,MB,GB,TB；存取時(shí)間：讀操作時(shí)間指一次讀操作命令發(fā)出到該操作完成,數(shù)據(jù)讀出到數(shù)據(jù)總線上所經(jīng)受的時(shí)間；時(shí)間,故稱為存取時(shí)間；通常寫操作時(shí)間等于讀操作存取周期：也稱讀寫周期,指連續(xù)啟動(dòng)兩次讀 / 寫操作所需間隔的最小時(shí)間；通常儲(chǔ)備周期略大于存取時(shí)間,由于數(shù)據(jù)讀出到總線上,仍需要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)總線,CPU 內(nèi)部數(shù)據(jù)通路傳遞給把握 器/ / 運(yùn)算器；儲(chǔ)備器帶寬：?jiǎn)挝粫r(shí)間里儲(chǔ)備器可以存取的信息量,通常用位秒,字節(jié)/ 秒表示；2,儲(chǔ)備器的分級(jí)結(jié)構(gòu)；對(duì)儲(chǔ)備器的要求是容量大,速度快,成本低,但是在一個(gè)儲(chǔ)備器中要求同時(shí)兼顧這三個(gè)方面的要求是困難的；為明白

14、決這方面的沖突,目前在運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)中通常接受多 級(jí)儲(chǔ)備器體系結(jié)構(gòu),即高速緩沖儲(chǔ)備器,主儲(chǔ)備器和外儲(chǔ)備 器；第 11 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載CPU 能直接拜望高速緩沖儲(chǔ)備器 cache 和內(nèi)存；外存信息必需調(diào)入內(nèi)存后才能為 CPU 進(jìn)行處理；（1）高速緩沖儲(chǔ)備器：快速存取指令和數(shù)據(jù)；高速小容量半導(dǎo)體儲(chǔ)備器,強(qiáng)調(diào)（2）主儲(chǔ)備器：介于cache 與外儲(chǔ)備器之間,用來(lái)存 放 運(yùn)算機(jī)運(yùn)行期間的大量程序和數(shù)據(jù)；要求選取適當(dāng)?shù)膬?chǔ)備容量和存取周期,使它能容納系統(tǒng)的核心軟件和較多的用戶程序；（3）外儲(chǔ)備器：大容量幫忙儲(chǔ)備器,強(qiáng)調(diào)大的儲(chǔ)備容量,以中意運(yùn)算機(jī)的大容量?jī)?chǔ)備要求,用來(lái)存放系統(tǒng)程序,應(yīng)用程序,

15、數(shù)據(jù)文件,數(shù)據(jù)庫(kù)等；3,主儲(chǔ)備器的規(guī)律設(shè)計(jì)；第一步：依據(jù)設(shè)計(jì)容量,供應(yīng)的芯片容量構(gòu)建地址空間分布圖（類似搭積木）,可能需要字,位擴(kuò)展；其次步：用二進(jìn)制寫出連續(xù)的地址空間范疇；第三步：寫出各片組的片選規(guī)律表達(dá)式；第四步：按三總線分析CPU 和選用儲(chǔ)備器芯片的數(shù)據(jù) 地址線,線,把握線,以便設(shè)計(jì)CPU 與儲(chǔ)備器的連 接；第五步：設(shè)計(jì)CPU 與儲(chǔ)備器連接的規(guī)律結(jié)構(gòu)圖；參見(jiàn)例題,習(xí) 題第 12 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載4,次序儲(chǔ)備器和交叉儲(chǔ)備器的定量分析；次序儲(chǔ)備器：mT 交叉儲(chǔ)備器：可以使用流水線存取,T+m-1 參見(jiàn)例題,習(xí)題5,高速緩沖儲(chǔ)備器cache 的基本原理,cache 命中率相

16、關(guān)運(yùn)算Cache 的基本原理：cache 是一種高速緩沖儲(chǔ)備器,為明白決 度不匹配而接受的一項(xiàng)重要技術(shù)；CPU 和主存之間速主存和cache 均依據(jù)商定長(zhǎng)度劃分為如干 塊；主存中一個(gè)數(shù)據(jù)塊調(diào)入到 cache 中,就將數(shù)據(jù)塊地址（塊編 號(hào)）存放到相聯(lián)儲(chǔ)備器 CAM 中,將數(shù)據(jù)塊內(nèi)容存放在 cache 中；當(dāng)CPU 拜望主存時(shí),同時(shí)輸出物理地址給主存,相聯(lián)儲(chǔ)備器CAM ,把握規(guī)律判定所拜望的塊是否在cache 中：第 13 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載如在,就命中,CPU 直接拜望cache；如不在,就未命中,CPU 直接拜望主存,并將該單元所在數(shù)據(jù)塊交換到cache 中；基于程序和數(shù)據(jù)的

17、局部性拜望原理,通過(guò)cache 和主存之間 的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)塊交換,盡量爭(zhēng)取 CPU 訪存操作在cache 命中,從而總體提高訪存速度；cache 命中率相關(guān)運(yùn)算：命中率主存/cache 系統(tǒng)平均拜望時(shí)間拜望效率參與例題,習(xí)題；第 14 頁(yè),共 32 頁(yè)第四章學(xué)習(xí)好資料歡迎下載指令系統(tǒng)1,基本概念指令系統(tǒng)：一臺(tái)運(yùn)算機(jī)中全部機(jī)器指令的集合,稱為這臺(tái)運(yùn)算機(jī)的指令系統(tǒng)；指令系統(tǒng)是表征一臺(tái)運(yùn)算機(jī)性能的重要因素,其格式與功能直接影響機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu),軟件,適用范疇等；尋址方式：告知運(yùn)算機(jī)如何獵取指令和運(yùn)算所需要的操作數(shù)；即如何供應(yīng)將要執(zhí)行的指令所在儲(chǔ)備單元的物理地址；如何供應(yīng)運(yùn)算所需要的操作數(shù)所在儲(chǔ)備單元的物理

18、地址,部寄存器的編號(hào)；或者操作數(shù)所在內(nèi)CISC：指令條數(shù)多,結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多樣,尋址方式種類繁多,功 能復(fù)雜多樣,翻譯執(zhí)行效率低,許多指令難得用到；CISC 使計(jì) 算機(jī)的研制周期長(zhǎng),難以保證正確性,不易調(diào)試,疼惜,大量使用頻率很低的復(fù)雜指令鋪張了系統(tǒng)硬件資源；RISC：選取使用頻率最高的一些簡(jiǎn)潔指令,指令條數(shù)少,復(fù)雜功能通過(guò)宏指令實(shí)現(xiàn)；指令長(zhǎng)度,格式,結(jié)構(gòu)形式,尋址方式種類少,翻譯執(zhí)行效率高；只有取數(shù)/ 存數(shù)指令拜望儲(chǔ)備器,其余指令的操作均在CPU 內(nèi)部寄存器之間進(jìn) RISC 可縮短運(yùn)算機(jī)行；的研制周期,易于保證正確性,調(diào)試,疼惜,系統(tǒng)硬件資源使用效率高；第 15 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡

19、迎下載2,指令格式及尋址方式辨析參見(jiàn)例題,習(xí)題第 16 頁(yè),共 32 頁(yè)第五章學(xué)習(xí)好資料歡迎下載中心處理器1,基本概念指令周期：取出一條指令并執(zhí)行這條指令所需要的時(shí)間；微指令周期：從把握儲(chǔ)備器中讀出一條微指令的時(shí)間加上執(zhí)行該 條微指令的時(shí)間；微命令：把握部件通過(guò)把握線向執(zhí)行部件發(fā)送的各種把握信號(hào) / 操作命令；微操作：執(zhí)行部件接收微命令以后所完成的操作,微操作是執(zhí)行 部件中最基本的,不行再分解的操作；微指令：一組實(shí)現(xiàn)確定操作功能的微命令的組合形式,稱為微指 令；由操作把握和次序把握兩大部分組成；指令流水線：指指令執(zhí)行步驟的并行；將指令流的處理過(guò)程劃分 為取指令,指令譯碼,執(zhí)行,寫結(jié)果等幾個(gè)并行

20、處理的過(guò)程段；2,CPU 的功能；（1）指令把握 把握程序的執(zhí)行次序；由于程序是一個(gè)指令序列,這些指令的相互次序不能任意顛 倒,必需嚴(yán)格依據(jù)程序規(guī)定的次序進(jìn)行；（2）操作把握第 17 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載把握器產(chǎn)生取指令,執(zhí)行指令的所需要的全部操作把握信號(hào),并依序送往相應(yīng)的部件,從而把握這些部件按指令的要求完成規(guī) 定的動(dòng)作；（3）時(shí)間把握 對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的定時(shí)；在運(yùn)算機(jī)中,各種指令的操作信號(hào)和整個(gè)執(zhí)行過(guò)程均受到時(shí)間的嚴(yán)格定時(shí)和大事先后次序把握（應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間點(diǎn)開頭,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)終止）,以保證運(yùn)算機(jī)有條不紊地自動(dòng)工作；（4）數(shù)據(jù)加工完成指令規(guī)定的運(yùn)算操作；3,依據(jù)給定的模

21、型機(jī)和數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu),畫出指令周期流程（1）依據(jù)模型機(jī)和數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu),分析指令周期流程；（2）指令周期流程實(shí)際上是一個(gè)指令流,數(shù)據(jù)流在數(shù)據(jù)通路上的流淌過(guò)程；參見(jiàn)例題,習(xí)題；4,微程序把握器的原理及組成框圖；（1）基本原理第 18 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載設(shè)計(jì)階段：第一,依據(jù)CPU 的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu),指令操作定 義 等,畫出每條指令的指令周期流程圖（詳細(xì)到每個(gè)時(shí)鐘周期,微 操作,微命令）；然后,依據(jù)微指令格式,指令周期流程圖編寫 每條指令的微程序；最終,把整個(gè)指令系統(tǒng)的微程序（其中取指 令的微程序段是公用的）固化到把握儲(chǔ)備器中；運(yùn)行階段：第一,逐條執(zhí)行取指令公用微程序段,把握取指 令操作

22、；然后,依據(jù)指令的操作碼字段,經(jīng)過(guò)變換,找到該指令 所對(duì)應(yīng)的特定微程序段,從把握儲(chǔ)備器中逐條取出微指令,依據(jù) 微操作把握字段,直接或經(jīng)過(guò)譯碼產(chǎn)生微命令（把握信號(hào)）,控制相關(guān)部件完成指定的微操作；址字段取下一條微指令（2）構(gòu)成框圖一條微指令執(zhí)行以后,依據(jù)微地把握儲(chǔ)備器ROM：存放全部指令系統(tǒng)的微程序；微地址寄存器 uPC：具有自動(dòng)增量功能,給出次序執(zhí)行的下第 19 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載條微指令地址；微命令寄存器uIR：存放由把握儲(chǔ)備器讀出的一條微指令；地址轉(zhuǎn)移規(guī)律：依據(jù)指令寄存器 IR 的操作碼,定位到該 指令對(duì)應(yīng)的微程序段,uPC 初值；假如判定條件 P/ 狀態(tài)條件 =FALS

23、E,就uPC=uPC +1,次序執(zhí)行；假如判定條件 P/ 狀態(tài)條 件=TRUE,就uPC=依據(jù)策略形成新的微指令地址,程序轉(zhuǎn)移；5,流水線中資源相關(guān),數(shù)據(jù)相關(guān),把握相關(guān)問(wèn)題；資源相關(guān)：是指多條指令進(jìn)入流水線后,在同一機(jī)器時(shí)鐘 周期內(nèi)爭(zhēng)用同一個(gè)功能部件所發(fā)生的沖突；數(shù)據(jù)相關(guān)：在一個(gè)程序中,假如必需等前一條指令執(zhí)行完 畢以后,才能執(zhí)行后一條指令,那么這兩條指令就是數(shù)據(jù)相 關(guān)的；把握相關(guān)：把握相關(guān)沖突是由轉(zhuǎn)移類指令引起的；當(dāng)執(zhí)行 轉(zhuǎn)移類指令時(shí),可能為次序取下條指令；也可能轉(zhuǎn)移到新的 目標(biāo)地址取指令；假如流水線次序取指令,而程序卻需要轉(zhuǎn) 移時(shí),進(jìn)入流水線的指令并不是將要執(zhí)行的指令,或者轉(zhuǎn)移 的目標(biāo)指令

24、可能仍沒(méi)有進(jìn)入流水線,從而使流水線發(fā)生斷 流；第 20 頁(yè),共 32 頁(yè)第六章學(xué)習(xí)好資料歡迎下載總線系統(tǒng)1,基本概念；總線：總線是一組能為多個(gè)部件分時(shí)共享的信息傳送線,用來(lái)連接多個(gè)部件并為之供應(yīng)信息交換通路；總線仲裁：當(dāng)總線上的多個(gè)主設(shè)備（主方）同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)使用總線時(shí),必需通過(guò)總線仲裁部件,以某種方式和策略挑選其中一個(gè)主設(shè)備（主方）,接管總線的把握權(quán),傳送信息；總線同步定時(shí)：在同步定時(shí)協(xié)議中,大事顯現(xiàn)在總線上的時(shí)刻由公共的統(tǒng)一的總線同步時(shí)鐘信號(hào)來(lái)確定,所以總線中包含時(shí)鐘信號(hào)線；每個(gè)大事都必需在規(guī)定的時(shí)間點(diǎn)開頭,并在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)終止；每個(gè)大事的連續(xù)時(shí)間,一次總線操作的時(shí)間是確定的；總線異步定時(shí)：

25、在異步定時(shí)協(xié)議中,后一大事顯現(xiàn)在總線上的時(shí)刻取決于前一大事什么時(shí)候終止,即建立在應(yīng)答式或互鎖機(jī)制基礎(chǔ)上；在這種系統(tǒng)中,不需要統(tǒng)一的公共同步時(shí)鐘信號(hào)；一個(gè)大事連續(xù)的時(shí)間,一次總線操作的時(shí)間是不確定的；2,總線接口的功能（1）把握接口依據(jù)CPU 的指令信息把握外圍設(shè)備的動(dòng)作,如啟動(dòng),關(guān)閉設(shè)備等；（2）緩沖第 21 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載在為部設(shè)備和運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)其它部件之間用作為一個(gè)緩沖器,以補(bǔ)償各種設(shè)備在速度上的差異；（3）狀態(tài)接口監(jiān)視外部設(shè)備的工作狀態(tài)并儲(chǔ)存狀態(tài)信息,狀態(tài)信息包括“預(yù)備就緒”,“忙”,“錯(cuò)誤”等,供 進(jìn)行分析之用；（4）轉(zhuǎn)換CPU 詢問(wèn)外部設(shè)備 時(shí)可以完成任何要求的數(shù)

26、據(jù)轉(zhuǎn)換,以確保數(shù)據(jù)能在為部設(shè)備和CPU 之間正確地傳送,如數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換,并（5）整理- 串轉(zhuǎn)換等；可以完成一些特殊的功能,如在批量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)自動(dòng)修改字 計(jì)數(shù)器,當(dāng)前內(nèi)存地址寄存器；（6）程序中斷 每當(dāng)外圍設(shè)備向CPU 懇求某種動(dòng)作時(shí),接口即發(fā)送中斷懇 求 信號(hào)給CPU,申請(qǐng)中斷；第 22 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載3,多總線結(jié)構(gòu)辨析HOST 總線：宿主總線,連接 CPU,cache,主存,北橋；64 多位數(shù)據(jù)線,32 位數(shù)據(jù)線,同步定時(shí)總線；PCI 總線：與處理器無(wú)關(guān)的高速外圍總線,連接高速的 PCI 設(shè)備,32/64 位數(shù)據(jù)線,32 位地址線,同步定時(shí),集中仲裁,猝發(fā)傳送；LAGA

27、CY總線：遺留總線,可以是ISA,EISA,MCA 等傳統(tǒng)總線,連接中,低速設(shè)備,疼惜用戶以前的投資；橋的分類：HOST 橋（北橋）,PCI/LAGACY 橋（南橋）,PCI/PCI 橋；橋的作用：（1）連接兩條總線,使彼此相互通信；第 23 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載（2）總線轉(zhuǎn)換部件,可以把一條總線上的地址空間映射到另一條總線的地址空間上,從而使系統(tǒng)中任意一個(gè)總線上的主設(shè)備都能看到同樣的一份地址表；（3）信號(hào)緩沖,電平轉(zhuǎn)換,把握規(guī)律轉(zhuǎn)換等；第 24 頁(yè),共 32 頁(yè)第八章學(xué)習(xí)好資料歡迎下載輸入輸出系統(tǒng)1,基本概念；DMA 周期挪用：也稱周期竊取,CPU 響應(yīng)DMA 懇求,初始化D

28、MA 當(dāng)把握器之后,I/O 設(shè)備去做預(yù)備,DMA 把握器并不立刻獲得總 線把握權(quán),CPU 連續(xù)獲得總線把握 I/O 設(shè)備每預(yù)備好發(fā)送/ 接收 權(quán)；一個(gè)數(shù)據(jù)后,由DMA 把握器 CPU 申請(qǐng)獲得一個(gè)總線周期的掌 向 握權(quán),傳輸一個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù),然后釋放總線把握權(quán)交給 CPU,I/O 設(shè)備連續(xù)預(yù)備；在整個(gè)DMA 數(shù)據(jù)傳送過(guò)程 CPU DMA 把握器交 中,和 替把握總線,可以充分發(fā)揮CPU 和內(nèi)存的效率,是DMA 廣泛接受 的方式；通道：通道是一個(gè)特殊功能的處理器（基于微處理器 CPU,單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的）,它有自己的指令和程序（通道指令,通道程序）專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入/ 輸出的傳輸把握,而CPU 將“傳輸把握”

29、的功能下放給通道后只負(fù)責(zé)“數(shù)據(jù)處理”功能；系統(tǒng)總線和儲(chǔ)備器,實(shí)現(xiàn)了CPU 內(nèi)部運(yùn)算 與CPU 和通道分時(shí)使 用I/O 設(shè)備的并行工作；外圍處理機(jī)方式PPU：PPU 基本上是獨(dú)立于主機(jī)工作的,它有自己的指令系統(tǒng),完成算術(shù)/ 規(guī)律運(yùn)算,讀/ 寫主儲(chǔ)備器,與外設(shè)交換信息等；PPU 的結(jié)構(gòu)更接近一臺(tái)運(yùn)算機(jī),或者就是一臺(tái)通用計(jì)第 25 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載算機(jī),一般稱為前置機(jī)；在一些大型高效率的運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)中,可以設(shè)置多臺(tái)PPU,分別承擔(dān)I/O 把握,通信,疼惜診斷等任務(wù)；2,多級(jí)中斷處理過(guò)程；（1）中斷懇求獵取CPU 在一條指令執(zhí)行完畢 后,懇求；即轉(zhuǎn)入公操作,查詢是否有中斷（2）預(yù)備是

30、否響應(yīng)中斷懇求 優(yōu)先級(jí)排隊(duì)：中斷優(yōu)先級(jí)排隊(duì)電路預(yù)備是否響應(yīng)當(dāng)級(jí)中斷請(qǐng) 求；查找中斷源：中斷響應(yīng),沿著指定優(yōu)先級(jí)的菊花鏈,查找中 斷源,并獵取中斷向量；（3）中斷周期 斷點(diǎn)地址進(jìn)入堆棧；第 26 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載狀態(tài)寄存器進(jìn)入堆棧；關(guān)中斷,即修改中斷屏蔽寄存器IM（本級(jí)及以下的中斷懇求不予響應(yīng),開放本級(jí)以上的中斷懇求）；PC；形成中斷服務(wù)子程序入口地址,轉(zhuǎn)變（4）中斷處理：疼惜現(xiàn)場(chǎng)；中斷處理（設(shè)備服務(wù)）；復(fù)原現(xiàn)場(chǎng)；開中斷,即修改中斷屏蔽寄存器 IM；中斷返回,即狀態(tài)寄存器,斷點(diǎn)地址從堆棧中出棧,斷點(diǎn)地 址送PC；3,Pentium 接受向量中斷法,中斷源,中斷向量表,中斷 服

31、務(wù)子程序入口地址的形成過(guò)程；指令給出：如軟件中斷指令I(lǐng)NT n 中的n 即為中斷向量號(hào)；接口供應(yīng)：可屏蔽中斷是CPU 接收外部中斷把握器由數(shù) 據(jù) 總線送來(lái)的中斷向量號(hào)；非屏蔽中斷的向量號(hào)是固定的；CPU 自動(dòng)指定：識(shí)別錯(cuò)誤,故障現(xiàn)象,中斷產(chǎn)生條件自動(dòng) 在CPU 內(nèi)部形 成；（3）第 27 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載將256 個(gè)中斷源的中斷服務(wù)子程序入口地址集中儲(chǔ)存在00000H-003FFH 的1K 區(qū)域中,稱 為1）獵取中斷向量號(hào)N；中斷向量表IVT ；2）依據(jù)N,查中斷向量表IVT；3）4N+1,4NIP ,4N+3,4N+2CS ；4）中斷服務(wù)子程序入口地址為：24*CS+IP

32、 ；4,DMA 基本操作過(guò)程；（1）外圍設(shè)備發(fā)出DMA 懇 求；（2）CPU 在指令執(zhí)行公操作期間,查詢是否 DMA 懇求,有 決定是否響應(yīng)設(shè)備的DMA 懇求；如響應(yīng)懇求,CPU 工作改 DMA 把 成操作方式,CPU 初始化DMA 把握器（內(nèi)存起始地址,字個(gè)數(shù)）,DMA 把握器從CPU 接管總線把握 權(quán)；（3）DMA 把握器負(fù)責(zé)執(zhí)行一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)傳送操作；修改內(nèi)存 地址指針,計(jì)數(shù)；數(shù)據(jù)塊傳送終止時(shí)以中斷方式向 CPU 報(bào) 告；（4）CPU 響應(yīng)DMA 傳送終止的中斷懇求,善后處理,收回 總線把握權(quán),一次DMA 傳送操作終 止；第 28 頁(yè),共 32 頁(yè)學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載5,通道的功能；1 CPU 執(zhí)行 指令,通道接收來(lái)自 CPU 輸出的地址信I/O 息,把握信息,按指令要求與指定的外圍設(shè)備進(jìn)行通信；2 從內(nèi)存選取屬于指定設(shè)備的通道程序,逐條執(zhí)行通道指令,向設(shè)備把握器發(fā)送各種