組成原理復(fù)習(xí)及習(xí)題14

計(jì)算機(jī)組成原理

課程學(xué)習(xí)四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何賢江歡迎光臨2023/2/41計(jì)算機(jī)組成原理復(fù)習(xí)提要四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何賢江h(huán)exianjiang@2023/2/42第一章復(fù)習(xí)1.計(jì)算機(jī)由:

運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備組成運(yùn)算器功能：進(jìn)行數(shù)據(jù)加工的部件，執(zhí)行數(shù)值數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算。暫時(shí)存放中間結(jié)果。通常也是計(jì)算機(jī)CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐房刂破鞴δ埽嚎刂破饕蛴?jì)算機(jī)各功能部件提供每一時(shí)刻協(xié)同運(yùn)行所需要的控制信號(hào)存儲(chǔ)器功能：存放程序和數(shù)據(jù)輸入設(shè)備功能：是向計(jì)算機(jī)送入程序和數(shù)據(jù)的設(shè)備輸出設(shè)備功能：計(jì)算機(jī)用于送出計(jì)算機(jī)內(nèi)部信息的設(shè)備2023/2/432.信息的表示與處理信息表示:

硬件:采用什么形式的信號(hào)表示信息軟件:采用什么格式的信號(hào)表示信息信息的存儲(chǔ):特定的電路磁化狀態(tài)文件格式信息的變換:數(shù)制轉(zhuǎn)換碼制轉(zhuǎn)換語言編譯信息的傳送:宏觀數(shù)據(jù)輸入,結(jié)果輸出,計(jì)算機(jī)內(nèi)部通信

微觀控制流,數(shù)據(jù)流(指令,數(shù)據(jù),地址信息)信息的加工處理:算術(shù)運(yùn)算,邏輯運(yùn)算對上述過程的控制2023/2/443.存儲(chǔ)程序與馮?諾依曼體制存儲(chǔ)程序方式:計(jì)算機(jī)采用事先編制程序，然后連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行程序的方式馮?諾依曼體制的特點(diǎn)：（1）采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令（2）采用存儲(chǔ)程序方式（3）計(jì)算機(jī)硬件由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入部件和輸出部件組成，各個(gè)不同部件完成不同的功能，即五大基本功能2023/2/454.信息的數(shù)字化表示計(jì)算機(jī)中的信息:用數(shù)字代碼表示信息

信息種類:數(shù)值、字符、聲音、圖形、圖像、邏輯形式數(shù)據(jù)和命令、狀態(tài)等數(shù)字代碼的每一位用脈沖或者電平信號(hào)表示。用一組代碼表示字符：ASCII碼、中文字符、圖形、圖像2023/2/467.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組織1.總線：總線：CPU內(nèi)部總線（芯片內(nèi)總線）、部件內(nèi)總線、系統(tǒng)

總線、外總線?？偩€傳送：分時(shí)控制申請、批準(zhǔn)總線信息傳送:串行傳送：1bit/次并行傳送：多位/次總線信息傳送方向總線數(shù)據(jù)寬度：并行傳送數(shù)據(jù)位數(shù)/次數(shù)據(jù)傳輸率：傳送數(shù)據(jù)量/單位時(shí)間總線結(jié)構(gòu):單總線方式多總線方式通道或者IOP方字長：參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)的基本位數(shù)（Word)運(yùn)算速度：CPU時(shí)鐘頻率、ips、用某種特定指令計(jì)算2023/2/47第二章復(fù)習(xí)

1.數(shù)據(jù)信息表示法數(shù)值、文字、符號(hào)、語音、圖形、圖像等統(tǒng)稱數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，都必須用數(shù)字化編碼的形式被存儲(chǔ)、加工和傳送。數(shù)字化編碼二要素:

①

用少量、簡單的基本符號(hào)

②

用一定的組合規(guī)則用以表示大量復(fù)雜多樣的信息基二碼（二進(jìn)制碼）

只使用兩個(gè)基本點(diǎn)符號(hào)：１

０符號(hào)個(gè)數(shù)最少，物理上容易實(shí)現(xiàn)與二值邏輯的真假兩個(gè)值對應(yīng)簡單用二進(jìn)制碼表示數(shù)值數(shù)據(jù)運(yùn)算規(guī)則簡單。2023/2/483.二到八或十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換二到八從小數(shù)點(diǎn)向左右三位一分組二到十六從小數(shù)點(diǎn)向左右四位一分組說明：整數(shù)部分不足位數(shù)對轉(zhuǎn)換無影響，

小數(shù)部分不足位數(shù)要補(bǔ)零湊足，否則出錯(cuò)。2023/2/494.二、十進(jìn)制相互轉(zhuǎn)換

二十進(jìn)制

1.逐次乘位權(quán)相加法:(整數(shù)、小數(shù)乘以位權(quán))2.逐次乘以二相加法（整數(shù)）（最后一位不乘以二?。┲鸫纬远嗉臃ǎㄐ?shù)）（最后一位要除以二?。┦M(jìn)制

1.整數(shù)轉(zhuǎn)換:a.減權(quán)定位法b.除基取余法

2.小數(shù)轉(zhuǎn)換:a.減權(quán)定位法b.乘基取整法2023/2/4105.數(shù)據(jù)的機(jī)器碼表示1.原碼表示法符號(hào)位：正數(shù)（0）負(fù)數(shù)（1)

其余為絕對值2.補(bǔ)碼表示法符號(hào)位：正數(shù)（0）負(fù)數(shù)（1)

其余位：正數(shù)（絕對值）負(fù)數(shù)（各位變反末位加1)3.反碼表示法符號(hào)位：正數(shù)（0）負(fù)數(shù)（1)

其余位：正數(shù)（絕對值）負(fù)數(shù)（各位變反)注意：正數(shù)機(jī)器碼表示時(shí)原碼、補(bǔ)碼、反碼相同

零的原碼和反碼均有2個(gè)編碼，補(bǔ)碼只一個(gè)碼

負(fù)數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼表示均不同2023/2/4116.數(shù)據(jù)原碼表示法定點(diǎn)小數(shù)：定點(diǎn)小數(shù)表示的范圍：對于n位數(shù)據(jù)：

-（1-2-n）≤X≤（1-2-n）

或者-1＜X＜1定點(diǎn)整數(shù)：定點(diǎn)整數(shù)表示的范圍：

-（2n-1）≤X≤（2n-1）

或者-2n

＜X＜2n2023/2/4127.數(shù)據(jù)的補(bǔ)碼表示法補(bǔ)碼定義：

[X]補(bǔ)=M+XmodM由真值、原碼轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼：由補(bǔ)碼表示求其真值與原碼：補(bǔ)碼的性質(zhì)：

1)在補(bǔ)碼表示中，最高位X0(符合位）與原碼表示相同。

2）在補(bǔ)碼表示中，數(shù)據(jù)0的表示只有一種：000····03）負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的表示比原碼寬，補(bǔ)碼在數(shù)軸上的映射p312023/2/4138.數(shù)據(jù)的定點(diǎn)表示與浮點(diǎn)表示數(shù)據(jù)的定點(diǎn)表示法（小數(shù)點(diǎn)位置固定）

定點(diǎn)小數(shù)：符號(hào)部分小數(shù)部分默認(rèn)小數(shù)點(diǎn)位置

定點(diǎn)整數(shù)：整數(shù)部分在硬件上用定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算的機(jī)器叫定點(diǎn)機(jī)數(shù)據(jù)的浮點(diǎn)表示法（小數(shù)點(diǎn)位置不固定）格式：階符階碼尾符尾數(shù)

尾符階符階碼尾數(shù)

2023/2/4149.幾種常用的檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼

奇偶檢錯(cuò)碼，用于并行數(shù)據(jù)傳送中海明檢錯(cuò)與糾錯(cuò)碼，用于并行數(shù)據(jù)傳送中循環(huán)冗余碼，用于串行數(shù)據(jù)傳送中編碼過程譯碼過程

傳送原始數(shù)據(jù)碼字結(jié)果數(shù)據(jù)形成校驗(yàn)位的值，加進(jìn)特征檢查接送的碼字，發(fā)現(xiàn)/改正錯(cuò)誤2023/2/41510.奇偶校驗(yàn)碼用于并行碼檢錯(cuò)原理：在k位數(shù)據(jù)碼之外增加1位校驗(yàn)位，使K+1位碼字中取值為1的位數(shù)總保持為偶數(shù)（偶校驗(yàn)）或奇數(shù)（奇校驗(yàn)）例如：

00011000100001

01010010110101

原有數(shù)據(jù)位

兩個(gè)新的碼字

偶校驗(yàn)奇校驗(yàn)校驗(yàn)位2023/2/41612.海明校驗(yàn)碼1.能發(fā)現(xiàn)并改正k+r

位中任何一位出錯(cuò)，2.能發(fā)現(xiàn)

k+r

位中任何二位同時(shí)出錯(cuò)，但已無法改正。

海明效驗(yàn)仍然以奇偶效驗(yàn)為依據(jù)。效驗(yàn)位的位置

:P1P2×P3×××P4×××××××P5×····

2023/2/417海明效驗(yàn)碼的分組

將編好的效驗(yàn)碼分成若干組，每一組由一個(gè)效驗(yàn)位和若干有校信息位組成。如：有校信息k=4,則需要r=3,組成效驗(yàn)碼，編組如下：海明碼序列號(hào)1234567

指誤字

含義P1P2×P3×××

第三組∨∨∨∨G3

第二組∨∨∨∨G2

第一組∨∨∨∨G12023/2/418海明效驗(yàn)位Pi的值

效驗(yàn)碼分組后，源部件由每一分組確定Pi的值，目的部件由每一分組效驗(yàn)情況產(chǎn)生一個(gè)指誤字的值，根據(jù)每一組效驗(yàn)情況確定指誤字的值。如果該組符合奇效驗(yàn)（或者偶效驗(yàn)）則該組的指誤字Gi=0,否則Gi=1。如有效信息k=4（值為1101）,則組成效驗(yàn)碼

P1P21P3101其中：P1=1+1+1=1(設(shè)采用偶效驗(yàn)法）

P2=1+0+1=0P3=1+0+1=02023/2/41913.循環(huán)冗余碼

用于多位串行數(shù)據(jù)傳送中的檢錯(cuò)糾錯(cuò)處理。

k

位數(shù)據(jù)位+r

個(gè)校驗(yàn)位,拼接成k+r

位的碼字，在接收端對碼字進(jìn)行合法與出錯(cuò)檢查。2023/2/4201011110000001011101110000001110010111

1011101模2除運(yùn)算循環(huán)冗余碼實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)原理有效信息：100生成多項(xiàng)式：101112023/2/4

四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何賢江21

1011110000001011101110000001110010111

1011101k=3數(shù)據(jù)為100r=4求出的校驗(yàn)值為1011100

可寫成X2

碼字為1001011（數(shù)據(jù)位拼校驗(yàn)位）模2除運(yùn)算循環(huán)冗余碼實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)原理2023/2/4

四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何賢江22

1011110000001011101110000001110010111

1011101k=3數(shù)據(jù)為100r=4求出的校驗(yàn)值為1011100

可寫成X2為求4位校驗(yàn)位，可用X4+X2+X+1

去模2除

X2

*X4

X4+X2+X+1

叫生成多項(xiàng)式，

由查數(shù)學(xué)表得到。

碼字為1001011（數(shù)據(jù)位拼校驗(yàn)位）模2除運(yùn)算循環(huán)冗余碼實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)原理2023/2/4

四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何賢江23

14.原碼、補(bǔ)碼加減法

原碼相加同號(hào)：絕對值相加，取相同符號(hào)異號(hào)：取絕對值大的符號(hào)，絕對值相減原碼相減將減數(shù)變?yōu)橄喾磾?shù)，然后相加補(bǔ)碼操作運(yùn)算：（1）參加運(yùn)算的操作數(shù)用補(bǔ)碼表示，符號(hào)位作為數(shù)據(jù)的一部分參加運(yùn)算，結(jié)果為補(bǔ)碼表示。（2）相加時(shí)，兩操作數(shù)直接相加。（3）相減時(shí)，將減數(shù)變補(bǔ)后，再與被減數(shù)一起相加?！镒冄a(bǔ)：指將操作數(shù)連同符號(hào)位一起變反加12023/2/42415.溢出判別定義：運(yùn)算結(jié)果如超出機(jī)器數(shù)表示的范圍，稱為溢出。溢出類型：兩正數(shù)相加，超出表示范圍，稱為正溢。兩負(fù)數(shù)相加，超出表示范圍，稱為負(fù)溢。兩異號(hào)數(shù)相加，不會(huì)超出數(shù)據(jù)表示范圍。溢出判別邏輯表達(dá)示一：“溢出”=SASBSFSASBSF

溢出判別邏輯表達(dá)示二：“溢出”=CfC

溢出判別邏輯表達(dá)示三：(采用變形補(bǔ)碼表示-----雙符號(hào)位）“溢出”=Sf1

⊕Sf200:01:10:11:2023/2/425

定義：將數(shù)據(jù)左移或者右移的運(yùn)算。移位類型：邏輯移位和算術(shù)移位。邏輯移位：循環(huán)左移、循環(huán)右移、非循環(huán)左移、非循環(huán)右移算術(shù)移位：算術(shù)左移、算術(shù)右移。算術(shù)左移：符號(hào)

？算術(shù)右移：符號(hào)

補(bǔ)位？原碼：添?

補(bǔ)碼：添符號(hào)位

16.移位：02023/2/426舍入：原碼和補(bǔ)碼：0舍1入，或者末位恒置1

反碼：1舍0借，或者末位恒置0邏輯運(yùn)算：基本邏輯運(yùn)算有：邏輯乘（AND）、邏輯加（OR）、求反（NOT）、異或（NOR)

復(fù)雜的運(yùn)算可以用基本邏輯運(yùn)算表示如：1）用異或判斷兩操作數(shù)是否相等：如AB=0，則A=B2)用0A=A及1A=A的特性可以修改一組代碼中的某些位

3）用AND運(yùn)算實(shí)現(xiàn)按位清零運(yùn)算。

4）用OR運(yùn)算實(shí)現(xiàn)按位置“1”運(yùn)算。17.舍入、邏輯運(yùn)算2023/2/427全加器：

如果只考慮兩個(gè)輸入量相加的加法器，叫做半加器。如果考慮三個(gè)輸入量相加的加法器，叫做全加器。并行加法器

串行加法器：用一個(gè)全加器分n步實(shí)現(xiàn)n位數(shù)相加的方法。

并行加法器：用n個(gè)全加器一步實(shí)現(xiàn)n位數(shù)相加的方法。

加法器執(zhí)行運(yùn)算的速度與哪些因素有關(guān)？18.全加器2023/2/4282023/2/429

串行進(jìn)位邏輯表達(dá)式:并行進(jìn)位邏輯表達(dá)式:19.原碼一位乘運(yùn)算步驟[X*Y]原

=(XＳ

+YＳ

)(X*Y)

即：1）乘積符號(hào)：Sp=SxSy2)乘積尾數(shù)：P=X*Y運(yùn)算步驟：1）寄存器分配與初始化：A,B,C2)符號(hào)位：A、B用雙符號(hào)位

3）操作：Cn=1,A+B后累加積右移一位，

Cn=0,直接執(zhí)行右移一位，

4）操作部數(shù)同尾數(shù)。加符號(hào)位。

5)添加符號(hào)位。2023/2/43020.補(bǔ)碼乘法（比較法）運(yùn)算的步驟1）將操作數(shù)用補(bǔ)碼表示，乘數(shù)末位添加一位Yn+1=02）寄存器分配：A=00.0000，以后存放部分積，B=X補(bǔ)，求出-B，C=Y補(bǔ)，末位添加03）比較操作：

YnYn+14)操作步數(shù)：尾數(shù)的位數(shù)加1，最后一步不移位！如：X=+0.1101Y=-0.1010，求：（X*Y)補(bǔ)00：原部分積右移一位(直接右移一位)01

：原部分積加X補(bǔ)后右移一位10

：原部分積加–(X補(bǔ))后右移一位11：原部分積右移一位(直接右移一位)2023/2/43121.加減交替除法步驟1）取絕對值相除，符號(hào)位單獨(dú)處理。2）原碼除法運(yùn)算的商符先直接為0，最后效正。3）每步操作如下：

<0:商0,下一步作：ri+1=2ri+y0：商1,下一步作：ri+1=2ri-y4）最后余數(shù)注意位權(quán)（左移n次,余數(shù)為：rn*2-n）。

最后一步，如果余數(shù)為負(fù)，要恢復(fù)余數(shù)。5)操作的步數(shù)根據(jù)情況確定。6）校正符號(hào)。ri=2ri-1-y

2023/2/43223.浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算浮點(diǎn)運(yùn)算器通常由處理階碼的和處理尾數(shù)的兩個(gè)定點(diǎn)運(yùn)算器組成。在早期的小或微型機(jī)中，浮點(diǎn)運(yùn)算器通常以任選件方式提供給用戶,主要用于計(jì)算浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)加減運(yùn)算對階執(zhí)行加減規(guī)格化舍入(右歸）判溢出浮點(diǎn)數(shù)乘除運(yùn)算階碼加減尾數(shù)乘除舍入與規(guī)格化處理判溢出2023/2/433（1）對階操作，求階差：

E=EX-EY，

使階碼小的數(shù)的尾數(shù)右移E位，其階碼取大的階碼值；（2）尾數(shù)加減；（3）規(guī)格化處理；（4）舍入操作，可能帶來又一次規(guī)格化；（5）判結(jié)果的正確性，即檢查階碼上下溢出。EXX=MX*2

EYY=MY*2

24.浮點(diǎn)數(shù)加減運(yùn)算2023/2/43425.浮點(diǎn)數(shù)乘法運(yùn)算（1）階碼相加：

積的階碼

=EX+EY

注意：計(jì)算結(jié)果的階碼符號(hào)位（2）尾數(shù)相乘：MX*MY(3)規(guī)格化處理；

(4)舍入操作；

(5)判結(jié)果的正確性，即檢查階碼是否溢出。

2023/2/43526.浮點(diǎn)數(shù)除運(yùn)算（1）階碼相減：

積的階碼

=EX-EY=EX+(-EY)

（2）尾數(shù)相除：MX/MY(3)規(guī)格化處理；

(4)舍入操作；

(5)判結(jié)果的正確性，即檢查階碼是否溢出。2023/2/436練習(xí)題一、簡答題1.馮.諾依曼體制的要點(diǎn)是什么？2.什么是數(shù)據(jù)通路寬度？3.何謂總線？4.什么是并行進(jìn)位鏈？5.運(yùn)算器的核心結(jié)構(gòu)是什么？一般由哪些基本元件構(gòu)成？6.溢出和進(jìn)位有何不同？7.浮點(diǎn)數(shù)采用規(guī)格化表示，熟悉浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算規(guī)則！

2023/2/4378.分別按串行進(jìn)位方式與并行進(jìn)位方式，寫出進(jìn)位信號(hào)C3的邏輯表達(dá)式（C0為初始進(jìn)位）。9.若X補(bǔ)=0.1011，Y補(bǔ)=0.0111，試用變形補(bǔ)碼（雙符號(hào)位）判斷X補(bǔ)+Y補(bǔ)是否溢出。10.在補(bǔ)碼一位乘中，判斷條件YnYn+1，試寫出相應(yīng)的操作規(guī)則。2023/2/438二、填空題1.若真值X=-1/16，則[X]原=（）。3．設(shè)［x］補(bǔ)=1.x1x2x3x4，當(dāng)x<-1/2，

x1必須為（），x2x3x4為（）。2023/2/439

五、計(jì)算題1.已知x=-26/32，Y=23/32，用原碼一位乘求XY=？請分步列出運(yùn)算過程，并給出完整的乘積。2.用補(bǔ)碼一位乘（比較法）求（-26/32）*（-23/32）=?并列出分步運(yùn)算情況及乘積。2023/2/440第三章存儲(chǔ)器2023/2/4412.存儲(chǔ)器的分類1）按功能及速度分：CACHE:是CPU可以直接訪問的一種存儲(chǔ)器，它由高速半導(dǎo)體元件組成（如雙極型ECL，TTL)，CACHE直接與CPU相連或者集成在CPU中。高速緩存存放主存儲(chǔ)器指令或者數(shù)據(jù)的副本。主存儲(chǔ)器:CPU可以直接訪問的存儲(chǔ)器，存放CPU需要執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。CPU訪問CACHE失效后即訪問主存儲(chǔ)器。主存儲(chǔ)器由半導(dǎo)體元件構(gòu)成，其存儲(chǔ)容量比CACHE大，速度比CACHE慢。存放數(shù)據(jù)的位成本比CACHE低。外存儲(chǔ)器：作為主存儲(chǔ)器的后援，用于存放豐富的信息資源。外存的容量大，相對于主存儲(chǔ)器的速度慢，但存放數(shù)據(jù)的位成本低。信息保存時(shí)間較久。2023/2/4422）按存取方式分隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM)：可以隨機(jī)任意訪問某一存儲(chǔ)單元，其訪存時(shí)間基本一致。分為SRAM和DRAM順序存儲(chǔ)器(SAM)：訪存內(nèi)容的時(shí)間與其內(nèi)容所在的位置有關(guān)，如磁帶存儲(chǔ)器。只讀存儲(chǔ)器：只能讀出數(shù)據(jù)不能寫入數(shù)據(jù)的一種存儲(chǔ)器。3）按存儲(chǔ)介質(zhì)分半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的存儲(chǔ)器。分為雙極型存儲(chǔ)器（TTL:半導(dǎo)體-半導(dǎo)體邏輯電路；ECL:射電藕合邏輯電路),MOS型（金屬氧化物半導(dǎo)體）存儲(chǔ)器：靜態(tài)DOS和動(dòng)態(tài)DOS。磁性材料存儲(chǔ)器：磁芯、磁盤、磁帶激光存儲(chǔ)器：光盤存儲(chǔ)器的分類2023/2/4433.半導(dǎo)體存儲(chǔ)器靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM（雙極型、靜態(tài)MOS型）：依靠雙穩(wěn)態(tài)電路內(nèi)部交叉反饋的機(jī)制存儲(chǔ)信息。功耗較大,速度快,作Cache。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM（動(dòng)態(tài)MOS型）：依靠電容存儲(chǔ)電荷的原理存儲(chǔ)信息。功耗較小,容量大,速度較快,作主存。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM破壞性讀出2023/2/4444.半導(dǎo)體存儲(chǔ)器特性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的特點(diǎn)：存取速度快，體積小，可靠。但是斷電后不能保存原有信息。存儲(chǔ)元：能夠保存一位二進(jìn)制信息的物件，是存儲(chǔ)器的最小單位。存儲(chǔ)單元：由一個(gè)或者多個(gè)存儲(chǔ)元組成。

有字節(jié)單元和字單元2023/2/4455.DRAM刷新（再生)要定期刷新：在不進(jìn)行讀寫操作時(shí)，DRAM存儲(chǔ)器的各單元處于斷路狀態(tài)，由于漏電的存在，保存在電容CS上的電荷會(huì)慢慢地漏掉，為此必須定時(shí)予以補(bǔ)充，通常稱其為刷新操作。刷新不是按字處理，而是每次刷新一行，即為連接在同一行上所有存儲(chǔ)單元的電容補(bǔ)充一次能量。刷新有三種常用方式。最大刷新間隔：2ms在此期間，必須對所有動(dòng)態(tài)單元刷新一遍。集中刷新

分散刷新異步刷新2023/2/4466.半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器掩膜型只讀存儲(chǔ)器：PROM(一次可編程型):EPROM:EEPROM(E2PROM):FlashEEPROM:2023/2/4477.主存儲(chǔ)器組織存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)需要解決的問題：

a.存儲(chǔ)器基本邏輯設(shè)計(jì)（如何由某種芯片組成需要容量的存儲(chǔ)模塊，以及如何由不同種類芯片構(gòu)成需要功能及容量的存儲(chǔ)器）

b.DRAM的刷新

c.主存儲(chǔ)器如何與CPU相連接

d.主存儲(chǔ)器的效驗(yàn)2023/2/448READYWRITEREAD

8.主存儲(chǔ)器與CPU相連

計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)當(dāng)前運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)的部件，通過地址、數(shù)據(jù)、控制三類總線與CPU、等其他部件連通；CPUMainMemoryABk位（給出地址）DBn位（傳送數(shù)據(jù)）地址總線AB

的位數(shù)決定了可尋址的最大內(nèi)存空間，數(shù)據(jù)總線DB

的位數(shù)與工作頻率的乘積正比于最高數(shù)據(jù)出入量，控制總線CB

指出總線周期的類型和本次操作完成的時(shí)刻。例如，k=20位n=32位2023/2/4499.存儲(chǔ)器基本邏輯設(shè)計(jì)1.確定存儲(chǔ)器的容量，根據(jù)功能需要選擇芯片類型。確定每種芯片的芯片數(shù)量，并且給出每種芯片的內(nèi)存空間映像圖。2.確定需要地址線的條數(shù)，數(shù)據(jù)線的條數(shù)，控制線的條數(shù)。3.將芯片拼接成規(guī)定的字的位數(shù)（位擴(kuò)展）4.將位擴(kuò)展后的模塊組用譯碼器聯(lián)結(jié)起來（字?jǐn)U展）2023/2/45010.磁表面存儲(chǔ)器

磁盤是一種用得最多的外存設(shè)備，屬于磁表面存儲(chǔ)器其主要特點(diǎn)是容量大，速度尚可，且能以比較低成本長時(shí)間地記憶信息。磁盤驅(qū)動(dòng)器屬于直接存?。▽さ溃?、串行讀寫設(shè)備。

種類：磁芯、磁盤、磁帶2023/2/45111.磁記錄編碼方式

磁記錄方式是指一種編碼方法，即如何將一串二進(jìn)制信息，通過讀寫電路變換成磁層介質(zhì)中的磁化翻轉(zhuǎn)序列。 好的編碼方法應(yīng)該有：更高的編碼效率，更高的自同步能力，更高的讀寫可靠性等。 常用的編碼方式有：

不歸零制（NRZ）NRZ1制調(diào)相制（PM）調(diào)頻制（FM）改進(jìn)調(diào)頻制（MFM,M2F）2023/2/45213.軟盤存儲(chǔ)器a.磁道：信息在磁道內(nèi)順序地紀(jì)錄。

道密度：徑向單位長度的磁道數(shù)，TPI

位密度：磁道上單位長度紀(jì)錄的二進(jìn)制位數(shù)。Bpi

道容量：磁道上紀(jì)錄的二進(jìn)制位總數(shù)

b.扇區(qū)：2023/2/45314.有關(guān)磁盤的名詞磁盤容量：

非格式化容量：用戶數(shù)據(jù)+各種格式化信息格式化容量：用戶數(shù)據(jù)磁盤工作速度：

平均尋道（定位）時(shí)間：平均旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間：2023/2/45415.高速緩存CACHE

用途：設(shè)置在CPU和主存儲(chǔ)器之間，完成高速與CPU交換信息，盡量避免CPU不必要地多次直接訪問慢速的主存儲(chǔ)器，從而提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

實(shí)現(xiàn)：這是一個(gè)存儲(chǔ)容量很小，但讀寫速度更快的，以關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器方式運(yùn)行、用靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)。

要求：有足夠高的命中率，既當(dāng)CPU需用主存中的數(shù)據(jù)時(shí)，多數(shù)情況可以直接從CACHE中得到，稱二者之比為命中率。2023/2/455高速緩存CACHE

常用的地址映像方式：

全相連映像方式直接映像方式組相連映像方式

2023/2/456練習(xí)題填空題1.在存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)中，CPU可直接訪問的存儲(chǔ)器是（）和（）。2.六管靜態(tài)MOS存儲(chǔ)單元是依靠（）存儲(chǔ)信息。3.靜態(tài)RAM靠（）存儲(chǔ)信息。5.磁盤存儲(chǔ)器的速度指標(biāo)一般包括（）、（）、（）等三項(xiàng)。6.按存取方式分類，磁帶屬于（）存儲(chǔ)器。7.動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)器的刷新周期安排方式有（）、（）和（）三種。8.磁盤中常用的校驗(yàn)方法是（）。9.某32位機(jī)器，若地址碼33位，按字節(jié)編址則訪存空間可達(dá)（）；若按字編址，則訪存空間可達(dá)（）。2023/2/457練習(xí)題簡答題1.在存儲(chǔ)器系統(tǒng)中為什么設(shè)置主存與輔存這樣層次？2.某主存容量64KB，用4片RAM組成，16KB/片，地址線A15（高）-A0（低），請列出各片選信號(hào)的邏輯式。3.何謂動(dòng)態(tài)RAM的刷新？4.靜態(tài)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器靠什么存儲(chǔ)信息？動(dòng)態(tài)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器又靠什么存儲(chǔ)信息？5.動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的刷新周期安排方式有哪幾種？6.若待編信息為（10110100），分別求出其海明校驗(yàn)碼以及CRC校驗(yàn)碼。2023/2/458練習(xí)題設(shè)計(jì)題

1.用8Kx4ROM芯片構(gòu)成16KB存儲(chǔ)區(qū)，用4Kx4RAM芯片構(gòu)成12KB工作區(qū)，地址線A15（高）~A0（低），請分別列出各芯片的片選邏輯式，加到各存儲(chǔ)器芯片的地址線是哪幾位？并且畫出粗框圖。2.某機(jī)器中，已知有一個(gè)地址空間為0000H~1FFFH的ROM區(qū)域（ROM芯片8K×8），現(xiàn)在再用RAM芯片（8K×4）形成一個(gè)16K×8的RAM區(qū)域，起始地址為2000H,假設(shè)RAM芯片有/CS和

/WE信號(hào)控制端。CPU地址總線為A15~A0,數(shù)據(jù)總線為D7~D0,控制總線為R/W,訪問存儲(chǔ)器信號(hào)/MREQ?；卮穑?）所需RAM芯片數(shù)=？2）所需ROM芯片數(shù)=？3）全譯碼方式，寫出地址分配與片選邏輯。4）畫出存儲(chǔ)器邏輯圖，并表明地址線、數(shù)據(jù)線、片選邏輯及讀寫控制線。2023/2/459第4章指令系統(tǒng)

1基本概念指令：控制計(jì)算機(jī)執(zhí)行操作的命令。一條指令能夠完成某種基本操作。指令系統(tǒng)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)所有指令的結(jié)合

CPU的任務(wù)：解釋執(zhí)行指令代碼。指令字長：一條指令的位數(shù)（定長指令、變長指令）。

2023/2/4602指令格式指令格式:

操作碼

OP

操作數(shù)地址AD尋址方式：指令尋址和操作數(shù)尋址外設(shè)尋址端口尋址方式（端口與主存單獨(dú)編址）

統(tǒng)一映象方式（端口與主存統(tǒng)一編址）主存尋址寄存器尋址直接尋址變址尋址寄存器間址間接尋址相對尋址基地址尋址立即數(shù)尋址堆棧尋址2023/2/4613.OP操作碼指令操作碼OP：為了區(qū)別計(jì)算機(jī)系統(tǒng)指令，將每條代碼用一個(gè)唯一的二進(jìn)制編碼表示其操作性質(zhì)。操作碼格式：定長操作碼，擴(kuò)展操作碼，方式碼（復(fù)合碼）定長操作碼：操作碼的長度與位置固定。擴(kuò)展操作碼：操作碼的長度不固定，關(guān)鍵要給出擴(kuò)展標(biāo)志。2023/2/4624.地址碼ADAD:指令中要給出操作數(shù)的地址。顯地址：指令中給出存儲(chǔ)器單元號(hào)或者寄存器號(hào)。隱地址：指令中不給出操作數(shù)地址，由事先隱含約定在某個(gè)寄存器中或者在堆棧中。指令的地址結(jié)構(gòu)：

1）四地址指令：

2）三地址指令：

3）二地址指令：

4）一地址指令：

5）零地址指令：

2023/2/4635.存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的信息（指令和數(shù)據(jù)）存放在存儲(chǔ)器的相應(yīng)單元中。運(yùn)算時(shí)，如何尋找存放這些信息的有效地址即尋址。尋址分為指令尋址和操作數(shù)尋址。存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：操作數(shù)可能存放的位置？

a.CPU寄存器：

b.主存儲(chǔ)器：需要給出存儲(chǔ)器單元號(hào)碼。

c.堆棧：由SP給出棧頂單元地址，所以指令中不給出地址。

d.外存儲(chǔ)器：以數(shù)據(jù)塊為物理組織單位。軟件角度給出文件名存取。硬件角度需要給出外存信息（如驅(qū)動(dòng)器號(hào)，磁頭號(hào)，圓柱面號(hào)，起始扇區(qū)號(hào)，傳送量等）。

e.I/O設(shè)備：2023/2/4646.尋址方式

尋址方式：確定本條指令的數(shù)據(jù)地址及下一條要執(zhí)行的指令地址的方法。指令尋址和操作數(shù)尋址。在指令中給出的操作數(shù)的地址被稱為形式地址，使用形式地址信息按一定的規(guī)則計(jì)算出來的一個(gè)數(shù)值才是數(shù)據(jù)（或指令）的實(shí)際地址。在指令的操作數(shù)地址字段，可能要指出：

①運(yùn)算器中的累加器的編號(hào)或?qū)Ｓ眉拇嫫髅Q（編號(hào)）

②輸入/輸出指令中用到的I/O設(shè)備的端口地址

③內(nèi)存儲(chǔ)器的一個(gè)存儲(chǔ)單元（或一I/O設(shè)備）的地址有多種基本尋址方式

和某些復(fù)合尋址方式,簡介如下:2023/2/465

寄存器尋址：計(jì)算機(jī)CPU的通用寄存器，用于存放操作數(shù)、操作數(shù)地址或中間結(jié)果。指令地址碼字段給出某一通用寄存器的編號(hào)，且所需的操作數(shù)就在這一寄存器中，這就是寄存器尋址方式；寄存器間接尋址：若該寄存器中存放的是操作數(shù)在內(nèi)存儲(chǔ)器中所在單元的地址，這就是寄存器間接尋址方式。

立即數(shù)尋址：所需的一個(gè)操作數(shù)在指令的地址碼部分直接給出。適用于操作數(shù)固定（如常數(shù)、一次性使用的數(shù)據(jù)）

直接尋址：指令的地址碼字段直接給出所需的操作數(shù)

7、尋址方式2023/2/466

變址尋址：操作數(shù)的地址由指定的變址寄存器（由Reg指定）的內(nèi)容和指令中的地址碼（Disp）相加得到。

相對尋址：用程序計(jì)數(shù)器PC作為變址寄存器。

間接尋址:指令的地址碼字段給出的內(nèi)容既不是操作數(shù)，而是操作數(shù)（或指令）地址的地址。

基址尋址：操作數(shù)的地址由基址寄存器的內(nèi)容和指令中的地址碼相加。

堆棧尋址：SP給出堆棧的棧頂（或次棧頂）地址7、尋址方式2023/2/467練習(xí)題1.何謂堆棧？說明堆棧指針SP的作用。2..如何在指令中表明尋址方式的類型？3.簡化指令地址結(jié)構(gòu)的基本途徑是什么？4.舉例說明變址尋址方式的尋址過程。5.何為隱式I/0指令？其主要特點(diǎn)是什么？6.當(dāng)指令字長一定時(shí)，如何減少地址段的位數(shù)？2023/2/468第五章復(fù)習(xí)題

本章主要討論

運(yùn)算器CPU邏輯組成：控制器

數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)CPU工作原理：指令的執(zhí)行過程與外部設(shè)備的連接2023/2/4691CPU的組成CPU(中央處理單元）包括：運(yùn)算器和控制器，是計(jì)算機(jī)的核心。計(jì)算機(jī)信息分為：數(shù)據(jù)流（數(shù)據(jù)信息）、控制流（指令信息、控制信息）?？刂破魇侨珯C(jī)的指揮系統(tǒng)，它根據(jù)指令序列、外部請求、控制臺(tái)操作來協(xié)調(diào)全機(jī)工作（確定什么時(shí)間，什么條件發(fā)出哪些微命令）

1）對指令執(zhí)行順序的控制。CPU的主要功能：2）對指令操作的控制（指令一組控制信號(hào)）

3）操作時(shí)序的控制

4）對數(shù)據(jù)加工處理1.CPU的組成：運(yùn)算部件、寄存器、控制部件、內(nèi)部總線、時(shí)序系統(tǒng)等組成。2023/2/4702寄存器設(shè)置根據(jù)需要設(shè)置數(shù)量不等的寄存器。用于數(shù)據(jù)處理的寄存器

通用寄存器組：一組可編程訪問的，具有多種功能的寄存器。暫存器：用于臨時(shí)存放數(shù)據(jù)，用戶不能訪問。用于控制的寄存器

指令寄存器IR:用于存放現(xiàn)在正在運(yùn)行的指令，輸出產(chǎn)生操作控制命令系列。保存到指令執(zhí)行完畢。一般為指令棧。

程序計(jì)數(shù)器PC:用于保存下一條指令的地址（指令計(jì)數(shù)器）

程序狀態(tài)字寄存器PSW:用作與主存的接口：MAR、MBR(用戶不能訪問）3.總線：一組能為多個(gè)部件分時(shí)共享的公共信息傳送線路2023/2/4714.微操作命令產(chǎn)生部件產(chǎn)生微操作的基本依據(jù)：時(shí)間（周期、節(jié)拍、脈沖信號(hào)）、指令代碼（OP、尋址碼、寄存器號(hào)）、狀態(tài)、外部請求產(chǎn)生微命令部件：組合邏輯控制器、微程序控制器?？刂破鞯娜蝿?wù)：決定在什么時(shí)間、根據(jù)什么條件發(fā)什么命令（脈沖、電平）。組合邏輯控制器：將時(shí)間信號(hào)、指令代碼、狀態(tài)、外部請求等作為輸入信號(hào)，通過邏輯電路進(jìn)行譯碼或者信號(hào)擴(kuò)展產(chǎn)生控制需要的微命令信號(hào)。微程序控制器：思路同工作程序，將各指令操作所需要的微命令事先寫入一個(gè)存儲(chǔ)器中（位于CPU內(nèi)部，ROM，叫做CM），每步操作需要的微命令，從CM中取出后送往相應(yīng)部件執(zhí)行2023/2/4725.信息傳送控制方式1）串行鏈接方式2）程序查詢方式:CPU與外設(shè)交換信息，I/O準(zhǔn)備期間，CPU不作任何其他工作，等待查詢外設(shè)狀態(tài)，外設(shè)準(zhǔn)備好后，執(zhí)行指令傳送數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：CPU效率低。3）程序中斷方式:程序中斷方式（中斷方式）：CPU暫停執(zhí)行現(xiàn)在的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷處理服務(wù)子程序，以處理某些隨機(jī)事件，處理完畢后自動(dòng)恢復(fù)原程序執(zhí)行。特點(diǎn)：處理隨機(jī)事件功能強(qiáng)（故障處理、硬件中斷、時(shí)鐘中斷、某事件告一段落等）。需要專門硬件管理。2023/2/4735.信息傳送控制方式4）DMA方式:DMA方式（直接存儲(chǔ)器存取方式）：直接依靠硬件在主存與I/O設(shè)備之間進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳送。

DMA方式特點(diǎn)：進(jìn)行簡單的高速數(shù)據(jù)傳送，不能處理復(fù)雜事務(wù)，數(shù)據(jù)傳送期間不需要CPU干預(yù)。CPU效率高。需要專門硬件管理

DMA初始化（CPU向DMA控制器）：

1）送出控制字。

2）送出主存緩沖區(qū)首地址。

3）數(shù)據(jù)交換量。2023/2/4746.時(shí)序控制方式與時(shí)序系統(tǒng)時(shí)序控制方式：指操作與時(shí)序信號(hào)之間的控制方式。

根據(jù)處理方式分：a)

同步控制方式.b)異步控制方式

c)聯(lián)合控制方式1)同步控制方式:各項(xiàng)操作受統(tǒng)一時(shí)序(由CPU或其他設(shè)備提供)控制特點(diǎn)：時(shí)鐘周期時(shí)間固定，各步操作的銜接、各部件之間的數(shù)據(jù)傳送受嚴(yán)格同步定時(shí)控制。2023/2/4756.時(shí)序控制方式與時(shí)序系統(tǒng)2)異步控制方式:各項(xiàng)操作按不同需要安排時(shí)間，不受統(tǒng)一時(shí)序控制。特點(diǎn)：不設(shè)立統(tǒng)一的時(shí)間間隔，各操作間的銜接和各部件之間的信息交換采用異步應(yīng)答方式（申請、響應(yīng)、詢問、應(yīng)答）。3)聯(lián)合控制方式:聯(lián)合控制方式是采用同步與異步相結(jié)合的控制方式。2023/2/4767.同步控制的時(shí)序系統(tǒng)1）時(shí)序劃分層次：在同步控制方式中，常將時(shí)序劃分為幾個(gè)層次，稱為多級(jí)時(shí)序。一般有

a)指令周期：讀取并執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間。

b)工作周期（機(jī)器周期）：完成某段具體操作所需的時(shí)間（如取指、取操作數(shù)、執(zhí)行）。

c)時(shí)鐘周期（節(jié)拍）：一個(gè)工作周期的操作可能由幾步完成，用節(jié)拍為其定時(shí)。節(jié)拍為同步控制的基本時(shí)間單位。

d)定時(shí)脈沖：時(shí)間周期確定了分配時(shí)間的階段。但是有的操作需要嚴(yán)格定時(shí)（如打入數(shù)據(jù)到某寄存器）。定時(shí)脈沖周期更換標(biāo)志和打入數(shù)據(jù)操作。2023/2/4777.同步控制的時(shí)序系統(tǒng)2）同步控制時(shí)序設(shè)計(jì)：一是以訪內(nèi)存為時(shí)間節(jié)拍（因?yàn)樵L問內(nèi)存時(shí)間長）；一是以訪問CPU為時(shí)間節(jié)拍，則訪問內(nèi)存一個(gè)節(jié)拍內(nèi)無法完成。？！2023/2/4783）多級(jí)時(shí)序劃分舉例二級(jí)時(shí)序舉例：

指令周期時(shí)鐘周期1......工作脈沖

::時(shí)鐘周期n......工作脈沖2023/2/4793）多級(jí)時(shí)序劃分舉例

b)三級(jí)時(shí)序舉例：工作周期1::工作周期n時(shí)鐘周期1......工作脈沖

::時(shí)鐘周期n......工作脈沖時(shí)鐘周期1......工作脈沖

::時(shí)鐘周期n......工作脈沖指令周期2023/2/4808.指令執(zhí)行CPU的控制流程從宏觀上表示了指令的執(zhí)行過程。從微觀上分析，每一條指令的執(zhí)行過程可分解為一組操作序列?！安僮鳌敝腹δ懿考膭?dòng)作?！拔⒉僮鳌笔侵噶钚蛄兄凶罨镜摹⒉豢稍俜指畹膭?dòng)作。指令的執(zhí)行可以分為三個(gè)階段：取指、取操作數(shù)和執(zhí)行。而每個(gè)階段又由若干微操作序列構(gòu)成。2023/2/4819.微命令設(shè)置1）ALU輸入選擇：

R0A、R0B、CB、......2）ALU功能選擇：

S3---S0、M、C03）移位功能選擇：

DM、左移、右移。4）打入脈沖：

CPR0、CPMAR、.......5）系統(tǒng)總線及主存有關(guān)微命令：

EMAR、SIR、SMBR等等。

R/W（讀寫控制）2023/2/48210.具體指令執(zhí)行流程和操作時(shí)間表1）MOVE指令2）雙操作數(shù)指令2023/2/48311.微程序控制原理1.

基本原理將控制器所需要的微命令，以代碼（微碼）的形式編成微指令，存入ROM控制存儲(chǔ)器中。CPU執(zhí)行指令時(shí)，從控制存儲(chǔ)器中取出微指令（其中包含的微命令控制有關(guān)操作）將各種機(jī)器指令的操作分解為若干微操作系列。每條微指令包含的微命令控制實(shí)現(xiàn)一步操作。若干條微指令組成一段微程序，解釋執(zhí)行一條機(jī)器指令。

1）控制器邏輯組成:2）有關(guān)術(shù)語：機(jī)器指令，微指令，微命令，微操作，微周期，微程序2023/2/48411.微程序控制原理2.

微指令編碼方式直接控制法（不譯法）：控制字段的每一位就是一個(gè)微命令，直接對應(yīng)于一種微操作。分段直接編譯法：將微指令分為若干小字段，各段獨(dú)立地通過譯碼電路譯碼（譯碼后為一種微命令）。分段原則：同類操作互斥微命令分為一組。分段間接編譯法：字段的含義與本字段有關(guān)，其他字段參與解釋。2023/2/4853.微程序的順序控制方式：初始微地址的形成：

1）取機(jī)器指令：公共操作（放在特定的單元：0#或者其他）

2）功能轉(zhuǎn)移：可以根據(jù)指令代碼轉(zhuǎn)換成微程序的入口地址。一級(jí)功能轉(zhuǎn)移：OP作為轉(zhuǎn)移地址低段:

多級(jí)功能轉(zhuǎn)移：一級(jí)功能轉(zhuǎn)移后，再由尋址方式進(jìn)行二次轉(zhuǎn)移。由PLA電路譯碼實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)移：后繼微地址的形成：找到微程序入口地址，取出微指令開始執(zhí)行，后繼微地址根據(jù)微程序順序控制字段的規(guī)定形成后繼微地址。

1）增量方式：順序執(zhí)行，跳步執(zhí)行，轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)子，返回。

2）斷定方式：給定部分D斷定條件A斷定條件B2023/2/486作業(yè)題一、簡答題1.何謂同步控制？何謂異步控制？3.各舉一例說明同步控制與異步控制的應(yīng)用場合。4.何謂中斷？請說明它的適用場合。5.何謂DMA方式？請說明它的適用場合。6.微程序控制思想的基本要點(diǎn)是什么？2023/2/487設(shè)計(jì)題按模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路，寫出下列各指令流程。1.寫出傳送指令MOVR0，（R1）的指令執(zhí)行流程,并且列出指令執(zhí)行階段的操作時(shí)間表。2.寫出傳送指令A(yù)DDx（R0），（R1）的指令執(zhí)行流程，并且列出取源操作數(shù)第一節(jié)拍的操作時(shí)間表。2023/2/488第七章輸入/輸出系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：CPU子