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文檔簡介

2本課程是計算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,3數(shù)值、非數(shù)值數(shù)據(jù),整數(shù)、小數(shù),漢字,等。計內(nèi)部器(器的結(jié)構(gòu)與工作原理,器的組織與連接,高速器、CACHE等) 45數(shù)字計算機(jī)又可分為計算機(jī)和通用計算機(jī)。和 6 繞提高速度、提高字長、擴(kuò)大容量、降低成本、 7第三節(jié)計算機(jī)的硬件運算器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或信息加工器存放程序和數(shù)據(jù)(P9)程序是計算機(jī)進(jìn) 數(shù)據(jù)8控制器控制計算機(jī)各部分自動協(xié)調(diào)的工作(P10)

9層次的劃分不是,各層之間有時是相第二章 (S)r=kn×rn-1+kn-1×rn-2+…+ki×ri-+…+k-m×r-m-(347)8(347.5)8=3×82+4×81+7×80+5×8-(34E.5)1>十進(jìn)制fi八,十六進(jìn)制?fi二進(jìn)制2>八,十六進(jìn)制?fi二進(jìn)制二進(jìn)制fi八進(jìn)制 (10110.01)=1×24+0×23+1×22+1×81+0×2-1+1×2-2(347.5)8=3×82+4×81+7×80+5×8-(34E.5)16=3×162+4×161+14×160+5×16- X0X1X2X3…Xi…Xn-2Xn- 1-2-n) 0≤︱X︱≤2n2n-1)X≤2n(16位整數(shù)范圍:215-1)X(215123.45=1234.5×10-1=12345×10=123450×10-4796.54=0. =0. =-0. 0 ×201000.-0.e:比例因子的指數(shù),稱為浮點的指數(shù),是一個R:比例因子的基數(shù),對于二進(jìn)計數(shù)值的機(jī)器在計算機(jī)的一個單元中分別予以表示, 1 — 0時,其絕 =(-1)s×(1)×2E-12 e-127 00000000000000000000000x=(-1 11111111111111111111111x=(-1 類型,如向量、矩陣、記錄等(P23)。 適應(yīng)不同的處理要求,產(chǎn)生了多種數(shù)據(jù)編碼 符號位:0 [-0]原符號位: [+0]反[-0]反符號位: 定點小數(shù)表示中,[-1]補移符號位:

2n≥-2n -103=[x1]原[x3]移

[x2]原[x6]補[x8]補[x4]移‘0’~

中,既可按從低位字節(jié)向字節(jié)的順序存放字符串的到的新的編碼稱為。其中增加的數(shù)據(jù)位稱為校

補碼加法的是[x]補補 (mod數(shù)用補碼表示時,減法運算的+[]+[]“求反且最末位加1”(簡稱“求反加1”),即可得到|<1. 法是采用雙符號位法,第二種方法是采用單補 2>≥04+x0>≥-2

原f原f原式中為被乘數(shù)符號=0.1101=0.1011. →+→ =X·(Y12-1+Y22-2+…+Yn2-n=2-1(Y1X+2-1(Y2X+2-1(…+2-P1=2-P2=2-1(Yn-Pi=2-1(Yn-i+1X+Pi-Pn=2-1(Y1X+Pn-

→00.0110 01.0011→00.1001 00.1001→00.0100 01.000100.10000.1010.100.10.Pf=1⊕0=1【X×Y】原 X×Y=- A=a1…a1a0B=b1…b1b0 a

b P=pm1…p1p0 Ci=ai+Ci-1ai⊕ECi-1, [X×Y]補=[X]補×[(Y1-Y0)+(Y2-Y1)2-1(0-Yn)2-nX](Yi+1-Yi[P1]補={[P0]補+(Yn+1-Yn)[X]補}[P2]補={[P1]補+(Yn-Yn-1)[X]補}……[Pi]補={[Pi-1]補+(Yn-i+2-Yn-i+1)[X]補}……[Pn]補={[Pn-1]補+(Y2-Y1)[X]補}

[X×Y]補=[Pn+1]補={[Pn]補+(Y1-Y0)[X]補}解:【X】補=1.0101【-X】補=0.1011【Y】補=1.01011.001 →11.00 00.0101 00.0101→00.0010

1.0 → →1111 【X×Y】補 X×Y=0) ×)3 0000)111) 22) 339 43 1 被除數(shù),其原碼為原f.x-…除數(shù),其原碼為原f.y-…原

+(-y)

+(-y) +(-y)

+(-y) [X÷Y]原∴X÷Y=-當(dāng)控制端P=0時,CAS余數(shù)左移10,余數(shù)左 術(shù)運算和邏輯運算的功能,而且具有先行進(jìn)位邏輯,從Fi=Ai⊕Bi⊕CiCi+1= 控制參數(shù)S0,S1,S2S3分別控制輸入Ai和Bi產(chǎn)生Y和X的函數(shù)。其中Yi是受S0,S1控制的Ai和Bi的組合函數(shù),而Xi是受S2S3控制的Ai和Bi組合函數(shù),其函數(shù)關(guān)表達(dá)式如(P53)2.36。Ci=XiYi+(Xi⊕Yi)Ci-1=Pi=X+P1C0

設(shè)則它除了S0-S3四個控制端外,還有一個控制端,用于當(dāng)時對進(jìn)位信號沒有任何影響。此時F不 進(jìn)位輸出,即C有關(guān),因此時,進(jìn)行算術(shù)運算。當(dāng)時,了各位的進(jìn)位輸出,即C=0,因此各位的運算結(jié)果F僅與Y和X有關(guān),故時,進(jìn)行邏輯74181的運算功能見 Cn=G0+Cn=G1+ =G1+G0P1+Cn=G2+ +=G2+GP+GCn+4 =G3+G2P3+GPPP*=P0P1P2P3設(shè)有兩個浮點數(shù)和=2E·Mx=2E·My , E-Ey±M)2y,

E<=Ey

先求階差△位 尾數(shù)上溢:兩個同符號尾數(shù)相加產(chǎn)生了最 設(shè)有兩個浮點數(shù)和x1>0操作數(shù)檢查。4>結(jié)果規(guī)格化5 移移+[-] 用0參加加減運算。低位符號位為0時,表明結(jié)果上溢,為1時,表明1,0時,表明Ti完成以后,Tj才能開始工作。具有 為τ,線性流水線的時鐘周期定義為f=1/τ。輸入流水線,不論有多少級過,每隔一個時鐘周從理論上說,一個具有k級過當(dāng)n>>k時,Ck->k。這就是說,理論上k級線性流水線 以異步方式與80386并行工作,80×相當(dāng)于386的一個奔騰CPU將浮點運算器包含在內(nèi)。浮點運算指令執(zhí)行過程分為8段流水線。前4段為指令預(yù)取第三章內(nèi) 為了解決對器要求容量大,速度快,成本低三者之間的,目前通常采用多級器體系結(jié)構(gòu),即使用高速緩沖器、主器和外(輔助)器構(gòu)成的多級(三級) 容量小 容量不大 特點:在多級器管理系統(tǒng)中,各級器承擔(dān)各Cache提速;外存提供大容量;主存提供運行程序和數(shù)據(jù)的。 第二節(jié) 片選在地址選擇時,首先要選片,只有當(dāng)片選制線在讀/寫器過程中的相互關(guān)系。 第三節(jié) 、 DRAM器的元是由一個MOS晶體管和電容組成的電路。其中的MOS管作為開關(guān)使用,而的信息是由電容器上3 列地址選通。減少地址的引線。儲器的元需要定期刷新(充電),否則 刷新周期:從上一次對整個器刷新結(jié)束到下一次對整個器全部刷新一遍為止的時 0 ,而對此外

器(FlashMemory) 器速度成為限制計算機(jī)高速處理的主要加長器的字長。還可以采用并行操作的雙端口存儲器和多體交叉器。 雙端口器是指同一個器具有兩組相互獨立高速工作的器。如圖為2K×16位雙端口器IDT7133的邏輯框的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線,因而可以對器中任 寫操作,一定不會發(fā)生。當(dāng)任一端口被選中驅(qū)動時,就可對整個器進(jìn)行存取,每一個端口都有自 一個由若干個模塊組成的主器是線性編址的。順序方式:在多模塊的器中,地址按順序分增添模塊來擴(kuò)充器容量比較方便。但各模塊串行工作,器的帶寬受到了限制。 當(dāng)進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)時,CPU同時四個模塊,由器控制部件控制它們分時使用數(shù)據(jù)總線進(jìn)行信息傳遞。這是一種流水線并行器結(jié)構(gòu)。下面我們看看多模塊交叉一個字的周期為T,總線傳送周期為τ,器 保證啟動某模塊后經(jīng)mτ時間再次啟動該模塊時, n個字t1=T+(n-1)τ=mτ+(n-1)τ=(m+n-1)τ 當(dāng)CPU主存中一個字時,便發(fā)出此字的內(nèi)存cache中: 的局部性,使得cache 若tc表示命中時的cache時間,tm表示未命中時的主存時間,1-h表示未,則cache/主存系統(tǒng)的平均時間ta為:設(shè)r=tm/tc表示主存慢于cache的倍率,e表示效 方式三種。 i=jmodm 生。因此適合大容量cache采用。q=j(luò)mod組相聯(lián)映射方式中的每組行數(shù)v一般取值較小,這種規(guī)模的v路比較器容易設(shè)計。而塊在組中的排放又有一定的靈活性,減少。 80486包含8KB片內(nèi)cache,采用每行16B的4路 唯一能接收令。調(diào)試,造成硬件資源浪費。為此人們又提出了便 AC中的數(shù);(A)表示內(nèi)存中地址為A的單元中 較容易,書寫起來比較方便,閱讀程序容易理解。 計算機(jī)中的指令和數(shù)據(jù)都是存放在器中的,對指令和數(shù)據(jù)的都是通過單元的地址編碼進(jìn)是順序存放在器中的。當(dāng)執(zhí)行一段程序時,通常 器或在指令中數(shù)據(jù)塊的起始地址(首地址)和數(shù)據(jù)塊如果數(shù)據(jù)塊是變長的,可用三種方法它的長 單元時,由一個址再加上某些寄存器提供的16位偏移量來形成實際的20位物理地址。這個址就是位補全0,得到20位段址,再加上16位段內(nèi)偏移,在保護(hù)模式下,32位段址加上段內(nèi)偏移得到32位線性地址。由管理部件將其轉(zhuǎn)換成32位的物 PowerPC是RISC機(jī)器,它采用了一組相當(dāng)簡 CPU對整個計算機(jī)系統(tǒng)的,它具有如下四方指令控制程序的順序控制稱為指令控制。由于程操作控制一條指令的功能往往是由若干個操作信出的每條指令的操作信號,把信號送往相應(yīng) 相對控制器而言,運算器接受控制器令而進(jìn)) 測試,以便識別所要求的操作。指令譯 某些來確定下一條指令的地址。而程序計數(shù)器正是地址寄存器用來保存當(dāng)前CPU所的內(nèi)存單元的讀/ 設(shè)備交換信息時,我們同樣使用地址寄1位觸發(fā)器保存。狀態(tài)等信息,以便使CPU和系統(tǒng)了解機(jī)器運行信號,產(chǎn)生控制信號,以便正確地建立數(shù)據(jù) 它們是:硬布線控制器、微程序控制器、控制器產(chǎn)生。因此,還需要時序產(chǎn)生器,對實施時第二 指令周CPU周期:又稱機(jī)器周期,CPU 微指令寄存器用來存放由控制器讀出的一條微指令信息。其中微地址寄存器決定將要的下一 0000000000001111110010100100100000000001000100110000000010100010010010000000 制。缺點是微指令字較長,因而使控制器容量較個小組(即一個字段),然后通過小組(字段)譯 硬布線控制器是早期設(shè)計計算機(jī)的 是指令操作碼譯輸出Im(確定是什么指令),時序程可用圖5.32一、M6800 8088 三、IBM370 80486 是位的CPU,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5.36所

因素,以“數(shù)量取勝為原則來大幅度提高計算機(jī)的指時間和資源重復(fù)的綜合應(yīng)用,既采用時間 的過。目前,幾乎所有的高性能計算機(jī)都采用了處理機(jī)流水線又稱為宏流水線,是指程序步驟的并 相關(guān),使流水線斷流。 。 控制相關(guān)是由轉(zhuǎn)移指令引起的。當(dāng)執(zhí)行轉(zhuǎn)移 四、pentium 一個32位微處理器。但它通向器的外部數(shù)總線寬 奔騰CPU內(nèi)部包含了一個8 。二、RISCCPU1、MC88110CPUMC88110CPU是一個RISC處理器。處理器有12 MC88110是 。第十節(jié) 一、多的媒介,它包括信息的實體與傳遞信息的載體兩 多 為適應(yīng)多技術(shù)發(fā)展,一是需要開發(fā)具有多媒 技術(shù)融合到CPU 為SIMD()的并行處理。 圖5.44表示PCMP指令的功能示意,對應(yīng)部5.4543241616實現(xiàn)動態(tài)執(zhí)行的關(guān)鍵:取消傳統(tǒng)的“取指和“執(zhí)個指令緩沖開辟一個較長的指令窗口,以便允許 上,所以容量不會受到設(shè)備多少的影響。在雙總線系統(tǒng)中,CPU對總線和系統(tǒng)總線必須有不同在單總線系統(tǒng)中,主存和I/O傳送可使用相同的指令,多快地從內(nèi)存送給一臺設(shè)備。 CPU總線:也稱CPU— 級可硬件中斷。另外,ISA總線控制邏輯還通過標(biāo)控制器(8042微處理器)等相連接。橋在此起到了信號速度緩沖、電平轉(zhuǎn)換和控pentium個人機(jī)總線系統(tǒng)中有一個組,簡稱PCI組,它包括主存控制器和cache控制器、北橋和南橋。它們在系統(tǒng)中起著至 鏈?zhǔn)讲樵兎绞降闹饕攸c:離仲裁器最近的鏈?zhǔn)讲樵兎绞降娜秉c對詢問鏈的電路故障很敏 相當(dāng)靈活;可以用()響應(yīng)來自無效設(shè)備的請 定時:出現(xiàn)在總線上的時序關(guān)系。 在異步定時協(xié)議中,后一出現(xiàn)在總線上的時刻取決于前一的出現(xiàn),即建立在應(yīng)答式或互鎖機(jī)對于CPU(主方)、器(從方)而言的塊傳送,(器字長)的4倍。 束的聚焦能力。同時刷新器要有與顯示像素數(shù)相對應(yīng)的空間,用來灰度級越多,圖像層次越清楚真?;叶燃壢Q于每個像素對應(yīng)刷新器單元的位數(shù)和CRT本身的 信息在刷新器,也叫器。刷新器的容量由圖像分辨率和灰度級決刷新器的存取周期必須滿足刷新頻率的要求。容量和存取周期是刷新器的重要技術(shù)指標(biāo)。 充滿整個畫面,因此要求掃過整個屏幕。 碼被存放在器VRAM中,以備刷新。令組成顯示文件存放在緩沖器,緩存中的顯示文控制在屏幕上的移動。為了在屏幕上保留持久是:把對應(yīng)于屏幕上每個像素的信息都用器存起

一、CPU 由控制器和運算器組成(見P120圖 指令寄存器(IR):保存(暫存)當(dāng)前執(zhí)行的指 程序計數(shù)器PC:保存將要取出并執(zhí)行的指通用寄存器組GR:CPU中暫存處理數(shù)據(jù)。為ALU和尋址方式服務(wù)。程序狀態(tài)字PSW:存放程序運行時工作方

要涉及兩類操作:器的讀操作和器的寫操作。(取指令的操作屬于器的讀操 器取指令→IR,(PC

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