計算機組成原理總復習-課件

第一章計算機系統(tǒng)概論1、計算機系統(tǒng)：計算機硬件和計算機軟件。計算機（指硬件）應由運算器、控制器、存儲器、總線和輸入/輸出設備五大功能部件組成。運算器和控制器合稱為中央處理器；運算器是對信息進行處理和運算的部件。經(jīng)常進行的運算是算術運算和邏輯運算，所以運算器又稱為算術邏輯運算部件；控制器是整個計算機的指揮中心，它的主要功能是按照人們預先確定的操作步驟，控制整個計算機的各部件有條不紊地自動工作。存儲器是用來存放程序和數(shù)據(jù)的部件，它是一個記憶裝置，也是計算機能夠實現(xiàn)“存儲程序，程序控制”的基礎，常見的三級存儲系統(tǒng)是：cache、主存儲器和外存儲器；外圍設備是指除了CPU和內存以外的其它設備。1PPT課件2PPT課件2、了解馮·諾依曼型計算機的基本工作原理：“存儲程序，按地址順序執(zhí)行”。3、了解計算機的層次結構（P14）。3PPT課件第二章運算方法和運算器1、數(shù)制及其轉換2、數(shù)據(jù)表示格式3、定點數(shù)的表示方法及數(shù)的表示范圍；定點加法、減法、乘法、除法運算；溢出的概念及檢測方法。4PPT課件4、數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼：有符號數(shù)的表示原碼表示法補碼表示法反碼表示法移碼表示法補碼運算變形補碼判溢出5PPT課件碼制表示法小結[X]原、[X]反、[X]補用“0”表示正號，用“1”表示負號；[X]移用“1”表示正號，用“0”表示負號。如果X為正數(shù)，則[X]原=[X]反

=[X]補。如果X為0，則[X]補、[X]移有唯一編碼，[X]原、[X]反有兩種編碼。移碼與補碼的形式相同，只是符號位相反。6PPT課件數(shù)據(jù)的四種機器表示法中，移碼表示法主要用于表示浮點數(shù)的階碼。由于補碼表示對加減法運算十分方便，因此目前機器中廣泛采用補碼表示法。在這類機器中，數(shù)用補碼表示、補碼存儲、補碼運算。也有些機器，數(shù)用原碼進行存儲和傳送，運算時改用補碼。還有些機器在做加減法時用補碼運算，在做乘除法時用原碼運算。7PPT課件5、定點數(shù)的加、減運算串行進位補碼加、減法器的邏輯圖。6、邏輯運算7、機器中的浮點表示；浮點數(shù)的規(guī)格化表示；8PPT課件7、浮點運算方法和浮點運算器浮點加法/減法運算完成浮點加減運算的操作過程大體分為五步：

1.0操作數(shù)的檢查；

2.比較階碼大小并完成對階；

3.尾數(shù)進行加或減運算；

4.結果規(guī)格化并進行舍入處理；

5.溢出處理9PPT課件浮點乘法/除法運算浮點數(shù)的乘除運算大體分為五步：1.0操作數(shù)檢查；2.階碼加/減操作；3.尾數(shù)乘/除操作；4.結果規(guī)格化及舍入處理；5.溢出處理8、了解浮點運算流水線的基本概念10PPT課件第三章內部存儲器1、存儲器概念及分類；半導體存儲器的分類ROM：RAM：SRAM、DRAM11PPT課件2、存儲器的分級：對存儲器的要求是容量大、速度快、成本低，但在一個存儲器中要求同時兼顧這三方面是困難的。為了解決這方面的矛盾，目前在計算機系統(tǒng)中，通常采用多級存儲器體系結構，即使用高速緩沖存儲器、主存儲器和外存儲器。CPU能直接訪問cache和主存儲器，CPU不能直接訪問外存儲器，外存儲器的信息必須調入內存儲器后才能為CPU進行處理。Cache的作用是解決CPU和主存的速度不匹配問題。12PPT課件3、主存儲器的技術指標4、存儲器容量的擴充問題，要求：會計算存儲容量、所需芯片的個數(shù)，能完整地畫出邏輯圖。5、并行存儲器：雙端口存儲器、多模塊交叉存儲器6、了解cache基本原理、地址映射方式、替換策略和寫操作策略等。7、了解虛存的基本概念及其作用。13PPT課件問題：計算機系統(tǒng)的存儲器子系統(tǒng)為什么要采用層次結構？都有哪些類型的存儲器？CPU要執(zhí)行的程序和要處理的數(shù)據(jù)放在什么存儲器中？Cache的作用是什么？14PPT課件問題：假設某CPU有16條數(shù)據(jù)線，16條地址線（典型的16位機），那么該給這個CPU配置多大的主存儲器（單位為字節(jié)）？如果只有16K×16的主存儲器芯片，則需要多少片？你能畫出這些主存儲器芯片和該CPU之間的邏輯連接圖嗎？15PPT課件第四章指令系統(tǒng)1、指令格式分類：三/二/一/零地址二地址指令格式中，從操作數(shù)的物理位置來說，又可歸結為三種類型：存儲器-存儲器（SS）型指令寄存器-寄存器（RR）型指令寄存器-存儲器（RS）型指令16PPT課件2、指令字長度指令字長度：一個指令字中包含二進制代碼的位數(shù)。機器字長：計算機能直接處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，決定了計算機的運算精度。機器字長通常與主存單元的位數(shù)一致。單字長指令：指令字長度等于機器字長度的指令。半字長指令：指令字長度等于半個機器字長度的指令。雙字長指令：指令字長度等于兩個機器字長度的指令。17PPT課件3、指令的尋址方式順序尋址方式跳躍尋址方式4、操作數(shù)尋址方式隱含尋址：指令中不是明顯地給出操作數(shù)的地址，而是在指令中隱含著操作數(shù)的地址；立即尋址：操作數(shù)直接在指令字中給出；直接尋址：在指令的操作數(shù)地址字段直接給出操作數(shù)在存儲器中的地址；18PPT課件寄存器尋址方式：在指令字中直接給出操作數(shù)所在的通用寄存器的編號；寄存器間接尋址方式：在寄存器中給出的不是一個操作數(shù)，而是操作數(shù)地址，操作數(shù)在存儲器中；間接尋址：指令地址字段的形式地址不是操作數(shù)的真正地址，而是操作數(shù)地址的地址。相對尋址：是指把程序計數(shù)器PC的內容加上指令字格式中給出的形式地址（稱為相對尋址偏移量）而形成指令的有效地址；19PPT課件基址尋址：是指把在指令字中給出的一個數(shù)值與一個特定的寄存器（稱為基地址寄存器）的內容相加之和作為操作數(shù)的地址；變址尋址：指把在指令字中給出的一個數(shù)值（稱為變址偏移量）與指定的一個寄存器（稱為變址寄存器）的內容相加之和作為操作數(shù)的地址。20PPT課件問題：從某種程度上來說，計算機系統(tǒng)的核心就是其指令系統(tǒng)，因為指令系統(tǒng)連接著計算機系統(tǒng)的軟件子系統(tǒng)和硬件子系統(tǒng)，指令系統(tǒng)設計的性能好壞，直接影響著計算機系統(tǒng)的性能好壞。請回答，一個完善的指令系統(tǒng)應包括哪些類型的指令？應滿足哪4方面的性能要求？就你理解而言，一個指令系統(tǒng)應該支持哪些基本的尋址方式？21PPT課件第五章中央處理器1、CPU的功能指令控制操作控制時間控制數(shù)據(jù)加工2、控制器的功能22PPT課件3、CPU中的主要寄存器數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR指令寄存器IR程序計數(shù)器PC數(shù)據(jù)地址寄存器AR通用寄存器（R0～R3)狀態(tài)條件寄存器PSW4、操作控制器硬布線控制器微程序控制器23PPT課件5、指令周期：取出一條指令并執(zhí)行這條指令所需的時間。指令周期常常用若干個CPU周期數(shù)來表示。6、CPU周期：一個機器周期一般完成一個基本操作。通常用內存中讀取一個指令字的最短時間來規(guī)定CPU周期，也叫總線周期；一個CPU周期時間又包含有若干個時鐘周期。7、時鐘周期：通常稱為節(jié)拍脈沖或T周期，它一般是處理操作的最基本單位。8、掌握各指令周期是如何實現(xiàn)的。9、針對指令周期的執(zhí)行過程給出CPU的邏輯組成及各部分的功能。24PPT課件25PPT課件10、要求會畫指令周期流程圖（方框圖、操作序列圖）11、微程序控制器微程序控制原理微程序控制器原理框圖微命令和微操作微操作可分為相容性和相斥性26PPT課件27PPT課件機器指令與微指令的關系：一條機器指令對應一個微程序，這個微程序是由若干條微指令序列組成的。因此，一條機器指令的功能是由若干條微指令組成的序列來實現(xiàn)的。簡言之，一條機器指令所完成的操作劃分成若干條微指令來完成，由微指令進行解釋和執(zhí)行。28PPT課件11、微命令編碼直接表示法編碼表示法混合表示法12、流水CPU計算機的并行技術主要有三種形式：時間并行：時間重疊空間并行：資源重復時間并行+空間并行流水CPU是以時間并行性為原來構造的處理器29PPT課件13、流水線中的主要問題資源相關數(shù)據(jù)相關控制相關30PPT課件問題：在計算機硬件系統(tǒng)的各部分中，CPU絕對是核心中的核心。CPU的主要任務就是執(zhí)行指令，請順著CPU執(zhí)行一條指令的思路，簡述CPU邏輯組成的各部分及其作用。31PPT課件第六章總線系統(tǒng)1、總線的基本概念2、總線的連接方式3、了解總線的內部結構4、了解總線信息的傳送方式，掌握串行傳送方式的

格式。5、什么是接口？有什么功能？6、總線仲裁的方式，理解集中式仲裁的幾種方式。7、總線的定時方式32PPT課件現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中，總線子系統(tǒng)顯得越來越重要。在總線子系統(tǒng)中，接口概念不得不提，請問：接口是什么？接口的功能有哪些？列舉你所知道的計算機系統(tǒng)的接口部件？33PPT課件第七章外圍設備1、外圍設備的一般功能、分類；2、磁表面存儲器的特點；3、磁盤存儲器上信息的分布記錄面磁道扇區(qū)柱面4、相關計算（磁盤存儲容量、平均等待時間、數(shù)據(jù)傳輸率等。）34PPT課件問