計(jì)算機(jī)組成原理復(fù)習(xí)

1、1計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí) 2考試題型考試題型1 1、選擇題（、選擇題（2 2分分1414） 例例1 1：集中式總線仲裁中集中式總線仲裁中，( )( )方式方式對(duì)接口電路故障最敏感。對(duì)接口電路故障最敏感。 A.A.獨(dú)立請(qǐng)求獨(dú)立請(qǐng)求 B.B.計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢 C C. .鏈?zhǔn)讲樵冩準(zhǔn)讲樵?例例2 2：假定下列帶奇偶校驗(yàn)位的字符碼均沒有數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，采用假定下列帶奇偶校驗(yàn)位的字符碼均沒有數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，采用偶校驗(yàn)方式的字符碼偶校驗(yàn)方式的字符碼是是( )( )。 A.11001011 A.11001011 B.11010110 B.11010110 C.11001001 C.110

2、01001 例：例：若若X X-1011-1011，Y Y+1101+1101，求，求XX原原、-Y-Y補(bǔ)補(bǔ)、XX移移， 求求X+YX+Y補(bǔ)補(bǔ)，用一位原碼乘法求用一位原碼乘法求XXYY原原。 2 2、計(jì)算題計(jì)算題（8 8分分4 4）3 例：例：簡(jiǎn)述馮簡(jiǎn)述馮諾依曼計(jì)算機(jī)模型的存儲(chǔ)程序原理。諾依曼計(jì)算機(jī)模型的存儲(chǔ)程序原理。 例例1 1：用用1K1K4 4位的位的SRAMSRAM芯片組成芯片組成2K2K8 8位的存儲(chǔ)系統(tǒng)，請(qǐng)說明位的存儲(chǔ)系統(tǒng)，請(qǐng)說明需多少芯片、畫出邏輯結(jié)構(gòu)圖需多少芯片、畫出邏輯結(jié)構(gòu)圖( (含引腳含引腳) )。 課件課件CH3.P40CH3.P40例例5 5 例例2 2：?jiǎn)慰偩€結(jié)構(gòu)單總

3、線結(jié)構(gòu)CPUCPU中中，請(qǐng)寫出指令，請(qǐng)寫出指令R1(R2R1(R2)+(R3)+(R3)的微操的微操作步序列。作步序列。 課件課件CH5.P30CH5.P30練習(xí)練習(xí)1 13 3、簡(jiǎn)答題（簡(jiǎn)答題（5 5分分3 3）4 4、應(yīng)用題（應(yīng)用題（1313分分1212分）分） 要求：要求：知識(shí)點(diǎn)掌握知識(shí)點(diǎn)掌握量化分析量化分析及及簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)4第第1 1章章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 計(jì)算機(jī)功能與軟硬件，層次結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)與組成計(jì)算機(jī)功能與軟硬件，層次結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)與組成二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成1 1、馮、馮諾依曼模型計(jì)算機(jī)諾依曼模型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與組成結(jié)構(gòu)與組

4、成，數(shù)據(jù)表示與運(yùn)算，數(shù)據(jù)表示與運(yùn)算， 存儲(chǔ)程序原理存儲(chǔ)程序原理( (程序存儲(chǔ)方式程序存儲(chǔ)方式、程序控制機(jī)制程序控制機(jī)制) ) ( (按邏輯按邏輯順序、自動(dòng)順序、自動(dòng)) ) ( (一維一維、按地址按地址) ) 逐條逐條 循環(huán)循環(huán) ( (操作碼操作碼、地址碼地址碼) )指令格式指令格式取指令取指令執(zhí)行指令執(zhí)行指令指令地址指令地址+ +“1 1”指令發(fā)生指令發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)轉(zhuǎn)移時(shí)52 2、計(jì)算機(jī)硬件組成、計(jì)算機(jī)硬件組成3 3、計(jì)算機(jī)軟件組成、計(jì)算機(jī)軟件組成 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件/ /應(yīng)用軟件、高級(jí)語言程序應(yīng)用軟件、高級(jí)語言程序/ /機(jī)器語言程序機(jī)器語言程序CPUCPU主存主存I/OI/O接口接口1 1I/OI

5、/O設(shè)備設(shè)備1 1I/OI/O接口接口n nI/OI/O設(shè)備設(shè)備n n磁盤適配器磁盤適配器磁盤磁盤4 4、計(jì)算機(jī)工作過程、計(jì)算機(jī)工作過程指令地址指令地址PCPC存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器指令內(nèi)容指令內(nèi)容IRIR指令譯碼指令譯碼IDID功能部件功能部件+ +“1 1”地址形成部件地址形成部件取指令取指令取指階段取指階段分析指令分析指令執(zhí)行指令執(zhí)行指令執(zhí)行階段執(zhí)行階段轉(zhuǎn)移發(fā)生時(shí)轉(zhuǎn)移發(fā)生時(shí)6三、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能性能1 1、硬件性能參數(shù)、硬件性能參數(shù) * *機(jī)器字長(zhǎng)：機(jī)器字長(zhǎng)：CPUCPU同時(shí)處理的位數(shù)同時(shí)處理的位數(shù) 常指常指CPUCPU中哪個(gè)中哪個(gè)部件長(zhǎng)度？部件長(zhǎng)度？ * *機(jī)器主頻：機(jī)器主頻：?jiǎn)挝粏?/p>

6、位( (1KHz=11KHz=110103 3HzHz) ) 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)CPUCPU哪種時(shí)序哪種時(shí)序信號(hào)？信號(hào)？ * *存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)容量：?jiǎn)挝粏挝? (1KB=11KB=12 21010B B) )，最大主存，最大主存容量容量( (尋址空間尋址空間) )2 2、系統(tǒng)性能指標(biāo)、系統(tǒng)性能指標(biāo)3 3、性能設(shè)計(jì)、性能設(shè)計(jì) * *馮馮諾依曼模型性能瓶頸：諾依曼模型性能瓶頸：CPU-MEMCPU-MEM訪問、訪問、指令串行執(zhí)行指令串行執(zhí)行 * *優(yōu)化方法：優(yōu)化方法：平衡設(shè)計(jì)、平衡設(shè)計(jì)、CPUCPU性能設(shè)計(jì)性能設(shè)計(jì) 例例課件課件CH1.P32CH1.P32例例1 1、例、例2 2，求執(zhí)行時(shí)間、吞吐率，求執(zhí)行

7、時(shí)間、吞吐率 * *響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間：T T響應(yīng)響應(yīng)T TCPUCPUT TI/OI/O等待等待，T TCPUCPUI IN NCPICPIT TC C * *吞吞 吐吐 量：量：T TP PIN N( (某任務(wù)某任務(wù)) )TCPU(CPU(所有任務(wù)所有任務(wù)) )7第第2 2章章 數(shù)據(jù)的表示與運(yùn)算數(shù)據(jù)的表示與運(yùn)算一、數(shù)據(jù)的編碼一、數(shù)據(jù)的編碼1 1、數(shù)制及轉(zhuǎn)換、數(shù)制及轉(zhuǎn)換2 2、機(jī)器數(shù)及其編碼、機(jī)器數(shù)及其編碼原碼原碼 無無 1 1111 111 1 1001 001 1 1000000 0 0000 000 0 0001 001 0 0111111反碼反碼 無無 1 1000 000 1 11

8、10 110 1 1111111 0 0000 000 0 0001 001 0 0111111補(bǔ)碼補(bǔ)碼 1 1000 000 1 1001 001 1 1111 111 0 0000 000 0 0001 001 0 0111111移碼移碼 0 0000 000 0 0001 001 0 0111 111 1 1000 000 1 1001 001 1 1111111真值真值 -2-2n-1n-1 -(2 -(2n-1n-1-1) -1) -1 -1 0 0 +1 +(2+1 +(2n-1n-1-1)-1) 原碼、補(bǔ)碼、反碼、移碼的定義、特性、相互轉(zhuǎn)換原碼、補(bǔ)碼、反碼、移碼的定義、特性、相互

9、轉(zhuǎn)換3 3、十進(jìn)制數(shù)編碼、十進(jìn)制數(shù)編碼( (BCDBCD碼碼) )84 4、字符及字符串編碼、字符及字符串編碼 字符碼的類型，字符編碼與字符數(shù)據(jù)，字符碼的類型，字符編碼與字符數(shù)據(jù)， 字符串常見編碼方法字符串常見編碼方法5 5、檢驗(yàn)碼、檢驗(yàn)碼 * *冗余檢驗(yàn)思想：冗余檢驗(yàn)思想：檢錯(cuò)及糾錯(cuò)原理檢錯(cuò)及糾錯(cuò)原理 * *奇偶校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)碼 ：編碼原理、校驗(yàn)方法、校驗(yàn)?zāi)芰幋a原理、校驗(yàn)方法、校驗(yàn)?zāi)芰?校驗(yàn)碼組成校驗(yàn)碼組成 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)m mn-1n-1mm1 1校驗(yàn)位校驗(yàn)位p p1 1 校驗(yàn)位編碼校驗(yàn)位編碼奇校驗(yàn)奇校驗(yàn) p p1 1m mn nm mn-1n-1m m1 11 1 (mod 2) (mod

10、2) 偶校驗(yàn)偶校驗(yàn) p p1 1m mn nm mn-1n-1m m1 1 (mod 2) (mod 2) * *海明校驗(yàn)碼：海明校驗(yàn)碼：編碼原理編碼原理， 校驗(yàn)?zāi)芰δ繕?biāo)校驗(yàn)?zāi)芰δ繕?biāo)校驗(yàn)原理推導(dǎo)校驗(yàn)原理推導(dǎo) 編碼方法編碼方法、校驗(yàn)方法、校驗(yàn)方法9二、數(shù)據(jù)的表示二、數(shù)據(jù)的表示1 1、數(shù)值數(shù)據(jù)的表示方法、數(shù)值數(shù)據(jù)的表示方法 * *硬件特征：硬件特征：二進(jìn)制表示二進(jìn)制表示( (只有只有0/1)0/1)、定長(zhǎng)運(yùn)算、定長(zhǎng)運(yùn)算 * *表示方法：表示方法：進(jìn)制、符號(hào)、小數(shù)點(diǎn)、數(shù)碼長(zhǎng)度、運(yùn)算方法進(jìn)制、符號(hào)、小數(shù)點(diǎn)、數(shù)碼長(zhǎng)度、運(yùn)算方法 * *數(shù)據(jù)的表示屬性：數(shù)據(jù)的表示屬性：表示格式、編碼方式、數(shù)碼長(zhǎng)度表示格式、

11、編碼方式、數(shù)碼長(zhǎng)度2 2、數(shù)的定點(diǎn)表示、數(shù)的定點(diǎn)表示 定點(diǎn)表示方法，定點(diǎn)數(shù)的表示定點(diǎn)表示方法，定點(diǎn)數(shù)的表示 有符號(hào)數(shù)及無符號(hào)數(shù)有符號(hào)數(shù)及無符號(hào)數(shù)3 3、數(shù)的浮點(diǎn)表示、數(shù)的浮點(diǎn)表示 浮點(diǎn)表示方法，浮點(diǎn)數(shù)的表示、規(guī)格化浮點(diǎn)表示方法，浮點(diǎn)數(shù)的表示、規(guī)格化 ，IEEE754IEEE754標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)4 4、非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示、非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示 * *字符的表示：字符的表示：表示方法，關(guān)系運(yùn)算處理表示方法，關(guān)系運(yùn)算處理方法方法 * *邏輯數(shù)的表示：邏輯數(shù)的表示：表示方法，運(yùn)算處理方法表示方法，運(yùn)算處理方法需設(shè)置硬件狀態(tài)需設(shè)置硬件狀態(tài)位位( (ZFZF、CF/SF)CF/SF)與機(jī)器字長(zhǎng)、主存字長(zhǎng)的關(guān)系與機(jī)器字

12、長(zhǎng)、主存字長(zhǎng)的關(guān)系10三、定點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算方法三、定點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算方法1 1、移位運(yùn)算移位運(yùn)算 ( (邏輯邏輯/ /算術(shù)算術(shù)) )移位規(guī)則、溢出判斷移位規(guī)則、溢出判斷方法方法2 2、位擴(kuò)展運(yùn)算、位擴(kuò)展運(yùn)算 ( (零擴(kuò)展零擴(kuò)展/ /符號(hào)擴(kuò)展符號(hào)擴(kuò)展) )運(yùn)算規(guī)則、硬件配置運(yùn)算規(guī)則、硬件配置3 3、補(bǔ)碼加、補(bǔ)碼加減運(yùn)算減運(yùn)算 * *運(yùn)算規(guī)則：運(yùn)算規(guī)則：AABB補(bǔ)補(bǔ)AA補(bǔ)補(bǔ)BB補(bǔ)補(bǔ)，AABB補(bǔ)補(bǔ)AA補(bǔ)補(bǔ)-B-B補(bǔ)補(bǔ) * *溢出判斷：溢出判斷：OVROVR )Z)(BZ(A1 -n1 -n1 -n1 -n2n1 -nCC1 -nnZZ * *硬件硬件配置配置：思路為思路為AA補(bǔ)補(bǔ)BB補(bǔ)補(bǔ)0 0，AA補(bǔ)補(bǔ)BB補(bǔ)

13、補(bǔ)1 14 4、無、無符號(hào)數(shù)符號(hào)數(shù)運(yùn)算運(yùn)算 與與有符號(hào)數(shù)相同，僅溢出判斷不同有符號(hào)數(shù)相同，僅溢出判斷不同n n位加法器位加法器REGB(nREGB(n位位) )CFCF取反邏輯取反邏輯溢出判斷邏輯溢出判斷邏輯OFOF=0(=0(ADDADD) )=1(=1(SUBSUB) )C C-1-1REGA(nREGA(n位位) )REGZ(nREGZ(n位位) )OVROVRC CADD/SUBADD/SUB115 5、原碼一位乘法運(yùn)算原碼一位乘法運(yùn)算6 6、補(bǔ)碼一位乘法運(yùn)算補(bǔ)碼一位乘法運(yùn)算 比較法運(yùn)算規(guī)則、硬件配置、算法流程比較法運(yùn)算規(guī)則、硬件配置、算法流程 運(yùn)算規(guī)則、運(yùn)算規(guī)則、硬件配置、算法流程，

14、無符號(hào)數(shù)硬件配置、算法流程，無符號(hào)數(shù)乘法實(shí)現(xiàn)乘法實(shí)現(xiàn)b bn-1 n-1 b b0 0n n位加法器位加法器REGBREGBREGPREGP控制門控制門加法加法REGAREGA移位和加控制移位和加控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器C C右移右移積符號(hào)積符號(hào)S SP P乘法標(biāo)志乘法標(biāo)志G GM Ma an-1 n-1 a a0 0四、浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算方法四、浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算方法 浮點(diǎn)加減浮點(diǎn)加減運(yùn)算規(guī)則與警戒位、運(yùn)算規(guī)則與警戒位、運(yùn)算步驟運(yùn)算步驟、算法流程、算法流程12五、算術(shù)邏輯單元五、算術(shù)邏輯單元ALUALU2 2、ALUALU組成組成 ALUALU功能功能( (滿足數(shù)據(jù)運(yùn)算要求滿足數(shù)據(jù)運(yùn)算要求) ) ALU ALU

15、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)( (常以常以加法器為基礎(chǔ)加法器為基礎(chǔ)) ) ALU ALU組成組成( () )1 1、加法器組成、加法器組成 全加器、串行進(jìn)位加法器，并行進(jìn)位邏輯、并行進(jìn)位加法器全加器、串行進(jìn)位加法器，并行進(jìn)位邏輯、并行進(jìn)位加法器3 3、運(yùn)算器組成、運(yùn)算器組成 運(yùn)算器運(yùn)算器ALUALU狀態(tài)狀態(tài)REGREG CPU CPU 運(yùn)算器運(yùn)算器 狀態(tài)狀態(tài)REGREGOFOFCFCFSFSFZFZF狀態(tài)狀態(tài)REGREG移位器移位器REGREG堆堆鎖存器鎖存器ALUALUMUXMUX鎖存器鎖存器G G溢出溢出夠減夠減相等相等13第第3 3章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)一、存儲(chǔ)系統(tǒng)概述一、存儲(chǔ)系統(tǒng)概述1 1、存儲(chǔ)器性能指標(biāo)

16、、存儲(chǔ)器性能指標(biāo)二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器2 2、層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)、層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng) 程序程序訪問局部性，層次結(jié)構(gòu)與訪問局部性，層次結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 ，存儲(chǔ)系統(tǒng)工作方式，存儲(chǔ)系統(tǒng)工作方式2 2、DRAMDRAM 存儲(chǔ)元及芯片組成，行刷新與引腳，讀寫時(shí)序，刷新方式存儲(chǔ)元及芯片組成，行刷新與引腳，讀寫時(shí)序，刷新方式3 3、ROM ROM 芯片芯片特征、存儲(chǔ)元狀態(tài)、讀寫控制特征、存儲(chǔ)元狀態(tài)、讀寫控制1 1、SRAMSRAM 存儲(chǔ)元組成，芯片組成、參數(shù)與引腳存儲(chǔ)元組成，芯片組成、參數(shù)與引腳 ，讀寫時(shí)序，讀寫時(shí)序 CPU CPU外部接口，主存各信號(hào)外部接口，主存各信號(hào)線與線與CPUCPU引腳的連

17、接引腳的連接14三、主存儲(chǔ)器三、主存儲(chǔ)器1 1、主存儲(chǔ)器組成、主存儲(chǔ)器組成 應(yīng)用需求，主存組成應(yīng)用需求，主存組成(ROM+RAM)(ROM+RAM)、應(yīng)用特性、應(yīng)用特性2 2、主存儲(chǔ)器邏輯設(shè)計(jì)、主存儲(chǔ)器邏輯設(shè)計(jì) SRAMSRAM及及DRAMDRAM芯片的位擴(kuò)展、字?jǐn)U展、字位擴(kuò)展芯片的位擴(kuò)展、字?jǐn)U展、字位擴(kuò)展設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 芯片信號(hào)模塊信號(hào)芯片信號(hào)模塊信號(hào)3 3、主存儲(chǔ)器與、主存儲(chǔ)器與CPUCPU的連接的連接4 4、提高訪存速度的措施、提高訪存速度的措施 CPUCPU訪存特征，多模塊訪存特征，多模塊MEM(MEM(并行方式、并行方式、交叉方式交叉方式) )， 高性能高性能MEM(EDO DRAMMEM

18、(EDO DRAM、SDRAMSDRAM、DDR SDRAM)DDR SDRAM)，雙端口，雙端口MEMMEM 例例課件課件CH3.P46CH3.P46例例1 1，主存設(shè)計(jì)、主存連接到，主存設(shè)計(jì)、主存連接到CPUCPU15四、四、CacheCache1 1、CacheCache基本原理基本原理 功能與引腳，功能與引腳，性能，與主存交換單位、存儲(chǔ)空間管理，性能，與主存交換單位、存儲(chǔ)空間管理， 基本工作原理，結(jié)構(gòu)與組成基本工作原理，結(jié)構(gòu)與組成2 2、CacheCache相關(guān)技術(shù)相關(guān)技術(shù) * *地址映像及變換地址映像及變換：全相聯(lián)、直接、組全相聯(lián)、直接、組相相聯(lián)的聯(lián)的 映像規(guī)則、目錄表結(jié)構(gòu)、地址變換

19、方法映像規(guī)則、目錄表結(jié)構(gòu)、地址變換方法3 3、CacheCache的改進(jìn)的改進(jìn) 請(qǐng)求字處理技術(shù)、多級(jí)請(qǐng)求字處理技術(shù)、多級(jí)CacheCache結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、DIBDIB結(jié)構(gòu)、哈佛結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、哈佛結(jié)構(gòu) * *寫策略：寫策略：命中策略命中策略/ /不命中策略的原理、組合不命中策略的原理、組合 * *替換算法：替換算法：RANDRAND、FIFOFIFO、LRU LRU 的算法的算法原理、實(shí)現(xiàn)方法、特點(diǎn)原理、實(shí)現(xiàn)方法、特點(diǎn) 例例課件課件CH3.P70CH3.P70P76P76例例1 1例例4 416五、虛擬存儲(chǔ)器五、虛擬存儲(chǔ)器1 1、虛擬存儲(chǔ)器概述、虛擬存儲(chǔ)器概述 VMVM定義、組成，定義、組成，工作原理

20、工作原理，虛存的組織，虛存的組織( (交換單位交換單位/ /空間管理空間管理) )虛擬虛擬存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器主存主存輔存輔存輔助輔助軟硬件軟硬件數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)虛擬虛擬地址地址命令命令虛存虛存- -主存主存地址映像及變換地址映像及變換成功時(shí)成功時(shí)系統(tǒng)異常系統(tǒng)異常不成功時(shí)不成功時(shí)虛存虛存- -輔存輔存地址映像及變換地址映像及變換不成功時(shí)不成功時(shí)成功時(shí)成功時(shí)主存存儲(chǔ)管理主存存儲(chǔ)管理3 3、虛擬存儲(chǔ)器工作過程、虛擬存儲(chǔ)器工作過程 完成訪問過程，地址變換優(yōu)化與完成訪問過程，地址變換優(yōu)化與TLBTLB，完整，完整訪問訪問過程過程2 2、虛擬存儲(chǔ)器存儲(chǔ)管理、虛擬存儲(chǔ)器存儲(chǔ)管理 段式、頁式、段頁式的段式、頁式、段頁式的存

21、儲(chǔ)管理方法及地址存儲(chǔ)管理方法及地址變換變換17第第4 4章章 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)一、指令系統(tǒng)組成一、指令系統(tǒng)組成1 1、指令功能、指令功能 操作數(shù)的類型及長(zhǎng)度，操作的類型操作數(shù)的類型及長(zhǎng)度，操作的類型( (功能功能、操作數(shù)及個(gè)數(shù)、操作數(shù)及個(gè)數(shù)) ) * *指令系統(tǒng)：指令系統(tǒng)：機(jī)器指令，指令系統(tǒng)定義、與軟硬件關(guān)系機(jī)器指令，指令系統(tǒng)定義、與軟硬件關(guān)系2 2、指令格式、指令格式 * *約定參數(shù)：約定參數(shù)： * *操作碼操作碼：包含內(nèi)容、編碼方法包含內(nèi)容、編碼方法 * *地址碼地址碼：包含內(nèi)容、表示包含內(nèi)容、表示方法方法 * *指令字：指令字：組成、特征、結(jié)構(gòu)組成、特征、結(jié)構(gòu)OPOPA A1 1A A2

22、 2目標(biāo)地址目標(biāo)地址(A1) OP(A1) OP (A2)(A2)Ix:Ix:Iy:Iy:OPDOPD類型及長(zhǎng)度類型及長(zhǎng)度? ?OPOP類型類型? ?A1/A2?A1/A2?顯式地址個(gè)數(shù)顯式地址個(gè)數(shù)? ?下條指令下條指令? ?部件及地址部件及地址? ?18二、操作數(shù)存放與尋址方式二、操作數(shù)存放與尋址方式1 1、操作數(shù)存放方式、操作數(shù)存放方式 數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)在REGREG、MEMMEM、指令中的存放，、指令中的存放， 不同長(zhǎng)度不同長(zhǎng)度的表示方法的表示方法 堆棧堆棧的操作的操作步驟與存取特征，步驟與存取特征，MEMMEM堆棧堆棧2 2、尋址方式、尋址方式 * *指令尋址：指令尋址：順序與跳轉(zhuǎn)，顯式與隱

23、含順序與跳轉(zhuǎn)，顯式與隱含 * *數(shù)據(jù)尋址：數(shù)據(jù)尋址：方式與地址方式與地址形成形成 、編碼、編碼三、指令系統(tǒng)舉例及發(fā)展三、指令系統(tǒng)舉例及發(fā)展 性能、優(yōu)化方法，性能、優(yōu)化方法，CISCCISC，RISCRISC 例例課件課件CH4.P30CH4.P30例例4 4、P45P45例例5 519第第5 5章章 中央處理器中央處理器一、一、CPUCPU結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理1 1、CPUCPU功能與結(jié)構(gòu)功能與結(jié)構(gòu) 功能功能部件及部件及基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)，寄存器，寄存器組織組織 ( (下頁圖下頁圖) )2 2、CPUCPU工作流程工作流程 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)指令周期，指令周期，CPUCPU功能功能CPUC

24、PU工作流程工作流程4 4、數(shù)據(jù)通路組織、數(shù)據(jù)通路組織 性能與微操作步，數(shù)據(jù)通路種類，性能與微操作步，數(shù)據(jù)通路種類， 單總線通路單總線通路運(yùn)算器組織運(yùn)算器組織，uOPuOP序列序列uOPuOP步序列步序列3 3、指令執(zhí)行過程、指令執(zhí)行過程 指令執(zhí)行過程指令執(zhí)行過程基本操作基本操作微操作微操作指令執(zhí)行指令執(zhí)行的的uOPuOP序列序列 例例課件課件CH5.P28CH5.P28起起例例11例例6 6，注意相關(guān)因素的影響，注意相關(guān)因素的影響20基本基本OPOPuOPuOP各各指令對(duì)應(yīng)指令對(duì)應(yīng)的的uOPuOP序列序列需求細(xì)化需求細(xì)化當(dāng)前當(dāng)前程序程序當(dāng)前當(dāng)前指令指令時(shí)序時(shí)序系統(tǒng)系統(tǒng) CPU CPU結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)

25、CPUCPU數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路運(yùn)算器運(yùn)算器(ALU)(ALU)uOPuOP信號(hào)信號(hào)形成形成電路電路CPUCPU功能功能(5(5類類) )各各指令對(duì)應(yīng)指令對(duì)應(yīng)的的uOPuOP步步序列序列各各指令對(duì)應(yīng)指令對(duì)應(yīng)的的uOPuOP命令命令序列序列 CPU CPU組成原理及設(shè)計(jì)方法：組成原理及設(shè)計(jì)方法：實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)指令指令系統(tǒng)系統(tǒng)馮馮諾依曼模型諾依曼模型實(shí)現(xiàn)需求實(shí)現(xiàn)需求CPUCPU工作流程工作流程硬件實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)現(xiàn)(I/O/(I/O/邏輯邏輯) )uOPuOP序列序列實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)需求需求uOPuOP步步序列序列uOPuOP命令命令序列序列約定約定功能功能微操作控制信號(hào)微操作控制信號(hào) uOPuOP信號(hào)信號(hào)形成電

26、路形成電路功能部件功能部件數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)功能功能時(shí)序表示信號(hào)時(shí)序表示信號(hào)功能表示信號(hào)功能表示信號(hào)需求邏輯需求邏輯21二、控制器組成與工作原理二、控制器組成與工作原理1 1、控制器基本結(jié)構(gòu)、控制器基本結(jié)構(gòu) CU(CU(指令循環(huán)指令循環(huán)/ /時(shí)序時(shí)序/uOP/uOP形成形成) )、BIUBIU、中斷機(jī)構(gòu)、中斷機(jī)構(gòu)3 3、信號(hào)時(shí)序控制方式、信號(hào)時(shí)序控制方式 -時(shí)序的時(shí)序的“時(shí)時(shí)” 同步方式、異步方式、同步方式、異步方式、聯(lián)合聯(lián)合方式方式，聯(lián)絡(luò)，聯(lián)絡(luò)/ /控制信號(hào)線控制信號(hào)線4 4、微操作控制信號(hào)的形成、微操作控制信號(hào)的形成 uOPuOP與與uOPuOP命令，命令，uOPuOP信號(hào)信號(hào)有效條

27、件、形成電路有效條件、形成電路三、硬布線控制器三、硬布線控制器 結(jié)構(gòu)，形成電路的設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)，形成電路的設(shè)計(jì)方法2 2、時(shí)序系統(tǒng)組成、時(shí)序系統(tǒng)組成 -時(shí)序的時(shí)序的“序序” * *CPUCPU相關(guān)周期：相關(guān)周期：指令周期，機(jī)器周期、節(jié)拍周期、節(jié)拍脈沖指令周期，機(jī)器周期、節(jié)拍周期、節(jié)拍脈沖 * *時(shí)序系統(tǒng)組成：時(shí)序系統(tǒng)組成：環(huán)形信號(hào)發(fā)生器、環(huán)形信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)周期組織信號(hào)周期組織22四、微程序控制器四、微程序控制器1 1、微程序控制器思想、微程序控制器思想 uOPuOP命令序列命令序列微程序微程序CMCM，自動(dòng)、逐條，自動(dòng)、逐條取出并取出并執(zhí)行微指令執(zhí)行微指令CM(uARCM(uAR) )uIRu

28、IRuARuAR下條下條微指令地址微指令地址形成形成uOPuOP控制信號(hào)控制信號(hào)部件實(shí)現(xiàn)部件實(shí)現(xiàn)uOPuOP功能功能形成形成下下條條微指令微指令地址地址操作控制操作控制 順序控制順序控制2 2、微程序控制器組成原理、微程序控制器組成原理 基本組成，微指令、機(jī)器指令的執(zhí)行過程，工作原理基本組成，微指令、機(jī)器指令的執(zhí)行過程，工作原理機(jī)器狀態(tài)機(jī)器狀態(tài)時(shí)序系統(tǒng)時(shí)序系統(tǒng)IRIR狀態(tài)狀態(tài)REGREGuARuAR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器CMCMuIRuIR微地址形成電路微地址形成電路uOPuOP控制譯碼電路控制譯碼電路所有的所有的uOP控制信號(hào)控制信號(hào)形成形成電路電路uOPuOP控制控制順序控制順序控制PCPC

29、233 3、微指令格式及編碼格式、微指令格式及編碼格式 水平型水平型/ /垂直型，垂直型，操作控制字段操作控制字段編碼方式編碼方式(3(3種種) )4 4、微指令地址形成方式、微指令地址形成方式 -順序控制字段順序控制字段編碼方式編碼方式 計(jì)數(shù)器法、下址法、測(cè)試網(wǎng)絡(luò)法、硬件產(chǎn)生法，方式應(yīng)用計(jì)數(shù)器法、下址法、測(cè)試網(wǎng)絡(luò)法、硬件產(chǎn)生法，方式應(yīng)用5 5、微程序控制器設(shè)計(jì)、微程序控制器設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握基本原理，進(jìn)行量化分析掌握基本原理，進(jìn)行量化分析 設(shè)計(jì)給定指令系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)給定指令系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的CPUCPU形成形成uOPuOP命令序列命令序列特征特征抽取抽取微指令微指令格式格式設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)相關(guān)電

30、路相關(guān)電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)微程序微程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)CPUCPU工作流程工作流程( (循環(huán)循環(huán)) )執(zhí)行執(zhí)行翻譯翻譯約定約定實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)24五、五、CPUCPU舉例舉例六、指令流水技術(shù)六、指令流水技術(shù) 8086 CPU 8086 CPU的基本參數(shù)、基本結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)管理、控制器組成的基本參數(shù)、基本結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)管理、控制器組成1 1、流水線基本原理、流水線基本原理 工作原理工作原理、基本要求基本要求、分類、性能、分類、性能2 2、流水線、流水線相關(guān)相關(guān)( (冒險(xiǎn)冒險(xiǎn)) )處理處理 結(jié)構(gòu)相關(guān)結(jié)構(gòu)相關(guān)、數(shù)據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)相關(guān)、控制相關(guān)的處理方法與硬件配置、控制相關(guān)的處理方法與硬件配置3 3、高性能流水線、高性能流水線 超

31、級(jí)流水線、超標(biāo)量流水線、超級(jí)流水線、超標(biāo)量流水線、VLIWVLIW25第第6 6章章 總線及互連總線及互連一、總線概述一、總線概述 定義、分類定義、分類( (含組成含組成) )、特性、特性、性能指標(biāo)性能指標(biāo)二、總線傳輸與控制二、總線傳輸與控制 * *操作步驟：操作步驟：4 4個(gè)階段個(gè)階段的任務(wù)、各部件動(dòng)作，隱藏式仲裁的任務(wù)、各部件動(dòng)作，隱藏式仲裁 * *總線仲裁：總線仲裁：3 3種方式的信號(hào)線連接、種方式的信號(hào)線連接、仲裁原理仲裁原理及特點(diǎn)及特點(diǎn) * *總線定時(shí)：總線定時(shí)：3 3種協(xié)議的種協(xié)議的定時(shí)及傳輸原理定時(shí)及傳輸原理、信號(hào)線及特點(diǎn)、信號(hào)線及特點(diǎn) * *傳輸傳輸模式：模式：總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)

32、三、總線互連結(jié)構(gòu)三、總線互連結(jié)構(gòu) * *互連結(jié)構(gòu)：互連結(jié)構(gòu)：?jiǎn)慰偩€及特點(diǎn)，多總線與提高性能方法單總線及特點(diǎn)，多總線與提高性能方法 * *互連實(shí)現(xiàn)：互連實(shí)現(xiàn)：接口單元種類、接口單元功能接口單元種類、接口單元功能26第第7 7章章 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)2 2、I/OI/O設(shè)備與主機(jī)的設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系聯(lián)系一、一、I/OI/O系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成1 1、I/OI/O系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 目標(biāo)目標(biāo)( (可擴(kuò)展性、可擴(kuò)展性、CPUCPU性能性能) )，組成，組成( (設(shè)備設(shè)備+ +接口接口+ +管理，管理，I/OI/O指令指令) )3 3、I/OI/O傳送控制方式傳送控制方式 目標(biāo)目標(biāo)( (減少占用減少占用C

33、PUCPU時(shí)間、提高傳送速度時(shí)間、提高傳送速度) )，傳送控制，傳送控制方式方式二、二、I/OI/O設(shè)備設(shè)備1 1、I/OI/O設(shè)備設(shè)備 鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)的組成及工作原理鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)的組成及工作原理 磁盤磁盤MEMMEM的信息記錄格式、組成，的信息記錄格式、組成，RAIDRAID，光盤，光盤MEMMEM2 2、存儲(chǔ)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備 結(jié)構(gòu)，操作步驟，結(jié)構(gòu)，操作步驟，性能指標(biāo)性能指標(biāo)( (存儲(chǔ)容量、尋址時(shí)等存儲(chǔ)容量、尋址時(shí)等) )； 連接方式、編址方式，連接方式、編址方式，設(shè)備設(shè)備尋址實(shí)現(xiàn)，尋址實(shí)現(xiàn)，聯(lián)絡(luò)方式聯(lián)絡(luò)方式271 1、I/OI/O接口功能接口功能 設(shè)備選址、數(shù)據(jù)緩沖

34、、操作中轉(zhuǎn)、信號(hào)轉(zhuǎn)換、狀態(tài)監(jiān)視設(shè)備選址、數(shù)據(jù)緩沖、操作中轉(zhuǎn)、信號(hào)轉(zhuǎn)換、狀態(tài)監(jiān)視三、三、I/OI/O接口接口2 2、I/OI/O接口組成接口組成 * *硬件組成：硬件組成：功能功能部件部件，兩段式工作過程兩段式工作過程數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線總線控制控制總線總線地址地址總線總線外設(shè)信外設(shè)信號(hào)號(hào)內(nèi)部控制內(nèi)部控制邏輯電路邏輯電路數(shù)據(jù)輸出鎖存寄存器數(shù)據(jù)輸出鎖存寄存器狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)輸入緩沖寄存器數(shù)據(jù)輸入緩沖寄存器控制寄存器控制寄存器數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線緩沖緩沖地址總線地址總線鎖存鎖存設(shè)備選設(shè)備選擇電路擇電路端口地址譯碼器端口地址譯碼器信號(hào)轉(zhuǎn)換邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換邏輯 * *軟件組成：軟件組成：I/OI/O端口端口I/

35、OI/O指令指令驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路端口譯碼電路端口譯碼電路控制口控制口數(shù)據(jù)口數(shù)據(jù)口 Q Q S BS RS BS R狀態(tài)口狀態(tài)口 Q Q S RD RS RD R28四、程序查詢方式四、程序查詢方式1 1、程序查詢方式流程、程序查詢方式流程 傳送控制原理傳送控制原理，接口程序模型，接口程序模型2 2、接口硬件組織、接口硬件組織 部件設(shè)置部件設(shè)置( (RD/BSRD/BS狀態(tài)狀態(tài)) )，工作過程，工作過程( (響應(yīng)總線操作、觸發(fā)部件工作響應(yīng)總線操作、觸發(fā)部件工作) )測(cè)試測(cè)試所讀狀態(tài)所讀狀態(tài)N N與外設(shè)與外設(shè)交換交換數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)讀取讀取外設(shè)狀態(tài)外設(shè)狀態(tài)Y Y外設(shè)外設(shè)就緒就緒?

36、?啟動(dòng)啟動(dòng)外設(shè)工作外設(shè)工作3 3、無條件傳送方式、無條件傳送方式 傳送控制原理傳送控制原理( (直接操作直接操作) )、接口組織、接口組織( (無需狀態(tài)無需狀態(tài)) )29五、程序中斷方式五、程序中斷方式1 1、中斷概念、中斷概念 * *中斷與中斷中斷與中斷I/OI/O方式：方式：注意基本概念注意基本概念 * *中斷分類：中斷分類：分類分類/ /應(yīng)用方法應(yīng)用方法實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)方法，注意基本概念方法，注意基本概念現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序指令間指令間處理處理返回返回下條指令下條指令立即立即處理處理返回返回下條下條/ /當(dāng)前指令當(dāng)前指令( (由請(qǐng)求類型決定由請(qǐng)求類型決定) )系統(tǒng)系統(tǒng)常使用常使用多個(gè)請(qǐng)求多個(gè)請(qǐng)求/ /中斷源時(shí)中斷源時(shí)常使用常使用中斷允許位中斷允許位IFIF中斷向量表中斷向量表IVTIVT按中斷請(qǐng)按中斷請(qǐng)求類型求類型中斷中斷( (外外) )異常異常( (內(nèi)內(nèi)) )按識(shí)別中按識(shí)別中斷源方法斷源方法 向量中斷向量中斷非向量中斷非向量中斷按中斷可按中斷可否重疊否重疊單重中斷單重中斷多重中斷多重中斷 可屏蔽中斷可屏蔽中斷不可屏蔽中斷不可屏蔽中斷軟件軟件可可隨意選用隨意選用中斷響應(yīng)時(shí)中斷響應(yīng)時(shí)默認(rèn)默認(rèn)302 2、I/OI/O中斷過程中斷過程a ab b中斷中斷程序程序B Bi ii+1i+1k kk+nk+n主存主存當(dāng)前當(dāng)