《計算機組成原理(DOC)

1、1.中央處理器的組成原理。主要的內(nèi)容是運算方法和運算器、控制器、指令系統(tǒng)和系統(tǒng)總線。2.存儲器的組織及輸入輸出組織。主要的內(nèi)容是高速緩沖存儲器Cache主存儲器、外存儲器和由它們組成的多級存儲系統(tǒng)；常用的輸入/輸出設(shè)備和輸入/輸出系統(tǒng)。三.本課程的特點：1.具有要求的基礎(chǔ)較高，知識面廣和承上啟下的特點。2.具有概念多、難度大的特點。根據(jù)以上的特點，要求在學習計算機組成原理課前必須要有較扎實的數(shù)字邏輯和數(shù)字 電路的知識，學習本課程必須弄清原理，按質(zhì)完成一定量的習題，要在理解的基礎(chǔ)上記住有關(guān) 的原理、概念和術(shù)語。通過不斷的學習、復習，有意識有目的地圍繞“整機概念”這一最大的難點主動地學習，有條件者

2、可結(jié)合計算機系統(tǒng)的監(jiān)控程序分析、學習，效果會更好，只要努 力，我們學習計算機組成原理課程的目的就一定能達到。第 1 章計算機系統(tǒng)概論本章的學習目的： 初步了解計算機系統(tǒng)的組成和計算機的工作過程，掌握常用的概念、名 詞術(shù)語，為以后各章的學習打下基礎(chǔ)。本章要掌握的主要內(nèi)容：1.電子計算機的分類，電子數(shù)字計算機的特點。2.計算機與人們的生活息息相關(guān)，了解計算機有哪些主要的應(yīng)用。3.計算機系統(tǒng)是由硬件和軟件兩大部分組成的，硬件是物資基礎(chǔ)，軟件是解題的靈魂。弄 清硬件和軟件的概念。4.計算機硬件系統(tǒng)所包含的主要部分， 各部分的功能及其組成框圖。5.計算機的工作過程，主要是執(zhí)行指令的過程。而指令周期包括取

3、出指令、解釋指令和執(zhí) 行指令兩個階段。6.計算機發(fā)展所經(jīng)歷的五代，前四代分代的主要標志是以所使用的主要邏輯元件來劃分 的，第五代計算機以知識推理，人工智能為主要標志。7.當前計算機組織結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢。8.馮努依曼計算機的設(shè)計思想是采用二進制表示各種信息以及存儲程序和程序控制。存 儲程序的概念是將解題程序（連同必須的原始數(shù)據(jù)）預先存入存儲器；程序控制是指控制器依 據(jù)所存儲的程序控制全機自動、協(xié)調(diào)地完成解題任務(wù)。存儲程序和程序控制統(tǒng)稱為 存儲程序控 制。9.控制器和運算器合稱為 中央處理器CPU當前CP芯片還集成有存儲管理部件、Cache等；CP和內(nèi)存儲器合稱為計算機主機。10.指令字和數(shù)據(jù)均以二

4、進制代碼的形式存入存儲器，計算機是如何區(qū)分出指令和數(shù)據(jù)的。11.計算機系統(tǒng)的主要性能指標包括哪些？12.計算機的運算速度是指它每秒鐘執(zhí)行指令的條數(shù)。單位是MIPS（百萬條指令每秒）m nfiti i丄式中，n指令的種類fi第i種指令在程序中出現(xiàn)的頻度（%）ti第i種指令的指令周期13.計算機系統(tǒng)按功能劃分，通常為五級的層次結(jié)構(gòu)，每一級都可進行程序設(shè)計。14.機器功能的軟硬件劃分取決于價格、速度、可靠性、存儲容量和變更周期等。15.軟件和硬件在邏輯功能上是等效的。合理分配軟硬件的功能是計算機總體結(jié)構(gòu)的重要 內(nèi)容。16.固件是具有軟件功能的硬件，它是介于傳統(tǒng)軟硬件之間的實體。從功能上說類似于軟 件

5、，就其形態(tài)說類似硬件。17.本章主要的術(shù)語及概念：運算器、控制器、中央處理器CPU主機、存儲器、I/O接口（適配器）、I/O設(shè)備、總 線、存儲程序、程序控制、硬件、軟件、固件、運算速度、存儲容量、單元地址、存儲單元、 程序、指令。第 2 章運算方法和運算器本章的學習目的：弄清數(shù)據(jù)與文字在計算機中的表示法，定點加、減、乘、除運算的算 法，浮點數(shù)的表示法及運算方法，邏輯運算的實現(xiàn)，定點、浮點運算器的組成及工作原理。本章要掌握的主要內(nèi)容：1.進位計數(shù)制及不同計數(shù)制（十、二、八、十六）之間數(shù)的轉(zhuǎn)換方法。進位計數(shù)制有兩個要素，一是基數(shù)R,二是位權(quán)R。R是指計數(shù)制中所用到的數(shù)碼個數(shù)， 如十進制為09共十個

6、數(shù)字符號；Ri是指R進制數(shù)中數(shù)位的固定倍數(shù)。不同數(shù)制之間數(shù)的轉(zhuǎn)換依據(jù)：若兩個有理數(shù)相等，則這兩個數(shù)的整數(shù)部分與小數(shù)部分一定 分別相等。2計算機廣泛使用二進制的原因是由于其只有二個數(shù)字符號，便于物理的實現(xiàn)，運算規(guī)則 最簡單，節(jié)省元件，可作為邏輯設(shè)計的便利工具，可靠性高。3計算機中表示的二進制位數(shù)B和人們習慣的十進制數(shù)D之間的位數(shù)關(guān)系：B = 3.32 D可見， 一位十進制數(shù)要用3.32位二進制數(shù)表示， 這應(yīng)與二進制編碼的十進制數(shù)（BCD碼） 區(qū)分開來。4數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中有定點表示和浮點表示兩種數(shù)據(jù)格式。5定點表示法的表數(shù)范圍、精度及其特點。6浮點表示這一部分的內(nèi)容是一個難點，應(yīng)真正弄懂。（1）

7、浮點數(shù)的構(gòu)成：N=REXM上式R是基數(shù)，通常R=2（也有R=8或R=16），對于同一臺計算機，R是固定不變的，因 此，計算機表示浮點數(shù)時只需表示指數(shù)（稱為階）E和尾數(shù)M。E包括階符（指明指數(shù)的正負） 和階碼（整數(shù)），用于指明小數(shù)點的實際位置。M為尾數(shù)，包括數(shù)符和尾數(shù)，M表示了數(shù)的精 度和正負。它在機器中的表示如下：ESE1E2EmMSM1M2Mhk階符T|階碼 -1-數(shù)符TI r尾數(shù)-L|形式小數(shù)點所表示的浮點數(shù)，其形式小數(shù)點的位置在Ms之后。由于整個數(shù)的小數(shù)點位置還應(yīng)由階來決 定，即當E為正階時，表明實際小數(shù)點的實際位置應(yīng)右移；當E為負階時，表明實際小數(shù)點的位 置應(yīng)左移。由于所表示的尾數(shù)部分

8、，其最大的絕對值約等于1,因此，所能表示的最大數(shù)是由 階碼的位數(shù)來確定，而表示數(shù)的精度應(yīng)由尾數(shù)的位數(shù)n決定。(2).規(guī)格化浮點數(shù)是尾數(shù)的最高位為非零數(shù)值的浮點數(shù)。表示為0.5C |M|1(R=2)規(guī)格化數(shù)可使一個浮點數(shù)的表示是惟一的，而且能保留最多的有效數(shù)字，避免丟失運算精度。例：某運算結(jié)果：N=20001x0.00000001100011,限定的尾數(shù)為8位，可得Ni=20001X0.00000001或N2=2-0111X0.11000111這二個數(shù)的精度不同，N2有8位數(shù)的精度，而N1只有1位數(shù)的精 度。N1是由N舍去尾數(shù)的低8位得到的，N2則是由N規(guī)格化后得到的。.如何實現(xiàn)規(guī)格化？當|M|

9、A1時，將尾數(shù)右移，每右移一位，階碼加1，稱為向右規(guī)格化，簡稱右規(guī)；當|M|0.5寸，將尾數(shù)左移，每左移一位，階碼減1,稱為向左規(guī)格化，簡稱左規(guī)?？梢?，規(guī)格化過程，就是自動調(diào)節(jié)比例因子的過程。應(yīng)注意的是，尾數(shù)為零的浮點數(shù)不能 規(guī)格化。.規(guī)格化浮點數(shù)的表數(shù)范圍：設(shè)階碼為m位，尾數(shù)為n位(不包括階符和尾符)，則規(guī)格化浮點數(shù)的表數(shù)范圍為：2仝“4)%1三N22x(1 _ 2)2上式中(2m-1)和-(2m-1)是m位階碼能表示的最大和最小的階碼，而1和1-2則是規(guī)格化尾數(shù)絕對值最小和最大的值。在階和尾數(shù)均用補碼表示的機器中， 由于補碼可多表示一個最小的負數(shù)和為便于判別規(guī)格 化，則其表數(shù)范圍為：正數(shù)：

10、2X1NN2廠，-1上式中，-2“為m位補碼表示的階碼所能表示的最小負數(shù)，-1為補碼表示的最小的尾數(shù)值。當M = -2-1時,M補=1.1000,而當M=(-2-1-2-n)時,M補=1.011 1,M= -1時,M補=1.0000,除去M= -2-1這一數(shù)值后，要判別是否為規(guī)格化尾數(shù)，只需判Ms和M1這兩位的狀態(tài) 不相同時，則為規(guī)格化尾數(shù)。設(shè)想把M=-2-1作為規(guī)格化尾數(shù)，其判斷規(guī)格化的邏輯表達式在尾 數(shù)的位數(shù)很多時的復雜程度。(5).浮點表示的優(yōu)缺點。7EEE754標準中單精度和雙精度兩種浮點數(shù)的表示數(shù)的范圍及其機器數(shù)的表示形式。8.十進制數(shù)串的表示方法：(1)字符串形式：每個十進制數(shù)位或

11、符號位占用一個字節(jié)。字符串形式應(yīng)用于非數(shù)值處理 的領(lǐng)域。(2)壓縮的十進制數(shù)串形式：一個字節(jié)存放兩個十進制數(shù)位。9.計算機中表示數(shù)的大小和正負的方法稱為 碼制。機器數(shù)的表示有原碼、補碼、反碼和移 碼四種形式。10.原碼、補碼、反碼和移碼的性質(zhì)歸納：(1)補碼、 反碼和移碼的符號位作為數(shù)值的一部分看待， 參加運算，而原碼則不能。(2)原碼和反碼的表數(shù)范圍相對于0來說是對稱的，整數(shù)：-(2n-1)0+(2n-1)小數(shù)：-(1-2n)0+(1-2n)而補碼和移碼則可多表示一個最小負數(shù)：整數(shù)：-2n、-(2n-1) 0+(2n-1)小數(shù)：-1、-(1-2-n) 0+(1-2-n)(3)零的原碼和反碼(

12、定點小數(shù))各有二種表示形式：+0原=0.00-0,-0原=1.00 0+0反=0.00-0,-0反=1.11T而零的補碼和移碼(定點整數(shù))各只有一種表示形式：+0補=-0補=0 00-0+移0= -0移=1 00-0(4)反碼和補碼右移時,移空位(數(shù)的最高位)補上和符號相同的代碼,而原碼左右移 時,移空位均補上0；補碼左移,移空位(數(shù)的最低位)補0；正數(shù)的反碼左移時,移空位補0,負數(shù)的反碼左移時,移空位補1。(5)原碼表示法便于輸入輸出,有利于實現(xiàn)乘除運算,不利于加減運算；補碼表示法便 于加減運算,乘除運算也有較好算法,故多被采用；反碼表示法最易于形成代碼,但運算復雜 且速度慢,很少采用；移碼

13、主要用于表示浮點數(shù)的階。11字符的ASCII碼與字符串的表示方法。12.漢字的表示方法包括漢字的輸入編碼,漢字內(nèi)碼和漢字字模碼。13.由于噪音干擾而造成計算機的突發(fā)性錯誤可通過數(shù)據(jù)校驗碼加以發(fā)現(xiàn)或給出錯誤特征 而對錯誤加以糾正。奇偶校驗碼校驗位的生成,查錯過程及查錯的功能。14若待編碼信息為n位(二進制)，則糾正一位錯所需的校驗位數(shù)r應(yīng)滿足：r2n+r+1模2四則運算，循環(huán)冗余碼(CRC)的糾錯原理。15.補碼加法的規(guī)則是任意兩個數(shù)的補碼之和等于該兩數(shù)和之補碼,即X補+Y補=X+Y補(mod 2)對于定點小數(shù)來說，上式的先決條件是：-1x1, -1y1,-1Wx+y1時，小數(shù)點左邊兩位的狀態(tài)為

14、SISn=10或01,此時為溢出的情況。故雙符號位的判溢出表達式 為：OF =SnSn SnSn=Sn二Sn值得指出的是，機器存儲的是正常范圍表示的數(shù)，因此只需存儲單符號位的補碼，只是在 運算時，將單符號位的補碼擴充為雙符號位的補碼。18由邏輯門電路組成的全加器的邏輯方程式：Sj = A二Bj二GG* = ABi+ （AB）G佃行波進位n位字長加減法器結(jié)果的形成時間，以P48圖2.3為例：ta=（2 n 9） T上式說明， 行波進位加減法器結(jié)果的形成時間隨n的增加而增加；盡管n位操作數(shù)同時送 到，但高位的和數(shù)要等到相鄰低位的進位形成后再經(jīng)一定時間后才能形成，由于進位是“行 波”式（串行）進行的

15、，故這種加減法線路無法達到真正的并行，就是說，其速度較慢。因 此，加快進位的傳送，是提高運算速度的關(guān)鍵。20計算機中實現(xiàn)十進制加法的兩種方法。十進制加法器的組成及其設(shè)計的關(guān)鍵。21計算機實現(xiàn)乘除運算的方法：（1）用乘除運算子程序?qū)崿F(xiàn)；（2）在加法器和寄存器中增添控制線路實現(xiàn)；（3）用陣列乘除法器實現(xiàn)。22原碼一位乘法的算法：（1）符號位單獨處理，Zs=Xs二Ys（2） 從乘數(shù)的最低位開始，逐位與被乘數(shù)相乘，若該乘數(shù)位Yn-i+1= 1，則部分積Pi-1+|x|,若Yn-i+1= 0,則P-1+0,相加后右移一位，得新的部分積P，重復n次可得乘積的絕對值|P。（可 見，原碼乘法過程變?yōu)?|x|或

16、+0以及右移操作）（3）給|P置乘積的符號位Zs,可得xXy原23原碼一位乘法的邏輯結(jié)構(gòu)原理圖及乘法操作的總時間。24確立補碼乘法算法的重要公式：(1) 補碼與真值的轉(zhuǎn)換公式：已知y補=丫0$邛2yn，則真值ny - -y。亠二y 2J(2) 補碼的右移已知：x補=X0.X1X2Xn，貝Ux補=XOXCX1X2Xn225.陣列乘法器的組成原理及其與常規(guī)乘法器的比較。(1)mxn位的陣列乘法器，被加數(shù)產(chǎn)生部件由mxn個與門組成；被加數(shù)求和部件由(m-1)xn位全加器組成。(2)陣列乘法器一次乘法所需時間。(3)運算的過程。26原碼除法的運算規(guī)則。(1)商的符號位單獨處理，即qs=Xs二Ys(2)

17、 商的尾數(shù)q =XiX2Xn=q1q2.qnyiy2.yn商的原碼q原=qs.q1q2qn(3) 被除數(shù)X、除數(shù)丫、商q和余數(shù)rn之間的關(guān)系應(yīng)滿足：X=qxY+rn0|m|2-1XY27.原碼加減交替法(不恢復余數(shù)法)除法算法：(1)商符qs=Xs二Ys(2)余數(shù)ri為正數(shù)時，商上1,余數(shù)左移一位減除數(shù)，即2n-|y|(-|y用加-|y|補)；余數(shù)為負 數(shù)時，商上0,余數(shù)左移一位加除數(shù)，即2r+|y|，如此循環(huán)，直至取得所需的n位商為止。(3)給商置入商符得q原。28.原碼加減交替法除法的邏輯結(jié)構(gòu)原理圖及操作步驟、操作的總時間。29.陣列除法器的組成原理及其與常規(guī)除法器的比較。(1)實現(xiàn)陣列除

18、法的關(guān)鍵電路是可控加法減法單元(CAS)。(2)n位除n位所需CAS單元為n2個。(3) 陣列除法器執(zhí)行一次除法所需時間為n2T，T為一個CAS單元電路的延遲時間，可采 用先行進位的方法縮短陣列除法器的操作時間。30.計算機中的基本邏輯運算、邏輯運算的特點及其應(yīng)用。31.多功能算術(shù)邏輯運算單元設(shè)計的基本思想。由控制參數(shù)& S1S2S3將操作數(shù)Ai和Bi組合成函數(shù)x和再送全加器相加，由于SS1S2S3不 同的組合和在算邏運算控制端M的共同控制下，便可實現(xiàn)多種算術(shù)邏輯運算。32.多功能算邏運算單元的組成(參見P79圖2.19)(1)函數(shù)發(fā)生器，輸出Xi和yiy =AiSoBiSiBi（2）

19、具有先行進位鏈的加法器由于Xi+yi=xi,Xiyi=yi，這就使得進位邏輯式得到簡化。Cn+i+1= Xyi+ （Xi+yi）Cn+i= yi+ XiCn+i上式說明了Xi既是一個操作數(shù)，又是進位傳遞函數(shù)；yi既是一個操作數(shù)，又是進位產(chǎn)生函 數(shù)。這就大大簡化了先行進位鏈的線路。先行進位鏈進位的表達式（遞推式）如下：Cn+1= yo+ XoCnCn+2= yi+Xiyo+XlXoCnCn+3= y2+X2yi+X2Xiyo+X2XlXoCnG*3 X3y2X3X2y1X3X2X1yo-片（小組）進位產(chǎn)生函數(shù)P = X3X2X1XD-片（小組）進位傳遞函數(shù)Cn+4=G + PG從以上進位的遞推公

20、式可見，G+1、Cn+2和Cn+3是同時形成的，這是由于以上三個進位表達 式都是“與或”表達式，用“與或”門實現(xiàn)，而“與或”門的輸入變量是Xi，yi和Cn，X和yi又是由同時送來的Ai、Bi經(jīng)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生， 故以上3個進位信號同時產(chǎn)生。由此可見，并行進位 是解決行波進位并行加法器速度慢的行之有效的方法。由多片74181組成的ALU，實現(xiàn)片（小組）內(nèi)并行進位，片（小組）間串行進位。33.由74181和74182組成的兩級先行進位的ALU。先行進位部件（CLA）74182的進位邏輯式：Cn+x=Go+PoCnCn+y=G什P1Go+P1PoCnCn+z=G2+P2G1+ P2P1Go+P2P1P

21、oCnP二反P2習P0=RRPP）G* = G3+ P3G2* P3BG1+ RF2PG。例：32位兩級先行進位的ALU（參見P82圖2.22）34實現(xiàn)總線連接的三態(tài)緩沖器。三態(tài)邏輯電路是指輸出電平可具有邏輯“T,邏輯“o”和“浮空”三種狀態(tài)的邏輯電 路，是實現(xiàn)總線連接的理想器件。35運算器的三種基本結(jié)構(gòu)及其特點，運算器的實例。36.浮點運算的算法：浮點算術(shù)運算由階和尾數(shù)兩部分的運算組成， 它們的運算可采用任何一種相應(yīng)的定點運算 的方法進行。設(shè)兩浮點數(shù)：X=2EXMX，討=2 My,則（1）浮點加減法運算：x_y=(Mx2Ex耳_My) 2EyExEy(2) 浮點乘法運算：Ex-4Eyxxy

22、=(MxxMy)x2x y(3) 浮點除法運算：x“y=(Mx“My) 2Ex_Ey37浮點加減法運算的步驟：(1) 首先是對階，就是使兩個浮點數(shù)的階碼取得一致的過程。通常用加法線路求階差：WE卜=Ex補- Ey補若.E0，即ExEy,應(yīng)將My右移，每右移一位，=E-1，直至厶E=0為止；若E0，即ExEy,應(yīng)將Mx右移，每右移一位，E+1，直至厶E=0為止。(2) 取大階Max (Ex,Ey)暫作結(jié)果的階，將對階后的尾數(shù)按指令要求相加或相減。(3) 將運算結(jié)果規(guī)格化(以雙符號補碼為例)A.右規(guī)條件：運算結(jié)果兩個尾符SoSo狀態(tài)不同，即：NR= SO二SO=1右規(guī)的操作是尾數(shù)右移，階碼加1;B

23、.左規(guī)條件：結(jié)果非零(即RM0)而且為正數(shù)，尾數(shù)最高位Mi=0;或結(jié)果為負數(shù)，尾 數(shù)最高位Mi=1,即：NL=SS0M?R=O SOSOMI左規(guī)的操作是尾數(shù)每左移一位，階碼減1。(4) 舍入處理當尾數(shù)右移時，為減少誤差，需進行舍入處理。常用的舍入法有“0舍1入法”和“恒置1法”。(5) 最后檢測結(jié)果是否溢出。浮點數(shù)的溢出是指運算結(jié)果的階大于機器所能表示的最大正階。若溢出，轉(zhuǎn)中斷處理或 停機。38浮點乘法運算的步驟(1) 階碼相加，尾數(shù)相乘；(2) 結(jié)果規(guī)格化；(3) 通常對乘積低位部分進行舍入處理，取尾數(shù)乘積的高位部分；(4) 判溢出。39浮點除法運算的步驟：(1)階碼相減，尾數(shù)相除;(2)結(jié)

24、果規(guī)格化；(3)判溢出；40浮點運算器的結(jié)構(gòu)及浮點四則運算的實現(xiàn)。41.浮點運算流水線：(1) 線性流水線時鐘周期的確定：T= Max(Ti) +Tl=Tm+Tl(2)K級線性流水線的加速比：Ck=衛(wèi)=n_-kTkk+( n-1)(3) 實例見P102【例2.37】42本章主要的術(shù)語、概念。進位計數(shù)制、碼制、規(guī)格化浮點數(shù)、左規(guī)、右規(guī)、舍入、溢出、機器數(shù)、真值、原碼、反 碼、補碼、移碼、求補、ASCII碼、漢字內(nèi)碼、數(shù)據(jù)校驗碼、變形補碼、數(shù)據(jù)通路、先行進 位、浮點運算流水線、加速比。第 3 章 存儲系統(tǒng)本章的學習目的：弄清半導體存儲元件的存儲機理，由半導體存儲器芯片組成主存的工作 原理，高速緩沖

25、存儲器、多模塊交叉并行存儲系統(tǒng)和虛擬存儲器的工作原理，存儲系統(tǒng)的層次 結(jié)構(gòu)。本章要掌握的基本內(nèi)容：1.存儲器的分類，主要掌握按存取方式分類和按在計算機系統(tǒng)中的作用分類。2.存儲系統(tǒng)的設(shè)計目標：在一定的成本下，獲得盡可能大的存儲容量，盡可能高的存取速 度以及可靠性等。3存儲系統(tǒng)的分級結(jié)構(gòu)(P109圖3.1)(1)高速緩沖存儲器在計算機系統(tǒng)中用于存放最活躍的程序和數(shù)據(jù)的高速小容量存儲器。(2)主存儲器用于存放計算機運行期間的大量程序和數(shù)據(jù)的半導體存儲器。內(nèi)存儲器(簡稱內(nèi)存)包括主存儲器和高速緩沖存儲器，是CPU能直接訪問的存儲器。(3)外存儲器(輔助存儲器)存放當前暫不參與運行的程序和數(shù)據(jù)， 需要

26、時再與主存成批交換信息的存儲器。例如磁表 面存儲器(磁盤、磁帶)、光盤存儲器。4.主存儲器的技術(shù)指標(1)存儲容量主存存儲單元的總數(shù)，通常用字數(shù)或字節(jié)數(shù)表示。按字節(jié)編址的主存，存儲容量的單位可 用KB、MB、GB、TB等單位表示：1KB=210B，1MB=220B，1GB=230B，1TB=240B(2)存儲周期Tmc兩次讀/寫操作之間所需的最短間隔時間。Tmc的單位是ns納秒)，1n s=1(-?s。當前半導體存儲器的Tmc已小于10ns值得指出的是存取時間TA,是指存儲器從接收到讀出或?qū)懭氲拿钇鸬酵瓿勺x數(shù)或?qū)憯?shù)操 作所需的時間。通常TAnKXLXS式中：n數(shù)據(jù)盤記錄面數(shù) 每個記錄面的磁道

27、數(shù)L-每一磁道記錄的扇區(qū)數(shù)S每一扇區(qū)的字節(jié)數(shù)例如當前3.5英寸的硬盤容量已達120GB。（3）平均存?。ǘㄎ唬r間指發(fā)出讀/寫命令后，磁頭由某一位置移動到所指定的記錄位置并開始進行讀/寫操作所需的 時間。平均存取時間通常用平均找道時間Ts和平均等待時間TL之和來衡量。TA=TS+TL式中，Ts式中：Tc盤片旋轉(zhuǎn)一圈所需的時間，r轉(zhuǎn)/秒Tsmax最大的找道時間，Tsmi最小的找道時間（4）數(shù)據(jù)傳輸率Dtr磁盤存儲器在單位時間里讀/寫的二進制信息量， 單位是KB/S（千字節(jié)/秒）Dtr= pXs或Dtr=DbXVTL二TC212nTsmax式中：p每秒轉(zhuǎn)數(shù)s-每道容量Db位密度V最內(nèi)圈磁道線速度例

28、：設(shè)盤轉(zhuǎn)速為p轉(zhuǎn)/秒，每道容量為s個字，則讀寫一塊字數(shù)為W的數(shù)據(jù)所需時間T約為:26硬磁盤存儲器的基本組成及工作原理。27硬磁盤存儲器的記錄格式參見P166圖3.52，編址方案為：記錄面號，磁道號，扇區(qū)號，（臺號）28軟磁盤存儲器的組成及工作原理。29磁帶存儲器的主要性能及磁帶機的分類。30光盤存儲器的分類及工作原理。31本章主要的術(shù)語、概念存儲元、隨機存儲器、順序存儲器、半順序存儲器、ROM、RAM、Cache主存、內(nèi)存、外存（輔存）、存儲周期、靜態(tài)存儲器、動態(tài)存儲器、刷新、破壞性讀出、寫操作、讀操 作、多模塊交叉存儲器、雙端口存儲器、Cache的命中率、相聯(lián)存儲器、虛擬存儲器、地址映 射、

29、地址變換、記錄方式、道密度、位密度、平均定位時間、平均等待時間、記錄格式、數(shù)據(jù) 傳輸速率。第 4 章指令系統(tǒng)本章的學習目的：弄清計算機指令系統(tǒng)按功能劃分的指令種類；兩種指令系統(tǒng)計算機：CISC（復雜指令系統(tǒng)計算機）和RISC（精簡指令系統(tǒng)計算機）指令的特點；指令和數(shù)據(jù)的尋 址方式；堆棧及其應(yīng)用。本章要掌握的基本內(nèi)容：1.指令系統(tǒng)與軟件、硬件之間的關(guān)系按指令系統(tǒng)的功能構(gòu)造硬件組織；硬件支持指令系統(tǒng)功能的實現(xiàn)；在指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu) 造系統(tǒng)軟件。2.指令的基本格式操作碼字段0P地址碼字段AOP指示指令的操作性質(zhì)， 用二進制代碼表示，0P通過指令譯碼器進行解釋。A通常用于指示操作數(shù)的地址或指令地址。決

30、定指令格式的主要因素有三個：一是操作的種類，二是地址的數(shù)目，三是尋址方式。3.操作碼0P的結(jié)構(gòu)（1）操作碼的位數(shù)n取決于操作的種類N2nN ,即nlog2N（2）操作碼的結(jié)構(gòu)可分為二種：a.固定長度（規(guī)整型）的0P結(jié)構(gòu)是指操作碼的位數(shù)和位置固定不變。 其特點是有利于簡化硬件的譯碼邏輯，但指令碼各位 的利用率較低。b.可變長度（非規(guī)整型）的0P結(jié)構(gòu)是指操作碼的位數(shù)不固定。其特點是指令碼各位的利用率高，但硬件的實現(xiàn)較難。4.地址碼結(jié)構(gòu)根據(jù)一條指令中所包含的地址個數(shù)，分為三地址、二地址、一地址和零地址四種指令。參 見課本P181。應(yīng)當指出的是，一地址指令由指令的地址字段可獲得一個操作數(shù)，在涉及到雙操

31、 作數(shù)的指令時，另一操作數(shù)被指定在累加器AC中（稱為隱含尋址）。另外，零地址指令是指 在指令中不包含操作數(shù)的地址，這對于不需有操作數(shù)的指令如停機指令等是可理解的，而對于 要涉及操作數(shù)的零地址指令，操作數(shù)存放在堆棧中，可由堆棧指針指定。5.指令操作碼的擴展方法這種操作碼的擴展技術(shù)是一種根據(jù)需要確定不同類型指令的操作碼位數(shù)，屬可變長度的0P結(jié)構(gòu)。另外，不管如何不規(guī)整，由于是用不同的二進制編碼表示不同的指令，故設(shè)計出的每一 條基本指令，應(yīng)有且僅有一種編碼與之對應(yīng)。擴展技術(shù)的主要優(yōu)點是指令碼中的各位利用率 高，即縮短指令的平均長度，增加指令字的操作信息，減少程序總位數(shù)。其缺點是控制器設(shè)計難度增大，需要

32、更多的硬件。6.指令的尋址方式有二種：(1)順序?qū)ぶ贩绞剑粗噶钤趦?nèi)存按序安排，指令地址由程序計數(shù)器PC提供。(2)跳躍尋址方式，由程序控制類指令的執(zhí)行形成下一條指令的地址。7.操作數(shù)尋址方式 形成操作數(shù)有效地址的方法。主要的尋址方式有：(1)立即尋址方式(立時地址) 指令中的地址字段直接給出操作數(shù)本身。適用于指定固定的常數(shù)。(2)直接尋址方式地址字段直接給出操作數(shù)在內(nèi)存的地址A，即有效地址E=A。直接尋址方式的尋址范圍受 指令的地址碼位數(shù)所限制，設(shè)A的位數(shù)為n,則可尋址范圍為2n個存儲單元(0(2n-1)，也就 是說，這種尋址方式通常只能訪問低地址的內(nèi)存空間。(3)間接尋址方式指令中的地址字

33、段指出操作數(shù)地址的地址。間接尋址可根據(jù)間址的次數(shù)分為一次間址和多次間址，如E=(A)為一次間址；E=(A)為二 次間址。使用間接尋址的優(yōu)點主要是可擴大尋址范圍，如A為8位，存儲單元字長為16位，則由8位 的地址經(jīng)過間址后可得到16位字長的有效地址；另一優(yōu)點是方便編程。間接尋址的缺點是增加指令的執(zhí)行時間， 在多次間址中可能出現(xiàn)無窮間址(死循環(huán))。(4)寄存器尋址方式特點：(A)壓縮指令字的長度，有效解決指令碼長度位數(shù)有限與內(nèi)存容量大的矛盾。(B)加快指令的執(zhí)行速度，如RR型指令；(C)可擴大尋址范圍。A.寄存器直接尋址地址字段給出寄存器的編號，該寄存器的內(nèi)容就是操作數(shù)。B.寄存器間接尋址 地址字

34、段指定的寄存器，其內(nèi)容是操作數(shù)的地址，有效地址E = (Rn)。C.變址寄存器尋址 將變址寄存器的內(nèi)容(變址值)與形式地址相加而得到有效地址。E = (Rx) +DD通常用補碼表示，可以是正整數(shù)或負整數(shù)，變址范圍：一2n-1(2n-1-1),n為D的位數(shù)。D.相對尋址以程序計數(shù)器PC為變址器的變址。E = (PC) +DD通常用補碼表示，可以是正整數(shù)或負整數(shù)，變址范圍：-2n-1(2n-1-1)，n為D的位數(shù)。(5)復合尋址方式把變址和間址相結(jié)合的尋址方式。按變址和間址的先后分為二種：A.變址間接式(先變址后間址)E = (Rx) +D)B.間接變址式(先間址后變址)E = (D) + (Rx

35、)(6)塊尋址方式 用一條塊尋址的指令實現(xiàn)一塊數(shù)據(jù)的傳送。它比用多條指令實現(xiàn)一塊數(shù)據(jù)的傳送可節(jié)省多次取指令的時間。指定數(shù)據(jù)塊長度的方法：a.指令中劃出字段指出長度，數(shù)據(jù)塊長度w2n-1,n為字段的位數(shù)。b.指令格式中指出數(shù)據(jù)塊的首址和末址，數(shù)據(jù)塊長度=（末址-首址）+1。c.用塊結(jié)束字符指出數(shù)據(jù)塊的長度。方法c適用于傳送長度不固定的數(shù)據(jù)塊，但每傳送一個數(shù)據(jù)都需與“結(jié)束字符”作比較， 費時間。（7）段尋址方式將段寄存器的基地址（左移4位）與偏移量相加形成內(nèi)存地址的尋址方式（PC采用）。8.堆棧按后進先出（LIFO）方式存取的存儲單元的有序集合。計算機中堆棧的實現(xiàn)有二種結(jié)構(gòu)， 一種是寄存器堆棧（串

36、聯(lián)堆棧、下壓堆棧），另一種是存儲器堆棧。前者是在CPU中設(shè)置一組 專門的具有對位串聯(lián)的若干個寄存器組成，配合堆棧指令實現(xiàn)堆棧操作；后者則是在內(nèi)存開辟 專門用于堆棧的存儲區(qū)，另加堆棧指針SP組成，配合堆棧指令實現(xiàn)其操作。由于存儲器堆棧是 使用容量較大的內(nèi)存部分存儲區(qū)，因此具有堆棧區(qū)的位置靈活和容量可變等特點，是常用的一 種。應(yīng)結(jié)合進出棧操作真正弄懂。堆棧在計算機中的應(yīng)用主要有：a.為零地址指令提供操作數(shù)，例如堆棧處理器；b.存放返回主程序得地址，實現(xiàn)子程序的嵌套；c.存放多級中斷的有關(guān)信息，實現(xiàn)多級中斷的嵌套。9.精簡指令系統(tǒng)的特點：a.選用的是使用頻率最高的一些簡單指令；b.指令長度固定，指令格式及尋址方式種類少；c.只有取數(shù)和存數(shù)指令訪問存儲器，其余指令的操作均在寄存器之間進行。10.本章主要的術(shù)語、概念指令、指令系統(tǒng)、操作碼、地址碼、形式地址、有效地址、尋址方式、順序?qū)ぶ?、跳躍尋 址、立即尋址、隱含尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋