組成原理復(fù)習(xí)及習(xí)題14

1、計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理 課課 程程 學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí)四川大學(xué)計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī) 學(xué)學(xué) 院院 何賢江何賢江2022-6-251四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 何賢江何賢江2022-6-252第一章復(fù)習(xí)第一章復(fù)習(xí) 1. 計(jì)算機(jī)由計(jì)算機(jī)由: 運(yùn)算器、控制器運(yùn)算器、控制器 、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備出設(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。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)算暫時(shí)存放中間結(jié)果。通常也是計(jì)算機(jī)機(jī)CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐穬?nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?控制器功能：控制器要向計(jì)

2、算機(jī)各功能部件提供每一時(shí)控制器功能：控制器要向計(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)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)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2022-6-2532. 信息的表示與處理信息的表示與處理 信息表示信息表示: 硬件硬件: 采用什么采用什么形式形式的信號(hào)表示信息的信號(hào)表示信息 軟件軟件: 采用什么采用什么格式格式的信號(hào)表示信息的信號(hào)表示信息 信息的存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ):

3、 特定的電路特定的電路 磁化狀態(tài)磁化狀態(tài) 文件格式文件格式 信息的變換信息的變換: 數(shù)制轉(zhuǎn)換數(shù)制轉(zhuǎn)換 碼制轉(zhuǎn)換碼制轉(zhuǎn)換 語(yǔ)言編譯語(yǔ)言編譯 信息的傳送信息的傳送: 宏觀宏觀 數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入,結(jié)果輸出結(jié)果輸出,計(jì)算機(jī)內(nèi)部通信計(jì)算機(jī)內(nèi)部通信 微觀微觀 控制流控制流, 數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流(指令指令, 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù), 地址信息地址信息) 信息的加工處理信息的加工處理: 算術(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算, 邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算 對(duì)上述過(guò)程的控制對(duì)上述過(guò)程的控制2022-6-2543.存儲(chǔ)程序與馮存儲(chǔ)程序與馮諾依曼體制諾依曼體制 存儲(chǔ)程序方式存儲(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

4、的方式動(dòng)運(yùn)行程序的方式 馮馮諾依曼體制的特點(diǎn)：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）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）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）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，件和輸出部件組成，各個(gè)不同部件完成不同的功能，即五大基本功能即五大基本功能2022-6-2554.信息的數(shù)字化表示信息的數(shù)字化表示 計(jì)算機(jī)中的信息計(jì)算機(jī)中的信息: 用用數(shù)字代碼數(shù)字代碼表示信息表示信息 信息種類(lèi)信息種類(lèi): 數(shù)值、字符、聲音、圖形、圖像、邏數(shù)值、字符、聲音、圖形、圖像、邏輯

5、形式數(shù)據(jù)和命令、狀態(tài)等輯形式數(shù)據(jù)和命令、狀態(tài)等 數(shù)字代碼的每一位用數(shù)字代碼的每一位用脈沖脈沖或者或者電平信號(hào)電平信號(hào)表示。表示。 用一組代碼表示字符：用一組代碼表示字符：ASCII碼、中文字符、圖形、碼、中文字符、圖形、圖像圖像2022-6-2567. 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組織計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組織1.總線：總線：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)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€、外總線?？偩€傳送：分時(shí)控制總線傳送：分時(shí)控制申請(qǐng)、批準(zhǔn)申請(qǐng)、批準(zhǔn)總線信息傳送總線信息傳送: 串行傳送：串行傳送：1bit/次次 并行傳送：多位并行傳送：多位/次次 總線信息傳

6、送方向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)總線數(shù)據(jù)寬度：并行傳送數(shù)據(jù)位數(shù)/次次數(shù)據(jù)傳輸率：傳送數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)傳輸率：傳送數(shù)據(jù)量/單位時(shí)間單位時(shí)間總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu) : 單總線方式單總線方式 多總線方式多總線方式 通道或者通道或者IOP方方字長(zhǎng)：參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)的基本位數(shù)（字長(zhǎng)：參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)的基本位數(shù)（Word)運(yùn)算速度：運(yùn)算速度：CPU時(shí)鐘頻率、時(shí)鐘頻率、ips 、用某種特定指令計(jì)算、用某種特定指令計(jì)算2022-6-257第二章第二章 復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) 1.數(shù)據(jù)信息表示法數(shù)據(jù)信息表示法 數(shù)值、文字、符號(hào)、語(yǔ)音、圖形、圖像等統(tǒng)稱(chēng)數(shù)據(jù)，在計(jì)數(shù)值、文字、符號(hào)、語(yǔ)音、圖形、圖像等統(tǒng)稱(chēng)數(shù)據(jù)，在計(jì) 算機(jī)內(nèi)部，

7、都必須用算機(jī)內(nèi)部，都必須用數(shù)字化編碼數(shù)字化編碼的形式被的形式被存儲(chǔ)存儲(chǔ)、加工加工和和傳傳送送。 數(shù)字化編碼二要素?cái)?shù)字化編碼二要素: 用用少量、簡(jiǎn)單的基本符號(hào)少量、簡(jiǎn)單的基本符號(hào) 用一定用一定的組合規(guī)則的組合規(guī)則 用以表示用以表示大量復(fù)雜多樣大量復(fù)雜多樣的信息的信息 基二碼（二進(jìn)制碼）基二碼（二進(jìn)制碼） 只使用只使用兩個(gè)兩個(gè)基本點(diǎn)符號(hào)：基本點(diǎn)符號(hào)： 符號(hào)個(gè)數(shù)符號(hào)個(gè)數(shù)最少最少，物理上容易實(shí)現(xiàn)與，物理上容易實(shí)現(xiàn)與二值邏輯二值邏輯的的 真真 假假 兩個(gè)兩個(gè)值對(duì)應(yīng)簡(jiǎn)單值對(duì)應(yīng)簡(jiǎn)單用二進(jìn)制碼用二進(jìn)制碼表示表示數(shù)值數(shù)據(jù)數(shù)值數(shù)據(jù)運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單。運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單。2022-6-2583. 二到八或十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換二到八或十

8、六進(jìn)制轉(zhuǎn)換二到八二到八 從小數(shù)點(diǎn)向左右從小數(shù)點(diǎn)向左右三位一分組三位一分組二到十六二到十六 從小數(shù)點(diǎn)向左右從小數(shù)點(diǎn)向左右四位一分組四位一分組說(shuō)明：說(shuō)明：整數(shù)部分不足位數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)換無(wú)影響，整數(shù)部分不足位數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)換無(wú)影響， 小數(shù)部分不足位數(shù)要補(bǔ)零湊足，小數(shù)部分不足位數(shù)要補(bǔ)零湊足， 否則出錯(cuò)。否則出錯(cuò)。2022-6-2594. 二二 、十進(jìn)制相互轉(zhuǎn)換、十進(jìn)制相互轉(zhuǎn)換 二二 十進(jìn)制十進(jìn)制 1. 逐次乘位權(quán)相加法逐次乘位權(quán)相加法: (整數(shù)、小數(shù)乘以位權(quán)整數(shù)、小數(shù)乘以位權(quán)) 2. 逐次乘以二相加法（整數(shù)）逐次乘以二相加法（整數(shù)）（最后一位不（最后一位不乘乘以二?。┮远。?逐次除以二相加法（小數(shù)）逐次除以二相加法

9、（小數(shù)）（最后一位要（最后一位要除除以二?。┮远。?十十 二進(jìn)制二進(jìn)制 1. 整數(shù)轉(zhuǎn)換整數(shù)轉(zhuǎn)換: a. 減權(quán)定位法減權(quán)定位法 b.除基取余法除基取余法 2. 小數(shù)轉(zhuǎn)換小數(shù)轉(zhuǎn)換: a. 減權(quán)定位法減權(quán)定位法 b.乘基取整法乘基取整法2022-6-25105. 數(shù)據(jù)的機(jī)器碼表示數(shù)據(jù)的機(jī)器碼表示1.原碼原碼表示法表示法 符號(hào)位：正數(shù)（符號(hào)位：正數(shù)（0） 負(fù)數(shù)（負(fù)數(shù)（1) 其余為絕對(duì)值其余為絕對(duì)值2.補(bǔ)碼補(bǔ)碼表示法表示法 符號(hào)位：正數(shù)（符號(hào)位：正數(shù)（0） 負(fù)數(shù)（負(fù)數(shù)（1) 其余位：正數(shù)（絕對(duì)值）其余位：正數(shù)（絕對(duì)值） 負(fù)數(shù)（各位變反末位加負(fù)數(shù)（各位變反末位加1)3.反碼反碼表示法表示法 符號(hào)位：正數(shù)

10、（符號(hào)位：正數(shù)（0） 負(fù)數(shù)（負(fù)數(shù)（1) 其余位：正數(shù)（絕對(duì)值）其余位：正數(shù)（絕對(duì)值） 負(fù)數(shù)（各位變反負(fù)數(shù)（各位變反)注意：正數(shù)機(jī)器碼表示時(shí)注意：正數(shù)機(jī)器碼表示時(shí)原碼、補(bǔ)碼、反碼原碼、補(bǔ)碼、反碼相同相同 零零的原碼和反碼均有的原碼和反碼均有2個(gè)編碼，補(bǔ)碼只一個(gè)碼個(gè)編碼，補(bǔ)碼只一個(gè)碼 負(fù)數(shù)負(fù)數(shù)的的 原碼、反碼、補(bǔ)碼表示均原碼、反碼、補(bǔ)碼表示均不同不同2022-6-25116. 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)原碼原碼表示法表示法定點(diǎn)小數(shù)：定點(diǎn)小數(shù)： 定點(diǎn)小數(shù)表示的范圍：對(duì)于定點(diǎn)小數(shù)表示的范圍：對(duì)于n位數(shù)據(jù)：位數(shù)據(jù)： -（1- 2-n）X （1- 2-n） 或者或者 -1X 1定點(diǎn)整數(shù)：定點(diǎn)整數(shù)：定點(diǎn)整數(shù)表示的范圍：定點(diǎn)整

11、數(shù)表示的范圍： -（ 2n - 1 ）X （ 2n - 1 ） 或者或者 - 2n X 2n2022-6-25127. 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的補(bǔ)碼補(bǔ)碼表示法表示法 補(bǔ)碼定義：補(bǔ)碼定義： X補(bǔ)補(bǔ)=M+X mod M 由真值、原碼轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼：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：由補(bǔ)碼表示求其真值與原碼： 補(bǔ)碼的性質(zhì)：補(bǔ)碼的性質(zhì)： 1)在補(bǔ)碼表示中，最高位在補(bǔ)碼表示中，最高位X0(符合位）與原碼表示相同。符合位）與原碼表示相同。 2）在補(bǔ)碼表示中，數(shù)據(jù)）在補(bǔ)碼表示中，數(shù)據(jù)0的表示只有一種：的表示只有一種：000 0 3）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）負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的表示比原碼寬，補(bǔ)碼在

12、數(shù)軸上的映射p312022-6-25138. 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）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)定點(diǎn)小數(shù)： 符號(hào)部分符號(hào)部分 小數(shù)部分小數(shù)部分 默認(rèn)小數(shù)點(diǎn)位置默認(rèn)小數(shù)點(diǎn)位置 定點(diǎn)整數(shù)定點(diǎn)整數(shù)： 整數(shù)部分整數(shù)部分 在硬件上用定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算的機(jī)器叫在硬件上用定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算的機(jī)器叫定點(diǎn)機(jī)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）數(shù)據(jù)的浮點(diǎn)表示法（小數(shù)點(diǎn)位置不固定）格式：格式： 階符階符 階碼階碼 尾符尾符 尾數(shù)尾數(shù) 尾符尾符 階符階符 階碼階碼 尾數(shù)尾數(shù) 2022-6-25149. 幾種常用的檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼幾種常用的檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼 奇偶

13、檢錯(cuò)碼奇偶檢錯(cuò)碼， 用于用于并行數(shù)據(jù)傳送中并行數(shù)據(jù)傳送中海明檢錯(cuò)與糾錯(cuò)碼，用于并行海明檢錯(cuò)與糾錯(cuò)碼，用于并行數(shù)據(jù)傳送中數(shù)據(jù)傳送中循環(huán)冗余碼，循環(huán)冗余碼， 用于串行數(shù)據(jù)傳送中用于串行數(shù)據(jù)傳送中編碼過(guò)程編碼過(guò)程譯碼過(guò)程譯碼過(guò)程 傳送傳送原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)碼碼 字字結(jié)果數(shù)據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)形成校驗(yàn)位的值，形成校驗(yàn)位的值，加進(jìn)特征加進(jìn)特征檢查接送的碼字，檢查接送的碼字，發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) / 改正錯(cuò)誤改正錯(cuò)誤2022-6-251510. 奇偶校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)碼用于并行碼用于并行碼檢錯(cuò)檢錯(cuò)原理：在原理：在 k 位數(shù)據(jù)碼之外增加位數(shù)據(jù)碼之外增加 1 位校驗(yàn)位，位校驗(yàn)位，使使 K+1 位碼字中取值為位碼字中取值為 1 的位數(shù)的位

14、數(shù)總保持總保持 為為 偶數(shù)偶數(shù)（偶校驗(yàn)偶校驗(yàn)）或）或 奇數(shù)奇數(shù)（奇校驗(yàn)奇校驗(yàn)）例如：例如：0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 原有數(shù)據(jù)位原有數(shù)據(jù)位 兩個(gè)新的碼字兩個(gè)新的碼字 偶校驗(yàn)偶校驗(yàn)奇校驗(yàn)奇校驗(yàn)校驗(yàn)位校驗(yàn)位2022-6-251612. 海明校驗(yàn)碼海明校驗(yàn)碼1. 能發(fā)現(xiàn)并改正能發(fā)現(xiàn)并改正 k+r 位中任何一位出錯(cuò)，位中任何一位出錯(cuò)，2. 能能 發(fā)發(fā) 現(xiàn)現(xiàn) k+r 位中任何二位同時(shí)出錯(cuò)，位中任何二位同時(shí)出錯(cuò)， 但已無(wú)法改正。但已無(wú)法改正。 海明效驗(yàn)仍然以奇偶效驗(yàn)為依據(jù)。海明效驗(yàn)仍然以奇偶效驗(yàn)為依據(jù)。效驗(yàn)位的位置效驗(yàn)位的

15、位置 : P1 P2 P3 P4 P5 2022-6-2517海明效驗(yàn)碼的分組海明效驗(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。有校信息位組成。 如：有校信息如：有校信息 k=4, 則需要?jiǎng)t需要 r=3, 組成效驗(yàn)碼，編組如下：組成效驗(yàn)碼，編組如下：海明碼序列號(hào)海明碼序列號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 指指 誤誤 字字 含含 義義 P1 P2 P3 第第 三三 組組 G3 第第 二二 組組 G2 第第 一一 組組 G12022-6-2518海明效驗(yàn)位海明效驗(yàn)位Pi的值的值 效驗(yàn)碼分組后，源部件由每一分組確定效驗(yàn)

16、碼分組后，源部件由每一分組確定Pi的值，目的部的值，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)）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)）則該組的指誤字則該組的指誤字Gi=0, 否則否則Gi=1。 如有效信息如有效信息 k=4（值為（值為1101）, 則組成效驗(yàn)碼則組成效驗(yàn)碼 P1 P21 P3 1 0 1 其中：其中： P1= 1 + 1 + 1 = 1 (設(shè)采用偶效驗(yàn)法）設(shè)采用偶效驗(yàn)法） P2= 1 + 0 + 1 = 0 P3= 1 + 0 + 1 = 02

17、022-6-251913. 循環(huán)冗余碼循環(huán)冗余碼 用于多位用于多位串行數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)傳送中的檢錯(cuò)糾傳送中的檢錯(cuò)糾錯(cuò)處理。錯(cuò)處理。 k 位數(shù)據(jù)位位數(shù)據(jù)位 + r 個(gè)校驗(yàn)位個(gè)校驗(yàn)位, 拼接成拼接成 k+r 位的碼字，在接收端對(duì)碼字進(jìn)行合位的碼字，在接收端對(duì)碼字進(jìn)行合法與出錯(cuò)檢查。法與出錯(cuò)檢查。2022-6-252010111 1000000 10111 01110 00000 11100 10111 1011101模模 2除運(yùn)算除運(yùn)算循環(huán)冗余碼實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)原理循環(huán)冗余碼實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)原理有效信息有效信息：100生成多項(xiàng)式生成多項(xiàng)式：101112022-6-25 四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 何賢江 21 10111

18、 1000000 10111 01110 00000 11100 10111 1011101k = 3 數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)為 100 r = 4 求出的校驗(yàn)值為求出的校驗(yàn)值為 1011100 可寫(xiě)成可寫(xiě)成 X2 碼字為碼字為 1001011（數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位拼拼校驗(yàn)位校驗(yàn)位）模模 2除運(yùn)算除運(yùn)算循環(huán)冗余碼實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)原理循環(huán)冗余碼實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)原理2022-6-25 四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 何賢江 22 10111 1000000 10111 01110 00000 11100 10111 1011101k = 3 數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)為 100 r = 4 求出的校驗(yàn)值為求出的校驗(yàn)值為 1011100 可寫(xiě)成可寫(xiě)成 X2為

19、求為求 4 位校驗(yàn)位，位校驗(yàn)位，可用可用 X4 + X2 + X + 1 去模去模 2 除除 X2 * X4 X4 + X2 + X +1 叫叫生成多項(xiàng)式生成多項(xiàng)式， 由查數(shù)學(xué)表得到。由查數(shù)學(xué)表得到。 碼字為碼字為 1001011（數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位拼拼校驗(yàn)位校驗(yàn)位）模模 2除運(yùn)算除運(yùn)算循環(huán)冗余碼實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)原理循環(huán)冗余碼實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)原理2022-6-25 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、補(bǔ)碼加減法 原碼相加原碼相加 同號(hào)：絕對(duì)值相加，取相同符號(hào)同號(hào)：絕對(duì)值相加，取相同符號(hào) 異號(hào)：取絕對(duì)值大的符號(hào)，絕對(duì)值相減異號(hào)：取絕對(duì)值大的符號(hào)，絕對(duì)值相減原碼相減原碼相減 將減數(shù)變?yōu)橄?/p>

20、反數(shù)，然后相加將減數(shù)變?yōu)橄喾磾?shù)，然后相加補(bǔ)碼操作運(yùn)算補(bǔ)碼操作運(yùn)算： （1）參加運(yùn)算的）參加運(yùn)算的操作數(shù)操作數(shù)用補(bǔ)碼表示，用補(bǔ)碼表示，符號(hào)位符號(hào)位作為數(shù)據(jù)的一部分參加作為數(shù)據(jù)的一部分參加運(yùn)算，運(yùn)算，結(jié)果為結(jié)果為補(bǔ)碼表示。補(bǔ)碼表示。 （2）相加時(shí)，兩操作數(shù)直接相加。）相加時(shí)，兩操作數(shù)直接相加。 （3）相減時(shí)，將減數(shù)）相減時(shí)，將減數(shù)變補(bǔ)變補(bǔ)后，再與被減數(shù)一起相加。后，再與被減數(shù)一起相加。變補(bǔ)：變補(bǔ)：指將操作數(shù)連同符號(hào)位一起變反加指將操作數(shù)連同符號(hào)位一起變反加12022-6-252415. 溢出判別溢出判別定義：運(yùn)算結(jié)果如超出機(jī)器數(shù)表示的范圍，稱(chēng)為定義：運(yùn)算結(jié)果如超出機(jī)器數(shù)表示的范圍，稱(chēng)為溢出溢出。

21、溢出類(lèi)型：兩正數(shù)相加，超出表示范圍，稱(chēng)為溢出類(lèi)型：兩正數(shù)相加，超出表示范圍，稱(chēng)為正溢正溢。 兩負(fù)數(shù)相加，超出表示范圍，稱(chēng)為兩負(fù)數(shù)相加，超出表示范圍，稱(chēng)為負(fù)溢負(fù)溢。 兩異號(hào)數(shù)相加，不會(huì)超出數(shù)據(jù)表示范圍。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：溢出判別邏輯表達(dá)示一： “溢出溢出”= SASBSF SASBSF 溢出判別邏輯表達(dá)示二：溢出判別邏輯表達(dá)示二： “溢出溢出”= Cf C 溢出判別邏輯表達(dá)示三：溢出判別邏輯表達(dá)示三：(采用變形補(bǔ)碼表示采用變形補(bǔ)碼表示-雙符號(hào)位）雙符號(hào)位） “溢出溢出”= Sf1 Sf2 00 : 01 : 10 : 11 :2022-6-2525 定義

22、：將數(shù)據(jù)左移或者右移的運(yùn)算。定義：將數(shù)據(jù)左移或者右移的運(yùn)算。 移位類(lèi)型：移位類(lèi)型：邏輯移位邏輯移位和和算術(shù)移位算術(shù)移位。 邏輯移位：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)移位： 算術(shù)左移、算術(shù)右移。算術(shù)左移、算術(shù)右移。 算術(shù)左移：符號(hào)算術(shù)左移：符號(hào) ？ 算術(shù)右移：符號(hào)算術(shù)右移：符號(hào) 補(bǔ)位補(bǔ)位？ 原碼：原碼：添添? 補(bǔ)碼：添符號(hào)位補(bǔ)碼：添符號(hào)位 16.移位：移位：02022-6-2526舍入：舍入： 原碼和補(bǔ)碼：原碼和補(bǔ)碼：0舍舍1入入，或者，或者末位恒置末位恒置1 反碼：反碼：1舍舍0借借，或者，或者末位恒置末位恒置0邏輯運(yùn)

23、算邏輯運(yùn)算： 基本邏輯運(yùn)算有：邏輯乘（基本邏輯運(yùn)算有：邏輯乘（AND）、邏輯加）、邏輯加（OR）、）、 求反求反 （NOT）、）、 異或（異或（NOR ) 復(fù)雜的運(yùn)算可以用基本邏輯運(yùn)算表示復(fù)雜的運(yùn)算可以用基本邏輯運(yùn)算表示如：如：1）用異或判斷兩操作數(shù)是否相等：如）用異或判斷兩操作數(shù)是否相等：如 A B=0，則，則A=B 2) 用用 0 A=A 及及 1 A=A 的特性可以修改一組代的特性可以修改一組代碼中的某些位碼中的某些位 3）用）用AND 運(yùn)算實(shí)現(xiàn)按位清零運(yùn)算。運(yùn)算實(shí)現(xiàn)按位清零運(yùn)算。 4）用）用OR 運(yùn)算實(shí)現(xiàn)按位置運(yùn)算實(shí)現(xiàn)按位置 “1”運(yùn)算。運(yùn)算。17. 舍入、邏輯運(yùn)算舍入、邏輯運(yùn)算202

24、2-6-2527 全加器全加器： 如果只考慮兩個(gè)輸入量相加的加法器，叫做如果只考慮兩個(gè)輸入量相加的加法器，叫做半加器半加器。 如果考慮三個(gè)輸入量相加的加法器，叫做如果考慮三個(gè)輸入量相加的加法器，叫做全加器全加器。 并行加法器并行加法器 串行加法器串行加法器：用一個(gè)全加器分：用一個(gè)全加器分n步實(shí)現(xiàn)步實(shí)現(xiàn)n位數(shù)相加的方法。位數(shù)相加的方法。 并行加法器并行加法器：用：用n個(gè)全加器一步實(shí)現(xiàn)個(gè)全加器一步實(shí)現(xiàn)n位數(shù)相加的方法。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)？加法器執(zhí)行運(yùn)算的速度與哪些因素有關(guān)？18. 全加器全加器2022-6-25282022-6-2529 串行進(jìn)位邏輯表達(dá)式串行進(jìn)位

25、邏輯表達(dá)式:并行進(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)算步驟原碼一位乘運(yùn)算步驟X*Y原原 =( X + Y ) ( X * Y ) 即：即： 1）乘積符號(hào)：）乘積符號(hào)：Sp=Sx Sy 2) 乘積尾數(shù)：乘積尾數(shù)：P= X * Y 運(yùn)算步驟：運(yùn)算步驟：1）寄存器分配與初始化：）寄存器分配與初始化：A, B, C 2) 符號(hào)位：符號(hào)位：A、B用雙符號(hào)位用雙符號(hào)位 3）操作：）操作： Cn=1, A+B后累加積右移一位，后累加積右移一位， Cn=0, 直接執(zhí)行右移一位，直接執(zhí)行右移一位， 4）操作部數(shù)同尾數(shù)。加符號(hào)位。）操作部數(shù)同尾數(shù)。加符號(hào)位。 5) 添加符號(hào)位。添加符號(hào)位。202

26、2-6-253020. 補(bǔ)碼乘法（比較法）運(yùn)算的步驟補(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）將操作數(shù)用補(bǔ)碼表示，乘數(shù)末位添加一位 Yn+1=0 2）寄存器分配：）寄存器分配：A=00.0000，以后存放部分積，以后存放部分積，B=X補(bǔ)，補(bǔ)，求出求出-B，C=Y補(bǔ)，末位添加補(bǔ)，末位添加0 3）比較操作）比較操作： YnYn+1 4)操作步數(shù)：尾數(shù)的位數(shù)加操作步數(shù)：尾數(shù)的位數(shù)加1，最后一步不移位最后一步不移位！ 如：如： X= +0. 1 1 0 1 Y= -0. 1 0 1 0 ，求：，求： （X*Y)補(bǔ)補(bǔ)0 0 ：原部分積：原部分積右移一位右移一位 (直接右移一

27、位直接右移一位)0 1 ：原部分積：原部分積加加X(jué)補(bǔ)補(bǔ)后后右移一位右移一位1 0 ：原部分積加：原部分積加 (X補(bǔ)補(bǔ))后后右移一位右移一位1 1 ：原部分積：原部分積右移一位右移一位 (直接右移一位直接右移一位)2022-6-253121.加減交替除法步驟加減交替除法步驟1）取絕對(duì)值相除，符號(hào)位單獨(dú)處理。）取絕對(duì)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）原碼除法運(yùn)算的商符先直接為0，最后效正。，最后效正。3）每步操作如下：）每步操作如下： 0: 商商0, 下一步作：下一步作： ri+1=2 ri+y 0：商商1, 下一步作：下一步作： ri+1=2 ri -y 4）最后余數(shù)注意位

28、權(quán)（左移）最后余數(shù)注意位權(quán)（左移n次次,余數(shù)為：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)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。操作的步數(shù)根據(jù)情況確定。6）校正符號(hào)。）校正符號(hào)。ri=2ri-1-y 2022-6-253223. 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算浮點(diǎn)運(yùn)算器浮點(diǎn)運(yùn)算器 通常由通常由 處理階碼處理階碼的的 和和 處理尾數(shù)處理尾數(shù)的的 兩個(gè)定點(diǎn)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通常以任選件方式提供給用戶 , 主要用于計(jì)算浮點(diǎn)主要用于計(jì)算浮點(diǎn)數(shù)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)加減運(yùn)算浮

29、點(diǎn)數(shù)加減運(yùn)算 對(duì)階對(duì)階 執(zhí)行加減執(zhí)行加減 規(guī)格化規(guī)格化 舍入舍入 (右歸）判溢出右歸）判溢出浮點(diǎn)數(shù)乘除運(yùn)算浮點(diǎn)數(shù)乘除運(yùn)算 階碼加減階碼加減 尾數(shù)乘除尾數(shù)乘除 舍入與規(guī)格化處理舍入與規(guī)格化處理 判溢判溢出出2022-6-2533 （1）對(duì)階操作，求階差：）對(duì)階操作，求階差： E= EX - EY， 使階碼小的數(shù)的尾數(shù)右移使階碼小的數(shù)的尾數(shù)右移E位，位， 其階碼取大的階碼值；其階碼取大的階碼值； （2）尾數(shù)加減；）尾數(shù)加減； （3）規(guī)格化處理；）規(guī)格化處理； （4）舍入操作，可能帶來(lái)又一次規(guī)格化；）舍入操作，可能帶來(lái)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。）判結(jié)果的正確性，即檢查

30、階碼上下溢出。EXX = MX * 2 EYY = MY * 2 24. 浮點(diǎn)數(shù)加減運(yùn)算浮點(diǎn)數(shù)加減運(yùn)算2022-6-253425. 浮點(diǎn)數(shù)乘法運(yùn)算浮點(diǎn)數(shù)乘法運(yùn)算（1）階碼相加：）階碼相加： 積的階碼積的階碼 = EX + EY 注意：注意：計(jì)算結(jié)果的階碼符號(hào)位計(jì)算結(jié)果的階碼符號(hào)位（2）尾數(shù)相乘：）尾數(shù)相乘：MX*MY (3)規(guī)格化處理；規(guī)格化處理； (4)舍入操作；舍入操作； (5)判結(jié)果的正確性，即檢查階碼是否溢出。判結(jié)果的正確性，即檢查階碼是否溢出。 2022-6-253526. 浮點(diǎn)數(shù)除運(yùn)算浮點(diǎn)數(shù)除運(yùn)算（1）階碼相減：）階碼相減： 積的階碼積的階碼 = EX - EY = EX + (-

31、EY) （2）尾數(shù)相除：）尾數(shù)相除：MX/MY (3)規(guī)格化處理；規(guī)格化處理； (4)舍入操作；舍入操作； (5)判結(jié)果的正確性，即檢查階碼是否溢出。判結(jié)果的正確性，即檢查階碼是否溢出。2022-6-2536練習(xí)題一、簡(jiǎn)答題一、簡(jiǎn)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！ 2022-6-25378. 分別按串行進(jìn)位方式與并行進(jìn)位方式，寫(xiě)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.

32、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(xiě)出相應(yīng)的操作規(guī)則。2022-6-2538二、填空題二、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（ ）。2022-6-2539 五、計(jì)算題1.已知x= -26/32，Y=23/32，用原碼一位乘求XY=？請(qǐng)分步列出運(yùn)算過(guò)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。2022-6-2540第三章第三章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器2022-6-25

33、412. 存儲(chǔ)器的分類(lèi)存儲(chǔ)器的分類(lèi)1）按功能及速度分：）按功能及速度分： CACHE: 是是CPU可以直接訪問(wèn)可以直接訪問(wèn)的一種存儲(chǔ)器，它由高速半導(dǎo)體的一種存儲(chǔ)器，它由高速半導(dǎo)體元件組成（如雙極型元件組成（如雙極型ECL，TTL)，CACHE直接與直接與CPU相連或者相連或者集成在集成在CPU中。高速緩存存放主存儲(chǔ)器指令或者數(shù)據(jù)的副本。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)器主存儲(chǔ)器: CPU可以直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)器，可以直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)器，存放存放CPU需要執(zhí)行的程需要執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。序和數(shù)據(jù)。CPU訪問(wèn)訪問(wèn)CACHE失效后即訪問(wèn)主存儲(chǔ)器。主存儲(chǔ)器失效后即訪問(wèn)主存儲(chǔ)器。主存儲(chǔ)器由半

34、導(dǎo)體元件構(gòu)成，其存儲(chǔ)容量比由半導(dǎo)體元件構(gòu)成，其存儲(chǔ)容量比CACHE大，速度比大，速度比CACHE慢。存放數(shù)據(jù)的位成本比慢。存放數(shù)據(jù)的位成本比CACHE低。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(duì)于主存儲(chǔ)器的速度慢，但存放數(shù)據(jù)的位成本低。存的容量大，相對(duì)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。信息保存時(shí)間較久。2022-6-25422）按存取方式分）按存取方式分 隨機(jī)存儲(chǔ)器（隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM)：可以隨機(jī)任意訪問(wèn)某一存儲(chǔ)單元，其：可以隨機(jī)任意訪問(wèn)某一存儲(chǔ)單元，其訪存時(shí)間基本一致。分為

35、訪存時(shí)間基本一致。分為 SRAM 和和 DRAM 順序存儲(chǔ)器順序存儲(chǔ)器(SAM)：訪存內(nèi)容的時(shí)間與其內(nèi)容所在的位置有：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。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(xiě)入數(shù)據(jù)的一種存儲(chǔ)器。只讀存儲(chǔ)器：只能讀出數(shù)據(jù)不能寫(xiě)入數(shù)據(jù)的一種存儲(chǔ)器。3）按存儲(chǔ)介質(zhì)分）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。分為雙極型雙極型存存儲(chǔ)器（儲(chǔ)器（TTL:半導(dǎo)體半導(dǎo)體-半導(dǎo)體邏輯電路；半導(dǎo)體邏輯電路；ECL:射電藕合邏輯電射電藕合邏輯電路路), MOS型型（金屬氧化物半導(dǎo)體）（金屬氧化物半導(dǎo)體） 存儲(chǔ)器：靜

36、態(tài)存儲(chǔ)器：靜態(tài)DOS和動(dòng)和動(dòng)態(tài)態(tài)DOS。 磁性材料存儲(chǔ)器：磁芯、磁盤(pán)、磁帶磁性材料存儲(chǔ)器：磁芯、磁盤(pán)、磁帶 激光存儲(chǔ)器：光盤(pán)激光存儲(chǔ)器：光盤(pán)存儲(chǔ)器的分類(lèi)存儲(chǔ)器的分類(lèi)2022-6-25433.半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器靜態(tài)存儲(chǔ)器靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAMSRAM（雙極型、靜態(tài)（雙極型、靜態(tài)MOSMOS型）：型）：依靠雙穩(wěn)態(tài)電路內(nèi)部交叉反饋的機(jī)制存依靠雙穩(wěn)態(tài)電路內(nèi)部交叉反饋的機(jī)制存儲(chǔ)信息。儲(chǔ)信息。功耗較大功耗較大, ,速度快速度快, ,作作CacheCache。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM DRAM （動(dòng)態(tài)（動(dòng)態(tài)MOSMOS型）：型）：依靠依靠電容存儲(chǔ)電荷的原理存儲(chǔ)信息。電容存儲(chǔ)電荷的原理存儲(chǔ)信息。功耗較功

37、耗較小小, ,容量大容量大, ,速度較快速度較快, ,作主存。作主存。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAMDRAM破壞性讀出破壞性讀出2022-6-25444. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器特性半導(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。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。但是斷電后不能保存原有信息。存儲(chǔ)元存儲(chǔ)元：能夠保存一位二進(jìn)制信息的物件，是存儲(chǔ)：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。器的最小單位。存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元：由一個(gè)或者多個(gè)存儲(chǔ)元組成。：由一個(gè)或者多個(gè)存儲(chǔ)元組成。 有字節(jié)單元和字單元有字節(jié)單元和字單元2022-6-25455.DRAM5.D

38、RAM刷新（再生刷新（再生) )要定期刷新要定期刷新：在不進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，在不進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，DRAM DRAM 存儲(chǔ)器的各單元處于斷路狀態(tài)，由存儲(chǔ)器的各單元處于斷路狀態(tài)，由于漏電的存在，保存在電容于漏電的存在，保存在電容C CS S 上的電荷會(huì)慢慢地漏掉，為此必須定時(shí)予以補(bǔ)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(chēng)其為刷新操作。刷新不是按字處理，而是每次刷新一行，即為連充，通常稱(chēng)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三種常用方式。最大刷新間隔：最大刷新間隔

39、：2ms2ms在此期間，必須對(duì)所有動(dòng)態(tài)單元刷新一遍在此期間，必須對(duì)所有動(dòng)態(tài)單元刷新一遍。集中刷新集中刷新 分散刷新分散刷新異步刷新異步刷新2022-6-25466.半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器掩膜型只讀存儲(chǔ)器：掩膜型只讀存儲(chǔ)器：PROM(一次可編程型一次可編程型):EPROM:EEPROM(E2PROM):Flash EEPROM:2022-6-25477. 主存儲(chǔ)器組織主存儲(chǔ)器組織存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)需要解決的問(wèn)題需要解決的問(wèn)題： a. 存儲(chǔ)器基本存儲(chǔ)器基本邏輯設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)（如何由某種芯片組成需（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(lèi)芯片構(gòu)要容量的存儲(chǔ)模塊，以及如何由不

40、同種類(lèi)芯片構(gòu)成需要功能及容量的存儲(chǔ)器）成需要功能及容量的存儲(chǔ)器） b. DRAM 的的刷新刷新 c. 主存儲(chǔ)器如何與主存儲(chǔ)器如何與CPU相相連接連接 d. 主存儲(chǔ)器的主存儲(chǔ)器的效驗(yàn)效驗(yàn)2022-6-2548READYWRITEREAD 8. 主存儲(chǔ)器與主存儲(chǔ)器與CPU相連相連 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(guò)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(guò)地址、數(shù)據(jù)、控制三類(lèi)總線與地址、數(shù)據(jù)、控制三類(lèi)總線與 CPU、等其他部件連通；、等其他部件連通； CPU MainMemoryAB k 位（給出地址）位（給出地址）DB n 位（傳送數(shù)據(jù)）位（傳送數(shù)據(jù)）地址總線地址總線 AB 的位數(shù)決

41、定了可尋址的最大內(nèi)存空間，的位數(shù)決定了可尋址的最大內(nèi)存空間，數(shù)據(jù)總線數(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，的位數(shù)與工作頻率的乘積正比于最高數(shù)據(jù)出入量，控制總線控制總線 CB 指出總線周期的類(lèi)型和指出總線周期的類(lèi)型和本次操作完成的時(shí)刻本次操作完成的時(shí)刻。例如，例如，k= 20 位位n= 32 位位2022-6-25499. 存儲(chǔ)器基本邏輯設(shè)計(jì)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(lèi)型。確定存儲(chǔ)器的容量，根據(jù)功能需要選擇芯片類(lèi)型。 確定每種芯片的芯片數(shù)量，并且給出每種芯片的內(nèi)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。存空間映像圖。2.確定

42、需要地址線的條數(shù)，數(shù)據(jù)線的條數(shù)，控制線的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)。條數(shù)。3.將芯片拼接成規(guī)定的字的位數(shù)（將芯片拼接成規(guī)定的字的位數(shù)（位擴(kuò)展位擴(kuò)展）4.將位擴(kuò)展后的模塊組用譯碼器聯(lián)結(jié)起來(lái)（將位擴(kuò)展后的模塊組用譯碼器聯(lián)結(jié)起來(lái)（字?jǐn)U展字?jǐn)U展）2022-6-255010. 磁表面存儲(chǔ)器磁表面存儲(chǔ)器 磁盤(pán)是一種用得最多的外存設(shè)備，屬于磁表磁盤(pán)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(zhǎng)時(shí)間地記憶信息。以比較低成本長(zhǎng)時(shí)間地記憶信息。 磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器屬于直接存?。▽さ溃?、串行讀寫(xiě)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器屬于直接存取

43、（尋道）、串行讀寫(xiě)設(shè)備。設(shè)備。 種類(lèi)種類(lèi)：磁芯、磁盤(pán)、磁帶：磁芯、磁盤(pán)、磁帶2022-6-255111. 磁記錄編碼方式磁記錄編碼方式 磁記錄方式是指一種編碼方法，即如何將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(guò)讀寫(xiě)電路變換成磁層一串二進(jìn)制信息，通過(guò)讀寫(xiě)電路變換成磁層介質(zhì)中的磁化翻轉(zhuǎn)序列。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，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(xiě)可靠性等。更高的自同步能力，更高的讀寫(xiě)可靠性等。 常用的編碼方式有：常用的編碼方式有： 不歸零制（不歸零制（NRZ） NRZ 1制制 調(diào)相制（調(diào)相制（PM） 調(diào)頻制（調(diào)

44、頻制（FM） 改進(jìn)調(diào)頻制（改進(jìn)調(diào)頻制（MFM, M2F）2022-6-255213. 軟盤(pán)存儲(chǔ)器軟盤(pán)存儲(chǔ)器 a.磁道：信息在磁道內(nèi)順序地紀(jì)錄。磁道：信息在磁道內(nèi)順序地紀(jì)錄。 道密度道密度：徑向單位長(zhǎng)度的磁道數(shù)，：徑向單位長(zhǎng)度的磁道數(shù)，TPI 位密度位密度：磁道上單位長(zhǎng)度紀(jì)錄的二進(jìn)制位數(shù)。：磁道上單位長(zhǎng)度紀(jì)錄的二進(jìn)制位數(shù)。Bpi 道容量道容量：磁道上紀(jì)錄的二進(jìn)制位總數(shù)：磁道上紀(jì)錄的二進(jìn)制位總數(shù) b.扇區(qū)：扇區(qū)：2022-6-255314. 有關(guān)磁盤(pán)的名詞有關(guān)磁盤(pán)的名詞磁盤(pán)容量：磁盤(pán)容量： 非格式化容量：用戶數(shù)據(jù)非格式化容量：用戶數(shù)據(jù)+各種格式化信息各種格式化信息 格式化容量：用戶數(shù)據(jù)格式化容量：

45、用戶數(shù)據(jù)磁盤(pán)工作速度：磁盤(pán)工作速度： 平均尋道（定位）時(shí)間：平均尋道（定位）時(shí)間： 平均旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間：平均旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間：2022-6-255415. 高速緩存高速緩存 CACHE 用途：用途：設(shè)置在設(shè)置在 CPU 和和 主存儲(chǔ)器之間，主存儲(chǔ)器之間，完成高速與完成高速與 CPU 交換信息，盡量避免交換信息，盡量避免 CPU不必要地多次直接訪問(wèn)慢速的主存儲(chǔ)不必要地多次直接訪問(wèn)慢速的主存儲(chǔ)器器，從而提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。從而提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。 實(shí)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)：這是一個(gè)存儲(chǔ)容量很小，但讀這是一個(gè)存儲(chǔ)容量很小，但讀寫(xiě)速度更快的，以關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器方式運(yùn)行、寫(xiě)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)

46、器芯片實(shí)現(xiàn)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)。用靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)。 要求：要求：有足夠高的命中率，既當(dāng)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)情況可以直接需用主存中的數(shù)據(jù)時(shí)，多數(shù)情況可以直接從從CACHE中得到，稱(chēng)二者之比為命中率。中得到，稱(chēng)二者之比為命中率。2022-6-2555高速緩存高速緩存 CACHE 常用的地址映像方式：常用的地址映像方式： 全相連映像方式全相連映像方式 直接映像方式直接映像方式 組相連映像方式組相連映像方式 2022-6-2556練習(xí)題填空題填空題1.在存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)中，在存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)中，CPU可直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)器是（可直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)器是（ ）和（和（

47、 ）。）。2.六管靜態(tài)六管靜態(tài)MOS存儲(chǔ)單元是依靠（存儲(chǔ)單元是依靠（ ）存儲(chǔ)信息。）存儲(chǔ)信息。3.靜態(tài)靜態(tài)RAM靠（靠（ ）存儲(chǔ)信息。）存儲(chǔ)信息。5.磁盤(pán)存儲(chǔ)器的速度指標(biāo)一般包括（磁盤(pán)存儲(chǔ)器的速度指標(biāo)一般包括（ ）、（）、（ ）、（）、（ ）等三項(xiàng)。等三項(xiàng)。 6.按存取方式分類(lèi)，磁帶屬于（按存取方式分類(lèi)，磁帶屬于（ ）存儲(chǔ)器。）存儲(chǔ)器。7.動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)器的刷新周期安排方式有（存儲(chǔ)器的刷新周期安排方式有（ ）、（）、（ ）和）和（ ）三種。）三種。8.磁盤(pán)中常用的校驗(yàn)方法是（磁盤(pán)中常用的校驗(yàn)方法是（ ）。）。9. 某某32位機(jī)器，若地址碼位機(jī)器，若地址碼33位，按字節(jié)編址則訪存空間可達(dá)位，

48、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)（）；若按字編址，則訪存空間可達(dá)（ ）。）。 2022-6-2557練習(xí)題簡(jiǎn)答題簡(jiǎn)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(qǐng)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。2022-6-2558練習(xí)題設(shè)計(jì)題設(shè)計(jì)題 1.用8Kx4ROM芯片構(gòu)成16

49、KB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(qǐng)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(huà)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8K8），現(xiàn)在再用RAM芯片（8K4）形成一個(gè)16K8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A15A0,數(shù)據(jù)總線為D7D0,控制總線為R/W,訪問(wèn)存儲(chǔ)器信號(hào)/MREQ。回答： 1）所需RAM芯片數(shù)=？ 2）所需ROM芯片數(shù)=？ 3）全譯碼方式，寫(xiě)出地址分配與片選邏輯。 4）畫(huà)出存儲(chǔ)器邏輯圖，并表明

50、地址線、數(shù)據(jù)線、片選邏輯及讀寫(xiě)控制線。2022-6-2559第第 4 章章 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)1 基本概念基本概念指令指令：控制計(jì)算機(jī)執(zhí)行操作的命令。一條指令能夠完控制計(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。成某種基本操作。指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)所有指令的結(jié)合一臺(tái)計(jì)算機(jī)所有指令的結(jié)合 CPU的任務(wù)的任務(wù)：解釋執(zhí)行指令代碼。：解釋執(zhí)行指令代碼。指令字長(zhǎng)：一條指令的位數(shù)（定長(zhǎng)指令、變長(zhǎng)指令）。指令字長(zhǎng)：一條指令的位數(shù)（定長(zhǎng)指令、變長(zhǎng)指令）。 2022-6-25602 指令格式指令格式指令格式指令格式: 操作碼操作碼 OP 操作數(shù)地址操作數(shù)地址AD尋址方式尋址方式 ：指令尋址和操作數(shù)

51、尋址：指令尋址和操作數(shù)尋址外設(shè)尋址外設(shè)尋址端口尋址方式（端口與主存單獨(dú)編址）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）統(tǒng)一映象方式（端口與主存統(tǒng)一編址）主存尋址主存尋址寄存器尋址寄存器尋址直接尋址直接尋址變址尋址變址尋址寄存器間址寄存器間址間接尋址間接尋址相對(duì)尋址相對(duì)尋址基地址尋址基地址尋址立即數(shù)尋址立即數(shù)尋址堆棧尋址堆棧尋址2022-6-25613. OP操作碼指令操作碼指令操作碼OP：為了區(qū)別計(jì)算機(jī)系統(tǒng)指令，將每條：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)。代碼用一個(gè)唯一的二進(jìn)制編碼表示其操作性質(zhì)。操作碼格式操作碼格式：定長(zhǎng)操作碼，

52、擴(kuò)展操作碼，方式碼：定長(zhǎng)操作碼，擴(kuò)展操作碼，方式碼（復(fù)合碼）（復(fù)合碼）定長(zhǎng)操作碼定長(zhǎng)操作碼：操作碼的長(zhǎng)度與位置固定。：操作碼的長(zhǎng)度與位置固定。擴(kuò)展操作碼擴(kuò)展操作碼：操作碼的長(zhǎng)度不固定，：操作碼的長(zhǎng)度不固定，關(guān)鍵要給出擴(kuò)關(guān)鍵要給出擴(kuò)展標(biāo)志。展標(biāo)志。2022-6-25624. 地址碼AD AD:指令中要給出操作數(shù)的地址。指令中要給出操作數(shù)的地址。 顯地址顯地址：指令中給出存儲(chǔ)器單元號(hào)或者寄存器號(hào)。：指令中給出存儲(chǔ)器單元號(hào)或者寄存器號(hào)。 隱地址隱地址：指令中不給出操作數(shù)地址，由事先隱含約定在某個(gè)：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。寄存器中或者在堆棧中。 指令的地址結(jié)構(gòu)

53、：指令的地址結(jié)構(gòu)： 1）四地址指令：）四地址指令： 2）三地址指令：）三地址指令： 3）二地址指令：）二地址指令： 4）一地址指令：）一地址指令： 5）零地址指令：）零地址指令： 2022-6-2563存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)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。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。 尋址分為尋址分為指令尋址指令尋址和和操作數(shù)尋址操作數(shù)尋址。 存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：操作數(shù)可能存放的位置？操作數(shù)可能存放的位置？ a. CPU寄存器：寄存器： b. 主存儲(chǔ)器：需要給出存儲(chǔ)

54、器單元號(hào)碼。主存儲(chǔ)器：需要給出存儲(chǔ)器單元號(hào)碼。 c. 堆棧：由堆棧：由SP給出給出棧頂單元地址棧頂單元地址，所以指令中不給出地址。，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。外存儲(chǔ)器：以數(shù)據(jù)塊為物理組織單位。軟件角度軟件角度給出文給出文件名存取。件名存取。硬件角度硬件角度需要給出外存信息（如驅(qū)動(dòng)器號(hào)，磁需要給出外存信息（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）。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：設(shè)備：2022-6-2564 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

55、方法。址的方法。 指令尋址和操作數(shù)尋址。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(chēng)為形式地址在指令中給出的操作數(shù)的地址被稱(chēng)為形式地址，使用形式地址信息使用形式地址信息按一定的規(guī)則計(jì)算出來(lái)的一個(gè)數(shù)值才是數(shù)據(jù)（或指令）的實(shí)際地址按一定的規(guī)則計(jì)算出來(lái)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：在指令的操作數(shù)地址字段，可能要指出： 運(yùn)算器中的累加器的編號(hào)或?qū)Ｓ眉拇嫫髅Q(chēng)（編號(hào)）運(yùn)算器中的累加器的編號(hào)或?qū)Ｓ眉拇嫫髅Q(chēng)（編號(hào)） 輸入輸入/ /輸出指令中用到的輸出指令中用到的 I/O I/O 設(shè)備的端口地址設(shè)備的端口地址 內(nèi)存儲(chǔ)器的一個(gè)存儲(chǔ)單元（或一內(nèi)存儲(chǔ)器的一個(gè)存

56、儲(chǔ)單元（或一 I/OI/O設(shè)備設(shè)備 ）的地址）的地址 有多種有多種 基本尋址方式基本尋址方式 和某些和某些 復(fù)合尋址方式復(fù)合尋址方式, ,簡(jiǎn)介如下簡(jiǎn)介如下: :2022-6-2565 寄存器尋址：寄存器尋址：計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)CPU的通用寄存器，用于存放操作的通用寄存器，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)，存器的編號(hào)，且且所需的操作數(shù)就在這一寄存器中，這就是所需的操作數(shù)就在這一寄存器中，這就是寄存寄存器尋址方式器尋址方式； 寄存器間接尋址寄存器間接尋址：若該寄存器中存放的是操作數(shù)在內(nèi)存儲(chǔ)若該寄存器中存放的

57、是操作數(shù)在內(nèi)存儲(chǔ)器中所在單元的地址，器中所在單元的地址，這就是這就是寄存器間接尋址方式。寄存器間接尋址方式。 立即數(shù)尋址立即數(shù)尋址：所需的一個(gè)：所需的一個(gè)操作數(shù)操作數(shù)在指令的地址碼部分直接在指令的地址碼部分直接給出。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)）適用于操作數(shù)固定（如常數(shù)、一次性使用的數(shù)據(jù)） 直接尋址直接尋址：指令的地址碼字段直接給出所需的操作數(shù)：指令的地址碼字段直接給出所需的操作數(shù) 7、2022-6-2566 變址尋址變址尋址：操作數(shù)的地址由指定的變址寄存器：操作數(shù)的地址由指定的變址寄存器（由（由Reg指定）的內(nèi)容和指令中的地址碼（指定）的內(nèi)容和指令中的地址碼（Disp）相

58、）相加得到。加得到。 相對(duì)尋址：相對(duì)尋址：用用程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器 PCPC作為作為變址寄存器。變址寄存器。 間接尋址間接尋址:指令的地址碼字段給出的內(nèi)容既不是操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。作數(shù)，而是操作數(shù)（或指令）地址的地址。 基址尋址：基址尋址：操作數(shù)的地址由基址寄存器的內(nèi)容和操作數(shù)的地址由基址寄存器的內(nèi)容和指令中的地址碼相加指令中的地址碼相加。 堆棧尋址堆棧尋址： SPSP給出堆棧的棧頂（或次棧頂）地址給出堆棧的棧頂（或次棧頂）地址 7、2022-6-2567練習(xí)題1. 何謂堆棧？說(shuō)明堆棧指針SP的作用。2.如何在指令中表明尋址方式的類(lèi)型？3.

59、簡(jiǎn)化指令地址結(jié)構(gòu)的基本途徑是什么？4.舉例說(shuō)明變址尋址方式的尋址過(guò)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(zhǎng)一定時(shí)，如何減少地址段的位數(shù)？2022-6-2568第五章第五章 復(fù)習(xí)題復(fù)習(xí)題本章主要討論本章主要討論 運(yùn)算器運(yùn)算器CPUCPU邏輯邏輯組成：組成： 控制器控制器 數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu) CPUCPU工作原理：工作原理：指令的執(zhí)行過(guò)程指令的執(zhí)行過(guò)程與外部設(shè)備的連接與外部設(shè)備的連接2022-6-25691 CPU的組成的組成 CPU(中央處理單元）包括：中央處理單元）包括：運(yùn)算器和控制器運(yùn)算器和控制器，是計(jì)算機(jī)的核心。，是計(jì)算機(jī)的核心。 計(jì)算機(jī)信息分為：計(jì)算機(jī)信息分為：

60、數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流（數(shù)據(jù)信息）、（數(shù)據(jù)信息）、控制流控制流（指令信息、控制信息）。（指令信息、控制信息）。 控制器控制器是全機(jī)的指揮系統(tǒng)，它根據(jù)指令序列、外部請(qǐng)求、控制臺(tái)是全機(jī)的指揮系統(tǒng)，它根據(jù)指令序列、外部請(qǐng)求、控制臺(tái)操作來(lái)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）操作來(lái)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(duì)指令執(zhí)行順序的控制。）對(duì)指令執(zhí)行順序的控制。 CPU的主要功能的主要功能： 2）對(duì)指令操作的控制）對(duì)指令操作的控制（指令（指令 一組控制信號(hào)）一組控制信號(hào)） 3）操作時(shí)序的控制）操作時(shí)序的控制 4）對(duì)數(shù)據(jù)加工處理）對(duì)數(shù)據(jù)加工處理1. CPU的組成的組成：運(yùn)算部件