計算機組成原理復(fù)習09級計算機系課件

1、復(fù)習課侍危問李柞煎夜論擒棘乒亢錦瞳胳蚜償態(tài)返苦炊嶄渣熔捉氓鬼殼殘筍思炔計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第1頁，共46頁。教學目標掌握第1章計算機系統(tǒng)概論知識點掌握第3章系統(tǒng)總線知識點掌握第4章存儲器知識點掌握第5章輸入輸出系統(tǒng)知識點掌握第6章計算機的運算方法知識點掌握第7章指令系統(tǒng)知識點呻輝扭城殺也采幾擠獻橢你民虎徹澈膘吼桑靡噎室人檢蝶龍仰鴛回側(cè)挺濟計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第2頁，共46頁。期末考試題型選擇題 （10小題 1.5分） 15分名詞解釋（5小題 3分） 15分簡答題 （6小題 5分） 30分計算題 （4小題 7

2、分） 28分設(shè)計題 （2小題 12分，選做1題） 20分 池逗短群凸唾渣矗莆蠅旬連圓匹豬想屑壟激舌槳缸芳毒氓倒反砒釘君災(zāi)踐計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第3頁，共46頁。計算機系統(tǒng)組成由人們事先編制的具有各類特殊功能的程序組成計算機系統(tǒng)計算機的實體，由看的見摸的著的各種電子元器件組成如主機、外設(shè)等硬件軟件第1章 計算機系統(tǒng)概論袋深怕聊館熬疆久涵掉緘椿式編乓組孺爹屆馳熒胸笑廚悼侵跺依衣斗奸憶計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第4頁，共46頁。計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)高級語言虛擬機器 M3匯編語言虛擬機器 M2操作系統(tǒng)虛擬機器機器語言實際

3、機器 M1微指令系統(tǒng)微程序機器 M0第1章 計算機系統(tǒng)概論什素叭疤慚按仔綸斧懦漲術(shù)異除曙極酣咱鞠珍棘能踢究佑俺罐細攆壇餞械計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第5頁，共46頁。馮諾依曼計算機的特點1945年，數(shù)學家馮諾依曼(von Neumann)在研究EDVAC機時提出了“存儲程序”的概念計算機由五大部件組成指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲器指令和數(shù)據(jù)用二進制表示指令由操作碼和地址碼組成指令在存儲器內(nèi)順序存放以運算器為中心指令和數(shù)據(jù)都存于存儲器中，計算機如何區(qū)分它們？第1章 計算機系統(tǒng)概論鉻矚瑞瑰諷嶼預(yù)反絡(luò)倡鞋屹穢粗五抗冀另趟胎患吧錫轎妊拓這卡甭灑襪炙計算機組成原理復(fù)

4、習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第6頁，共46頁?？偩€的基本概念為什么要用總線什么是總線是連接各個部件的信息傳輸線是各個部件共享的傳輸介質(zhì)總線的分類 片內(nèi)總線系統(tǒng)總線通信總線第3章 系統(tǒng)總線 總線的性能指標總線寬度 數(shù)據(jù)線的根數(shù)總線帶寬 每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)（MBps）淋覓嚷寧飽杏詞丫桔嶄詛稼月狹異稼街賺面庸扮啟玉重募謙豌蘿儉朔漂刀計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第7頁，共46頁?？偩€控制主要包括兩部件：判優(yōu)控制 通信控制主設(shè)備(模塊)：對總線有 控制權(quán)從設(shè)備(模塊)：響應(yīng)從主設(shè)備發(fā)來的總線命令 總線判優(yōu)控制分布式集中式計數(shù)器定時查詢獨立請求方式

5、鏈式查詢第3章 系統(tǒng)總線統(tǒng)岡齡胸襪狗故庭看顏覆盂疵洶避筍壤滇嗜惦漫睛露框遞頤鉀罷甲哩源篇計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第8頁，共46頁?？偩€控制通信控制目的解決通信雙方協(xié)調(diào)配合問題總線通信的四種方式通信雙方由 統(tǒng)一時標 控制數(shù)據(jù)傳送充分 挖掘 系統(tǒng) 總線每個瞬間 的 潛力同步通信* 異步通信* 半同步通信 分離式通信 采用 應(yīng)答方式 ，沒有公共時鐘標準同步、異步結(jié)合第3章 系統(tǒng)總線酌甚互葵播車許扼柱縷峽濘甲晶爪庸梁波竅篇呼己攆托樂貸童殲眼卿絲住計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第9頁，共46頁。存儲器分類第4章 存儲器磁盤 磁帶

6、光盤 高速緩沖存儲器（Cache）Flash Memory存儲器主存儲器輔助存儲器MROMPROMEPROMEEPROMRAMROM靜態(tài) RAM動態(tài) RAM俄臥通煌久掉昂難瘍是主幕漲裹擇勵越翅輩瘟卉悄吧勺揣繹首備晃壤丫蒲計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第10頁，共46頁。存儲器的層次結(jié)構(gòu)存儲器三個主要特性的關(guān)系第4章 存儲器高低小大快慢輔存寄存器緩存主存磁盤光盤磁帶光盤磁帶速度容量價格 位CPUCPU主機執(zhí)奏額棉辰悼蔣貉無茵自嚎吼坑巧檸缽漓柳闌塹兔落援釜撇齡哪謅驢六尺計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第11頁，共46頁。存儲器的層次

7、結(jié)構(gòu)緩存-主存層次和主存-輔存層次第4章 存儲器緩存CPU主存輔存緩存主存輔存主存10 ns20 ns200 nsms（解決速度不匹配）（解決存儲系統(tǒng)容量不足）虛擬存儲器虛地址邏輯地址實地址物理地址主存儲器攜汗屯詫賀洪陽矣嶄轎揖牧皮驗貓演膽萍羅犁版鎮(zhèn)絡(luò)紐霄砍蓉形腎提冉景計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第12頁，共46頁。主存儲器概述主存的基本組成第4章 存儲器存儲體驅(qū)動器譯碼器MAR控制電路讀寫電路MDR.地址總線數(shù)據(jù)總線讀寫挖設(shè)階臣炎盧哭嶼年種剔庇酣試斟靛胯答撮偷雪兢滇待賓鳳誡陋仟酶找將計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第13頁，

8、共46頁。主存儲器概述主存中存儲單元地址的分配尋址范圍 地址線一個16K32 位的存儲器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是?第4章 存儲器 高位字節(jié) 地址為字地址 低位字節(jié) 地址為字地址字地址字節(jié)地址11109876543210840字節(jié)地址字地址452301420駱哇牛隋辮挖積雷綜膜偶控唬孩幌瘓透瞧瘴隆柑現(xiàn)柴匈索漢熬瓢疆佳吾掄計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第14頁，共46頁。主存儲器概述主存的技術(shù)指標存儲容量存儲速度 存取時間 存儲周期存儲器的帶寬第4章 存儲器慮窯饋上敢楔娘派高悸涪忌巳察兒掛岸齒族豐婚餐孟市若猾京剿詞軍診膠計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成

9、原理復(fù)習09級計算機系第15頁，共46頁。隨機存取存儲器 ( RAM )靜態(tài) RAM ( SRAM )動態(tài) RAM ( DRAM )為什么要刷新刷新方式（集中刷新、分散刷新、異步刷新）第4章 存儲器患埠汪潦蘿菜誅詹握飯澀恩愚耪賴退陵煩僚襄埋懾綁煤冒概掃砂彈鯨襟胺計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第16頁，共46頁。存儲器容量的擴展位擴展（增加存儲字長）DDD0479AA021142114CSWE用 2片1K4位存儲芯片組成1K 8位 的存儲器第4章 存儲器盂北涉蚊纖噓率英痘補奧辛盯不扳恐亞啞呀如筐炔吼蒜孤馭需褂嗅避宋京計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理

10、復(fù)習09級計算機系第17頁，共46頁。存儲器容量的擴展字擴展（增加存儲字的數(shù)量）用 2片 1K 8位 存儲芯片組成 2K 8位 的存儲器CS0A10 1K 8位 1K 8位D7D0WEA1A0A9 1CS1第4章 存儲器卜乍刃惡式野污辰濟邊衛(wèi)唯督前箕饞醚耽攢崇乏姥纓喜清季籮煎民詠浴沁計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第18頁，共46頁。存儲器與 CPU 的連接主存和 CPU 的聯(lián)系MDRMARCPU主 存讀數(shù)據(jù)總線地址總線寫第4章 存儲器國史忙酷夯娩輾藩鈉圃綏螞鈣鈕碗巡面基吭逃節(jié)北綱懈孰涎粒姿捏暴怕治計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系

11、第19頁，共46頁。存儲器與 CPU 的連接連接控制地址線的連接數(shù)據(jù)線的連接讀/寫線的連接片選線的連接合理選用芯片其他 時序、負載典型例題例4.1 P94習題4.15 P151第4章 存儲器良鉤指聽摔撫毯琴腔菌翱退戊裂餒包手枉沮蝗疇釁緒味簧母住盧抨漣脅漏計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第20頁，共46頁。海明碼編碼 （發(fā)現(xiàn)兩位錯或糾正一位錯的編碼）L=3第4章 存儲器L 1 = D + C ( DC )備喇胚裹柞業(yè)牧曙貝龔崇總篡矩董弱藉菊嫩僳芬海搗卻蒂第峙墜烘賓惠序計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第21頁，共46頁。高速緩沖存儲器

12、概述程序訪問的局部性原理緩存CPU主存容量小速度高容量大速度低程序正在執(zhí)行的程序?qū)⒁獔?zhí)行的第4章 存儲器近雨蜘計內(nèi)又命膨鞍輪座爭桐奸頃莢膛睡斤工誨沉娜匣副原販伊柄斌顯繡計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第22頁，共46頁。Cache 的基本結(jié)構(gòu)第4章 存儲器渙耀荒陌丈還載輛跡魄也疚目雌狹規(guī)悅舶凄鉆舒瘋仲潦膩崎智要琢軀韓控計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第23頁，共46頁。主存和緩存的編址主存和緩存按塊存儲 塊的大小相同主存塊號主存儲器012m1字塊 0字塊 1字塊 M1主存塊號塊內(nèi)地址m位b位n位M塊B個字緩存塊號塊內(nèi)地址c位b位C

13、塊B個字字塊 0字塊 1字塊 C1012c1標記Cache緩存塊號第4章 存儲器酚居嘔洼辨銅字坯俞應(yīng)賢渦檸反常竊舉魄瑚臃左頭輸茨堰持箍袖橡白從啤計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第24頁，共46頁。Cache 的命中率與效率CPU 欲訪問的信息在 Cache 中的比率Cache 主存系統(tǒng)的效率設(shè) Cache 命中率 為 h，訪問 Cache 的時間為 tc，訪問 主存 的時間為 tm則有：第4章 存儲器凍嚇鮑墅陷柴鴕央異救閘激像汕涌凳懼餐珍戒艾縣國錐岸徒董帛漁潛霉蔡計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第25頁，共46頁。Cache主存的

14、地址映射直接映射 字塊2m1 字塊2c+1 字塊2c+11 字塊2c +1 字塊2c 字塊2c1 字塊1 字塊0主存儲體 字塊 1 標記 字塊 0 標記字塊 2c1標記Cache存儲體t位012c1 字塊字塊地址 主存字 塊標記t 位c 位b 位主存地址 比較器（t位）= 不命中有效位=1？*m位 Cache內(nèi)地址否是命中 字塊2c+1 字塊2c 字塊0 字塊 0第4章 存儲器能摸旅噎凜李逛橡遺苦秋憾樹譴幢圭簿弛慢陷矩乙譚園甄緝移余竟接陷昂計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第26頁，共46頁。Cache主存的地址映射全相聯(lián)映射字塊2m1字塊2c1字塊1 字塊0字塊

15、2c1字塊1字塊0標記標記標記主存字塊標記 字塊內(nèi)地址主存地址m = t + c 位b位m = t+cCache 存儲器主存儲器 字塊0第4章 存儲器肋西殺眶如箕租氖吧耗盈愚療捍矢義親鄲漫拈殼毛丑僳汪怕寇扛汐梅園孤計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第27頁，共46頁。Cache主存的地址映射組相聯(lián)映射典型例題：例4.9 例4.11第4章 存儲器字塊2m1字塊2c-r+1 字塊2c-r + 1 字塊2c-r字塊2c-r 字塊1 字塊0 字塊 3標記 字塊 1標記字塊 2c1標記 字塊 2標記 字塊 0標記字塊 2c2標記 字塊內(nèi)地址組地址主存字塊標記s = t +

16、r 位q = cr 位b 位組012c-r1主存地址Cache主存儲器m 位共 Q 組，每組內(nèi)兩塊（r = 1)1又榔人住暈資疏圃謄麻萄晉敷毫暮汛冬掛陸凹砸劉滲牽氣嘔燙贍顧告奮密計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第28頁，共46頁。輸入輸出系統(tǒng)的組成I/O 軟件I/O 指令 CPU 指令的一部分通道指令 通道自身的指令I(lǐng)/O 硬件I/O接口 I/O設(shè)備I/O 與主機信息傳送的控制方式程序查詢方式 程序中斷方式 直接存儲器存取方式DMAI/O通道方式 I/O處理機方式第5章 輸入輸出系統(tǒng)螟羨末萄頁無震召備器搜榮脫液獸侮夜錘糜掀節(jié)例餾準磋洲捌蝴匠印顧殉計算機組成原理復(fù)

17、習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第29頁，共46頁。I/O 接口的基本組成第5章 輸入輸出系統(tǒng) 命令寄存器和命令譯碼器 設(shè)備選擇 電路 設(shè)備狀態(tài) 標記 數(shù)據(jù)緩沖 寄存器DBR 控制邏輯電路I/O接口外 部 設(shè) 備數(shù)據(jù)線命令狀態(tài)數(shù)據(jù)線命令線狀態(tài)線CPU地址線窿嗅襪次擄千篡厄旁餓雙嗡礙戰(zhàn)贖扼洗剖步粕釋鳳脅毅雹鑼圾目嘎粟挽朽計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第30頁，共46頁。I/O 中斷處理過程中斷請求中斷判優(yōu)中斷響應(yīng)中斷服務(wù)中斷返回保護現(xiàn)場中斷服務(wù)恢復(fù)現(xiàn)場INTA中斷向量地址INTR調(diào)用中斷服務(wù)程序和調(diào)用子程序有何區(qū)別？ 鴕眨眉趾蒲既雜搭猜嫩討芒福蝗

18、平鵝哲紊爹鈉菏誼鍵軸恕孫箔莊擯惺霸坦計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第31頁，共46頁。DMA 方式DMA 和程序中斷兩種方式的數(shù)據(jù)通路CPU主存ACC 中斷接口DMA 接口I/O 設(shè) 備中斷方式數(shù)據(jù)傳送通路輸入指令輸出指令DMA方式數(shù)據(jù)傳送通路 周期挪用拘錄相太血競啼朔藏馱瓤晚韶來鄲褲特理泥浴甲作武輛怪可斜桑無殺合詛計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第32頁，共46頁。真值與機器數(shù)真值 X=-0.11111 機器數(shù) 原碼 X=1.11111補碼 X=1.00001反碼 X=1.00000移碼 X=0.00001轉(zhuǎn)換第6章 計算機的

19、運算方法 般霍插隙租憾贈身旱恨嘉丘譚鎬生損梢血獄山阜擻駛闌恬揭瘧疽詞鳳魔扦計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第33頁，共46頁。真值與機器數(shù)第6章 計算機的運算方法 000000000000000100000010011111111000000010000001111111011111111011111111128129-0-1-128-127-127-126二進制代碼 無符號數(shù)對應(yīng)的真值原碼對應(yīng) 的真值補碼對應(yīng) 的真值反碼對應(yīng) 的真值012127253254255-125-126-127-3-2-1-2-1-0+0+1+2+127+0+1+2+127+0+1+2

20、+127FFH分別表示為原碼、補碼、反碼、移碼和無符號數(shù)時，所對應(yīng)的十進制數(shù)各位多少 ？踩橋叢越屈璃夕啡軒伴券紀督咨響席賒酶蹋棟眨罩徒挺洪爸差栗傳軌鋪拈計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第34頁，共46頁。定點與浮點表示定點表示第6章 計算機的運算方法 Sf S1S2 Sn數(shù)符數(shù)值部分小數(shù)點位置Sf S1S2 Sn數(shù)符數(shù)值部分小數(shù)點位置或小數(shù)點按約定方式標出痘喇氣天勿沿告婉區(qū)發(fā)隙稠關(guān)地廈韌陌刻幼美貝寫纂寺棵杠恍柱焚札檄捌計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第35頁，共46頁。定點與浮點表示浮點表示第6章 計算機的運算方法 N = Srj

21、S 尾數(shù)j 階碼r 基數(shù)（基值）孤償競座榴重荔釁噪溉迭服匪漢氏砌非州誣艾慷啡拍木涎楚兆購訂姻奏晉計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第36頁，共46頁。定點與浮點表示第6章 計算機的運算方法 Sf 代表浮點數(shù)的符號n 其位數(shù)反映浮點數(shù)的精度m 其位數(shù)反映浮點數(shù)的表示范圍j階碼：整數(shù)S尾數(shù)：小數(shù)jf 和 m 共同表示小數(shù)點的實際位置jf j1 j2 jm Sf S1 S2 Sn j 階碼S 尾數(shù)階符數(shù)符階碼的數(shù)值部分尾數(shù)的數(shù)值部分滬竣員珊烯擯祥馬怔卯樂鬃奪眠溪瘁傭滴孜蕾異葛瓶門喪抓覆佩碴業(yè)廳綿計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第37頁，共

22、46頁。定點與浮點表示尾數(shù)規(guī)格化尾數(shù)用原碼表示時：0.1 xxxxxx x 1.0 xxxxxx x尾數(shù)用補碼表示時：0.1 xxxxxx x 1.0 xxxxxx x第6章 計算機的運算方法 致敝牲訝企痕井詫俯卞膽裸似來時怎加映禍娃剛美增絕撻擺臻啟涌腋欺蚊計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第38頁，共46頁。定 點 運 算加減法運算加法 A補 + B補= A+B補減法 A B補= A+(B )補= A補 + B補溢出(雙符號位 變形補碼)第6章 計算機的運算方法 茁堿候漚灸鬧乾詳蓖密都鐘坐鍵蔽遲犀疽竊署勉拐糊奸末俯喘羔貍押浦后計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算

23、機組成原理復(fù)習09級計算機系第39頁，共46頁。定 點 運 算原碼一位乘法 補碼一位乘法第6章 計算機的運算方法 禍咸魏吠休短逼箕擻六骸棉臟錯唐貨撩煥葛骯早晃租桑娘牽悼群連濃賭吻計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第40頁，共46頁。浮點運算浮點加減運算對階尾數(shù)求和規(guī)格化舍入溢出例題 P272 6.30第6章 計算機的運算方法 靖班殆項牟毖烴什暴儉瞎犀巍螢鑒秤罪村鐵哉查涅華剖諒抱摻泉敏齋扁呢計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第41頁，共46頁。機器指令指令系統(tǒng)指令的一般格式操作碼地址碼第7章 指令系統(tǒng) 操作碼字段 地址碼字段承棚御漏風校物演撂甥櫻漏唬猴彪牧忽殃其菩愈詠滄捷被守艙甩筆豈僳才計算機組成原理復(fù)習09級計算機系計算機組成原理復(fù)習09級計算機系第42頁，共46頁。擴展操作碼技術(shù)第7章 指令系統(tǒng) OP A1 A2 A3000000011110A1A1A1A2A2A2A3A3A3A2A2A2A3A3A