計算機組成原理(第二版)唐朔飛-各章節(jié)知識點

1、第一章知識總結（一）2017-04-19馬輝 HYPERLINK /s?_biz=MzU0OTA1NDM4OA=&mid=2247483664&idx=1&sn=5dbd417ae474a6f91cebd60c6d6f167e&chksm=fbb4f3cbccc37add95f5d42bff4f1e1cd15008528c8803f0ff4b3d88da4a3702418e0d6de188&scene=38&key=8c29d006290c3bc3ba894f3239c215fdbd60bed6f734f1d02e6d2ad85c4129104ff89c57dfb24a4fee886f7b8d

2、9b136f3eed41f9d35e8a0d2a73d81fd9de08573f2dd30e286bb292ddef3c9e7e726bd2&ascene=7&uin=Nzg4NDI4MzMw&devicetype=Windows+7&version=62060038&lang=zh_CN&pass_ticket=zNtoRJ%2F6WUs5eAghi%2BGlhDqj63j%2F6cCAjQo2hyidOLgyoo1TxLSrclGNlgUqc21D&winzoom=1 l # 安陽師院mh一個完整的計算機系統(tǒng)包括了硬件和軟件兩個子系統(tǒng)。硬件部分按馮諾依曼觀點分為運算器、控制器、存儲器、輸入

3、設備和輸出設備五大功能部件。它們之間用系統(tǒng)總線進行連接。系統(tǒng)總線按傳輸內容分地址總線、數(shù)據總線和控制總線三類。軟件部分包括系統(tǒng)軟件和應用軟件兩類，它們通常使用機器語言、匯編語言和高級語言三種計算機語言進行編寫。由于機器硬件電路只能識別用0、1編寫成的機器語言程序，所以用匯編或高級語言編寫的源程序在運行前需使用匯編程序、編譯程序或解釋程序進行翻譯。軟件的狹義觀點是：軟件是人們編制的具有各類特殊功能的程序，廣義觀點是：軟件是程序以及開發(fā)、使用和維護程序需要的所有文檔。為了簡化對復雜的計算機系統(tǒng)的理解，對計算機系統(tǒng)進行了層次結構劃分，通常分為微程序機器、傳統(tǒng)機器語言機器、操作系統(tǒng)虛擬機、匯報語言虛擬

4、機、高級語言虛擬機等。從不同角度、層次理解機器的功能與使用方法，簡化了需要掌握的知識內容。虛擬機：依賴于一定的系統(tǒng)軟件，所體現(xiàn)出的具有某種結構、功能和使用方法的計算機。計算機組成原理關注傳統(tǒng)機器語言機器M1和微程序機器M0，它們是實際機器，所看到的機器功能與結構由硬件電路直接實現(xiàn)。馮諾依曼關于計算機結構的觀點：1、計算機由五大功能部件組成。2、指令和數(shù)據均用二進制數(shù)表示，以同等地位存放于存儲器中。3、存儲器按地址進行訪問。4、指令由操作碼和地址碼組成，操作碼用來表示操作的性質，地址碼用來表示操作數(shù)在存儲器中的位置。5、指令在存儲器內按順序存放，通常被順序執(zhí)行，在特定條件下，可根據運算結果或設定

5、的條件改變執(zhí)行順序。6、機器以運算器為中心，輸入輸出設備與存儲器間的數(shù)據傳送通過運算器完成?，F(xiàn)代大部分機器仍采用“存儲程序”思想構建，仍屬于馮諾依曼結構的計算機。典型的馮諾依曼計算機以運算器為中心，現(xiàn)代計算機轉化為以存儲器為中心。現(xiàn)代計算機可認為由三大部分組成：CPU（包含了運算器和控制器、及高速緩存）、I/O設備及主存儲器。CPU和主存合起來稱主機（及電源、總線與I/O接口），I/O設備也稱外設。運算器的核心是算術邏輯單元ALU，控制器的核心是控制單元CU。外存（輔存）屬于I/O設備。第一章知識總結（二）2017-04-20馬輝 HYPERLINK /s?_biz=MzU0OTA1NDM4O

6、A=&mid=2247483668&idx=1&sn=34ccd105fa16aba7edc79249a7569170&chksm=fbb4f3cfccc37ad91d0080965d37f7a68265ce8236ef8b2730c079a7669de7326583e5dfd615&scene=38&key=8c29d006290c3bc39547310ec38881f2005479333b3433fb115d104c37194a6c453be2d0e09d08e64c5ab7a89ca537684f7becc8c928631b4ff536d3581ee76a824279de723e688e

7、d7b6668186c0fcd0&ascene=7&uin=Nzg4NDI4MzMw&devicetype=Windows+7&version=62060038&lang=zh_CN&pass_ticket=zNtoRJ%2F6WUs5eAghi%2BGlhDqj63j%2F6cCAjQo2hyidOLgyoo1TxLSrclGNlgUqc21D&winzoom=1 l # 安陽師院mh存儲元件（或稱存儲基元、存儲元）：能存放一位二進制代碼“0”或“1”的電路。存儲單元：包含若干存儲元，可存放一串二進制代碼，通常對每一個存儲單元分配一個唯一的單元地址。存儲字：一個存儲單元中所存放的二進制代碼內

8、容。存儲字長：一個存儲字二進制代碼的位數(shù)。主存的工作方式就是按存儲單元的地址號來實現(xiàn)對存儲字各位的存（寫入）、取（讀出）。這種存取方式稱為按地址存取，即按地址訪問存儲器（訪存）。MAR：存儲器地址寄存器，用來存放欲訪問的存儲單元的地址。MDR：存儲器數(shù)據寄存器，用來存放從存儲單元讀出的代碼或準備寫入某存儲單元的代碼，其位數(shù)與存儲字長相等。如若MAR為16位，MDR為32位，則配套存儲容量為2的16次方 乘于32位，即2Mb或256KB。ALU：算術邏輯單元ACC（或A、或AC）：累加器MQ：乘商寄存器X：操作數(shù)寄存器PC：程序計數(shù)器，存放欲執(zhí)行指令的地址。IR：指令寄存器，存放當前正執(zhí)行的指令

9、代碼。CU：控制單元，分析當前指令所需完成的操作，并發(fā)出各種微操作命令序列，用以控制所有被控對象。機器字長：CPU一次能處理數(shù)據的位數(shù)，通常與CPU中的通用寄存器位數(shù)一致。存儲容量：包括主存容量和輔存容量，存儲器能存放二進制代碼量的表示?？梢杂每偽粩?shù)表示，或用字節(jié)數(shù)表示，主存更通常用單元數(shù)乘于存儲字長表示。主頻：CPU工作所使用的時鐘信號的頻率。主頻取導為時鐘周期，表示一個時鐘信號持續(xù)的時間長度。MIPS：每秒鐘執(zhí)行多少百萬條指令。（GIPS）CPI：執(zhí)行一條指令所需的時鐘周期個數(shù)。FLOPS：每秒浮點運算次數(shù)。（MFLOPS或GFLOPS或TFLOPS）第二章知識總結2017-04-21馬輝

10、 HYPERLINK /s?_biz=MzU0OTA1NDM4OA=&mid=2247483669&idx=1&sn=df54d64fcd42d52b9e4064fa35b21c9e&chksm=fbb4f3ceccc37ad8c2479341bef60b1662a8fd0b3369e91cebcaa6e696b837cba53cfd36614a&scene=38&key=8c29d006290c3bc30e32850a1620e7d8cca1873b245f1f1ada09fb492764038f53a4c93139fc8b6c0960bf3b409280780499d41675d6fcdb

11、5fdad40236655a8b180b9af1efae55fc682739fc97c8bc21&ascene=7&uin=Nzg4NDI4MzMw&devicetype=Windows+7&version=62060038&lang=zh_CN&pass_ticket=zNtoRJ%2F6WUs5eAghi%2BGlhDqj63j%2F6cCAjQo2hyidOLgyoo1TxLSrclGNlgUqc21D&winzoom=1 l # 安陽師院mh1946年，第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC誕生于美國賓夕法尼亞大學，它采用電子管構造，使用十進制運算。早期計算機的更新?lián)Q代集中體現(xiàn)在組成計算機基本

12、電路的元器件上，按此可以把計算機發(fā)展分為：第一代，電子管計算機；第二代，晶體管計算機；第三代，中小規(guī)模集成電路計算機；第四代，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算機?，F(xiàn)代計算機作為一門獨立學科迅猛發(fā)展，是由于微處理器的出現(xiàn)、軟件技術的完善及應用范圍的不斷擴寬所帶來的必然結果。1971年，美國Intel公司研制成世界上第一個4位的微處理器芯片4004。摩爾定律：微芯片上集成的晶體管數(shù)目每3年翻兩番。微型計算機的發(fā)展在很大程度上取決于微處理器的發(fā)展，而微處理器的發(fā)展又依賴于芯片集成度和處理器主頻的提高。計算機的應用：科學計算數(shù)據處理計算機控制（工業(yè)控制、實時控制等）網絡應用（電子商務、網絡教育、電子政務等

13、）多媒體應用（電子動畫、虛擬現(xiàn)實等）辦公自動化管理信息系統(tǒng)CAD / CAM / CIMS / CAI人工智能（模式識別、語音識別、專家系統(tǒng)、機器人、自然語言理解等）第三章知識總結（一）2017-05-02馬輝 HYPERLINK /s?_biz=MzU0OTA1NDM4OA=&mid=2247483675&idx=1&sn=35ee1c06686d34f07cb80130755c3835&chksm=fbb4f3c0ccc37ad64908cc78b49ed2c306d1d89ebefa7547e53fa1b415531a14874a2ba38efc&scene=38&key=8c29d00

14、6290c3bc32c028a4de18dba02ecfeffaaafdae96301d4a812e05723f4f4a502a7de6776d58fb1f3931eaf85d825b734f5c6ed77b01e771a12b7960bfb89ff8d809536353f46ace8710195e584&ascene=7&uin=Nzg4NDI4MzMw&devicetype=Windows+7&version=62060038&lang=zh_CN&pass_ticket=zNtoRJ%2F6WUs5eAghi%2BGlhDqj63j%2F6cCAjQo2hyidOLgyoo1TxLSrc

15、lGNlgUqc21D&winzoom=1 l # 安陽師院mh總線：是連接多個部件的信息傳輸線，是各部件共享的傳輸介質。在某一時刻，只允許有一個部件向總線發(fā)送信息，理論上，允許多個部件同時從總線上接收相同的信息。從不同角度可以有不同的總線分類方法：按數(shù)據傳送方式：并行傳輸總線和串行傳輸總線按總線使用范圍：計算機總線、測控總線、網絡通信總線按傳輸方向：單向總線和雙向總線按連接部件的不同：片內總線、系統(tǒng)總線、通信總線片內總線：為并行總線，該組線路可傳各種類型信息系統(tǒng)總線：為并行總線，按傳輸信息的不同，再分為數(shù)據總線、地址總線和控制總線三個組成部分。通信總線越來越多用串行總線總線的使用要考慮如下總

16、線特性：機械特性、電氣特性、功能特性、時間特性總線的性能指標最重要的是總線帶寬（或叫總線數(shù)據傳輸率），單位時間內總線上傳輸數(shù)據的位數(shù)，以每秒傳輸多少位或多少字節(jié)表示。注意區(qū)分MBps和Mbps關鍵因素：一秒能傳多少次，每次能傳多少位?？偩€標準：ISA：工業(yè)標準結構總線EISA：擴充的工業(yè)標準結構總線VESA：視頻電子標準協(xié)會總線PCI：外圍部件互連總線AGP：加速圖形端口總線USB：通用串行總線PCI-Express總線RS-232C總線第三章知識總結（二）2017-05-03馬輝 HYPERLINK /s?_biz=MzU0OTA1NDM4OA=&mid=2247483677&idx=1&s

17、n=0d20794b3ea1dccda38d104890c1a098&chksm=fbb4f3c6ccc37ad086387a0fa48e32b6eddc15d4a3885b85d11275034c6ebbb4ef3d7089dbef&scene=38&key=0fe6c5d8c1ba2581656e240577219041f53fba38c6e5e2f5937c218327f8ff49cfa8b2b35d95aa3fe158a132e926e3828b77c0118a3e2fd6b50bba245f573e3b9f400668efec94684348ee33c724b8b9&ascene=7

18、&uin=Nzg4NDI4MzMw&devicetype=Windows+7&version=62060038&lang=zh_CN&pass_ticket=zNtoRJ%2F6WUs5eAghi%2BGlhDqj63j%2F6cCAjQo2hyidOLgyoo1TxLSrclGNlgUqc21D&winzoom=1 l # 安陽師院mh總線主設備：對總線有控制權的設備或模塊總線從設備：沒有總線控制權，只能響應主設備發(fā)來的總線命令的設備或模塊理解：1、在有些系統(tǒng)中主設備、從設備不是固定的2、主設備不一定就是向總線發(fā)送數(shù)據信息的設備總線判優(yōu)控制（總線仲裁）：分配總線控制權，決定誰是主設備判優(yōu)控制

19、分為集中式和分布式兩大類集中式細分為：1、鏈式查詢：需三根線完成控制，但優(yōu)先級固定，對故障敏感2、計數(shù)器定時查詢：優(yōu)先級靈活3、獨立請求：需2n根線完成控制，速度最快通常將完成一次總線操作的時間稱為總線周期，可分為4個階段申請分配階段；尋址階段；傳數(shù)階段；結束階段但對只有一個主設備的簡單系統(tǒng)，可只需尋址和傳數(shù)兩個階段?？偩€通信控制主要解決通信雙方如何獲知傳輸開始和傳輸結束，以及通信雙方如何協(xié)調如何配合。通常用四種方式：同步通信、異步通信、半同步通信、分離式通信。同步通信：通信雙方由統(tǒng)一時標信號控制數(shù)據傳送。（按雙方工作速度，確定一個時間標準，對雙方動作的時間配合固定下來，什么時間就該干什么，完

20、成通信過程，理論上任何設備間都可采用，通常用在速度較一致的設備間。）異步通信：沒有公共的時鐘標準，允許雙方速度不一致，采用應答信號（握手信號）聯(lián)絡，決定雙方的操作。異步通信的應答方式按聯(lián)系緊密程度分不互鎖、半互鎖和全互鎖三種。異步并行通信中有專門線路傳輸應答信號，但異步串行通信中為傳輸應答信號和信息，通常要約定傳輸字符格式，如：1個起始位（低電平），58個數(shù)據位，1個奇偶校驗位，1或1.5或2個終止位（高電平）。傳送時起始位后面緊跟的是傳送字符的最低位。起始位至終止位構成一幀。（如何知道一個位傳輸時間？異步串行通信中也有時鐘信號，通常用記夠若干時鐘代表傳一位的時間，但該時鐘信號不用于決定傳輸?shù)?/p>

21、開始和結束。）異步串行通信的數(shù)據傳送速率用波特率來衡量波特率：單位時間內傳送的二進制數(shù)據的位數(shù)，單位為bps。比特率：單位時間內傳送的二進制有效數(shù)據的位數(shù)，單位為bps。第五章知識總結（一）原創(chuàng)2017-06-12馬輝 HYPERLINK /s?_biz=MzU0OTA1NDM4OA=&mid=2247483735&idx=1&sn=d732e6c6e470dc527f8537484a306491&chksm=fbb4f38cccc37a9a09c40ce6467e97f639757f02498c22845ec63c6665ac9540249ce09b08bf&scene=38&key=44b

22、46647b1773bae4f0baba0f5ac258ffc65af958c536ae94d3e3a326f49f302b49bfdef1aef286d3b9de1a241d19244fbad35483f2db93d3f86cfdd1419b21a61eb9c8ace6e49ce1d4&ascene=7&uin=Nzg4NDI4MzMw&devicetype=Windows+7&version=62060038&lang=zh_CN&pass_ticket=zNtoRJ%2F6WUs5eAghi%2BGlhDqj63j%2F6cCAjQo2hyidOLgyoo1Tx

23、LSrclGNlgUqc21D&winzoom=1 l # 安陽師院mh現(xiàn)代計算機可認為由三大部分組成：除CPU和主存儲器外，還有輸入輸出模塊，又稱I/O系統(tǒng)。I/O系統(tǒng)由I/O軟件和I/O硬件兩部分組成，其中I/O軟件由I/O指令或通道指令編寫，具有：將用戶編制的程序（或數(shù)據）輸入主機內。將運算結果輸送給用戶。實現(xiàn)輸入輸出系統(tǒng)與主機工作的協(xié)調等作用；而I/O硬件在帶有接口的I/O系統(tǒng)中包含接口模塊及I/O設備兩大部分。I/O設備與主機的聯(lián)系方式包括：1、I/O設備編址方式。2、設備尋址。3、傳送方式（并行傳送、串行傳送）。4、聯(lián)絡方式（立即響應、異步應答、同步聯(lián)絡）。5、連接方式（輻射式、總

24、線式）等問題。其中編址方式分統(tǒng)一編址（不需設置專門的I/O指令）和不統(tǒng)一編址（需設置專用的I/O指令）兩種。CPU和主存構成了主機，主機外的大部分硬件設備都可稱為外部設備，簡稱外設。I/O設備大致可分為三類：人機交互設備、計算機信息的存儲設備、機-機通信設備。其中人機交互設備可分為輸入設備和輸出設備兩種。常見的輸入設備有鍵盤、鼠標、觸摸屏等；常見的輸出設備有顯示器、打印機等。顯示器按顯示器件劃分，有陰極射線管CRT顯示器、液晶LCD顯示器、等離子PD顯示器及發(fā)光二極管LED顯示器等。分辨率和灰度等級（或顏色數(shù)）是顯示器的兩個重要技術指標，分辨率是指顯示屏面能表示的像素點數(shù)，灰度等級是指顯示像素

25、點相對亮暗的級差。為使人眼能看到穩(wěn)定的圖像，顯示屏需進行刷新，一般刷新頻率要大于30次/秒。為進行刷新操作，需由刷新存儲器（幀存儲器或視頻存儲器）保存當前一屏信息內容，其容量與分辨率和灰度等級（或顏色數(shù)）有關，其帶寬或存取周期要滿足刷新要求。計算機處理漢字需考慮輸入碼、內碼和字形碼三個問題。輸入碼常從音、形兩個角度考慮；內碼用兩個字節(jié)表示一個漢字，其來源于漢字統(tǒng)計、排序的區(qū)位碼；字形碼（字模碼）用點陣或矢量曲線表示漢字字形，最小漢字點陣為1616，在單色顯示下該點陣一個漢字字形碼需32B。國標碼=區(qū)位碼+2020H機內碼=國標碼+8080H（區(qū)位碼區(qū)號在前，位號在后，從16區(qū)即10H區(qū)開始表示

26、漢字，共1-94區(qū)，1-94位）I/O接口是指主機與I/O設備間設置的一個硬件電路及其相應的軟件控制，其作用有：設備選擇、數(shù)據緩沖、數(shù)據格式轉換、電平轉換、接收控制命令、發(fā)送設備狀態(tài)等。端口是指接口電路中的一些寄存器，按存放信息可分為數(shù)據端口、控制端口和狀態(tài)端口等。I/O接口的分類：并行和串行接口、可編程和不可編程接口、通用和專用接口等。第五章知識總結（二）原創(chuàng)2017-06-13馬輝 HYPERLINK /s?_biz=MzU0OTA1NDM4OA=&mid=2247483737&idx=1&sn=df8d5553fc5dd6174f66ce2137611f09&chksm=fbb4f382

27、ccc37a94682e458bfd2fbc512a03e7ad0e5505121441eef12fc2f456e7b25429c873&scene=38&key=703ab09a9dfbc0dc64a27659872f83409e5d7dbd6d8e534beeb3ebf5d7154843d43bd9d115bef8f103eff1061c775e2549f7f5bfbc3f5c9be7ac7502ca30fa2fff86114ba31df1f1243cd986fad2cfb5&ascene=7&uin=Nzg4NDI4MzMw&devicetype=Windows+7&version=62

28、060038&lang=zh_CN&pass_ticket=zNtoRJ%2F6WUs5eAghi%2BGlhDqj63j%2F6cCAjQo2hyidOLgyoo1TxLSrclGNlgUqc21D&winzoom=1 l # 安陽師院mh程序查詢方式是指由CPU通過執(zhí)行程序不斷查詢I/O設備是否已做好準備，從而控制I/O設備與主機交換信息。該方式中，只要一啟動I/O設備，CPU便不斷查詢I/O設備的準備情況，從而終止了原程序的執(zhí)行。當I/O設備準備就緒后，CPU要執(zhí)行I/O讀寫指令完成數(shù)據傳輸，也不能執(zhí)行原程序。使CPU和I/O設備處于串行工作狀態(tài)，CPU的效率不高。程序中斷方式指CPU啟

29、動I/O設備后，不查詢設備是否已準備就緒，繼續(xù)執(zhí)行自身程序，只是當I/O設備準備就緒并向CPU發(fā)送中斷請求后才予以響應，提高了CPU的工作效率。計算機在執(zhí)行程序的過程中，當出現(xiàn)異常情況或特殊請求時，計算機停止現(xiàn)行程序的運行，轉向對這些異常情況或特殊請求的處理，處理結束后再返回到現(xiàn)行程序的間斷處，繼續(xù)執(zhí)行原程序，這就是“中斷”。中斷接口電路部分：中斷請求觸發(fā)器INTR：當設備準備就緒，準備向CPU提出中斷請求時，對INTR置“1”，表示向CPU提請求。中斷源：能向CPU提出中斷請求的設備或事件統(tǒng)稱為中斷源（分內中斷和外中斷兩類，外中斷多為硬件設備中斷）。中斷優(yōu)先級：當多個中斷源同時向CPU提出請

30、求時，CPU只能按其性質進行排隊處理，即不同中斷源間分配了不同的處理優(yōu)先次序。就I/O中斷而言，速度越高的設備優(yōu)先級越高。中斷屏蔽觸發(fā)器MASK：可通過對其置“1”，表示屏蔽封鎖掉某中斷源的請求信號。CPU響應中斷請求后，要暫停現(xiàn)行程序，轉去執(zhí)行該設備的中斷服務程序。每個服務程序都有一個入口地址，CPU必須找到該入口地址（查找方法有硬件法和軟件法）。硬件向量法：通過向量地址來尋址設備的中斷服務程序入口地址，而向量地址由硬件電路產生。I/O中斷處理過程：CPU響應中斷的條件：1、設備準備就緒。2、設備未被屏蔽。3、設備的中斷請求信號進入CPU，且CPU內中斷允許觸發(fā)器EINT為“1”能響應中斷。

31、4、在一條指令執(zhí)行結束時刻響應中斷。中斷處理過程：中斷請求、中斷判優(yōu)、中斷響應、中斷服務、中斷返回。中斷服務程序：四大步驟：保護現(xiàn)場、中斷服務、恢復現(xiàn)場、中斷返回。CPU決定響應中斷后，進入中斷周期，該階段操作有保存斷點（PC值，原程序中該執(zhí)行的指令地址），關中斷（設中斷允許觸發(fā)器EINT=“0”），判別中斷源，確定中斷服務程序入口地址并送PC（系統(tǒng)電路自動完成該周期操作，又被稱為中斷隱指令）。保護現(xiàn)場指保存通用寄存器和狀態(tài)寄存器的內容，常壓入堆棧保存?；謴同F(xiàn)場是從堆棧彈出恢復這些寄存器內容。中斷返回是取回原PC值，以便繼續(xù)執(zhí)行原程序。多重中斷（中斷嵌套）：在中斷事件處理中，有更高級別中斷請求

32、出現(xiàn)，此時停止現(xiàn)行中斷服務程序執(zhí)行，優(yōu)先完成更高級別中斷事件處理。單重中斷系統(tǒng)中服務程序流程為：保護現(xiàn)場（中斷周期內已關中斷）、設備服務、恢復現(xiàn)場、開中斷、中斷返回。多重中斷服務程序流程為：保護現(xiàn)場、開中斷、設備服務、關中斷、恢復現(xiàn)場、開中斷、中斷返回。（原因是：現(xiàn)場的保存和恢復不允許被打斷）DMA（直接存儲器存取）方式：設置一個硬件設備（叫DMA接口或DMA控制器）管理高速外設與主存之間的一批信息交換過程（程序中斷的每次中斷傳輸都有額外的保存現(xiàn)場、恢復現(xiàn)場等操作，降低了CPU效率。DMA的每次傳輸不需CPU干預，只需DMA控制器占用總線一個存取周期，CPU執(zhí)行效率更高）。DMA接口與CPU共

33、用主存，為有效分時使用，DMA可采用1、停止CPU訪問主存。2、周期挪用（竊?。?。3、DMA與CPU交替訪問。其中周期竊取為典型的DMA方式，當出現(xiàn)同時請求訪存沖突時，DMA操作優(yōu)先。DMA工作過程：1、預處理（通過中斷方式請求CPU對DMA接口進行初始設置）。2、數(shù)據傳送（DMA接口控制完成每次準備好數(shù)據的交換）。3、后處理（通過中斷方式請求CPU做一些DMA的結束工作）。DMA方式與程序中斷比較：1、數(shù)據傳送：程序中斷靠程序，DMA靠硬件。2、響應時間：程序中斷在一條指令執(zhí)行結束時，DMA在一個存取周期結束時。3、程序中斷有處理異常的能力，DMA無。4、程序中斷要保護現(xiàn)場，DMA不用。5、

34、DMA的優(yōu)先級比程序中斷高。第七章知識總結（一）2017-05-05馬輝 HYPERLINK /s?_biz=MzU0OTA1NDM4OA=&mid=2247483683&idx=1&sn=95ca7888d7d8b2d7c4f00ad19230f304&chksm=fbb4f3f8ccc37aee0c2d5cf20cba8497fbf898ccd11edcf112de9834a33bcb26fb43038f0818&scene=38&key=1c2aaa2ef4c83e3a99da93b15369592bb7a010782baf1d15ac7347d1f13b3d469cbd3e932e4d

35、db8cd4e3160671e309110d8f704d22c6a54ed18975bfc302acd4bb0bb7f98a510e19af18822aa24bb8ed&ascene=7&uin=Nzg4NDI4MzMw&devicetype=Windows+7&version=62060038&lang=zh_CN&pass_ticket=zNtoRJ%2F6WUs5eAghi%2BGlhDqj63j%2F6cCAjQo2hyidOLgyoo1TxLSrclGNlgUqc21D&winzoom=1 l # 安陽師院mh指令：表示讓計算機實現(xiàn)某種操作的命令（機器硬件電路能直接理解的是二進制表示

36、的機器指令，有時人們書寫為助記符表示的匯編指令）指令系統(tǒng)：一臺計算機能理解的全部機器指令的集合（不同機器有不同的指令系統(tǒng)）指令基本格式：由操作碼和地址碼兩部分組成。操作碼：用來指明該指令所要完成的操作。地址碼：用來指出該指令的源操作數(shù)的地址、結果的地址及下一條指令的地址。操作碼分固定長度設計和可變長度設計，一般k位的操作碼有（2的k次方）個代碼，最多表示（2的k次方）條指令；在可變設計中可隨指令地址碼的減少擴展操作碼，在擴展中注意對較短操作碼要留下擴展標志代碼（不表示操作功能，只說明把操作碼向后擴展）。擴展設計的另一個原則是盡量安排使用頻度高的指令占用短的操作碼，這樣可縮短指令譯碼時間。操作碼

37、長度固定便于設計指令譯碼電路，長度可變便于安排指令包含的信息（指令長度不變多表示指令，或加快指令譯碼執(zhí)行，但譯碼電路會復雜化）指令按地址碼部分的地址個數(shù)可分為：四地址指令、三地址指令、二地址指令、一地址指令和零地址指令。（現(xiàn)在基本不使用四地址指令，而一地址指令也可表示對兩個數(shù)據進行運算）指令字長：一條機器指令具有的二進制位數(shù)。其取決于操作碼的長度，操作數(shù)地址的長度和操作數(shù)地址的個數(shù)。（分指令字長固定的計算機和指令字長可變的計算機，可變時一般為字節(jié)倍數(shù)）機器中常見的操作數(shù)類型有地址、數(shù)字、字符、邏輯數(shù)據等，在使用中考慮它們在存儲器中的存放方式，包括存放的次序問題和對準邊界問題。存放次序分大端次序

38、和小端次序（數(shù)據的高位部分在地址大的字節(jié)中存放，低位部分存放在地址小的字節(jié)中）。第七章知識總結（二）2017-05-16馬輝 HYPERLINK /s?_biz=MzU0OTA1NDM4OA=&mid=2247483696&idx=1&sn=9ea935296e95225068b9538004d82685&chksm=fbb4f3ebccc37afd154a9ab091113c1daf074388e3b0ed40ae082423bc4fdfadaeef83bc8f26&scene=38&key=0fe6c5d8c1ba2581837f5a4dec84bc85a5a534b09b583ae1ed

39、37ec75575c6041a774c13d0d6c9b142a09be0eb2fff2abe0b2135a2bed78b615f0bd0f134ebcd080b647fc0a489fae8cc37ac12973af3b&ascene=7&uin=Nzg4NDI4MzMw&devicetype=Windows+7&version=62060038&lang=zh_CN&pass_ticket=zNtoRJ%2F6WUs5eAghi%2BGlhDqj63j%2F6cCAjQo2hyidOLgyoo1TxLSrclGNlgUqc21D&winzoom=1 l # 安陽師院mh操作數(shù)類型及其存儲：存

40、儲器分按字尋址的和按字節(jié)尋址的兩種情況，按字尋址時一個字空間分配一個地址（字的位數(shù)可為16或32，這就是一個最小尋址單位）；按字節(jié)尋址時每個字節(jié)分配一個地址，但操作數(shù)可能要占幾個字節(jié)，所以里面也有字的概念，也能按字訪問幾個字節(jié)空間（2個或4個字節(jié)）。此時，一般用該字包含的幾個字節(jié)對應地址中的最小字節(jié)地址值作為字地址。數(shù)據存儲的對準和次序問題都是對字節(jié)尋址的系統(tǒng)存在，以4個字節(jié)構成一個字為例（字地址為4的倍數(shù)值）：對準邊界存放時，單字節(jié)的信息可存放到任意地址的一個字節(jié)中；兩字節(jié)的一個信息必須從半字起點（偶地址）存放；4字節(jié)一個字長的信息從字起點（4的倍數(shù)地址）存放。操作類型：通常機器中必須要有數(shù)

41、據傳送類、算術運算類、邏輯運算類，移位類，轉移類、輸入輸出類等指令，其中數(shù)據傳送類指令對狀態(tài)位沒有影響，算術運算類指令對狀態(tài)位都有影響，邏輯運算類指令對結果為零狀態(tài)位有影響，移位類指令對進位狀態(tài)位有影響。尋址方式：確定本條指令的數(shù)據地址及下一條將要執(zhí)行的指令地址的方法。它可分為指令尋址和數(shù)據尋址兩大類，并直接影響指令格式和指令功能。指令尋址比較簡單，分為順序尋址和跳躍尋址兩種。現(xiàn)代機器中順序尋址依賴于PC實現(xiàn)，每次使用PC的值取指后其值順序遞增，使得接下來能取下一條指令。跳躍尋址通過轉移類指令實現(xiàn)，其常用的具體尋址方法有直接尋址和相對尋址（對應稱為絕對跳轉和相對跳轉），理論上也可用間接尋址或寄

42、存器間接尋址實現(xiàn)。數(shù)據尋址方法較多，為區(qū)分指令中采用的尋址方式，一：指令字中設置一尋址特征字段。二：指令操作碼隱含說明該用何種尋址方式。指令代碼中地址字段表示的地址稱為形式地址，記作A；操作數(shù)的真實地址稱為有效地址，記作EA。不同的尋址方式，從A得到EA的方法不同。1、立即尋址：指令地址字段給出了操作數(shù)據，該數(shù)據稱為立即數(shù)（Simm），常采用補碼表示有符號數(shù)據，其位數(shù)決定了表示數(shù)據的范圍。2、直接尋址：指令地址字段給出的即是有效地址，EA=A。3、隱含尋址：指令代碼中不明確表示操作數(shù)地址，常隱含使用某個寄存器，該寄存器中為操作數(shù)據。4、間接尋址：指令代碼的地址字段表明了操作數(shù)有效地址所在的存儲

43、單元，EA=（A）。一般系統(tǒng)只支持一次間接尋址。5、寄存器尋址：指令地址字段給出寄存器地址（編號），操作數(shù)據在該寄存器中，具有尋址快，縮短指令字長優(yōu)點，在現(xiàn)代機器中使用很普遍。6、寄存器間接尋址：指令地址字段給出寄存器地址（編號），但該寄存器內為操作數(shù)有效地址。EA=（R）。第七章知識總結（三）2017-05-17馬輝 HYPERLINK /s?_biz=MzU0OTA1NDM4OA=&mid=2247483698&idx=1&sn=b26d3c16465f5684ea3814c9dea15068&chksm=fbb4f3e9ccc37aff95cd7c5c46d5c8b81280c934f3

44、0f19425880dd75e18d9cc40d3909fac0dd&scene=38&key=0fe6c5d8c1ba2581bbd11c8cecd60cb366cc9d33c81324c4cbeecb54cb53583f2b3b4f6decc206af326b041bdf46136f9e96ccc0a9d96e4e51d21bfc3be244ee6d4742a759bb9ae3369101d1453763d9&ascene=7&uin=Nzg4NDI4MzMw&devicetype=Windows+7&version=62060038&lang=zh_CN&pass_ticket=zNto

45、RJ%2F6WUs5eAghi%2BGlhDqj63j%2F6cCAjQo2hyidOLgyoo1TxLSrclGNlgUqc21D&winzoom=1 l # 安陽師院mh7、基址尋址：有效地址等于指令字中的形式地址與基址寄存器中的內容相加，即：EA=A+（BR）。有些系統(tǒng)中設有專門的基址寄存器，使用時反映出使用基址尋址即可；有些系統(tǒng)中沒有專門的基址寄存器，使用中需明確指出用哪個通用寄存器作為基址寄存器。特征：1、可擴大操作數(shù)的尋址范圍（基址寄存器的位數(shù)大于形式地址A的位數(shù)）。2、支持多道程序。3、基址寄存器內容由系統(tǒng)確定，不能由用戶修改。8、變址尋址：有效地址等于指令字中的形式地址與變址寄

46、存器的內容相加，即：EA=A+（IX）。特征：1、可擴大操作數(shù)的尋址范圍（變址寄存器的位數(shù)大于形式地址A的位數(shù)）。2、變址寄存器內容由用戶設定，在程序中可變。3、主要用于處理數(shù)組問題（通過循環(huán)，對一批數(shù)據一次一次作同樣的處理）。9、相對尋址：有效地址是將程序計數(shù)器PC的內容與指令字中的形式地址相加而成，即：EA=（PC）+A。常用于轉移類指令，實現(xiàn)轉移目標地址的確定，此時，形式地址A部分又稱位移量disp，可正可負，實現(xiàn)在當前指令周圍的跳轉。10、堆棧尋址：堆棧是先進后出的存儲空間，只能從棧頂讀寫數(shù)據，而棧頂?shù)牡刂繁４嬖诙褩Ｖ羔楽P中，所以其即是一種隱含尋址，又本質上可視為寄存器間接尋址（SP

47、為一個寄存器）。堆棧尋址一要考慮按入出數(shù)據的大小對棧頂?shù)刂返男薷牧渴嵌嗌伲紤]入出操作中對地址修改和數(shù)據讀寫的具體順序。一些復合尋址方式：基址加變址尋址：EA=（BR）+（IX）+A先變址后間址： EA=（A+（IX）先間址再變址： EA=（A）+（IX）相對間接尋址： EA=（PC）+（A）RISC：精簡指令系統(tǒng)計算機CISC：復雜指令系統(tǒng)計算機RISC機器的主要特點：1、選取使用頻度高的簡單指令及有用且不復雜的指令，對復雜操作功能不設置對應的指令，通過簡單指令的組合實現(xiàn)。2、指令長度固定，指令格式種類少，尋址方式種類少，通常尋址簡單高效。3、CPU中設置較多通用寄存器。4、只有LOAD

48、/STORE指令允許訪存，其余指令的操作都在寄存器內完成。5、采用流水線技術，一個時鐘周期可完成一條指令。6、控制器采用組合邏輯控制。7、重視程序編譯中的優(yōu)化處理。計算機執(zhí)行程序所需的時間P=ICT；其中I是程序編譯后在機器上要運行的機器指令數(shù)；C為執(zhí)行每條指令所需的平均機器周期；T是每個機器周期的執(zhí)行時間。第八章作業(yè)答案2017-05-26馬輝 HYPERLINK /s?_biz=MzU0OTA1NDM4OA=&mid=2247483715&idx=1&sn=19aedbf91e778cc17ece6a20e35f48c0&chksm=fbb4f398ccc37a8e0a6c3d66d78f

49、b6dd1116f3cd86e400e1b10af7b5eb556792bb72f0a84e24&scene=38&key=1c2aaa2ef4c83e3ab8fb4e72c6e47339795ca9cc919e8350352cc567a21ed2f5e2c3777f844819868bb88a77ae522edc20d8dba6fe2ff392e8a8e14c8e943ed44a14fbaeabcf316db76bc574d154868c&ascene=7&uin=Nzg4NDI4MzMw&devicetype=Windows+7&version=62060038&lang=zh_CN&pa

50、ss_ticket=zNtoRJ%2F6WUs5eAghi%2BGlhDqj63j%2F6cCAjQo2hyidOLgyoo1TxLSrclGNlgUqc21D&winzoom=1 l # 安陽師院mh8.11（1）安排時鐘周期時，應考慮該時間段內能完成各步驟操作，應取90ns。（2）數(shù)據相關時，第2條指令的譯碼并取數(shù)（ID）操作應推遲到前一條指令寫完結果（WR）再進行，所以是推遲2個時鐘周期，即180ns才不發(fā)生錯誤。（3）數(shù)據相關不推遲時，可采用定向技術（或相關專用通路技術）實現(xiàn)。8.12流水操作下，時鐘周期應取10ns；在5段流水中完成12條指令的執(zhí)行，需要的時間是（12+5-1）10n

51、s=160ns。在非流水下，每條指令的執(zhí)行用時為（10+8+10+10+7）ns=45ns，完成12條指令的執(zhí)行需時為1245ns=540ns。所以該流水線的加速比為：540/160=3.375實際吞吐率為：12/160ns=75MIPS。第七章作業(yè)答案2017-05-25馬輝 HYPERLINK /s?_biz=MzU0OTA1NDM4OA=&mid=2247483713&idx=1&sn=cf262b41d5e1d5032f554c9da42bd0ea&chksm=fbb4f39accc37a8c93762da6028f20cf7d3e4eab09ac10afa9c1326506afa13

52、cb379eb7fc4a1&scene=38&key=0fe6c5d8c1ba2581470172e95455a919c12581480897179338ee0cb1ad5a84c37edac28147a0976985df42dee4ea050497a03ebbf822aef1de07779cdbdf350fcb6db7c23257a1f632998cc833e769f0&ascene=7&uin=Nzg4NDI4MzMw&devicetype=Windows+7&version=62060038&lang=zh_CN&pass_ticket=zNtoRJ%2F6WUs5eAghi%2BGlh

53、Dqj63j%2F6cCAjQo2hyidOLgyoo1TxLSrclGNlgUqc21D&winzoom=1 l # 安陽師院mh7.16（1）由于指令系統(tǒng)完成108種操作，操作碼位數(shù)固定，所以需要7位操作碼表示（27=128108）。由于具有六種尋址方式，安排尋址特征字段的話，需要3位來區(qū)分。指令字長等于存儲字長，都為16位，所以單字長一地址指令格式為：OP：操作碼字段，區(qū)分108種操作，M：尋址特征字段，區(qū)分6種尋址方式，A：形式地址字段，給出尋址所需的形式地址信息。（2）該指令直接尋址下有效地址為6位，所以尋址范圍為26，也即64字。（3）一次間址下，尋找到的有效地址等于存儲字長，為1

54、6位，尋址范圍為216=64K字。多次間址下，為區(qū)分找到的是不是有效地址，需要占去存儲字的高位，所以有效地址為15位，尋址范圍為215=32K字。（4）立即數(shù)為6位，通常為補碼表示的有符號數(shù)，其范圍為-32+31。但如果表示的為無符號立即數(shù)，其范圍為063。（5）相對尋址時，形式地址部分就是位移量，用補碼表示，其范圍為-32+31。（6）在上述六種尋址方式中，執(zhí)行時間最短的為立即尋址，其不需要訪存；最長的為間接尋址，執(zhí)行中需要兩次訪存；相對尋址便于程序浮動；變址尋址適合于處理數(shù)組問題。（7）尋址范圍擴大到4M，需要地址位數(shù)為22位，可采用雙字長指令格式：此時，地址位數(shù)為6+16=22位。（8）

55、主存容量為4M16位，訪存地址需22位才能到主存任一位置。轉移指令常采用直接尋址或相對尋址跳轉，直接尋址下可采用上述雙字長指令格式；相對尋址下借助22位的PC，也能用單字長指令格式。第六章作業(yè)答案（一）2017-04-17馬輝 HYPERLINK /s?_biz=MzU0OTA1NDM4OA=&mid=2247483654&idx=1&sn=f1bbdd3e714cad17d7f78c3a1f3f4d1f&chksm=fbb4f3ddccc37acb6eb4ff5c6b11628e38a9618451216b57bd71cada34ee711f6a9917cc7084&scene=38&key

56、=0fe6c5d8c1ba25811de9ed6f9656fcd958e9a5a8a9c7700b4cf6100fb096ab8e61547993972898e19c07a5a6b5eeba5fd4d8ead3d07f9aa36d6a90a50d553d2ee526bfddc1e3bbd47fc3e0e612df24ec&ascene=7&uin=Nzg4NDI4MzMw&devicetype=Windows+7&version=62060038&lang=zh_CN&pass_ticket=zNtoRJ%2F6WUs5eAghi%2BGlhDqj63j%2F6cCAjQo2hyidOLgyo

57、o1TxLSrclGNlgUqc21D&winzoom=1 l # 安陽師院mh 第六章布置了兩次作業(yè)，第一次關于數(shù)據表示。第一次：P290 6.9、6.129題：9BH：轉化為二進制形式：1001 1011，最高1位為符號位。理解為原碼，其對應真值為：-001 1011，即-27理解為補碼，其對應真值為：-110 0101，即-101理解為反碼，其對應真值為：-110 0100，即-100理解為移碼，其對應真值為：+001 1011，即+27理解為無符號數(shù)，其對應真值為：1001 1011，即155FFH：轉化為二進制形式：1111 1111，最高1位為符號位。理解為原碼，其對應真值為：-111 1