計(jì)算機(jī)組成原理復(fù)習(xí)ppt課件

1、復(fù)習(xí)課復(fù)習(xí)課教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 掌握第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論知識(shí)點(diǎn) 掌握第3章系統(tǒng)總線知識(shí)點(diǎn) 掌握第4章存儲(chǔ)器知識(shí)點(diǎn) 掌握第5章輸入輸出系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn) 掌握第6章計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法知識(shí)點(diǎn) 掌握第7章指令系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)期末考試題型期末考試題型 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(jì)算題 （4小題 7分） 28分 設(shè)計(jì)題 （2小題 12分，選做1題） 20分 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成由人們事先編制的具有各類特殊功能由人們事先編制的具有各類特殊功能的程序組成的程序組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的實(shí)體，由看的見摸的著的各計(jì)算機(jī)的實(shí)體，由看的見摸

2、的著的各種電子元器件組成如主機(jī)、外設(shè)等種電子元器件組成如主機(jī)、外設(shè)等硬件硬件軟件軟件第第1章章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)高級(jí)語言高級(jí)語言虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 M3M3匯編語言匯編語言虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 M2M2操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器機(jī)器語言機(jī)器語言實(shí)際機(jī)器實(shí)際機(jī)器 M1M1微指令系統(tǒng)微指令系統(tǒng)微程序機(jī)器微程序機(jī)器 M0M0第第1章章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論馮馮諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn) 1945年，數(shù)學(xué)家馮諾依曼(von Neumann)在研究EDVAC機(jī)時(shí)提出了“存儲(chǔ)程序的概念 計(jì)算機(jī)由五大部件組成 指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲(chǔ)

3、器 指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示 指令由操作碼和地址碼組成 指令在存儲(chǔ)器內(nèi)順序存放 以運(yùn)算器為中心 指令和數(shù)據(jù)都存于存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們？第第1章章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論總線的基本概念總線的基本概念 為什么要用總線 什么是總線 是連接各個(gè)部件的信息傳輸線 是各個(gè)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 通信總線第第3章章 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 總線的性能指標(biāo)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）總線控制總線控制 主要包括兩部件：判優(yōu)控制 通信控制 主設(shè)備(模塊)：對(duì)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)控制分布式分布式集中式

4、集中式計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢獨(dú)立請(qǐng)求方式獨(dú)立請(qǐng)求方式鏈?zhǔn)讲樵冩準(zhǔn)讲樵兊诘?章章 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線總線控制總線控制 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通信雙方由 統(tǒng)一時(shí)標(biāo)統(tǒng)一時(shí)標(biāo) 控制數(shù)據(jù)傳送控制數(shù)據(jù)傳送充分充分 發(fā)掘發(fā)掘 系統(tǒng)系統(tǒng) 總線每個(gè)瞬間總線每個(gè)瞬間 的的 潛力潛力同步通信同步通信* 異步通信異步通信* 半同步通信半同步通信 分離式通信分離式通信 采用采用 應(yīng)答方式應(yīng)答方式 ，沒有公共時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)，沒有公共時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)同步、異步結(jié)合同步、異步結(jié)合第第3章章 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線存儲(chǔ)器分類存儲(chǔ)器分類第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器磁盤磁盤 磁帶磁帶 光盤光盤 高速緩沖存

5、儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器Cache）Flash Memory存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器MROMPROMEPROMEEPROMRAMROM靜態(tài)靜態(tài) RAM動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) RAM存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)器三個(gè)主要特性的關(guān)系第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器高高低低小小大大快快慢慢輔存輔存寄存器寄存器緩存緩存主存主存磁盤磁盤光盤光盤磁帶磁帶光盤光盤磁帶磁帶速度速度容量容量價(jià)錢價(jià)錢 位位CPUCPU主機(jī)主機(jī)存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu) 緩存-主存層次和主存-輔存層次第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器緩存緩存CPU主存主存輔存輔存緩存緩存主存主存輔存輔存主存主存10 ns20 ns200 nsm

6、s（解決速度不匹配）（解決速度不匹配）（解決存儲(chǔ)系統(tǒng)容量不足）（解決存儲(chǔ)系統(tǒng)容量不足）虛擬存儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)器虛地址虛地址邏輯地址邏輯地址實(shí)地址實(shí)地址物理地址物理地址主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器概述主存儲(chǔ)器概述 主存的基本組成第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器譯碼器譯碼器MAR控制電路控制電路讀讀寫寫電電路路MDR.地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線讀讀寫寫主存儲(chǔ)器概述主存儲(chǔ)器概述 主存中存儲(chǔ)單元地址的分配 尋址范圍 地址線 一個(gè)16K32 位的存儲(chǔ)器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是?第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 高位字節(jié)高位字節(jié) 地址為字地址地址為字地址 低位字節(jié)低位字節(jié) 地址為字地址地址為字地址

7、字地址字地址字節(jié)地址字節(jié)地址11109876543210840字節(jié)地址字節(jié)地址字地址字地址452301420主存儲(chǔ)器概述主存儲(chǔ)器概述 主存的技術(shù)指標(biāo) 存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)速度 存取時(shí)間 存儲(chǔ)周期 存儲(chǔ)器的帶寬第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 ( RAM ) 靜態(tài) RAM ( SRAM ) 動(dòng)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）第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展 位擴(kuò)展增加存儲(chǔ)字長）DDD0479AA021142114CSWE用用 2片片1K4位位存儲(chǔ)芯片組成存儲(chǔ)芯片組成1K 8位位 的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器第第4章章 存

8、儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展 字?jǐn)U展增加存儲(chǔ)字的數(shù)量）用用 2片片 1K 8位位 存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)芯片組成組成 2K 8位位 的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器CS0A10 1K 8位位 1K 8位位D7D0WEA1A0A9 1CS1第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器與 CPU 的連接的連接 主存和 CPU 的聯(lián)系MDRMARCPU主主 存存讀讀數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線寫寫第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器與 CPU 的連接的連接 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(shí)序、負(fù)載 典型例題 例4.1 P94 習(xí)題4.15 P151第第4

9、章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器海明碼海明碼 編碼 （發(fā)現(xiàn)兩位錯(cuò)或糾正一位錯(cuò)的編碼） L=3第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器L 1 = D + C ( DC )高速緩沖存儲(chǔ)器概述高速緩沖存儲(chǔ)器概述 程序訪問的局部性原理緩存緩存CPU主存主存容量小容量小速度高速度高容量大容量大速度低速度低程序正在執(zhí)行的程序?qū)⒁獔?zhí)行的第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器Cache 的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器主存和緩存的編址主存和緩存的編址 主存和緩存按塊存儲(chǔ) 塊的大小相同主存塊號(hào)主存塊號(hào)主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器012m1字塊字塊 0字塊字塊 1字塊字塊 M1主存塊號(hào)主存塊號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址m位位b位位n位位M塊塊B個(gè)字個(gè)字緩存塊號(hào)緩存塊

10、號(hào) 塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址c位位b位位C塊塊B個(gè)字個(gè)字字塊字塊 0字塊字塊 1字塊字塊 C1012c1標(biāo)志標(biāo)志Cache緩存塊號(hào)緩存塊號(hào)第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器Cache 的命中率與效率的命中率與效率 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(shí)間為 tc，訪問 主存 的時(shí)間為 tm 則有：第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器Cache主存的地址映射主存的地址映射 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 字塊字塊0主存儲(chǔ)體主存儲(chǔ)體 字塊字塊 1 標(biāo)志標(biāo)志 字塊字塊 0 標(biāo)

11、志標(biāo)志字塊字塊 2c1標(biāo)志標(biāo)志Cache存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體t位位012c1 字塊字塊字塊地址字塊地址 主存字主存字 塊標(biāo)記塊標(biāo)記t 位位c 位位b 位位主存地址主存地址 比較器比較器t位）位）= 不命中不命中有效位有效位=1？*m位位 Cache內(nèi)地址內(nèi)地址否否是是命中命中 字塊2c+1 字塊2c 字塊字塊0 字塊字塊 0第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器Cache主存的地址映射主存的地址映射 全相聯(lián)映射字塊字塊2m1字塊字塊2c1字塊字塊1 字塊0字塊字塊2c1字塊字塊1字塊字塊0標(biāo)志標(biāo)志標(biāo)志標(biāo)志標(biāo)志標(biāo)志主存字塊標(biāo)記主存字塊標(biāo)記 字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址主存地址主存地址m = t + c 位位b位位m = t+

12、cCache 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器 字塊0第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器Cache主存的地址映射主存的地址映射 組相聯(lián)映射 典型例題：例4.9 例4.11第第4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器字塊字塊2m1字塊字塊2c-r+1 字塊2c-r + 1 字塊字塊2c-r字塊字塊2c-r 字塊1 字塊字塊0 字塊字塊 3標(biāo)志標(biāo)志 字塊字塊 1標(biāo)志標(biāo)志字塊字塊 2c1標(biāo)志標(biāo)志 字塊字塊 2標(biāo)志標(biāo)志 字塊字塊 0標(biāo)志標(biāo)志字塊字塊 2c2標(biāo)志標(biāo)志 字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址組地址組地址主存字塊標(biāo)記主存字塊標(biāo)記s = t + r 位位q = cr 位位b 位位組組012c-r1主存地址主存地址Cache主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器m 位

13、位共共 Q 組，每組內(nèi)兩塊組，每組內(nèi)兩塊r = 1)1輸入輸出系統(tǒng)的組成輸入輸出系統(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/O 硬件 I/O接口 I/O設(shè)備 I/O 與主機(jī)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(chǔ)器存取方式DMA I/O通道方式 I/O處理機(jī)方式第第5章章 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)I/O 接口的基本組成接口的基本組成第第5章章 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng) 命令寄存器命令寄存器和命令譯碼器和命令譯碼器 設(shè)備選擇設(shè)備選擇 電路電路 設(shè)備狀態(tài)設(shè)備狀態(tài) 標(biāo)志標(biāo)志 數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)緩沖 寄存器寄存器DBR 控制邏輯電路控制邏輯電路

14、I/O接口接口外外 部部 設(shè)設(shè) 備備數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線命令命令形狀形狀數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線命令線命令線狀態(tài)線狀態(tài)線CPU地址線地址線I/O 中斷處理過程中斷處理過程中斷請(qǐng)求中斷判優(yōu)中斷響應(yīng)中斷服務(wù)中斷返回保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)中斷服務(wù)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)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？ DMA 方式DMA 和程序中斷兩種方式的數(shù)據(jù)通路和程序中斷兩種方式的數(shù)據(jù)通路CPU主主存存ACC 中斷接口中斷接口DMA 接口接口I/O 設(shè)設(shè) 備備中斷方式數(shù)據(jù)傳送通路中斷方式數(shù)據(jù)傳送通路輸入指令輸入指令輸出指令輸出指令DMA方式數(shù)據(jù)傳送通路方式數(shù)據(jù)傳送通路 周期挪用周期挪用真值與機(jī)器數(shù)真值與機(jī)器數(shù) 真值 X=-0.

15、11111 機(jī)器數(shù) 原碼 X=1.11111 補(bǔ)碼 X=1.00001 反碼 X=1.00000 移碼 X=0.00001 轉(zhuǎn)換第第6章章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法 真值與機(jī)器數(shù)真值與機(jī)器數(shù)第第6章章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法 000000000000000100000010011111111000000010000001111111011111111011111111128129-0-1-128-127-127-126二進(jìn)制代碼二進(jìn)制代碼 無符號(hào)數(shù)無符號(hào)數(shù)對(duì)應(yīng)的真值對(duì)應(yīng)的真值原碼對(duì)應(yīng)原碼對(duì)應(yīng) 的真值的真值補(bǔ)碼對(duì)應(yīng)補(bǔ)碼對(duì)應(yīng) 的真值的真值反碼對(duì)應(yīng)反碼對(duì)應(yīng) 的真值的真值012127

16、253254255-125-126-127-3-2-1-2-1-0+0+1+2+127+0+1+2+127+0+1+2+127FFH分別表示為原碼、補(bǔ)碼、反碼、移碼和無符號(hào)數(shù)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制分別表示為原碼、補(bǔ)碼、反碼、移碼和無符號(hào)數(shù)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)各位多少數(shù)各位多少 ？定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示 定點(diǎn)表示第第6章章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法 Sf S1S2 Sn數(shù)符數(shù)符數(shù)值部分?jǐn)?shù)值部分小數(shù)點(diǎn)位置小數(shù)點(diǎn)位置Sf S1S2 Sn數(shù)符數(shù)符數(shù)值部分?jǐn)?shù)值部分小數(shù)點(diǎn)位置小數(shù)點(diǎn)位置或或小數(shù)點(diǎn)按約定方式標(biāo)出小數(shù)點(diǎn)按約定方式標(biāo)出定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示 浮點(diǎn)表示第第6章章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法計(jì)

17、算機(jī)的運(yùn)算方法 N = SrjS 尾數(shù)尾數(shù)j 階碼階碼r 基數(shù)基值）基數(shù)基值）定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示第第6章章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法 Sf 代表浮點(diǎn)數(shù)的符號(hào)代表浮點(diǎn)數(shù)的符號(hào)n 其位數(shù)反映浮點(diǎn)數(shù)的精度其位數(shù)反映浮點(diǎn)數(shù)的精度m 其位數(shù)反映浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍其位數(shù)反映浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍j階碼：整數(shù)階碼：整數(shù)S尾數(shù)：小數(shù)尾數(shù)：小數(shù)jf 和和 m 共同表示小數(shù)點(diǎn)的實(shí)際位置共同表示小數(shù)點(diǎn)的實(shí)際位置jf j1 j2 jm Sf S1 S2 Sn j 階碼階碼S 尾數(shù)尾數(shù)階符階符數(shù)符數(shù)符階碼的階碼的數(shù)值部分?jǐn)?shù)值部分尾數(shù)的數(shù)值部分尾數(shù)的數(shù)值部分定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示 尾數(shù)規(guī)格化 尾數(shù)用原碼表

18、示時(shí)：0.1 xxxxxx x 1.0 xxxxxx x 尾數(shù)用補(bǔ)碼表示時(shí)：0.1 xxxxxx x 1.0 xxxxxx x第第6章章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法 定定 點(diǎn)點(diǎn) 運(yùn)運(yùn) 算算 加減法運(yùn)算 加法 A補(bǔ) + B補(bǔ)= A+B補(bǔ) 減法 A B補(bǔ)= A+(B )補(bǔ)= A補(bǔ) + B補(bǔ) 溢出(雙符號(hào)位 變形補(bǔ)碼)第第6章章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法 定定 點(diǎn)點(diǎn) 運(yùn)運(yùn) 算算 原碼一位乘法 補(bǔ)碼一位乘法X補(bǔ)B,Y補(bǔ)C0A,0CR,0Cn+1CnCn+1=?A-BACR+1CRCR=n+1?EndYN.A+BAAACC011000/11第第6章章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法 浮點(diǎn)運(yùn)算浮點(diǎn)運(yùn)算 浮點(diǎn)加減運(yùn)算浮點(diǎn)加減運(yùn)算 對(duì)階對(duì)階 尾數(shù)求和尾數(shù)求和 規(guī)格化規(guī)格化 舍入舍入 溢出溢出 例題例題 P272 6.30第第6章章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法 機(jī)器指令機(jī)器指令 指令系統(tǒng) 指令的一般格式 操作碼 地址碼第第7章章 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 操作碼字段操作碼字段 地址碼字段地址碼字段擴(kuò)展操作碼技術(shù)擴(kuò)展操作碼技術(shù)第第7章