計(jì)算機(jī)組成原理所有概念

1、2022-3-81 選擇題選擇題 、填空題、簡(jiǎn)答題、綜合題、填空題、簡(jiǎn)答題、綜合題希望大家認(rèn)真復(fù)習(xí)，仔細(xì)審題，不要提前交卷！希望大家認(rèn)真復(fù)習(xí)，仔細(xì)審題，不要提前交卷！答題完畢之后，認(rèn)真檢查，開考一個(gè)小時(shí)之后，答題完畢之后，認(rèn)真檢查，開考一個(gè)小時(shí)之后，才能交卷！才能交卷！2022-3-82馮馮.諾依曼計(jì)算機(jī)模型諾依曼計(jì)算機(jī)模型 1 1、計(jì)算機(jī)由、計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器運(yùn)算器、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器、輸入輸入/ /輸出設(shè)備輸出設(shè)備和和控制器控制器組成，組成，并以運(yùn)算器為中心連接在一起。并以運(yùn)算器為中心連接在一起。2 2、存儲(chǔ)器由一組一維排列、線性編址的存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)、存儲(chǔ)器由一組一維排列、線性編址的存儲(chǔ)單元組成

2、，每個(gè)存儲(chǔ)單元的位數(shù)是相等且固定的，存儲(chǔ)單元按地址訪問存儲(chǔ)單元的位數(shù)是相等且固定的，存儲(chǔ)單元按地址訪問。3. “3. “程序程序”是由一條一條的指令有序排列而成，而指令由操作是由一條一條的指令有序排列而成，而指令由操作碼和地址碼兩部分組成。碼和地址碼兩部分組成。 操作碼規(guī)定了該指令的操作類型，地址碼指示存儲(chǔ)操操作碼規(guī)定了該指令的操作類型，地址碼指示存儲(chǔ)操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果的存儲(chǔ)單元地址，操作數(shù)的數(shù)據(jù)類型由作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果的存儲(chǔ)單元地址，操作數(shù)的數(shù)據(jù)類型由操作碼類規(guī)定。操作碼類規(guī)定。2022-3-83馮馮.諾依曼計(jì)算機(jī)模型諾依曼計(jì)算機(jī)模型 4 4、指令和數(shù)據(jù)均采用二進(jìn)制數(shù)表示，并以二進(jìn)制數(shù)形式進(jìn)、指令

3、和數(shù)據(jù)均采用二進(jìn)制數(shù)表示，并以二進(jìn)制數(shù)形式進(jìn)行運(yùn)算行運(yùn)算 。5 5、程序（指令）與數(shù)據(jù)是同等地不加區(qū)分地存儲(chǔ)在同一個(gè)、程序（指令）與數(shù)據(jù)是同等地不加區(qū)分地存儲(chǔ)在同一個(gè)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)器中 。 6 6、設(shè)置、設(shè)置“程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PC”來指示下一條將要執(zhí)行的指令的來指示下一條將要執(zhí)行的指令的地址。每執(zhí)行完一條指令，程序計(jì)數(shù)器就自動(dòng)加地址。每執(zhí)行完一條指令，程序計(jì)數(shù)器就自動(dòng)加1，指，指向下一條指令的存儲(chǔ)單元。向下一條指令的存儲(chǔ)單元。2022-3-84 存儲(chǔ)程序的思想存儲(chǔ)程序的思想 計(jì)算機(jī)的用途和硬件完全分離：硬件結(jié)構(gòu)采用定性計(jì)算機(jī)的用途和硬件完全分離：硬件結(jié)構(gòu)采用定性邏輯，提供某些固定不變的功能，

4、通過編制不同的程邏輯，提供某些固定不變的功能，通過編制不同的程序來滿足不同用戶對(duì)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用需求。序來滿足不同用戶對(duì)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用需求。 把指令匯總在一起形成一個(gè)程序，并將其存儲(chǔ)在把指令匯總在一起形成一個(gè)程序，并將其存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。通過逐條指令執(zhí)行來完成問題的求解。計(jì)算機(jī)中。通過逐條指令執(zhí)行來完成問題的求解。2022-3-85計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu) 指程序員所看到的機(jī)器的屬性，即機(jī)器的概念性指程序員所看到的機(jī)器的屬性，即機(jī)器的概念性結(jié)構(gòu)和功能表現(xiàn)結(jié)構(gòu)和功能表現(xiàn)。 這些屬性主要是這些屬性主要是指令系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)表示、中斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)表示、中斷系統(tǒng)、寄存器組織等。寄存器組織等。計(jì)算機(jī)的

5、組成計(jì)算機(jī)的組成 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)2022-3-86可見屬性可見屬性 可以看見的屬性，比如對(duì)于匯編語言程序員，指可以看見的屬性，比如對(duì)于匯編語言程序員，指令集是可見的。令集是可見的。 MARMAR、MDRMDR寄存器寄存器對(duì)匯編語言程序員是不可見的，對(duì)對(duì)匯編語言程序員是不可見的，對(duì)匯編語言程序員來說，也是透明的。匯編語言程序員來說，也是透明的。透明屬性透明屬性 本來存在的事物或?qū)傩?，從某種角度看似乎不存在。本來存在的事物或?qū)傩?，從某種角度看似乎不存在。數(shù)據(jù)總線的寬度、微程序數(shù)據(jù)總線的寬度、微程序

6、對(duì)匯編語言程序員、機(jī)器語言程序員對(duì)匯編語言程序員、機(jī)器語言程序員 透明透明 對(duì)硬件設(shè)計(jì)者、計(jì)算機(jī)維修人員對(duì)硬件設(shè)計(jì)者、計(jì)算機(jī)維修人員 不透明不透明2022-3-87處理器的組成處理器的組成 處理器的基本組成包括：處理器的基本組成包括：寄存器、運(yùn)算器和控制器寄存器、運(yùn)算器和控制器 處理器的內(nèi)部有大量的寄存器：處理器的內(nèi)部有大量的寄存器：通用寄存器、基址通用寄存器、基址寄存器、變址寄存器、程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、狀寄存器、變址寄存器、程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、狀態(tài)控制字寄存器以及用戶透明的態(tài)控制字寄存器以及用戶透明的MAR、MDR 處理器的所有工作都是在控制單元處理器的所有工作都是在控制單元CU的指

7、揮下完成的指揮下完成的。的。 處理數(shù)據(jù)的功能單元叫算術(shù)邏輯單元處理數(shù)據(jù)的功能單元叫算術(shù)邏輯單元ALU，它的，它的功能是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算。功能是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算。2022-3-88處理器的工作過程處理器的工作過程 處理器的主要工作就是周而復(fù)始地執(zhí)行指令，所以處理器的主要工作就是周而復(fù)始地執(zhí)行指令，所以它的基本功能包括取指令、分析指令、取數(shù)據(jù)、處理它的基本功能包括取指令、分析指令、取數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、寫回結(jié)果。數(shù)據(jù)、寫回結(jié)果。 （1）取指令。處理器根據(jù)）取指令。處理器根據(jù)PC給出的主存地址訪問主存給出的主存地址訪問主存儲(chǔ)器，取出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)字長(zhǎng)的指令，將其送入處理器內(nèi)儲(chǔ)器

8、，取出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)字長(zhǎng)的指令，將其送入處理器內(nèi)部專門存放當(dāng)前指令的指令寄存器部專門存放當(dāng)前指令的指令寄存器 IR，然后，然后PC加加1。2022-3-89處理器的工作過程處理器的工作過程 （2）分析指令。處理器將指令寄存器）分析指令。處理器將指令寄存器IR中的操作碼部分中的操作碼部分取出送入指令譯碼器（取出送入指令譯碼器（Decoder）進(jìn)行譯碼。根據(jù)譯碼）進(jìn)行譯碼。根據(jù)譯碼結(jié)果判斷出指令的功能（即指令將要執(zhí)行什么操作）結(jié)果判斷出指令的功能（即指令將要執(zhí)行什么操作）、操作數(shù)的尋址方式以及操作數(shù)的數(shù)據(jù)類型，形成源、操作數(shù)的尋址方式以及操作數(shù)的數(shù)據(jù)類型，形成源操作數(shù)或目的操作數(shù)的物理地址。操作數(shù)或目的

9、操作數(shù)的物理地址。（3）取數(shù)據(jù)。根據(jù)源操作數(shù)的物理地址訪問主存儲(chǔ)器，）取數(shù)據(jù)。根據(jù)源操作數(shù)的物理地址訪問主存儲(chǔ)器，取出源操作數(shù)。源操作數(shù)將被送入處理器內(nèi)部的數(shù)據(jù)取出源操作數(shù)。源操作數(shù)將被送入處理器內(nèi)部的數(shù)據(jù)寄存器，如累加器寄存器，如累加器ACC。2022-3-810處理器的工作過程處理器的工作過程 （4）處理數(shù)據(jù)。處理器將源操作數(shù)送入運(yùn)算器，并根據(jù)指）處理數(shù)據(jù)。處理器將源操作數(shù)送入運(yùn)算器，并根據(jù)指令譯碼結(jié)果啟動(dòng)運(yùn)算器的相應(yīng)操作對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。處令譯碼結(jié)果啟動(dòng)運(yùn)算器的相應(yīng)操作對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。處理結(jié)果存回通用數(shù)據(jù)寄存器或緩沖寄存器。理結(jié)果存回通用數(shù)據(jù)寄存器或緩沖寄存器。（5）寫回結(jié)果。如果指令要求

10、將結(jié)果寫回寄存器或主存儲(chǔ)）寫回結(jié)果。如果指令要求將結(jié)果寫回寄存器或主存儲(chǔ)器，那么處理器將根據(jù)目的操作數(shù)的地址，將目的操作器，那么處理器將根據(jù)目的操作數(shù)的地址，將目的操作數(shù)寫入寄存器或主存儲(chǔ)器。數(shù)寫入寄存器或主存儲(chǔ)器。2022-3-811機(jī)器周期、時(shí)鐘周期、主存周期、指令周期機(jī)器周期、時(shí)鐘周期、主存周期、指令周期 處理器每取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時(shí)間叫指令周期。處理器每取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時(shí)間叫指令周期。 時(shí)鐘周期是計(jì)算機(jī)的基準(zhǔn)時(shí)鐘（一個(gè)節(jié)拍）。時(shí)鐘周期是計(jì)算機(jī)的基準(zhǔn)時(shí)鐘（一個(gè)節(jié)拍）。 機(jī)器周期是所有指令執(zhí)行過程中的一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間。選取處理機(jī)器周期是所有指令執(zhí)行過程中的一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間。選

11、取處理器訪問一次主存的時(shí)間器訪問一次主存的時(shí)間(也稱也稱主存周期主存周期)作為機(jī)器周期。作為機(jī)器周期。 2022-3-812指令（操作碼和操作數(shù)）指令（操作碼和操作數(shù)） 指令是處理器完成的最小功能單位。所有指令的集指令是處理器完成的最小功能單位。所有指令的集合稱為指令集。指令也是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中最重要的合稱為指令集。指令也是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中最重要的屬性。屬性。 指令包括操作碼和操作數(shù)。指令包括操作碼和操作數(shù)。 操作碼規(guī)定了指令所具有的功能。操作碼規(guī)定了指令所具有的功能。 操作數(shù)是指令所要處理的數(shù)據(jù)。常以數(shù)據(jù)所在存操作數(shù)是指令所要處理的數(shù)據(jù)。常以數(shù)據(jù)所在存儲(chǔ)單元的地址形式給出。也稱儲(chǔ)單元的地址形

12、式給出。也稱 “指令地址碼指令地址碼”。 指令格式的特征。指令格式的特征。 每一條指令的機(jī)器碼每一條指令的機(jī)器碼（二進(jìn)制數(shù)的編碼具有唯一（二進(jìn)制數(shù)的編碼具有唯一性）性）2022-3-813 把在同一把在同一CPU周期內(nèi)并行執(zhí)行的微操作控制信息，周期內(nèi)并行執(zhí)行的微操作控制信息，存儲(chǔ)在控制存儲(chǔ)器里，稱為一條存儲(chǔ)在控制存儲(chǔ)器里，稱為一條微指令微指令（Microinstruction）。它它是微是微命令的組合，微指令存儲(chǔ)命令的組合，微指令存儲(chǔ)在控制器中的控制存儲(chǔ)器中。在控制器中的控制存儲(chǔ)器中。2022-3-814 一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序，微程序由若干條一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序，微程序由若干條微指

13、令序列組成。微指令序列組成。 從指令與微指令，程序與微程序，地址與微地址從指令與微指令，程序與微程序，地址與微地址的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系來看，前者與內(nèi)存儲(chǔ)器有關(guān)，后的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系來看，前者與內(nèi)存儲(chǔ)器有關(guān)，后者與控制存儲(chǔ)器有關(guān)者與控制存儲(chǔ)器有關(guān)。2022-3-815尋址方式尋址方式 所謂尋址方式（所謂尋址方式（Addressing）指的是指令按照何種）指的是指令按照何種方式尋找或訪問到所需的操作數(shù)或信息。方式尋找或訪問到所需的操作數(shù)或信息。 尋址方式分為指令尋址和數(shù)據(jù)尋址。尋址方式分為指令尋址和數(shù)據(jù)尋址。 指令尋址是為了找到下一條指令；指令尋址是為了找到下一條指令； 數(shù)據(jù)尋址是為了找到本條指令所需的操作

14、數(shù)。數(shù)據(jù)尋址是為了找到本條指令所需的操作數(shù)。 2022-3-816尋址方式尋址方式 對(duì)于指令尋址：對(duì)于指令尋址：順序?qū)ぶ泛吞S尋址。順序?qū)ぶ泛吞S尋址。 數(shù)據(jù)尋址數(shù)據(jù)尋址（采用不同尋址方式的目的是（采用不同尋址方式的目的是縮短指令字縮短指令字長(zhǎng)，擴(kuò)大尋址空間，提高編程靈活性長(zhǎng)，擴(kuò)大尋址空間，提高編程靈活性 ） l立即數(shù)尋址立即數(shù)尋址l直接尋址直接尋址l間接尋址間接尋址 l堆棧尋址堆棧尋址 l寄存器尋址寄存器尋址 l寄存器間接尋址寄存器間接尋址 l基址尋址基址尋址 l變址尋址變址尋址 2022-3-817轉(zhuǎn)移指令和子程序調(diào)用的區(qū)別轉(zhuǎn)移指令和子程序調(diào)用的區(qū)別 轉(zhuǎn)移指令和子程序的調(diào)用都是程序控制類指

15、令，轉(zhuǎn)移指令和子程序的調(diào)用都是程序控制類指令，都可以改變程序執(zhí)行的順序。都可以改變程序執(zhí)行的順序。 轉(zhuǎn)移指令分條件跳轉(zhuǎn)和無條件跳轉(zhuǎn)。改變程序執(zhí)轉(zhuǎn)移指令分條件跳轉(zhuǎn)和無條件跳轉(zhuǎn)。改變程序執(zhí)行的順序，改寫程序計(jì)數(shù)器行的順序，改寫程序計(jì)數(shù)器PC的值，跳到另外的地方的值，跳到另外的地方去執(zhí)行另一段程序。去執(zhí)行另一段程序。不需要對(duì)程序的斷點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，不需要對(duì)程序的斷點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，跳轉(zhuǎn)之后，不會(huì)回到原來的地方繼續(xù)執(zhí)行。跳轉(zhuǎn)之后，不會(huì)回到原來的地方繼續(xù)執(zhí)行。2022-3-818轉(zhuǎn)移指令和子程序調(diào)用的區(qū)別轉(zhuǎn)移指令和子程序調(diào)用的區(qū)別 子程序調(diào)用的時(shí)候，首先把當(dāng)前程序的斷點(diǎn)保存到子程序調(diào)用的時(shí)候，首先把當(dāng)前程序的斷點(diǎn)

16、保存到系系統(tǒng)堆棧中統(tǒng)堆棧中，（斷點(diǎn)處指令的，（斷點(diǎn)處指令的CS：IP）然后由子程序名獲得）然后由子程序名獲得子程序的入口地址，把子程序的入口地址寫入子程序的入口地址，把子程序的入口地址寫入PC，從而去，從而去執(zhí)行子程序中的指令。執(zhí)行子程序中的指令。 子程序內(nèi)部最后的一條指令是子程序的返回指令子程序內(nèi)部最后的一條指令是子程序的返回指令 RET。 其作用就是從堆棧中恢復(fù)斷點(diǎn)的值，以便程序能從斷點(diǎn)處其作用就是從堆棧中恢復(fù)斷點(diǎn)的值，以便程序能從斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。繼續(xù)執(zhí)行。2022-3-819指令的流水線技術(shù)指令的流水線技術(shù)流水線技術(shù)：把一個(gè)重復(fù)的過程分解為若干個(gè)子過程，流水線技術(shù)：把一個(gè)重復(fù)的過程分解為

17、若干個(gè)子過程，每個(gè)子程序可以與其他子過程同時(shí)進(jìn)行。每個(gè)子程序可以與其他子過程同時(shí)進(jìn)行。 流水線技術(shù)具有如下特點(diǎn)：流水線技術(shù)具有如下特點(diǎn)：l流水過程由若干有聯(lián)系的子過程組成；流水過程由若干有聯(lián)系的子過程組成；l每個(gè)子過程用專用的功能段實(shí)現(xiàn)；每個(gè)子過程用專用的功能段實(shí)現(xiàn)；l各個(gè)功能段所需的時(shí)間應(yīng)盡量相等，這個(gè)時(shí)間一般作各個(gè)功能段所需的時(shí)間應(yīng)盡量相等，這個(gè)時(shí)間一般作為時(shí)鐘周期。為時(shí)鐘周期。2022-3-820小端規(guī)則和大端規(guī)則小端規(guī)則和大端規(guī)則低地址的單元存放低位字節(jié)，高地址的單元存放高位字低地址的單元存放低位字節(jié)，高地址的單元存放高位字節(jié)節(jié)小端規(guī)則小端規(guī)則低地址的單元存放高位字節(jié)，高地址的單元存放

18、低位字低地址的單元存放高位字節(jié)，高地址的單元存放低位字節(jié)節(jié)大端規(guī)則大端規(guī)則2022-3-821存儲(chǔ)器的主要指標(biāo)存儲(chǔ)器的主要指標(biāo) 存儲(chǔ)器的容量、訪問速度、成本存儲(chǔ)器的容量、訪問速度、成本 容量越大越好、訪問速度越快越好、成本越容量越大越好、訪問速度越快越好、成本越低越好！低越好！ 存儲(chǔ)器的組織形式：存儲(chǔ)器的組織形式：存儲(chǔ)單元數(shù)目存儲(chǔ)單元數(shù)目 存儲(chǔ)字長(zhǎng)存儲(chǔ)字長(zhǎng) 如如210 x 8 該存儲(chǔ)器有該存儲(chǔ)器有 10位地址總線，共有位地址總線，共有1024個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)8位。位。2022-3-822ROM、RAM ROM只讀存儲(chǔ)器，掉電后信息可以保留。一只讀存儲(chǔ)器，

19、掉電后信息可以保留。一般用作系統(tǒng)程序存儲(chǔ)。般用作系統(tǒng)程序存儲(chǔ)。 RAM隨機(jī)存儲(chǔ)器，一般用作用戶程序存儲(chǔ)。隨機(jī)存儲(chǔ)器，一般用作用戶程序存儲(chǔ)。 2022-3-823主存和輔存主存和輔存 能夠被處理器直接訪問的存儲(chǔ)器稱為主存儲(chǔ)器；能夠被處理器直接訪問的存儲(chǔ)器稱為主存儲(chǔ)器； 不能被處理器直接訪問的存儲(chǔ)器稱為輔助存儲(chǔ)器。不能被處理器直接訪問的存儲(chǔ)器稱為輔助存儲(chǔ)器。 2022-3-824存儲(chǔ)器訪問的局部性原理存儲(chǔ)器訪問的局部性原理 時(shí)間局部性時(shí)間局部性是指將要訪問的信息就是現(xiàn)在正在訪是指將要訪問的信息就是現(xiàn)在正在訪問的信息。問的信息?？臻g局部性空間局部性是指將要用到的信息就在正使是指將要用到的信息就在正使

20、用的信息旁邊。用的信息旁邊。2022-3-825層次結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)中，最重要的兩個(gè)層次計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)中，最重要的兩個(gè)層次是采用高速緩沖存儲(chǔ)器的是采用高速緩沖存儲(chǔ)器的“Cache 主存主存”層次層次，以及，以及基于虛擬存儲(chǔ)器的基于虛擬存儲(chǔ)器的“主存主存 輔存輔存”層次層次。 引入引入Cache的目的是為了解決訪問主存速度不夠快的目的是為了解決訪問主存速度不夠快的問題。的問題。 高度緩存高度緩存Cache位于位于CPU和主存儲(chǔ)器之間。和主存儲(chǔ)器之間。 主存與主存與Cache映射的三種方式：映射的三種方式： 直接映射、相聯(lián)映射、組相聯(lián)映射直接映射

21、、相聯(lián)映射、組相聯(lián)映射2022-3-826存儲(chǔ)器尋址范圍存儲(chǔ)器尋址范圍 某處理器字長(zhǎng)某處理器字長(zhǎng)32位，其存儲(chǔ)容量為位，其存儲(chǔ)容量為16MB，若按雙字，若按雙字編址，它的尋址范圍是多少？編址，它的尋址范圍是多少？ 解：解： 處理器字長(zhǎng)為處理器字長(zhǎng)為32位，雙字編址，則每個(gè)尋址單元位，雙字編址，則每個(gè)尋址單元存儲(chǔ)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)為存儲(chǔ)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)為64位。位。 總的存儲(chǔ)容量為總的存儲(chǔ)容量為16MB，則尋址范圍為，則尋址范圍為 16MB/64=2M2022-3-827存儲(chǔ)器的接口電路存儲(chǔ)器的接口電路 位的擴(kuò)展、字?jǐn)U展、字和位的同時(shí)擴(kuò)展位的擴(kuò)展、字?jǐn)U展、字和位的同時(shí)擴(kuò)展 處理器的數(shù)據(jù)總線寬度

22、大于存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)線寬度，處理器的數(shù)據(jù)總線寬度大于存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)線寬度，需要進(jìn)行位的擴(kuò)展。需要進(jìn)行位的擴(kuò)展。 處理器的地址總線寬度大于存儲(chǔ)器的地址線寬度，處理器的地址總線寬度大于存儲(chǔ)器的地址線寬度，需要進(jìn)行字的擴(kuò)展。需要進(jìn)行字的擴(kuò)展。2022-3-828IO接口的概念接口的概念 計(jì)算機(jī)的外設(shè)往往不能直接與系統(tǒng)總線相連，需要一計(jì)算機(jī)的外設(shè)往往不能直接與系統(tǒng)總線相連，需要一個(gè)中間環(huán)節(jié)完成數(shù)據(jù)緩沖、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、通信控制、時(shí)個(gè)中間環(huán)節(jié)完成數(shù)據(jù)緩沖、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、通信控制、時(shí)序和電平匹配等工作，這個(gè)中間環(huán)節(jié)就是接口電路。序和電平匹配等工作，這個(gè)中間環(huán)節(jié)就是接口電路。主機(jī)與外設(shè)之間設(shè)置接口適配電路的原因主機(jī)

23、與外設(shè)之間設(shè)置接口適配電路的原因: 利用接口可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)外部設(shè)備的選擇。利用接口可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)外部設(shè)備的選擇。 通過接口可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖達(dá)到速度匹配。通過接口可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖達(dá)到速度匹配。 通過接口可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串通過接口可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串-并格式的轉(zhuǎn)換。并格式的轉(zhuǎn)換。 通過接口可實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。通過接口可實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。 通過接口可傳送控制命令。通過接口可傳送控制命令。 通過接口可監(jiān)視設(shè)備的工作狀態(tài)。通過接口可監(jiān)視設(shè)備的工作狀態(tài)。2022-3-829IO端口地址端口地址 端口端口是指接口電路中的一些是指接口電路中的一些寄存器寄存器，分別用來存放數(shù)，分別用來存放數(shù)據(jù)信息、控制信息和狀態(tài)信息，相應(yīng)的就有數(shù)據(jù)端口、控?fù)?jù)信

24、息、控制信息和狀態(tài)信息，相應(yīng)的就有數(shù)據(jù)端口、控制端口和狀態(tài)端口。制端口和狀態(tài)端口。 處理器通過對(duì)端口地址的尋址，找到相應(yīng)的處理器通過對(duì)端口地址的尋址，找到相應(yīng)的IO設(shè)備。設(shè)備。 對(duì)對(duì)I/O的編址有兩種方式，一種是獨(dú)立編址的編址有兩種方式，一種是獨(dú)立編址I/O，另一另一種是存儲(chǔ)器映象種是存儲(chǔ)器映象I/O。2022-3-830中斷的概念中斷的概念是一個(gè)由內(nèi)外部事件激發(fā)來中斷當(dāng)前是一個(gè)由內(nèi)外部事件激發(fā)來中斷當(dāng)前正在執(zhí)行程序而運(yùn)行另一個(gè)處理程序的過程。正在執(zhí)行程序而運(yùn)行另一個(gè)處理程序的過程。 有些中斷是可屏蔽的，有些中斷是不可屏蔽的。有些中斷是可屏蔽的，有些中斷是不可屏蔽的。 2022-3-831中斷

25、的執(zhí)行過程中斷的執(zhí)行過程Step1、保護(hù)斷點(diǎn)：將斷點(diǎn)地址壓入堆棧保存，即當(dāng)前保護(hù)斷點(diǎn)：將斷點(diǎn)地址壓入堆棧保存，即當(dāng)前PC值入棧。值入棧。Step2、關(guān)中斷：屏蔽其它中斷請(qǐng)求信號(hào)關(guān)中斷：屏蔽其它中斷請(qǐng)求信號(hào)。Step3、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)：將中斷服務(wù)程序使用的所有寄存器內(nèi)容入棧。保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)：將中斷服務(wù)程序使用的所有寄存器內(nèi)容入棧。Step4、中斷處理：執(zhí)行中斷源所要求的中斷服務(wù)程序。中斷處理：執(zhí)行中斷源所要求的中斷服務(wù)程序。Step5、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)：恢復(fù)被使用寄存器的原有內(nèi)容?；謴?fù)現(xiàn)場(chǎng)：恢復(fù)被使用寄存器的原有內(nèi)容。Step6、開中斷：允許接受其它中斷請(qǐng)求信號(hào)。開中斷：允許接受其它中斷請(qǐng)求信號(hào)。Step7、中斷返

26、回：執(zhí)行中斷返回：執(zhí)行IRET指令，棧頂內(nèi)容指令，棧頂內(nèi)容PC，程序跳轉(zhuǎn)回程序跳轉(zhuǎn)回?cái)帱c(diǎn)處。斷點(diǎn)處。2022-3-832中斷向量表中斷向量表 中斷向量和向量表對(duì)于理解硬件和軟件中斷是重中斷向量和向量表對(duì)于理解硬件和軟件中斷是重要的。中斷向量包含中斷服務(wù)程序的地址。要的。中斷向量包含中斷服務(wù)程序的地址。2022-3-833技術(shù)技術(shù) 在在DMA控制器的控制，直接完成控制器的控制，直接完成IO與主存儲(chǔ)器之間與主存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送。的數(shù)據(jù)傳送。DMA控制器需要獲得對(duì)總線的使用權(quán)?？刂破餍枰@得對(duì)總線的使用權(quán)。 DMA方式傳送數(shù)據(jù)時(shí)，每傳送一個(gè)數(shù)據(jù)就要用方式傳送數(shù)據(jù)時(shí)，每傳送一個(gè)數(shù)據(jù)就要用 一個(gè)一個(gè)存

27、儲(chǔ)周期。存儲(chǔ)周期。2022-3-834電子計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示，英文字母漢字的表示電子計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示，英文字母漢字的表示 計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)的數(shù)，需要用一個(gè)二進(jìn)制位表示計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)的數(shù)，需要用一個(gè)二進(jìn)制位表示符號(hào)，小數(shù)點(diǎn)不需要表示出來。符號(hào)，小數(shù)點(diǎn)不需要表示出來。 通過定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)來表示。通過定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)來表示。 理解算術(shù)運(yùn)算式，溢出的判斷方法。理解算術(shù)運(yùn)算式，溢出的判斷方法。 定點(diǎn)數(shù)的補(bǔ)碼表示方法。定點(diǎn)數(shù)的補(bǔ)碼表示方法。 一個(gè)英文字母用一個(gè)字節(jié)描述，一個(gè)漢字需要兩個(gè)一個(gè)英文字母用一個(gè)字節(jié)描述，一個(gè)漢字需要兩個(gè)字節(jié)表示。字節(jié)表示。2022-3-835IEEE 754 標(biāo)準(zhǔn)定義的單精度數(shù)標(biāo)準(zhǔn)定義

28、的單精度數(shù) 共共32位，位，1位符號(hào)位，位符號(hào)位，8位指數(shù)位，位指數(shù)位，23位尾數(shù)。位尾數(shù)。2022-3-836總線的分類總線的分類 按照總線傳輸?shù)男畔⒎诸悾旱刂房偩€、數(shù)據(jù)總線、按照總線傳輸?shù)男畔⒎诸悾旱刂房偩€、數(shù)據(jù)總線、控制總線控制總線2022-3-837總線的指標(biāo)（位寬、工作頻率、傳輸速率）總線的指標(biāo)（位寬、工作頻率、傳輸速率） 位寬：總線一次同時(shí)傳送的信息位數(shù)或所需的線數(shù)。位寬：總線一次同時(shí)傳送的信息位數(shù)或所需的線數(shù)。 工作頻率：工作頻率：控制總線中的時(shí)鐘信號(hào)線所提供的時(shí)鐘頻率?？刂瓶偩€中的時(shí)鐘信號(hào)線所提供的時(shí)鐘頻率。 傳輸速率：傳輸速率：總線在一秒鐘內(nèi)所能穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，總線在一

29、秒鐘內(nèi)所能穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，單位為單位為KB/s或或MB/s 。 總線的最大數(shù)據(jù)傳輸速率稱為總線的最大數(shù)據(jù)傳輸速率稱為總線帶寬總線帶寬。 總線帶寬總線位寬總線帶寬總線位寬總線工作頻率總線工作頻率/8 馮馮. .諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)包括幾部分：諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)包括幾部分： 答：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備及輸出設(shè)備。答：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備及輸出設(shè)備。何謂計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)？計(jì)算機(jī)組成？計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)？何謂計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)？計(jì)算機(jī)組成？計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)？ 答：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)指程序員（主要是指匯編、操作系統(tǒng)答：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)指程序員（主要是指匯編、操作系統(tǒng)程序員）所看到的機(jī)器的屬性，即

30、機(jī)器的概念性結(jié)構(gòu)和功程序員）所看到的機(jī)器的屬性，即機(jī)器的概念性結(jié)構(gòu)和功能表現(xiàn)。能表現(xiàn)。 計(jì)算機(jī)組成是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)組成是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)。 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)是速度。衡量速度的參數(shù)有主頻、計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)是速度。衡量速度的參數(shù)有主頻、 CPICPI、 MIPSMIPS、 MFLOPSMFLOPS。請(qǐng)解釋這些參數(shù)含義。請(qǐng)解釋這些參數(shù)含義。答：主時(shí)鐘的頻率（答：主時(shí)鐘的頻率（f f）叫）叫CPUCPU的主頻。主頻的倒數(shù)稱為的主頻。主頻的倒數(shù)稱為: : CPU CPU時(shí)鐘周期（時(shí)鐘周期（T T），即）

31、，即T=1/fT=1/f。 CPI:CPI:表示每條指令周期數(shù)，即執(zhí)行一條指令所需的平均時(shí)表示每條指令周期數(shù)，即執(zhí)行一條指令所需的平均時(shí) 鐘周期數(shù)。鐘周期數(shù)。MIPSMIPS：表示每秒鐘執(zhí)行百萬條指令數(shù)。：表示每秒鐘執(zhí)行百萬條指令數(shù)。( (定點(diǎn)機(jī)速度指標(biāo)定點(diǎn)機(jī)速度指標(biāo)) )MFLOPSMFLOPS：表示每秒百萬次浮點(diǎn)操作次數(shù)。：表示每秒百萬次浮點(diǎn)操作次數(shù)。8 8位補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù)的范圍是：位補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù)的范圍是：-128 -128 +127 +127 寫出寫出8 8位補(bǔ)碼位補(bǔ)碼(F9)(F9)1616所對(duì)應(yīng)的定點(diǎn)整數(shù)十進(jìn)制真值：所對(duì)應(yīng)的定點(diǎn)整數(shù)十進(jìn)制真值： (F9) (F9)1616 =(1111

32、1001)=(11111001)2 2 真值為：真值為：-(0000111)-(0000111)2 2 = -(7) = -(7)1010寫出十進(jìn)制數(shù)寫出十進(jìn)制數(shù)17.62517.625所對(duì)應(yīng)的所對(duì)應(yīng)的IEEE 754 IEEE 754 單精度（單精度（3232位）浮點(diǎn)位）浮點(diǎn)機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)。 17.625 17.625 =10001.101 =1.0001101=10001.101 =1.0001101 2 2+100+100S=0 E=100+01111111=10000011 M=00011010000000000000000S=0 E=100+01111111=10000011 M=0

33、0011010000000000000000 0 10000011 00011010000000000000000 0 10000011 00011010000000000000000 將十進(jìn)制數(shù)將十進(jìn)制數(shù) -35.875 -35.875 轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為IEEE 754 IEEE 754 標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的3232位單精度位單精度 浮點(diǎn)數(shù)。浮點(diǎn)數(shù)。 答：答： -35.875= -100011.111 = - 1.00011111 -35.875= -100011.111 = - 1.00011111 2 2+101+101 S=1 S=1 E=101+01111111=10000100 E=101+0

34、1111111=10000100 M=00011111000000000000000 M=00011111000000000000000 浮點(diǎn)數(shù)為：浮點(diǎn)數(shù)為： 1 10000100 000111110000000000000001 10000100 00011111000000000000000英文字母的編碼是什么？占幾個(gè)字節(jié)？英文字母的編碼是什么？占幾個(gè)字節(jié)？ 答：答：ASCIIASCII碼，用碼，用1 1個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)。個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)。 國(guó)標(biāo)碼國(guó)標(biāo)碼用于表示用于表示什么？如何表示與存儲(chǔ)？什么？如何表示與存儲(chǔ)？ 答：用于表示漢字。用答：用于表示漢字。用4 4位位1616進(jìn)制數(shù)字表示，進(jìn)制數(shù)字表示，

35、2 2個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)。個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)。存儲(chǔ)器的主要功能是什么？存儲(chǔ)器的主要功能是什么？ 答：存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。答：存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)1616位，其存儲(chǔ)容量為位，其存儲(chǔ)容量為32MB32MB，若按雙字，若按雙字編址，它的尋址范圍是多少？編址，它的尋址范圍是多少？ 答：答：(32M(32M 8 8位位)/32)/32位位=8M=8M答：地址線：答：地址線：1616位。位。 數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)線：1616位。位。 答：小端規(guī)則答：小端規(guī)則 大端規(guī)則大端規(guī)則3412CDAB00050000510005200053ABCD123400050000510005200053存儲(chǔ)器分級(jí)的目的是什么？存儲(chǔ)器分

36、級(jí)的目的是什么？ Cache-Cache-主存存儲(chǔ)層次用來解決主存存儲(chǔ)層次用來解決什么問什么問題題？ 主存主存- -輔存存儲(chǔ)層次用來解決輔存存儲(chǔ)層次用來解決什么問題什么問題？答：答：Cache-Cache-主存存儲(chǔ)層次用來解決主存速度低的問題，彌補(bǔ)主存存儲(chǔ)層次用來解決主存速度低的問題，彌補(bǔ)CPUCPU與與主存在速度上的差異，在主存和主存在速度上的差異，在主存和CacheCache之間增加輔助硬件使主存之間增加輔助硬件使主存和和CacheCache構(gòu)成一個(gè)整體，從構(gòu)成一個(gè)整體，從CPUCPU角度看，角度看，CPUCPU訪問訪問CacheCache存儲(chǔ)系統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)，速度接近時(shí)，速度接近Cache

37、Cache速度，而容量是主存容量，價(jià)格速度，而容量是主存容量，價(jià)格/ /容量比接容量比接近主存。近主存。CacheCache存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員都是透明的存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員都是透明的，因?yàn)椋驗(yàn)镃PUCPU對(duì)對(duì)CacheCache和主存層次的調(diào)度全部由硬件實(shí)現(xiàn)。和主存層次的調(diào)度全部由硬件實(shí)現(xiàn)。 主存主存- -輔存存儲(chǔ)層次用來解決主存容量小的問題，在主存和輔存輔存存儲(chǔ)層次用來解決主存容量小的問題，在主存和輔存之間增加輔助硬件和輔助軟件，使主存和輔存構(gòu)成一個(gè)整體，之間增加輔助硬件和輔助軟件，使主存和輔存構(gòu)成一個(gè)整體，擴(kuò)大程序可訪問的存儲(chǔ)空間，通過把磁盤空間當(dāng)作主存空間供擴(kuò)

38、大程序可訪問的存儲(chǔ)空間，通過把磁盤空間當(dāng)作主存空間供程序使用，建立起一個(gè)虛擬存儲(chǔ)器。程序使用，建立起一個(gè)虛擬存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)主要解決什么？什么是位的擴(kuò)展，什存儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)主要解決什么？什么是位的擴(kuò)展，什么是字的擴(kuò)展？么是字的擴(kuò)展？ 答：解決芯片容量與系統(tǒng)容量匹配問題。當(dāng)芯片答：解決芯片容量與系統(tǒng)容量匹配問題。當(dāng)芯片數(shù)據(jù)線位數(shù)少于系統(tǒng)數(shù)據(jù)位數(shù)時(shí)，需要位擴(kuò)展；單數(shù)據(jù)線位數(shù)少于系統(tǒng)數(shù)據(jù)位數(shù)時(shí)，需要位擴(kuò)展；單芯片地址位數(shù)少于系統(tǒng)地址位數(shù)時(shí)，需要字?jǐn)U展。芯片地址位數(shù)少于系統(tǒng)地址位數(shù)時(shí)，需要字?jǐn)U展。提高訪存速度可采取哪些措施？提高訪存速度可采取哪些措施？ 答答：(1)(1)采用高速器件，比如采用高速

39、器件，比如SDRAMSDRAM、 DDR SDRAMDDR SDRAM、DDR2 SDRAMDDR2 SDRAM 、 DDR3 SDRAMDDR3 SDRAM。 (2)(2)增加高速緩沖存儲(chǔ)器增加高速緩沖存儲(chǔ)器cache cache 。 (3)(3)并行存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等。并行存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等。 例：設(shè)例：設(shè)CPUCPU共有共有1616根地址線和根地址線和8 8根數(shù)據(jù)線，并用根數(shù)據(jù)線，并用MREQMREQ作為作為訪存控制信號(hào)，訪存控制信號(hào)，WRWR作為讀作為讀/ /寫命令信號(hào)寫命令信號(hào)( (高為讀，低為寫高為讀，低為寫) )。設(shè)計(jì)一個(gè)容量為設(shè)計(jì)一個(gè)容量為32KB32KB、地址范圍為、地址范圍為0000H00

40、00H7FFFH7FFFH的主存的主存儲(chǔ)器。說明設(shè)計(jì)方案。儲(chǔ)器。說明設(shè)計(jì)方案。G1 Y7G2A 譯 Y6G2B 碼 :AB 器C Y0 SRAM A12A0 CSD7D0 WE解：芯片容量為：芯片容量為：8K8K8bits=8KB8bits=8KB 32KB 32KB容量的存儲(chǔ)器需要容量的存儲(chǔ)器需要4 4片片8KB8KB存儲(chǔ)芯片；存儲(chǔ)芯片； 4 4芯片地址分配如下：芯片地址分配如下： 芯片芯片0 0：0000H0000H1FFFH1FFFH 芯片芯片1 1：2000H2000H3FFFH3FFFH 芯片芯片2 2：4000H4000H5FFFH5FFFH 芯片芯片3 3：6000H6000H7

41、FFFH7FFFH 芯片譯碼地址分配如下：芯片譯碼地址分配如下： A A1313A A1414A A1515對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)3-83-8譯碼器的輸入端譯碼器的輸入端ABCABC，Y Y0 0Y Y3 3譯碼輸譯碼輸出分別選擇芯片出分別選擇芯片0 0芯片芯片3 3的片選的片選CSCS； WRWR輸出至存儲(chǔ)芯片的輸出至存儲(chǔ)芯片的WEWE端，端，MREQMREQ直接輸出至直接輸出至G1G1，反，反相輸出至相輸出至G2AG2BG2AG2B。主存與主存與CacheCache的地址映射有幾種方式？都是什么方式？哪種方式的地址映射有幾種方式？都是什么方式？哪種方式比較實(shí)用？比較實(shí)用？ 答：三種映射方式：全相聯(lián)映射、

42、直接映射、組相聯(lián)映射。答：三種映射方式：全相聯(lián)映射、直接映射、組相聯(lián)映射。 其中組相聯(lián)映射融合了前兩種映射的優(yōu)點(diǎn)，最實(shí)用。其中組相聯(lián)映射融合了前兩種映射的優(yōu)點(diǎn)，最實(shí)用。主存和輔存在存儲(chǔ)程序方面有什么區(qū)別？主存和輔存在存儲(chǔ)程序方面有什么區(qū)別？CPUCPU訪問這兩種存儲(chǔ)器訪問這兩種存儲(chǔ)器的方式是否相同？的方式是否相同？ 答：主存存儲(chǔ)正在或?qū)⒁獔?zhí)行的程序。執(zhí)行過的程序也可能存答：主存存儲(chǔ)正在或?qū)⒁獔?zhí)行的程序。執(zhí)行過的程序也可能存放在主存中。主存只能暫時(shí)保存程序，斷電即消失。放在主存中。主存只能暫時(shí)保存程序，斷電即消失。 輔存存放暫不執(zhí)行或不準(zhǔn)備執(zhí)行的程序；可以長(zhǎng)久保存。輔存存放暫不執(zhí)行或不準(zhǔn)備執(zhí)行的

43、程序；可以長(zhǎng)久保存。 CPUCPU可以直接訪問主存，無需任何軟件驅(qū)動(dòng)。但不能直接訪問可以直接訪問主存，無需任何軟件驅(qū)動(dòng)。但不能直接訪問輔存，需要操作系統(tǒng)將輔存的內(nèi)容調(diào)入主存方可訪問。輔存，需要操作系統(tǒng)將輔存的內(nèi)容調(diào)入主存方可訪問。存儲(chǔ)器有存儲(chǔ)器有2424位地址，位地址，1616位字長(zhǎng)?，F(xiàn)有芯片位字長(zhǎng)。現(xiàn)有芯片512K512K 8 8位，需要如位，需要如何擴(kuò)展？擴(kuò)展幾片芯片？用幾位地址進(jìn)行片選？何擴(kuò)展？擴(kuò)展幾片芯片？用幾位地址進(jìn)行片選？答：需要進(jìn)行答：需要進(jìn)行字、位擴(kuò)展；字、位擴(kuò)展； 擴(kuò)展芯片數(shù)為擴(kuò)展芯片數(shù)為=(16M=(16M 1616位位)/(0.5M)/(0.5M 8 8位位)=32)=3

44、2 2=642=64片片 用用5 5位地址位地址(A23A19)(A23A19)進(jìn)行片選，使用進(jìn)行片選，使用532532譯碼器。譯碼器。什么是指令系統(tǒng)？為什么說指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中軟件什么是指令系統(tǒng)？為什么說指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中軟件和硬件分界的接口？和硬件分界的接口？答：一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有機(jī)器指令的集合，稱為這臺(tái)計(jì)答：一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有機(jī)器指令的集合，稱為這臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。它就是這臺(tái)機(jī)器的機(jī)器語言。在它算機(jī)的指令系統(tǒng)。它就是這臺(tái)機(jī)器的機(jī)器語言。在它之下是硬件實(shí)現(xiàn)電路，之上是各種軟件程序?qū)崿F(xiàn)。所之下是硬件實(shí)現(xiàn)電路，之上是各種軟件程序?qū)崿F(xiàn)。所以說指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中軟件和硬件分界的接口。以說指令系統(tǒng)是計(jì)

45、算機(jī)中軟件和硬件分界的接口。指令格式分為幾個(gè)字段，各字段表示什么內(nèi)容？指令格式分為幾個(gè)字段，各字段表示什么內(nèi)容？ 答：指令格式分為操作碼和操作數(shù)兩個(gè)字段。答：指令格式分為操作碼和操作數(shù)兩個(gè)字段。 操作碼操作碼OPOP表示該指令應(yīng)進(jìn)行什么性質(zhì)的操作。不同表示該指令應(yīng)進(jìn)行什么性質(zhì)的操作。不同的指令用操作碼字段的不同編碼來表示，每一種編碼代表的指令用操作碼字段的不同編碼來表示，每一種編碼代表一種指令。若操作碼字段有一種指令。若操作碼字段有n n位，則可表示位，則可表示2 2n n條指令條指令有有2 2n n種不同的基本操作。種不同的基本操作。 操作數(shù)表示指令所要處理的數(shù)據(jù)。常以數(shù)據(jù)所在單元操作數(shù)表示

46、指令所要處理的數(shù)據(jù)。常以數(shù)據(jù)所在單元的地址形式給出。也稱的地址形式給出。也稱 “ “地址碼地址碼A A”。 操作數(shù)的來源通常為一個(gè)立即數(shù)（在指令代碼中直接給操作數(shù)的來源通常為一個(gè)立即數(shù)（在指令代碼中直接給出）、寄存器中內(nèi)容、存儲(chǔ)單元的內(nèi)容或出）、寄存器中內(nèi)容、存儲(chǔ)單元的內(nèi)容或I/OI/O端口的內(nèi)端口的內(nèi)容。容。 操作數(shù)為什么又被稱為地址碼？指令中常用的操作操作數(shù)為什么又被稱為地址碼？指令中常用的操作數(shù)的個(gè)數(shù)是多少？數(shù)的個(gè)數(shù)是多少？答：操作數(shù)常以數(shù)據(jù)所在單元的地址形式給出。所答：操作數(shù)常以數(shù)據(jù)所在單元的地址形式給出。所以又稱為地址碼以又稱為地址碼A A。 指令中常用的操作數(shù)的個(gè)數(shù)為指令中常用的操

47、作數(shù)的個(gè)數(shù)為3 3、2 2、1 1、0 0。對(duì)。對(duì)應(yīng)的指令稱為三地址指令、二地址指令、單地址應(yīng)的指令稱為三地址指令、二地址指令、單地址指令和零地址指令。指令和零地址指令。指令系統(tǒng)中采用不同尋址方式的主要目的是什么？指令系統(tǒng)中采用不同尋址方式的主要目的是什么？答：縮短指令字長(zhǎng)，擴(kuò)大尋址空間，提高編程靈活性答：縮短指令字長(zhǎng)，擴(kuò)大尋址空間，提高編程靈活性 。哪種尋址方式獲取操作數(shù)的速度最快？哪種尋址方式獲取操作數(shù)的速度最快？答：立即尋址。答：立即尋址。單地址指令中為了完成兩個(gè)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算，除地址碼單地址指令中為了完成兩個(gè)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算，除地址碼指明的一個(gè)操作數(shù)以外，另一個(gè)數(shù)常需采用何種尋址方指明的一個(gè)

48、操作數(shù)以外，另一個(gè)數(shù)常需采用何種尋址方式？式？答：隱含尋址。答：隱含尋址。說明說明指令尋址。指令尋址。 答：答：順序?qū)ぶ?、跳躍尋址（相對(duì)尋址）。順序?qū)ぶ?、跳躍尋址（相對(duì)尋址）。指出四種不同的尋址方式；說明每種尋址方式操作數(shù)指出四種不同的尋址方式；說明每種尋址方式操作數(shù)的位置及尋址過程。的位置及尋址過程。答答：(1)(1)立即尋址：操作數(shù)在指令中。取出指令立即得到立即尋址：操作數(shù)在指令中。取出指令立即得到 操作數(shù)。操作數(shù)。 (2)(2)寄存器尋址：操作數(shù)在寄存器中，指令中給出寄存寄存器尋址：操作數(shù)在寄存器中，指令中給出寄存 器地址，用此地址訪問寄存器得到操作數(shù)。器地址，用此地址訪問寄存器得到操作

49、數(shù)。 (3)(3)直接尋址：操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，指令中給出存儲(chǔ)器直接尋址：操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，指令中給出存儲(chǔ)器 地址，用此地址訪問存儲(chǔ)器得到操作數(shù)。地址，用此地址訪問存儲(chǔ)器得到操作數(shù)。 (4) (4)寄存器間接尋址：操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，指令中給出寄存器間接尋址：操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，指令中給出寄存器地址為形式地址，用此地址訪問寄存器得到操作數(shù)寄存器地址為形式地址，用此地址訪問寄存器得到操作數(shù)實(shí)際地址，再用該地址訪問存儲(chǔ)器得到操作數(shù)。實(shí)際地址，再用該地址訪問存儲(chǔ)器得到操作數(shù)。 指令格式如下所示，其中指令格式如下所示，其中OPOP為操作碼，試分析為操作碼，試分析指令格式的特點(diǎn)。指令格式的特點(diǎn)。 15 9 7

50、 4 3 0 15 9 7 4 3 0解：指令格式的特點(diǎn)為解：指令格式的特點(diǎn)為 （1 1） 單字長(zhǎng)（單字長(zhǎng)（1616位）二地址指令；位）二地址指令； （2 2） 操作碼字段操作碼字段OPOP可以指定的可以指定的2 27 7=128=128條指令；條指令； （3 3） 源寄存器和目標(biāo)寄存器都是通用寄存器（可分別指源寄存器和目標(biāo)寄存器都是通用寄存器（可分別指定定1616個(gè)寄存器），是個(gè)寄存器），是RRRR（寄存器（寄存器- -寄存器）型指令，兩個(gè)寄存器）型指令，兩個(gè)操作數(shù)均在寄存器中；操作數(shù)均在寄存器中； （4 4）操作數(shù)尋址方式是寄存器尋址。）操作數(shù)尋址方式是寄存器尋址。指令結(jié)構(gòu)如下：分析該指令

51、格式及尋址方式指令結(jié)構(gòu)如下：分析該指令格式及尋址方式答：雙字長(zhǎng)指令，答：雙字長(zhǎng)指令，OP=6OP=6，最多可定義，最多可定義6464條不同的條不同的指令；指令； 指令類型為指令類型為RSRS型，源操作數(shù)采用寄存器尋址型，源操作數(shù)采用寄存器尋址，目標(biāo)，目標(biāo) 操作數(shù)采用變址尋址（操作數(shù)在內(nèi)存，有效操作數(shù)采用變址尋址（操作數(shù)在內(nèi)存，有效地址為地址為 變址寄存器內(nèi)容加上偏移量）。變址寄存器內(nèi)容加上偏移量）。 1510 7 4 3 0OP源寄存器源寄存器變址寄存器變址寄存器偏移量偏移量(16位位) 機(jī)器字長(zhǎng)機(jī)器字長(zhǎng)3232位，主存容量位，主存容量64KB64KB，采用單字長(zhǎng)單地址指，采用單字長(zhǎng)單地址指

52、令，令，4040條指令，支持直接、立即，變址及相對(duì)四種尋址條指令，支持直接、立即，變址及相對(duì)四種尋址 方式設(shè)計(jì)指令格式方式設(shè)計(jì)指令格式答：40條指令OP需要6位，4種尋址方式需要2位，64KB主 存容量直接地址需要16位。故指令格式可設(shè)計(jì)如下 X=00，直接尋址，有效地址EA=A； X=01，立即尋址，D為立即數(shù)； X=10，變址尋址，EA=(R)+D X=11，相對(duì)尋址，EA=(PC)+D 31 26 25 24 23 21 20 16 15 0OPXRA/D 3232位指令，位指令，7070條，雙、單、無操作數(shù)，設(shè)計(jì)指令格式條，雙、單、無操作數(shù)，設(shè)計(jì)指令格式滿足要求。滿足要求。答：雙操作數(shù)

53、指令格式： 單操作數(shù)指令格式： 無操作數(shù)指令格式：OP尋址尋址RsRdD735512OP尋址尋址RD735 17OP7 基本的指令類型有哪些？基本的指令類型有哪些？答：數(shù)據(jù)傳送類、運(yùn)算答：數(shù)據(jù)傳送類、運(yùn)算( (算數(shù)、邏輯、移位運(yùn)算算數(shù)、邏輯、移位運(yùn)算) )類及控制轉(zhuǎn)移類指令。類及控制轉(zhuǎn)移類指令。執(zhí)行子程序調(diào)用的指令時(shí)，如何保護(hù)斷點(diǎn)信息？執(zhí)行子程序調(diào)用的指令時(shí)，如何保護(hù)斷點(diǎn)信息？答：斷點(diǎn)信息即答：斷點(diǎn)信息即PCPC值，保存到堆棧中。值，保存到堆棧中。比較轉(zhuǎn)移指令和子程序調(diào)用指令在功能上的異同點(diǎn)。比較轉(zhuǎn)移指令和子程序調(diào)用指令在功能上的異同點(diǎn)。答：答：轉(zhuǎn)移指令和子程序調(diào)用指令都屬于控制轉(zhuǎn)移類指令；轉(zhuǎn)

54、移指令和子程序調(diào)用指令都屬于控制轉(zhuǎn)移類指令； 轉(zhuǎn)移指令分為無條件轉(zhuǎn)移和條件轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移指令分為無條件轉(zhuǎn)移和條件轉(zhuǎn)移。 無條件轉(zhuǎn)移是將該指令中無條件轉(zhuǎn)移是將該指令中地址字段內(nèi)容地址字段內(nèi)容的內(nèi)容的內(nèi)容寫入寫入PCPC中，中，改改變指令執(zhí)行順序；變指令執(zhí)行順序； 條件轉(zhuǎn)移指令是當(dāng)條件滿足時(shí)，計(jì)算機(jī)把該指令中條件轉(zhuǎn)移指令是當(dāng)條件滿足時(shí)，計(jì)算機(jī)把該指令中地址字段地址字段內(nèi)容內(nèi)容直接寫入直接寫入PCPC中或者與中或者與PCPC中的內(nèi)容相加后結(jié)果中的內(nèi)容相加后結(jié)果寫入寫入PCPC中；中； 子程序調(diào)用是把當(dāng)前程序的子程序調(diào)用是把當(dāng)前程序的斷點(diǎn)斷點(diǎn)(PC(PC值值) )保存到系統(tǒng)堆棧中，保存到系統(tǒng)堆棧中，然后由

55、子程序名求得子程序的入口地址，最后把子程序的然后由子程序名求得子程序的入口地址，最后把子程序的入入口地址寫入口地址寫入PCPC，從而將程序控制轉(zhuǎn)移至被調(diào)子程序。，從而將程序控制轉(zhuǎn)移至被調(diào)子程序。CPUCPU的主要功能是什么？的主要功能是什么？答：取指令、執(zhí)行指令。答：取指令、執(zhí)行指令。 指令控制、操作控制、時(shí)間控制、數(shù)據(jù)加工指令控制、操作控制、時(shí)間控制、數(shù)據(jù)加工CPUCPU的主要組成部分有哪些？的主要組成部分有哪些？答：運(yùn)算器、控制器、寄存器。答：運(yùn)算器、控制器、寄存器。CPUCPU內(nèi)部的主要寄存器有哪些？?jī)?nèi)部的主要寄存器有哪些？答：地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、通用寄存器、狀答：地址寄存器、數(shù)據(jù)寄

56、存器、通用寄存器、狀態(tài)字寄存器、程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、基址態(tài)字寄存器、程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、基址寄存器、變址寄存器。寄存器、變址寄存器。什么是指令周期？什么是指令周期？答：答： CPUCPU每取出一條指令并執(zhí)行這條指令，都要完成每取出一條指令并執(zhí)行這條指令，都要完成一系列的操作，這一系列操作所需的時(shí)間通常叫做一系列的操作，這一系列操作所需的時(shí)間通常叫做一個(gè)指令周期。一個(gè)指令周期。指令周期、機(jī)器周期與時(shí)鐘周期的關(guān)系？指令周期、機(jī)器周期與時(shí)鐘周期的關(guān)系？答：一個(gè)指令周期含有若干個(gè)機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周答：一個(gè)指令周期含有若干個(gè)機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期含有若干個(gè)時(shí)鐘周期。期含有若干個(gè)時(shí)鐘周期。微程序

57、控制器的工作原理是什么？微程序控制器的工作原理是什么？答：答：把操作控制信號(hào)編制成微指令，存放到控制存把操作控制信號(hào)編制成微指令，存放到控制存儲(chǔ)器里，運(yùn)行時(shí)，從控存中取出微指令，產(chǎn)生指儲(chǔ)器里，運(yùn)行時(shí)，從控存中取出微指令，產(chǎn)生指令運(yùn)行所需的操作控制信號(hào)。微程序設(shè)計(jì)技術(shù)是令運(yùn)行所需的操作控制信號(hào)。微程序設(shè)計(jì)技術(shù)是用軟件方法來設(shè)計(jì)硬件的技術(shù)。用軟件方法來設(shè)計(jì)硬件的技術(shù)?？刂破鞔鎯?chǔ)器的作用是什么？控制器存儲(chǔ)器的作用是什么？答：答：存儲(chǔ)微指令。存儲(chǔ)微指令。什么是微指令？什么是微指令？答：把在同一答：把在同一CPUCPU周期內(nèi)并行執(zhí)行的微操作控制信息，存周期內(nèi)并行執(zhí)行的微操作控制信息，存儲(chǔ)在控制存儲(chǔ)器里，

58、稱為一條微指令存儲(chǔ)微指令。儲(chǔ)在控制存儲(chǔ)器里，稱為一條微指令存儲(chǔ)微指令。 一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序，微程序由若干條微一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序，微程序由若干條微指令序列組成。指令序列組成。 從指令與微指令，程序與微程序，地從指令與微指令，程序與微程序，地址與微地址的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系來看，前者與內(nèi)存儲(chǔ)器有址與微地址的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系來看，前者與內(nèi)存儲(chǔ)器有關(guān)，后者與控制存儲(chǔ)器有關(guān)。關(guān)，后者與控制存儲(chǔ)器有關(guān)。什么是指令流水？什么是指令流水？答：答：讓多個(gè)指令的處理過程在時(shí)間上相互錯(cuò)開，輪流使用讓多個(gè)指令的處理過程在時(shí)間上相互錯(cuò)開，輪流使用同一套硬件設(shè)備的各個(gè)部件，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速同一套硬件設(shè)備的各個(gè)部件，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度，實(shí)現(xiàn)方式就是采用流水處理部件。度，實(shí)現(xiàn)方式就是采用流水處理部件。指令流水中的主要問題