重點(diǎn)和難點(diǎn)計(jì)算機(jī)組成原理

1、2006年12月26日重點(diǎn)和難點(diǎn)第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論*重 點(diǎn) 本章重點(diǎn)突出計(jì)算機(jī)組成的概貌和框本章重點(diǎn)突出計(jì)算機(jī)組成的概貌和框架，由此簡潔明了地了解計(jì)算機(jī)內(nèi)部的架，由此簡潔明了地了解計(jì)算機(jī)內(nèi)部的工作過程實(shí)際上是指令流和數(shù)據(jù)流在此工作過程實(shí)際上是指令流和數(shù)據(jù)流在此框架內(nèi)由框架內(nèi)由I/OI/O存儲器存儲器CPUCPU存儲器存儲器I/O I/O 的過程，是通過逐條取指令、分的過程，是通過逐條取指令、分析指令和執(zhí)行指令來運(yùn)行程序的。同時(shí)析指令和執(zhí)行指令來運(yùn)行程序的。同時(shí)要了解到當(dāng)今計(jì)算機(jī)盡管發(fā)展到千變?nèi)f要了解到當(dāng)今計(jì)算機(jī)盡管發(fā)展到千變?nèi)f化的程度，但其最根本的組成原理還是化的程度，但其最根本的組成原理還

2、是基于馮諾依曼的結(jié)構(gòu)?；隈T諾依曼的結(jié)構(gòu)。 1.1.馮馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)。諾依曼體系結(jié)構(gòu)。 存儲程序和程序控制是馮存儲程序和程序控制是馮諾依曼諾依曼型型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想。計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想。存儲程序的概念是將解題程序（連同必存儲程序的概念是將解題程序（連同必須的原始數(shù)據(jù)）預(yù)先存入存儲器；程序須的原始數(shù)據(jù)）預(yù)先存入存儲器；程序控制是指控制器依據(jù)存儲的程序控制全控制是指控制器依據(jù)存儲的程序控制全機(jī)自動(dòng)、協(xié)調(diào)地完成解題任務(wù)。馮機(jī)自動(dòng)、協(xié)調(diào)地完成解題任務(wù)。馮諾諾依曼體系結(jié)構(gòu)開創(chuàng)了程序設(shè)計(jì)的時(shí)代，依曼體系結(jié)構(gòu)開創(chuàng)了程序設(shè)計(jì)的時(shí)代，到目前為止，絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)仍沿用這到目前為止，絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)仍沿用這一體制。一

3、體制。 2.2.計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能 (1)(1)功能功能從本質(zhì)上來說，計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能運(yùn)作都很簡單。從本質(zhì)上來說，計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能運(yùn)作都很簡單?；竟δ埽簲?shù)據(jù)處理基本功能：數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲 數(shù)據(jù)傳送、控制數(shù)據(jù)傳送、控制(2) (2) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)是以某種方式與其外部環(huán)境交互的實(shí)體。概括地說，計(jì)算機(jī)是以某種方式與其外部環(huán)境交互的實(shí)體。概括地說，與外部環(huán)境的所有連接可以劃分為外圍設(shè)備和通信線路。主與外部環(huán)境的所有連接可以劃分為外圍設(shè)備和通信線路。主要有要有4 4種結(jié)構(gòu)組件：種結(jié)構(gòu)組件：中央處理單元（中央處理單元（CPUCPU）：控制計(jì)算機(jī)的操作并完成數(shù)據(jù)處）：控制

4、計(jì)算機(jī)的操作并完成數(shù)據(jù)處理理主存儲器：存儲數(shù)據(jù)主存儲器：存儲數(shù)據(jù)I/OI/O：在計(jì)算機(jī)及其外部環(huán)境之間傳輸數(shù)據(jù)：在計(jì)算機(jī)及其外部環(huán)境之間傳輸數(shù)據(jù)系統(tǒng)互連：為系統(tǒng)互連：為CPUCPU、主存和、主存和I/OI/O之間提供某些通信機(jī)制之間提供某些通信機(jī)制 * *難難 點(diǎn)點(diǎn) 本章概念、名詞較多，這些只是為本章概念、名詞較多，這些只是為進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，因此嚴(yán)格進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，因此嚴(yán)格講本章沒什么難點(diǎn)，只要建立計(jì)算機(jī)講本章沒什么難點(diǎn)，只要建立計(jì)算機(jī)組成的框架即可。對指令和數(shù)據(jù)都以組成的框架即可。對指令和數(shù)據(jù)都以0 0 或或1 1 代碼存于存儲器中，計(jì)算機(jī)如代碼存于存儲器中，計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它

5、們這一問題，應(yīng)特別注意重何區(qū)分它們這一問題，應(yīng)特別注意重點(diǎn)理解。點(diǎn)理解。 第二章計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用第二章計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用* *重重 點(diǎn)點(diǎn) 了解從了解從1946 1946 年年ENIAC ENIAC 誕生到二十世紀(jì)五、六十年誕生到二十世紀(jì)五、六十年代，由于構(gòu)成計(jì)算機(jī)的元器件發(fā)展變化（由電子管代，由于構(gòu)成計(jì)算機(jī)的元器件發(fā)展變化（由電子管晶體管晶體管集成電路），使計(jì)算機(jī)的性能有了很大提高，集成電路），使計(jì)算機(jī)的性能有了很大提高，每隔每隔6 6 至至7 7 年，計(jì)算機(jī)便更新?lián)Q代一次，運(yùn)算速度約年，計(jì)算機(jī)便更新?lián)Q代一次，運(yùn)算速度約提高一個(gè)數(shù)量級。而到了二十世紀(jì)七十年代，自從提高一個(gè)數(shù)量級。而到了二十世

6、紀(jì)七十年代，自從Intel Intel 公司生產(chǎn)了第一個(gè)微處理器芯片后，隨著集成公司生產(chǎn)了第一個(gè)微處理器芯片后，隨著集成度成倍的提高，以每隔度成倍的提高，以每隔18 18 個(gè)月芯片上的晶體管數(shù)就個(gè)月芯片上的晶體管數(shù)就翻一番的速度使計(jì)算機(jī)得到極為廣泛的應(yīng)用，以至整翻一番的速度使計(jì)算機(jī)得到極為廣泛的應(yīng)用，以至整個(gè)社會(huì)從制造時(shí)代進(jìn)入到信息時(shí)代，出現(xiàn)了知識大爆個(gè)社會(huì)從制造時(shí)代進(jìn)入到信息時(shí)代，出現(xiàn)了知識大爆炸，從而要激發(fā)學(xué)習(xí)本課程的積極性和主動(dòng)性。炸，從而要激發(fā)學(xué)習(xí)本課程的積極性和主動(dòng)性。 第三章系統(tǒng)總線第三章系統(tǒng)總線* *重重 點(diǎn)點(diǎn) 要求了解隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域的不要求了解隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，應(yīng)用

7、領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，斷擴(kuò)大，I/O I/O 設(shè)備的種類和數(shù)量也越來越多。設(shè)備的種類和數(shù)量也越來越多。為了更好地解決為了更好地解決I/O I/O 設(shè)備與主機(jī)之間連接的靈設(shè)備與主機(jī)之間連接的靈活性，計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)從分散連接發(fā)展成總線連活性，計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)從分散連接發(fā)展成總線連接。由于各個(gè)子系統(tǒng)都通過總線交換信息，這接。由于各個(gè)子系統(tǒng)都通過總線交換信息，這就產(chǎn)生了總線的瓶頸問題，影響了計(jì)算機(jī)的速就產(chǎn)生了總線的瓶頸問題，影響了計(jì)算機(jī)的速度。為了克服總線瓶頸又產(chǎn)生了多總線結(jié)構(gòu)，度。為了克服總線瓶頸又產(chǎn)生了多總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步為了設(shè)計(jì)簡化，便于維護(hù)，有利于批量進(jìn)一步為了設(shè)計(jì)簡化，便于維護(hù)，有利于批量生產(chǎn)，又提出了各

8、種總線標(biāo)準(zhǔn)。特別是為了解生產(chǎn)，又提出了各種總線標(biāo)準(zhǔn)。特別是為了解決眾多部件爭用總線，必須對總線進(jìn)行判優(yōu)控決眾多部件爭用總線，必須對總線進(jìn)行判優(yōu)控制和通信控制。制和通信控制。 1.1.總線仲裁?？偩€仲裁。 當(dāng)多個(gè)主設(shè)備同時(shí)爭用總線控制權(quán)當(dāng)多個(gè)主設(shè)備同時(shí)爭用總線控制權(quán) 時(shí)，由總線仲裁時(shí)，由總線仲裁 部件以優(yōu)先權(quán)或公部件以優(yōu)先權(quán)或公平策略進(jìn)行仲裁，授權(quán)于其中的一個(gè)平策略進(jìn)行仲裁，授權(quán)于其中的一個(gè)主設(shè)備總線的控制權(quán)。主設(shè)備總線的控制權(quán)。仲裁方式仲裁方式:(1):(1)集中式仲裁方式：集中式仲裁方式： 鏈?zhǔn)讲樵兎绞?；鏈?zhǔn)讲樵兎绞剑?計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式；計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式； 獨(dú)立請求方式；獨(dú)立請求方式；(

9、2)(2)分布式仲裁方式。分布式仲裁方式。 2.2.總線的一次信息傳送過程分為五個(gè)階總線的一次信息傳送過程分為五個(gè)階段段: :請求總線、總線仲裁、尋址目的地請求總線、總線仲裁、尋址目的地址、信息傳送、狀態(tài)返回。為同步主方、址、信息傳送、狀態(tài)返回。為同步主方、從方的操作從方的操作, ,必須制定定時(shí)協(xié)議。定時(shí)方必須制定定時(shí)協(xié)議。定時(shí)方式：式：(1)(1)同步定時(shí)：事件出現(xiàn)在總線上的時(shí)刻同步定時(shí)：事件出現(xiàn)在總線上的時(shí)刻由總線時(shí)鐘信號來確定；由總線時(shí)鐘信號來確定； (2)(2)異步定時(shí)：采用應(yīng)答方式進(jìn)行總線傳異步定時(shí)：采用應(yīng)答方式進(jìn)行總線傳輸控制。輸控制。 * *難難 點(diǎn)點(diǎn) 為了解決總線上各模塊為了解

10、決總線上各模塊爭奪總線的使用權(quán)，解決通爭奪總線的使用權(quán)，解決通信雙方如何獲知傳輸開始和信雙方如何獲知傳輸開始和結(jié)束，以及通信雙方如何協(xié)結(jié)束，以及通信雙方如何協(xié)調(diào)配合，總線的通信控制是調(diào)配合，總線的通信控制是至關(guān)重要的。至關(guān)重要的。第四章存儲器第四章存儲器* *重重 點(diǎn)點(diǎn) 存儲器如同人的大腦具有記憶功能一樣，是計(jì)算機(jī)存儲器如同人的大腦具有記憶功能一樣，是計(jì)算機(jī)組成的一個(gè)重要部件，它直接影響到計(jì)算機(jī)存儲信息組成的一個(gè)重要部件，它直接影響到計(jì)算機(jī)存儲信息的容量和計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。的容量和計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。 圍繞著計(jì)算機(jī)速度的圍繞著計(jì)算機(jī)速度的提高，容量的擴(kuò)大，促使存儲器從基本組成元件到整提高，容量的

11、擴(kuò)大，促使存儲器從基本組成元件到整體結(jié)構(gòu)都在不斷的發(fā)展和完善。當(dāng)今計(jì)算機(jī)大多以半體結(jié)構(gòu)都在不斷的發(fā)展和完善。當(dāng)今計(jì)算機(jī)大多以半導(dǎo)體存儲器作為主存儲器，以硬盤或光盤作為輔助存導(dǎo)體存儲器作為主存儲器，以硬盤或光盤作為輔助存儲器。為了更好解決存儲器的速度、容量和價(jià)格儲器。為了更好解決存儲器的速度、容量和價(jià)格/ /位位之間的矛盾，采用之間的矛盾，采用Cache-Cache-主存和主存主存和主存- -輔存的存儲器輔存的存儲器結(jié)構(gòu)，使存儲器的總體性能得到很大的提高。必須掌結(jié)構(gòu)，使存儲器的總體性能得到很大的提高。必須掌握各類存儲器的工作原理，以及各類存儲器在存儲器握各類存儲器的工作原理，以及各類存儲器在存儲

12、器的存儲層次結(jié)構(gòu)中各自起的作用。的存儲層次結(jié)構(gòu)中各自起的作用。1.1.隨機(jī)讀寫存儲器的工作原理。隨機(jī)讀寫存儲器的工作原理。(1) SRAM(1) SRAM存儲器存儲器(2) DRAM(2) DRAM存儲器存儲器2.2.只讀存儲器的工作原理，只讀存儲器的工作原理，(1) ROM(1) ROM存儲器存儲器(2) EPROM(2) EPROM存儲器存儲器(3) (3) 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.3.存儲器的組織存儲器的組織( (位擴(kuò)展、字?jǐn)U位擴(kuò)展、字?jǐn)U展、字位同時(shí)擴(kuò)展）展、字位同時(shí)擴(kuò)展）4.Cache4.Cache引入的理論依據(jù)。引入的理論依據(jù)。程序訪問的局部性。程序訪問的局部性。 地址映射地址映

13、射(1)(1)全相聯(lián)映射方式：靈活但全相聯(lián)映射方式：靈活但映射函數(shù)復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)映射函數(shù)復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)(2)(2)直接映射方式：映照簡直接映射方式：映照簡單，不需計(jì)算，快速但效率不單，不需計(jì)算，快速但效率不高，易高，易“顛簸顛簸”(3)(3)組相聯(lián)映射方式組相聯(lián)映射方式: :組內(nèi)全相聯(lián)組內(nèi)全相聯(lián)映射、組間直接映射映射、組間直接映射 * *難難 點(diǎn)點(diǎn) 要求運(yùn)用以前學(xué)過的電路知識和本章所要求運(yùn)用以前學(xué)過的電路知識和本章所學(xué)的半導(dǎo)體存儲芯片，設(shè)計(jì)存儲器和學(xué)的半導(dǎo)體存儲芯片，設(shè)計(jì)存儲器和CPU CPU 的連接電路。注意要合理選用芯片，以及的連接電路。注意要合理選用芯片，以及CPU CPU 和存儲器芯片

14、之間的地址線、數(shù)據(jù)線和存儲器芯片之間的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的連接，特別是存儲芯片片選邏和控制線的連接，特別是存儲芯片片選邏輯的確定。輯的確定。 本章另一個(gè)難點(diǎn)是掌握不同的本章另一個(gè)難點(diǎn)是掌握不同的Cache-Cache-主存地址映象直接影響主存地址字段的分主存地址映象直接影響主存地址字段的分配及替換策略和命中率。配及替換策略和命中率。 第五章輸入輸出系統(tǒng)第五章輸入輸出系統(tǒng)* *重重 點(diǎn)點(diǎn) 輸入輸出系統(tǒng)是人機(jī)對話和人機(jī)交互的輸入輸出系統(tǒng)是人機(jī)對話和人機(jī)交互的紐帶和橋梁。由于輸入輸出設(shè)備工作速度紐帶和橋梁。由于輸入輸出設(shè)備工作速度與計(jì)算機(jī)主機(jī)的工作速度極不匹配與計(jì)算機(jī)主機(jī)的工作速度極不匹配. .

15、為此，為此，既要考慮到輸入輸出設(shè)備工作的準(zhǔn)確可靠，既要考慮到輸入輸出設(shè)備工作的準(zhǔn)確可靠，又要充分挖掘主機(jī)的工作效率，因此要求又要充分挖掘主機(jī)的工作效率，因此要求掌握主機(jī)與掌握主機(jī)與I/O I/O 交換的三種控制方式，即交換的三種控制方式，即程序查詢、程序中斷和程序查詢、程序中斷和DMADMA，以及它們各，以及它們各自所需的硬件及軟件支持。自所需的硬件及軟件支持。 1.1.程序中斷方式。程序中斷方式。中斷：計(jì)算機(jī)在執(zhí)行正常程序的過程中，中斷：計(jì)算機(jī)在執(zhí)行正常程序的過程中，出現(xiàn)某些異常事件或某種請求時(shí)，處理機(jī)出現(xiàn)某些異常事件或某種請求時(shí)，處理機(jī)暫停執(zhí)行當(dāng)前程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行更緊急的程暫停執(zhí)行當(dāng)前程序，

16、轉(zhuǎn)而執(zhí)行更緊急的程序，并在執(zhí)行結(jié)束后序，并在執(zhí)行結(jié)束后, ,自動(dòng)恢復(fù)執(zhí)行原先自動(dòng)恢復(fù)執(zhí)行原先程序的過程。程序的過程。 特點(diǎn)特點(diǎn): : 硬件結(jié)構(gòu)較查詢方式復(fù)雜些硬件結(jié)構(gòu)較查詢方式復(fù)雜些, ,服服務(wù)務(wù)開銷時(shí)間較大；開銷時(shí)間較大； 主程序與設(shè)備并行運(yùn)行主程序與設(shè)備并行運(yùn)行,CPU,CPU效率較高；效率較高； 具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的能力。具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的能力。 2.2.中斷處理過程。中斷處理過程。中斷處理過程為：中斷請求中斷處理過程為：中斷請求中斷源識別判優(yōu)中斷源識別判優(yōu)中斷中斷響應(yīng)響應(yīng)中斷處理中斷處理中斷返回中斷返回 中斷源：中斷源： 引起中斷事件的來源。引起中斷事件的來源。 判優(yōu)：判優(yōu)： 找出優(yōu)先級最高的中

17、斷源給予響應(yīng)。找出優(yōu)先級最高的中斷源給予響應(yīng)。 中斷源識別：采用的方法有：中斷源識別：采用的方法有： 軟件查詢法；軟件查詢法； 硬件排隊(duì)法；硬件排隊(duì)法； 矢量中斷。矢量中斷。 CPU CPU響應(yīng)中斷的條件：響應(yīng)中斷的條件： 至少有一個(gè)中斷源請求至少有一個(gè)中斷源請求中斷；中斷； CPUCPU允許中斷；允許中斷； 當(dāng)前指令執(zhí)行完。當(dāng)前指令執(zhí)行完。 中斷響應(yīng)的工作中斷響應(yīng)的工作-由硬件自動(dòng)完成：由硬件自動(dòng)完成： 關(guān)中斷；關(guān)中斷； 保留斷點(diǎn)信息；保留斷點(diǎn)信息； 轉(zhuǎn)到中斷處理程序入口。轉(zhuǎn)到中斷處理程序入口。 中斷處理中斷處理-由軟件（中斷處理程序）完成。由軟件（中斷處理程序）完成。 3. DMA3. D

18、MA傳送方式。解決與傳送方式。解決與CPUCPU共享共享主存的矛盾。主存的矛盾。 (1)(1)停止停止CPUCPU訪問內(nèi)存。訪問內(nèi)存。 CPUCPU效率效率低；低；(2)(2)周期挪用。周期挪用。 適用于外設(shè)讀取適用于外設(shè)讀取周期大于內(nèi)存存取周期；周期大于內(nèi)存存取周期；(3)DMA(3)DMA與與CPUCPU交替訪問。交替訪問。 適用于適用于CPUCPU工作周期比內(nèi)存存取周期長得多工作周期比內(nèi)存存取周期長得多的情況。的情況。* *難難 點(diǎn)點(diǎn) 要對處理中斷的各類軟、硬要對處理中斷的各類軟、硬件技術(shù)運(yùn)用自如；要認(rèn)清周期件技術(shù)運(yùn)用自如；要認(rèn)清周期竊取的含義；竊取的含義；要分清要分清CPU CPU 響

19、應(yīng)中斷和允許周響應(yīng)中斷和允許周期挪用的時(shí)間。期挪用的時(shí)間。 第六章計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法第六章計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法* *重重 點(diǎn)點(diǎn) 要認(rèn)識到計(jì)算機(jī)內(nèi)部的各種運(yùn)算與人們習(xí)慣要認(rèn)識到計(jì)算機(jī)內(nèi)部的各種運(yùn)算與人們習(xí)慣的運(yùn)算是不同的，不僅運(yùn)算方法有差異，就是的運(yùn)算是不同的，不僅運(yùn)算方法有差異，就是數(shù)的表示也不同。要求掌握計(jì)算機(jī)中有符號數(shù)、數(shù)的表示也不同。要求掌握計(jì)算機(jī)中有符號數(shù)、無符號數(shù)、定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的各種表示，以及無符號數(shù)、定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的各種表示，以及移位、定點(diǎn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算、定點(diǎn)原碼一位乘和移位、定點(diǎn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算、定點(diǎn)原碼一位乘和兩位乘及補(bǔ)碼兩位乘及補(bǔ)碼Booth Booth 算法、定點(diǎn)原碼和補(bǔ)碼加算法、定

20、點(diǎn)原碼和補(bǔ)碼加減交替除法，以及浮點(diǎn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算。了解不減交替除法，以及浮點(diǎn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算。了解不同的運(yùn)算方法對運(yùn)算器結(jié)構(gòu)的影響，以及提高同的運(yùn)算方法對運(yùn)算器結(jié)構(gòu)的影響，以及提高運(yùn)算速度采取的各種措施，包括快速進(jìn)位鏈的運(yùn)算速度采取的各種措施，包括快速進(jìn)位鏈的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)方法。 1 1定點(diǎn)加法、減法運(yùn)算。定點(diǎn)加法、減法運(yùn)算。采用二進(jìn)制補(bǔ)碼加法采用二進(jìn)制補(bǔ)碼加法加法：加法： X+YX+Y補(bǔ)補(bǔ)=X=X補(bǔ)補(bǔ)+Y+Y補(bǔ)補(bǔ) （mod 2mod 2）減法：減法： X-YX-Y補(bǔ)補(bǔ)=X=X補(bǔ)補(bǔ)+-Y+-Y補(bǔ)補(bǔ) （mod 2mod 2） 2 2定點(diǎn)乘法。同原碼乘法一樣定點(diǎn)乘法。同原碼乘法一樣: :符號位符號位:

21、: 單獨(dú)單獨(dú)處理處理( (異或產(chǎn)生異或產(chǎn)生) ) 數(shù)值位：求兩數(shù)絕對值之商數(shù)值位：求兩數(shù)絕對值之商3.3.定點(diǎn)二進(jìn)制除法公式：定點(diǎn)二進(jìn)制除法公式： 兩種運(yùn)算方法：兩種運(yùn)算方法： 恢復(fù)余數(shù)法：運(yùn)算步驟恢復(fù)余數(shù)法：運(yùn)算步驟不確定，控制復(fù)雜，不適合計(jì)算機(jī)運(yùn)算。不確定，控制復(fù)雜，不適合計(jì)算機(jī)運(yùn)算。 加減交替法加減交替法: :不恢復(fù)余數(shù)不恢復(fù)余數(shù), ,運(yùn)算步驟確定運(yùn)算步驟確定, ,適適合計(jì)算機(jī)操作。合計(jì)算機(jī)操作。法則：余數(shù)為正：商法則：余數(shù)為正：商1 1，下一步作減法；，下一步作減法；余數(shù)為負(fù)：商余數(shù)為負(fù)：商0 0，下一步作加法。，下一步作加法。 4.4.多功能算術(shù)多功能算術(shù)/ /邏輯運(yùn)算單元邏輯運(yùn)算單

22、元(ALU)(ALU)。ALUALU是運(yùn)算器的核心部件。是運(yùn)算器的核心部件。 舉例舉例:74181ALU,:74181ALU,可進(jìn)行四位并行算術(shù)可進(jìn)行四位并行算術(shù)/ /邏輯運(yùn)算。邏輯運(yùn)算。特點(diǎn)特點(diǎn): : 多功能：多功能： 控制端控制端M M用來控用來控制作算術(shù)運(yùn)算還是邏輯運(yùn)算制作算術(shù)運(yùn)算還是邏輯運(yùn)算M M0 0時(shí)，為算術(shù)運(yùn)算；時(shí)，為算術(shù)運(yùn)算；M M1 1時(shí)，為邏輯運(yùn)算。時(shí)，為邏輯運(yùn)算。 正邏輯工作或負(fù)邏輯工作正邏輯工作或負(fù)邏輯工作 正邏輯：正邏輯： 邏輯邏輯11用高電平表示；用高電平表示； 5.5.定點(diǎn)運(yùn)算器基本結(jié)構(gòu)。運(yùn)算器包括定點(diǎn)運(yùn)算器基本結(jié)構(gòu)。運(yùn)算器包括ALUALU、陣列、陣列乘除器件、寄

23、存器、多路開關(guān)、三態(tài)緩沖器、乘除器件、寄存器、多路開關(guān)、三態(tài)緩沖器、數(shù)據(jù)總線等邏輯部件。運(yùn)算器的設(shè)計(jì)，主要是數(shù)據(jù)總線等邏輯部件。運(yùn)算器的設(shè)計(jì)，主要是圍繞著圍繞著ALUALU和寄存器同數(shù)據(jù)總線之間如何傳送操和寄存器同數(shù)據(jù)總線之間如何傳送操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果而進(jìn)行的。作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果而進(jìn)行的。運(yùn)算器的三種結(jié)構(gòu)形式：運(yùn)算器的三種結(jié)構(gòu)形式： 單總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器：這種結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)單總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器：這種結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是操作速度較慢，但控制電路比較簡單。是操作速度較慢，但控制電路比較簡單。 雙總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器：兩操作數(shù)可分別通過雙總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器：兩操作數(shù)可分別通過兩條總線送入兩條總線送入ALUALU，操作時(shí)

24、間較單總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)，操作時(shí)間較單總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器快。算器快。 三總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器：三總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器三總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器：三總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器的特點(diǎn)是操作時(shí)間快的特點(diǎn)是操作時(shí)間快 * *難難 點(diǎn)點(diǎn) 溢出判斷是各種運(yùn)算方法的一個(gè)難點(diǎn)，而定點(diǎn)運(yùn)算和浮點(diǎn)溢出判斷是各種運(yùn)算方法的一個(gè)難點(diǎn)，而定點(diǎn)運(yùn)算和浮點(diǎn)運(yùn)算判斷溢出的方法是不同的。對于浮點(diǎn)運(yùn)算，應(yīng)特別注意運(yùn)算判斷溢出的方法是不同的。對于浮點(diǎn)運(yùn)算，應(yīng)特別注意區(qū)分浮點(diǎn)數(shù)和用補(bǔ)碼表示的浮點(diǎn)規(guī)格化形式這兩個(gè)概念，前區(qū)分浮點(diǎn)數(shù)和用補(bǔ)碼表示的浮點(diǎn)規(guī)格化形式這兩個(gè)概念，前者指的是真值，后者指的是機(jī)器數(shù)，由于補(bǔ)碼規(guī)格化數(shù)的特者指的是真值，后者指的是機(jī)器數(shù)，由于補(bǔ)碼規(guī)格化

25、數(shù)的特殊約定，兩者表示的數(shù)的范圍是不同的。殊約定，兩者表示的數(shù)的范圍是不同的。 本章的另一個(gè)難點(diǎn)是掌握原碼和補(bǔ)碼運(yùn)算的最根本的區(qū)別本章的另一個(gè)難點(diǎn)是掌握原碼和補(bǔ)碼運(yùn)算的最根本的區(qū)別在于對符號位的處理。原碼乘除法結(jié)果的符號均和數(shù)值部分在于對符號位的處理。原碼乘除法結(jié)果的符號均和數(shù)值部分的運(yùn)算分開進(jìn)行，而補(bǔ)碼乘除法結(jié)果的符號是在數(shù)值部分的的運(yùn)算分開進(jìn)行，而補(bǔ)碼乘除法結(jié)果的符號是在數(shù)值部分的運(yùn)算過程中自動(dòng)形成的。值得注意的是機(jī)器內(nèi)只設(shè)加法器，運(yùn)算過程中自動(dòng)形成的。值得注意的是機(jī)器內(nèi)只設(shè)加法器，故全部減法運(yùn)算實(shí)質(zhì)是通過加法操作實(shí)現(xiàn)的，這就有一個(gè)對故全部減法運(yùn)算實(shí)質(zhì)是通過加法操作實(shí)現(xiàn)的，這就有一個(gè)對減數(shù)

26、求減數(shù)求“補(bǔ)補(bǔ)”的問題。原碼除法中減去除數(shù)的絕對值，一律的問題。原碼除法中減去除數(shù)的絕對值，一律用加上除數(shù)絕對值的補(bǔ)碼實(shí)現(xiàn)。應(yīng)特別注意用加上除數(shù)絕對值的補(bǔ)碼實(shí)現(xiàn)。應(yīng)特別注意-x-x補(bǔ)和補(bǔ)和-x-x* * 補(bǔ)補(bǔ)的區(qū)別，其中的區(qū)別，其中x x* *是真值是真值x x的絕對值。的絕對值。 本章的第三個(gè)難點(diǎn)是，若浮點(diǎn)數(shù)的階碼采用移碼運(yùn)算時(shí)，本章的第三個(gè)難點(diǎn)是，若浮點(diǎn)數(shù)的階碼采用移碼運(yùn)算時(shí)，其運(yùn)算規(guī)則和溢出判斷規(guī)則與補(bǔ)碼運(yùn)算是不同的。其運(yùn)算規(guī)則和溢出判斷規(guī)則與補(bǔ)碼運(yùn)算是不同的。 第七章指令系統(tǒng)第七章指令系統(tǒng)* *重重 點(diǎn)點(diǎn) 要求了解機(jī)器的指令系統(tǒng)決定了一臺計(jì)算機(jī)要求了解機(jī)器的指令系統(tǒng)決定了一臺計(jì)算機(jī)的功

27、能，而一旦計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)確定以后，的功能，而一旦計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)確定以后，計(jì)算機(jī)的硬件必須給予支持。指令系統(tǒng)主要體計(jì)算機(jī)的硬件必須給予支持。指令系統(tǒng)主要體現(xiàn)在它的操作類型、數(shù)據(jù)類型、地址格式和尋現(xiàn)在它的操作類型、數(shù)據(jù)類型、地址格式和尋址方法等方面。要求址方法等方面。要求: :掌握不同的尋址方式對操作數(shù)尋址范圍以及對掌握不同的尋址方式對操作數(shù)尋址范圍以及對編程的影響編程的影響掌握不同的尋址方式所要求的硬件和信息的加掌握不同的尋址方式所要求的硬件和信息的加工過程。工過程。了解了解RISC RISC 的主要特點(diǎn)及其與的主要特點(diǎn)及其與CISC CISC 的區(qū)別。的區(qū)別。 1 1指令系統(tǒng)。指一臺計(jì)算機(jī)

28、中所有機(jī)器指指令系統(tǒng)。指一臺計(jì)算機(jī)中所有機(jī)器指令的集合，是表征計(jì)算機(jī)性能的重要因素。令的集合，是表征計(jì)算機(jī)性能的重要因素。2 2指令系統(tǒng)的性能要求。指令系統(tǒng)的性能要求。 完備性、有效性、規(guī)整形、兼容性完備性、有效性、規(guī)整形、兼容性3 3指令尋址方式指令尋址方式順序?qū)ぶ贩绞巾樞驅(qū)ぶ贩绞? :指令逐條順序執(zhí)行指令逐條順序執(zhí)行,PC+1-PC,PC+1-PC跳躍尋址方式跳躍尋址方式: :程序轉(zhuǎn)移程序轉(zhuǎn)移4 4引入操作數(shù)尋址方式目的引入操作數(shù)尋址方式目的(1)(1)縮短指令長度；縮短指令長度；(2)(2)擴(kuò)大尋址范圍擴(kuò)大尋址范圍(3)(3)提高編程靈活性提高編程靈活性 5.5.操作數(shù)的尋址操作數(shù)的尋址

29、(1) (1) 立即尋址立即尋址(2) (2) 直接尋址直接尋址(3) (3) 間接尋址間接尋址(4)(4) 寄存器尋址寄存器尋址(5)(5) 寄存的間接尋址寄存的間接尋址(6) (6) 偏移尋址偏移尋址(1)(1)相對尋址相對尋址(2)(2)基址基址尋址尋址(3)(3)變址尋址變址尋址(7) (7) 堆棧尋址堆棧尋址* *難難 點(diǎn)點(diǎn) 要求掌握設(shè)計(jì)指令格式的方法要求掌握設(shè)計(jì)指令格式的方法, ,學(xué)會(huì)根據(jù)指令系統(tǒng)的要求，確定學(xué)會(huì)根據(jù)指令系統(tǒng)的要求，確定指令字中各字段的位數(shù)及其含義。指令字中各字段的位數(shù)及其含義。特別是在實(shí)際機(jī)器中，指令字長特別是在實(shí)際機(jī)器中，指令字長不一定等于存儲字長，因此應(yīng)格不一

30、定等于存儲字長，因此應(yīng)格外注意各種尋址方法和地址格式外注意各種尋址方法和地址格式的運(yùn)用。的運(yùn)用。第八章第八章CPU CPU 的結(jié)構(gòu)和功能的結(jié)構(gòu)和功能* *重重 點(diǎn)點(diǎn) 要認(rèn)識到機(jī)器的核心是要認(rèn)識到機(jī)器的核心是CPUCPU，通過對，通過對CPU CPU 的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的了解，掌握機(jī)器的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的了解，掌握機(jī)器完成一條指令的全過程是在完成一條指令的全過程是在CPU CPU 的統(tǒng)一指的統(tǒng)一指揮下進(jìn)行的，而且揮下進(jìn)行的，而且CPU CPU 在不同的工作周期在不同的工作周期內(nèi)訪存的性質(zhì)是不同的。此外還應(yīng)掌握中內(nèi)訪存的性質(zhì)是不同的。此外還應(yīng)掌握中斷技術(shù)在提高整機(jī)效能方面所起的作用，斷技術(shù)在提高整機(jī)效

31、能方面所起的作用，以及為了進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的處理能力，開以及為了進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的處理能力，開發(fā)系統(tǒng)的并行性，在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中大量采發(fā)系統(tǒng)的并行性，在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中大量采用流水技術(shù)。用流水技術(shù)。 1.CPU1.CPU功能和組成；功能和組成；2. CPU2. CPU的組織的組織( (運(yùn)算部件、寄存器設(shè)置、運(yùn)算部件、寄存器設(shè)置、存儲器接口存儲器接口) )時(shí)序部件時(shí)序部件) )；3.3.指令周期指令周期; ;指取出并執(zhí)行一條指令的時(shí)指取出并執(zhí)行一條指令的時(shí)間。由若干個(gè)間。由若干個(gè)CPUCPU周期組成。周期組成。CPUCPU周期：周期： 通常用內(nèi)存中讀取一個(gè)指令字通常用內(nèi)存中讀取一個(gè)指令字的最短時(shí)間來規(guī)定的最

32、短時(shí)間來規(guī)定CPUCPU周期。一個(gè)周期。一個(gè)CPUCPU周期周期包含若干個(gè)時(shí)鐘周期。包含若干個(gè)時(shí)鐘周期。時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期: :是是CPUCPU處理操作的最基本單位。處理操作的最基本單位。 4.4.典型指令周期流程典型指令周期流程(1)(1)非訪內(nèi)指令指令周期流程非訪內(nèi)指令指令周期流程(2)(2)直接訪內(nèi)指令指令周期流程直接訪內(nèi)指令指令周期流程(3)(3)間接訪內(nèi)指令指令周期流程間接訪內(nèi)指令指令周期流程(4)(4)程序控制指令周期程序控制指令周期5.5.時(shí)序系統(tǒng)時(shí)序系統(tǒng) 。時(shí)序系統(tǒng)最基本體。時(shí)序系統(tǒng)最基本體制：電位脈沖制，即脈沖到達(dá)之前，制：電位脈沖制，即脈沖到達(dá)之前，電平信號必須要穩(wěn)定。電平信

33、號必須要穩(wěn)定。硬布線控制器時(shí)序系統(tǒng)一般由周期、硬布線控制器時(shí)序系統(tǒng)一般由周期、節(jié)拍和工作脈沖三級時(shí)序所組成；節(jié)拍和工作脈沖三級時(shí)序所組成； 微程序控制器時(shí)序系統(tǒng)一般由節(jié)拍、微程序控制器時(shí)序系統(tǒng)一般由節(jié)拍、工作脈沖二級時(shí)序所組成。工作脈沖二級時(shí)序所組成。* *難難 點(diǎn)點(diǎn) 中斷技術(shù)在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中起著中斷技術(shù)在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中起著重要作用。為了更好地吃透這一重要作用。為了更好地吃透這一內(nèi)容，建議結(jié)合第五章學(xué)習(xí)，便內(nèi)容，建議結(jié)合第五章學(xué)習(xí)，便于建立整機(jī)概念。于建立整機(jī)概念。 第九章控制單元的功能第九章控制單元的功能* *重重 點(diǎn)點(diǎn) 理解控制單元為完成不同指令理解控制單元為完成不同指令所發(fā)出的各種操作命令，

34、以及指所發(fā)出的各種操作命令，以及指令周期、機(jī)器周期、時(shí)鐘周期與令周期、機(jī)器周期、時(shí)鐘周期與操作命令的關(guān)系。操作命令的關(guān)系。 1 1控制單元模型控制單元模型2 2指令執(zhí)行的過程指令執(zhí)行的過程簡單計(jì)算機(jī)總體結(jié)構(gòu)簡單計(jì)算機(jī)總體結(jié)構(gòu)各類信息傳送的路徑各類信息傳送的路徑, ,設(shè)置微操設(shè)置微操作控制信號作控制信號3. 3. 指令操作流程指令操作流程4 4指令微操作序列指令微操作序列 * *難難 點(diǎn)點(diǎn) CPU CPU 的控制方式，微操的控制方式，微操作命令的分析及多級時(shí)序作命令的分析及多級時(shí)序系統(tǒng)。系統(tǒng)。 第十章控制單元的設(shè)計(jì)第十章控制單元的設(shè)計(jì)* *重重 點(diǎn)點(diǎn) 要求初步掌握控制單元的兩種設(shè)計(jì)要求初步掌握控

35、制單元的兩種設(shè)計(jì)方法，從而進(jìn)一步理解組合邏輯控制方法，從而進(jìn)一步理解組合邏輯控制器和微程序控制器在設(shè)計(jì)思想、硬件器和微程序控制器在設(shè)計(jì)思想、硬件組成及其工作原理方面的不同。結(jié)合組成及其工作原理方面的不同。結(jié)合時(shí)序系統(tǒng)的概念，學(xué)會(huì)按不同指令要時(shí)序系統(tǒng)的概念，學(xué)會(huì)按不同指令要求，寫出其相應(yīng)的微操作命令及節(jié)拍求，寫出其相應(yīng)的微操作命令及節(jié)拍安排。安排。1.1.操作控制器設(shè)計(jì)方法操作控制器設(shè)計(jì)方法(1)(1)硬布線控制器硬布線控制器: :組合邏輯型，組合邏輯型，采用組合邏輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)；采用組合邏輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)；(2)(2)微程序控制器微程序控制器 存儲邏輯型，存儲邏輯型，以微程序解釋執(zhí)行機(jī)器指令，采以微程序解釋執(zhí)行機(jī)器指令，采用存儲邏輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)；用存儲邏輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)；(3)(3)門陣列控制器門陣列控制器 組合邏輯與存組合邏輯與存儲邏輯結(jié)合型，采用可編程邏輯儲邏輯結(jié)合型，采用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。器件實(shí)現(xiàn)。 2.2.微命令微命令 指控制部件通過控制線向執(zhí)行部件指控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令，是構(gòu)成控制信號序列的發(fā)出的各種控制命令，是構(gòu)成控制信號序列的最小單位。最小單位。微操作微操作 執(zhí)行部件接受微命令后所進(jìn)行的操執(zhí)行部件接受微命令后所進(jìn)行的操作，是計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)中最基本的操作。作，是計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)中最基本的操作。微周期微周期 從控存中讀取一條微指令并執(zhí)行