計算機組原理第七章推選優(yōu)秀ppt

計算機組原理(yuánlǐ)第七章第一頁，共17頁。用過的外部設備（I/O）CPU怎樣連接外部設備？Cpu怎么識別、控制外部設備？CPU與外部設備工作速率(sùlǜ)相差很大，如何提高I/O效率？第二頁，共17頁。同步通訊方式是指通信雙方由定寬、定距的時標控制總線上的數(shù)據(jù)傳送。期末考試(qīmòkǎoshì)三、某機字長64位，共有180條機器指令，指令單字長，等長操作碼，CPU內(nèi)部設有100個64位長的通用寄存器，存儲器按字節(jié)編址，指令中可采用10種不同的尋址方式。存儲器按字節(jié)編址，目前使用的存儲器總容量為16KB，擬采用4K×4(位)的RAM芯片構成，要求其地址范圍為1000H～4FFFH。1、設計出直接尋址的單操作數(shù)指令格式，并說明可直接尋址的最大存儲空間；（2）控制存儲器的容量是多少？（3）畫出該控制器結構框圖通道根據(jù)輸入輸出指令的要求，與指定的外設取得聯(lián)系，發(fā)出相應的命令；a0a5b0b8c0c10d0d16通道是與CPU共享主存的特殊處理機。根據(jù)聯(lián)絡信號的相互關聯(lián)可分為非互鎖、半互鎖和全互鎖三種方式。第七章 輸入輸出系統(tǒng)(xìtǒng)(1)一、輸入輸出設備的編址方式 計算機要與輸入輸出設備交換信息，首先要解決的是外設的編址問題。依照存儲器的編址方式，可給各個外設分配(fēnpèi)一個或多個端口地址。如何區(qū)分系統(tǒng)給出的地址是訪問外設的地址，還是主存單元的地址呢？這就涉及到編址方式：統(tǒng)一編址方式（用同一機器指令訪問存儲器和外部設備）獨立編址方式（用不同機器指令訪問存儲器和外部設備）二、總線結構總線是傳送信息的通路，在計算機中使用的總線有三類：內(nèi)部總線：計算機中某個部件內(nèi)部傳送信息的通路，如運算器內(nèi)部寄存器與寄存器間、寄存器與ALU之間的通路；系統(tǒng)總線：計算機系統(tǒng)中各部件之間傳送信息的通路，如CPU與主存之間，CPU與外設接口之間相互傳送信息的通路；機間總線(多機總線)：計算機多機系統(tǒng)內(nèi)部各計算機之間相互傳送信息的通路；第三頁，共17頁。第七章 輸入輸出系統(tǒng)(xìtǒng)(2)總線控制方式（CPU與外設間的系統(tǒng)總線）系統(tǒng)總線有單總線和多總線之分。任何一條總線上總是連接有多個部件，而任何時候，總線上只能有一個發(fā)送者，一個或多個接收者，或者說一條總線在任何時候只能為兩個部件傳送信息(xìnxī)?？偩€除了有傳送信息(xìnxī)的物理導線外，還必須有總線控制邏輯來完成總線判優(yōu)、總線仲裁等控制功能。根據(jù)總線控制邏輯是集中在某個部件還是分散在多個部件中的特點，總線可分為集中式和分散式兩種控制方式。以集中式總線控制方式為例，說明常用的三種總線仲裁方式：串行鏈式查詢方式計數(shù)定時查詢方式獨立請求方式第四頁，共17頁。第七章 輸入輸出系統(tǒng)(xìtǒng)(3)總線通訊方式 共享總線的部件獲得總線使用權后，相互通訊的方式通常有同步方式和異步方式。同步方式同步通訊方式是指通信雙方由定寬、定距的時標控制總線上的數(shù)據(jù)傳送。同步時標可由通信的一方發(fā)出，也可由各個部件中各自的時標發(fā)生器產(chǎn)生，但必須由同一的時標同步。同步通信適合總線較短、通信雙方速率相等或比較接近的場合，數(shù)據(jù)傳送速率較高。異步方式異步方式是指通信的雙方按照(ànzhào)各自的時鐘頻率工作，在進行數(shù)據(jù)通信之前，雙方必須通過聯(lián)絡信號取得聯(lián)系后方可進行正常通信。根據(jù)聯(lián)絡信號的相互關聯(lián)可分為非互鎖、半互鎖和全互鎖三種方式。三種方式的說明p215-216第五頁，共17頁。第七章 輸入輸出系統(tǒng)(xìtǒng)(4)總線信息傳送方式串行傳送方式并行傳送方式分時傳送總線接口串行接口并行接口接口的功能數(shù)據(jù)緩沖功能數(shù)據(jù)轉換功能控制功能修改計數(shù)器和地址碼功能數(shù)據(jù)裝配和拆卸命令(mìnglìng)和狀態(tài)信息的傳送與CPU間取得聯(lián)系第六頁，共17頁。第七章 輸入輸出系統(tǒng)(xìtǒng)(5)三、輸入輸出控制方式程序查詢方式：最簡單最直觀的數(shù)據(jù)交換方式，CPU與外設串行工作，適于低速外設與主機交換信息；程序中斷方式：CPU與外設可并行工作，CPU效率得以提高，適于主機與低速外設交換信息；DMA方式：由DMA控制器代替CPU完成I/O功能，適于存儲器與高速(ɡāosù)外設間交換信息；通道控制方式：通道是特殊的處理機，能執(zhí)行指令，但它與CPU共享系統(tǒng)中的主存儲器，由通道指令構成的通道程序也存放在主存中。通過執(zhí)行通道串行完成I/O操作。選擇通道字節(jié)多路通道數(shù)組多路通道I/O處理機方式：有自己獨立的存儲器通道，通道與CPU并行工作程度更高。第七頁，共17頁。在數(shù)據(jù)傳送過程中隨時從外設取得當前狀態(tài)信息形成通道狀態(tài)字，CPU據(jù)之了解當前外設的狀態(tài)與操作。這整個輸入輸出過程完全在CPU的控制之下。系統(tǒng)總線：計算機系統(tǒng)中各部件之間傳送信息的通路，如CPU與主存之間，CPU與外設接口之間相互傳送信息的通路；第七章 輸入輸出系統(tǒng)(xìtǒng)(2)9、中央處理器由（ ）和（ ）組成，而（ ）是全機的指揮中心。數(shù)據(jù)傳送完畢，CPU將收回總線控制權，DMA控制器重新回到從屬狀態(tài)。（1）設計出微指令具體格式a0a5b0b8c0c10d0d16同步時標可由通信的一方發(fā)出，也可由各個部件中各自的時標發(fā)生器產(chǎn)生，但必須由同一的時標同步。這整個輸入輸出過程完全在CPU的控制之下。一、輸入輸出設備的編址方式期末考試(qīmòkǎoshì)為了與機器指令相區(qū)別，將通道指令稱作通道命令字或通道控制字。修改計數(shù)器和地址碼功能同步通信適合總線較短、通信雙方速率相等或比較接近的場合，數(shù)據(jù)傳送速率較高。計算機組原理(yuánlǐ)第七章第七章 輸入輸出系統(tǒng)(xìtǒng)(6)四、DMA方式采用一般的輸入輸出方式，外設與主機交換信息是在CPU的控制之下。輸出時，CPU從主存的指定(zhǐdìng)一片存儲空間中取出數(shù)據(jù)，通過接口傳送到指定(zhǐdìng)的輸出設備中；輸入時，CPU將從指定(zhǐdìng)的輸入設備接收數(shù)據(jù)并寫入到主存的一片指定(zhǐdìng)的空間中。這整個輸入輸出過程完全在CPU的控制之下。DMA方式是在外設和主存之間建立一條直接傳送數(shù)據(jù)的通路，不需CPU的控制，待之以DMA控制器。DMA控制方式的操作過程當某臺外設發(fā)出DMA請求時，由DMA控制器向CPU發(fā)出一個總線請求信號；CPU接收到這個請求后，會在當前指令的當前機器周期結束時響應這一請求，向DMA控制器回送一個總線認可信號，表示此時CPU已放棄總線使用權而將其賦予DMA控制器；DMA控制器進入主控狀態(tài)接收系統(tǒng)總線使用權，在主存與外設間建立一條直接傳送數(shù)據(jù)的通路，完成輸入輸出過程；數(shù)據(jù)傳送完畢，CPU將收回總線控制權，DMA控制器重新回到從屬狀態(tài)。第八頁，共17頁。第七章 輸入輸出系統(tǒng)(xìtǒng)(7)五、通道方式通道是處理機，能執(zhí)行指令，但它與CPU共享系統(tǒng)中的主存儲器，由通道指令構成的通道程序也存放在主存中。為了與機器指令相區(qū)別，將通道指令稱作通道命令字或通道控制字。通道是與CPU共享主存的特殊處理機。通道方式在大、中型計算機上廣泛使用(shǐyòng)，采用通道方式構成四級連接的計算機系統(tǒng)。主機(CPU)通道i外設控制器j外部設備k第九頁，共17頁。第七章 輸入輸出系統(tǒng)(xìtǒng)(7)通道的功能接收CPU發(fā)來的輸入輸出指令。在采用通道結構的系統(tǒng)中，輸入輸出指令是“特權指令”，又稱“管態(tài)指令”，不允許用戶使用，只允許操作系統(tǒng)使用。通道根據(jù)輸入輸出指令的要求，與指定的外設取得聯(lián)系，發(fā)出相應的命令；根據(jù)通道地址字給定的通道程序在主存中的首地址，逐條取出通道指令，執(zhí)行它，向外設發(fā)出操作命令；根據(jù)通道指令給定的本次數(shù)據(jù)交換的主存首地址和字節(jié)計數(shù)值，為指定外設和主存間建立數(shù)據(jù)傳送通路(tōnglù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換過程，并不斷修改主存地址和計數(shù)值；待一批數(shù)據(jù)傳送結束即結束計數(shù)值為0時向CPU發(fā)出結束中斷請求；在數(shù)據(jù)傳送過程中隨時從外設取得當前狀態(tài)信息形成通道狀態(tài)字，CPU據(jù)之了解當前外設的狀態(tài)與操作。通道分類選擇通道：連接高速外設字節(jié)多路通道：連接低速外設數(shù)組多路通道：連接高速外設第十頁，共17頁。習 題例1、某微程序控制器中，采用水平(shuǐpíng)型直接控制的微指令格式，斷定方式。已知全機共有微命令20個，可判定的外部條件有4個，控制存儲器容量為128×30（位）。 （1）設計出微指令具體格式 （2）畫出該控制器結構框圖控制字段條件測試微地址字段29 10976 0第十一頁，共17頁。答 案01127CM：128×30(位)微地址譯碼器微程序首地址(來自控制器)控制字段條件測試地址字段地址轉移邏輯外部條件

C0C1 … C1929 109 76 0第十二頁，共17頁。習 題例2、某機字長32位，采用斷定方式的微程序控制器，共有機器指令20條，20個微程序共包含50條微指令，微指令控制字段采用直接(zhíjiē)和編碼控制相結合的水平型格式。已知共有40個微命令構成三個相斥類的微命令組，分別包含5個、8個和10個微命令，其它微命令采用直接(zhíjiē)控制方式，可判定的外部條件為4。 （1）設計出微指令具體格式 （2）控制存儲器的容量是多少？ （3）畫出該控制器結構框圖(1)XXXXXXXXXXXXXX譯碼器譯碼器譯碼器

a0a5b0b8c0c10d0d16

3634333029262598650(2) 50×37（位）或

64×37（位）第十三頁，共17頁。期末考試(qīmòkǎoshì)一、填空1、某機字長32位，定點表示時，采用變形補碼形式；浮點表示時，階碼占10位，尾數(shù)(wěishù)占22位(均采用變形補碼)，定點表示整數(shù)時，它能表示的最小負數(shù)是（ ），其具體格式是（ ）；浮點表示時，它所能表示的最小正數(shù)是（ ）。-23011.00????030個02-20×2-25625664182、某機字長64位，主存儲器按字節(jié)編址，其容量為32K×64位，擬采用1K×4位的2114芯片構成(gòuchéng)128KB的RAM；采用容量為2K×8位的2716芯片構成(gòuchéng)128KB的ROM，則該系統(tǒng)應包含（ ）片2114芯片和（ ）片2716芯片。CPU訪問該存儲器時，應輸出（ ）位地址碼。3、計算機系統(tǒng)中，任何一條機器指令的執(zhí)行過程都是一個（ ）序列的執(zhí)行過程，對于采用混合控制方式的現(xiàn)代計算機來說，任何一條指令的第一個機器周期必須是（ ）機器周期。微操作取指令4、為加快主存儲器的等效速度，可采用（ ）和（ ）兩種方式。Cache并行主存系統(tǒng)第十四頁，共17頁。期末考試(qīmòkǎoshì)5、描述主存儲器性能的主要指標(zhǐbiāo)是（ ）和（ ）；相聯(lián)存儲器是一種（ ）的存儲器。速度(sùdù)按內(nèi)容訪問容量變形補碼符號位的進位信號6、定點加減法運算中判溢出的方法，一是利用采用（ ）判溢出，二是利用（ ）判溢出。7、堆棧有硬堆棧與軟堆棧之分，前者由（ ）構成，其主要優(yōu)點是（ ），后者由（ ）構成，其主要優(yōu)點是（ ）寄存器速度快8、采用擴展操作碼的目的是（ ）。壓縮操作碼的平均長度存儲器容量大9、中央處理器由（ ）和（ ）組成，而（ ）是全機的指揮中心。運算器控制器控制器第十五頁，共17頁。期末考試(qīmòkǎoshì)二、已知X=-0.11110000×2-010, Y=-0.00000001×2＋010 用變形(biànxíng)補碼求：X＋Y＝？X－Y＝？三、某機字長64位，共有180條機器指令，指令單字長，等長操作碼，CPU內(nèi)部設有100個64位長的通用寄存器，存儲器按字節(jié)編址，指令中可采用10種不同的尋址方式。 1、設計出直接尋址的單操作數(shù)指令格式