《清華大學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理課件》

清華大學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理課件在這個(gè)世界上，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為了不可或缺的一部分。具備了計(jì)算機(jī)組成原理的知識(shí)，就能夠更加全面的理解計(jì)算機(jī)是如何工作的。課程簡(jiǎn)介面向?qū)ο蟊鹃T課程面向計(jì)算機(jī)組成原理領(lǐng)域的初學(xué)者，旨在讓學(xué)生全面學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)組成原理的理論和實(shí)踐知識(shí)。知識(shí)體系通過對(duì)計(jì)算機(jī)硬件從低層次到高層次的系統(tǒng)性學(xué)習(xí)，建立計(jì)算機(jī)知識(shí)體系的核心原理。實(shí)踐操作課程設(shè)計(jì)將組合各種基本芯片，通過仿真和開發(fā)板實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生深入理解計(jì)算機(jī)組成原理。獲得技能處理器設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能評(píng)測(cè)等領(lǐng)域的重要技能。數(shù)字系統(tǒng)基礎(chǔ)二進(jìn)制數(shù)學(xué)習(xí)了二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制等數(shù)字知識(shí)，以及它們互相轉(zhuǎn)換的方法。布爾代數(shù)理解了布爾代數(shù)的基本概念與原理，掌握了基本的邏輯運(yùn)算和布爾代數(shù)化簡(jiǎn)方法。卡諾圖介紹了卡諾圖的概念與應(yīng)用，通過實(shí)例講解了卡諾圖具體的繪圖方法和化簡(jiǎn)步驟。布爾代數(shù)與邏輯電路1基本原理介紹了布爾代數(shù)的基本概念和適用范圍，多個(gè)實(shí)例演示了如何使用布爾代數(shù)推導(dǎo)邏輯表達(dá)式。2邏輯門電路介紹了邏輯門電路的分類和特性，通過常見邏輯電路的實(shí)例，讓學(xué)生掌握邏輯門電路的設(shè)計(jì)方法和原理。3搭建電路學(xué)生將在仿真軟件中搭建邏輯電路，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的能力，并考驗(yàn)學(xué)生對(duì)邏輯門電路的設(shè)計(jì)和搭建技能。組合邏輯電路全加器學(xué)習(xí)全加器的基本原理，確定輸入輸出的關(guān)系，并掌握組成全加器的基本電路。譯碼器介紹了譯碼器的應(yīng)用及工作原理，教學(xué)生如何根據(jù)需要選擇不同的譯碼器。多路選擇器學(xué)習(xí)了多路選擇器電路的基本概念和應(yīng)用，測(cè)試了學(xué)生對(duì)多路選擇器的掌握能力。存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)電路1組成原理組成存儲(chǔ)器的基本元件是觸發(fā)器，講述了靜態(tài)觸發(fā)器和動(dòng)態(tài)觸發(fā)器，它們各自的工作原理。2RAM和ROM介紹了RAM和ROM的基本原理和應(yīng)用，以及學(xué)習(xí)訪問這兩種存儲(chǔ)器的原理與方式。3內(nèi)存單元布局及地址控制通過存儲(chǔ)器系統(tǒng)的組成、存儲(chǔ)器容量的理解，讓學(xué)生掌握如何地址定位和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等問題。指令集體系結(jié)構(gòu)1體系結(jié)構(gòu)的原理學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令集的基本原理和分類，了解一些常用的CPU指令集和尋址模式。2數(shù)據(jù)流操作包括立即數(shù)、數(shù)據(jù)操作、跳轉(zhuǎn)、選擇循環(huán)等操作，學(xué)習(xí)如何另外對(duì)部分寄存器進(jìn)行處理操作。3指令執(zhí)行節(jié)拍的數(shù)量深入了解指令執(zhí)行的節(jié)拍數(shù)，并通過實(shí)例演示了指令執(zhí)行的具體優(yōu)化過程?？刂菩盘?hào)與控制器控制信號(hào)總控制信號(hào)和部分模塊控制信號(hào)的概念和職能卡諾圖的繪制，及控制信號(hào)的流程控制信號(hào)在系統(tǒng)中的作用控制器單周期控制機(jī)構(gòu)的構(gòu)成和工作原理多周期控制機(jī)構(gòu)的構(gòu)成和工作原理流水線控制機(jī)構(gòu)的構(gòu)成和工作原理輸入輸出接口輸入輸出設(shè)備的分類學(xué)習(xí)了輸入輸出設(shè)備的分類，含概括性的I/O設(shè)備，文本輸入輸出設(shè)備，命令行接口和Windows交互界面等接口電路的組成組成接口電路的基本零器件，以及組成接口時(shí)需要注意的相關(guān)因素和步驟等。I/O數(shù)據(jù)傳輸學(xué)習(xí)了I/O數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程和實(shí)例，以及不同I/O設(shè)備的相關(guān)傳輸參數(shù)及過程總線總線通用概念總線連接的設(shè)備類型總線組成數(shù)碼管的原理概念統(tǒng)一地址結(jié)構(gòu)及指定通訊方式總線分類地址總線和數(shù)據(jù)總線總線工作的時(shí)序性總線的物理層性質(zhì)及其實(shí)現(xiàn)方式中斷系統(tǒng)中斷向量表理解中斷系統(tǒng)的基礎(chǔ)概念和基本原理，以及中斷向量表的設(shè)計(jì)和作用。sideleg是否委托中斷產(chǎn)生ustatus.UIE是否全局使能uie.UxIE該中斷是否使能用戶態(tài)響應(yīng)中斷異常產(chǎn)生sedeleg是否委托不響應(yīng)轉(zhuǎn)入內(nèi)核態(tài)處理流程用戶態(tài)響應(yīng)異常轉(zhuǎn)入內(nèi)核態(tài)處理流程YesYesYesYesNoNoNoNo硬件進(jìn)入中斷環(huán)境uepc=pcpc=utvecucause=causeustatus.UPIE=ustatus.UIEustatus.UIE=0用戶態(tài)中斷處理程序uret恢復(fù)pc=uepcustatus.UIE=ustatus.UPIEustatus.UPIE=1特權(quán)級(jí)=Uuret恢復(fù)用戶態(tài)中斷mideleg是否委托中斷產(chǎn)生sstatus.SIE是否全局使能sie.SxIE該中斷是否使能內(nèi)核態(tài)響應(yīng)中斷異常產(chǎn)生medeleg是否委托不響應(yīng)轉(zhuǎn)入M態(tài)處理流程內(nèi)核態(tài)響應(yīng)異常轉(zhuǎn)入M態(tài)處理流程YesYesYesYesNoNoNoNo硬件進(jìn)入中斷環(huán)境sepc=pcpc=stvecucause=causesstatus.SPIE=sstatus.SIEsstatus.SPP=當(dāng)前特權(quán)級(jí)sstatus.SIE=0內(nèi)核態(tài)中斷處理程序sret恢復(fù)pc=sepcsstatus.SIE=ustatus.SPIEsstatus.SPIE=1特權(quán)級(jí)=sstatus.SPPsstatus.SPP=Usret恢復(fù)內(nèi)核態(tài)中斷是否運(yùn)行在U態(tài)NoYes是否運(yùn)行在S/U態(tài)Yes中斷產(chǎn)生mstatus.MIE是否全局使能mie.MxIE該中斷是否使能機(jī)器態(tài)響應(yīng)中斷異常產(chǎn)生不響應(yīng)機(jī)器態(tài)響應(yīng)異常YesYesNoNo硬件進(jìn)入中斷環(huán)境mepc=pcpc=mtvecmcause=中斷編號(hào)mstatus.MPIE=mstatus.MIEmstatus.MPP=當(dāng)前特權(quán)級(jí)mstatus.MIE=0硬件進(jìn)入中斷環(huán)境機(jī)器態(tài)中斷處理程序mret恢復(fù)pc=mepcmstatus.MIE=mstatus.MPIEmstatus.MPIE=1特權(quán)級(jí)=mstatus.MPPmstatus.MPP=Umret恢復(fù)機(jī)器態(tài)中斷注：1.不同特權(quán)級(jí)的中斷有不同的中斷編號(hào)，而異常的特權(quán)級(jí)由指令執(zhí)行時(shí)核心所處的特權(quán)級(jí)決定；2.高特權(quán)級(jí)的陷入不能移交到低特權(quán)級(jí)處理，故mideleg中的MTI、MEI、MSI位，和sideleg中的STI、SEI、SSI位恒為0；對(duì)于異常而言，以非法指令為例，設(shè)medeleg中對(duì)應(yīng)位為1，M態(tài)程序的非法指令仍然由M態(tài)的中斷處理函數(shù)進(jìn)行處理，而S態(tài)的非法指令由S態(tài)處理。中斷的工作流程了解中斷的具體工作流程和使用方法，以及中斷系統(tǒng)的特點(diǎn)和局限性。多級(jí)中斷系統(tǒng)介紹了多級(jí)中斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理和構(gòu)架，以及多級(jí)中斷系統(tǒng)如何解決中斷優(yōu)先級(jí)問題。存儲(chǔ)器系統(tǒng)性能分析1存儲(chǔ)器性能參數(shù)包括各種存儲(chǔ)器的讀取時(shí)間、寫入時(shí)間，存儲(chǔ)器的帶寬等，還包括這些存儲(chǔ)器的特點(diǎn)和使