计算机组成原理教案.docx

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1、计算机组成原理教案授课学时：72学时计算机组成原理教学内容：探讨探讨单台计算机的完好硬件系统的根本组成原理与内部运行机制。课程性质：计算机科学与技术及相关专业的根底课程。课程的目的和任务：用层次构造的观点并以信息的加工、处理为主线探讨计算机硬件构造及工作原理；使学生驾驭计算机硬件系统中各大部件的组成原理、逻辑实现、设计方法及互连构成整机的技术；培育学生对硬件系统的分析、设计、开发、运用和维护方面的实力，建立坚固的整机思想。课程特点：内容覆盖面广，根本概念多、抽象，难以建立计算机的整机概念。教学目的：尽可能清楚而完好地介绍当代计算机系统的性质和特征。具有挑战性：计算机系统的多样性：价格、体积、性

2、能和应用等。计算机技术的飞速开展：低层的集成电路计算机和并行组织技术。课程内容的工程性、技术性、好用性都比拟强，因此，在学习计算机组成的原理性学问之外，还应有较多的设计与试验技能训练。课程的教学根本要求:使学生学懂简洁、完好的单台计算机的根本部件和整机系统组成，以及计算机部件连接关系和运行机理，理解计算机系统构造的入门性学问，驾驭运用和简洁维护计算机系统的根本技能。教学方法和教学形式建议:本课程采纳远程教学和面授辅导相结合的方式开展教学。远程教学包括要求学生收看电视录像课、网上的流媒体（IP）课件、网上教学辅导、实时和非实时答疑等多种教学形式；面授辅导应考虑学生的在职和成人特点和需求，在业余时

3、间进展有针对性的学习指导。平常作业既是学生自我检验学习程度的一种形式，也是很重要的形成性考核手段，各级电大教学点应协作面授辅导老师催促学生独立完成并刚好修改和反应，必要时应要求学生重做。小组探讨课是在老师引领下对预先布置的主题开展探讨的一种教学活动形式。这种教学活动可以很好地激发学生的学习爱好，各级电大教学点应协作面授辅导老师组织施行。同时，小组探讨课也是一种形成性考核形式，老师应留意把握“引领”、“提问”和“点评”等多个教学指导环节，并根据标准赐予每个学生合理的学习评价。课程教学要求的层次:1驾驭：属于课程中最重要的内容。要求学生可以娴熟运用这部分学问对相关问题做根本的分析、计算和处理，具有

4、根本的应用实力和举一反三的实力。2理解：属于课程中较重要的内容。要求学生可以运用这部分学问对相关问题进展简洁的分析、推断和说明，具有区分或区分简洁被混淆的概念的实力，以及读懂原理框图、流程图、程序语句和简洁逻辑电路图的实力。3理解：属于课程中与上述“驾驭”和“理解”部分相关的较困难的内容，作为进步或扩大学问面的内容。要求学生对这部分学问可以初步相识、学会、记忆或简洁理解，具有简要描绘、叙述、说明和举例的实力。学时安排教学内容课内学时一、计算机系统概述6二、数据表示和运算方法10三、运算器部件8四、指令系统和汇编程序设计9五、限制器部件9六、存储器系统12七、计算机输入/输出设备与系统12八、并

5、行计算机体系构造6合计72第一章节：计算机系统概述（6学时）主要内容：1、 计算机系统的根本组成和它的层次构造2、 计算机硬件系统的5个功能部件及其功能3、 计算机硬件的主要的技术和性能指标4、 计算机系统的体系构造、组成和实现概述5、 计算机系统的开展、应用与分类教学要求:1理解计算机系统硬软件的组成和它们的层次关系；2理解计算机硬件系统的5大功能部件和各自的功能；3理解计算机部件的连接关系和整机运行过程的入门性学问；4理解3个级别的计算机语言；5理解计算机系统的主要性能与技术指标；6理解计算机“体系构造”、“组成”和“实现”各自面对的主要问题；7理解计算机开展历程和应用领域；8理解计算机系

6、统分类。知 识 结 构 图计算机系统硬件软件主机外部设备外存储器输入设备输出设备中央处理器内存储器运算器限制器系统软件应用软件操作系统语言处理程序效劳性程序通用软件用户程序一、 计算机系统的根本组成和它的层次构造构成计算机硬件和软件的6个层次5、高级语言层4、汇编语言层3、操作系统层2、指令系统层1、微体系构造层0、数字逻辑层软件部分硬件部分二、 计算机硬件系统的5个功能部件及其功能计算机主机CPU计算机外围设备接口线路（输出设备）接口线路（输入设备）运算器部件存储器部件限制器部件数据总路途地址总路途限制总路途三、 计算机硬件的主要的技术和性能指标1、 计算机字长计算机普遍运用二进制，只有0和

7、1两个值，相邻数位之间采纳“逢二进一”的规则处理，在计算机系统内部，通常选用多少个二进制位来表示一个数据或一条指令是一个关键技术指标，例如16位、32位或者64位，这个位数被称为计算机字长。2、 CPU速度衡量CPU速度，通常有两种方式。第一种方式运用CPU主频。第二种方式运用CPU每一秒钟能执行的指令条数，单位是MIPS。3、 存储容量计算机中的存储器通常包括内存储器和外存储器两大类。四、 算机系统的体系构造、组成和实现概述1、 计算机的体系构造通常是指涉及机器语言或者汇编语言的程序设计人员所见到的计算机系统的属性，更多说的是计算机的外特性，是硬件子系统的构造概念及其功能特性。2、 计算机组

8、成是在根据计算机体系构造确定并且安排了硬件子系统的概念构造和功能特性的根底上，设计计算机各部件的详细组成、它们之间的连接关系、实现机器指令级的各种功能和特性。3、 计算机实现是计算机组成的物理实现。五、 算机系统的开展、应用与分类计算机开展：自计算机诞生以来，大约每58年，计算机的运算速度可进步10倍，牢靠性可进步10倍，体积可缩小至原来的1/10，本钱也降低为原来的1/10。自20世纪70年头以来，计算机的产量以每年25的速度递增。详细可分为五个开展阶段：第一阶段：电子管计算机（19461959）第二阶段：晶体管计算机（19591964）第三阶段：中小规模集成电路计算机(19641975)第

9、四阶段：大规模集成电路计算机（19751990）第五阶段：新一代计算机（1990如今）计算机的分类根据功能划分：通用计算机：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、单片机专用计算机：有效、经济、快速根据信息的形式和处理方法分：电子模拟计算机电子数字计算机第六章：数据表示和运算方法（10学时）主要内容：1、 二进制码与不同进制数之间的转换2、 定点数在计算机内的表示与编码3、 浮点数在计算机内的表示4、 文字和多媒体信息的表示与编码5、 数据校验码6、 二进制数值数据的运算算法教学要求:1驾驭数制及数制转换的根本概念，娴熟运用各种进制数间的转换规则进展手工转换运算；2驾驭原码、反码和补码的根本概

10、念和定义，并能娴熟完成定点数的原码、反码和补码之间的转换；3理解常用二-十进制数编码的特点，可以说明各种不同编码的好用意义；4理解浮点数在计算机内的表示方法，可以说明阶码和尾数的位数与数值范围和数值精度的关系；5理解浮点数的规格化和隐藏位的含义，会推断浮点数的溢出；6驾驭十进制数与浮点数间的转换运算；7理解文字和多媒体信息的表示的根本概念；8理解检错纠错编码的用处，可以区分几种常见的校验码，可以说明奇偶校验码的实现方法，可以说明海明码及循环码实现检错和纠错的道理；9驾驭运用定点数的补码加减法运算规则进展根本的运算和溢出检查的方法；10理解定点数的原码一位乘、除法的可行算法数据表示和运算方法各种

11、数制间的转换定点数的编码非数值数据的编码纠错码和检错码浮点数的编码与规格化补码加减法、原码一位乘除法的运算方法原码补码反码浮点数的编码浮点数的规格化浮点数的IEEE754标准西文字符的编码汉字的编码多媒体信息的编码奇偶校验码海明码CRC编码知 识 结 构 图一、 进制码与不同进制数之间的转换1、 十进制到二进制数的转换十进制与二进制数的转换要分为整数与小数两种状况分别转换。整数的转换：采纳除2取余，高位至下，直到商为0时完毕。小数的转换：采纳乘2取整，高位至上，位数到达要求或小数部分为0时完毕。2、 二进制到十进制数的转换二进制到十进制数的转换通常按公式（2、2）对二进制数各位的实际值累加求和

12、完成。例：（10110）2=124+023+122+121+020=223、 八进制到二进制数的转换因为23=8，故1个八进制位对应3个二进制位，可以把1个八进制位数的整数部分和小数部分的每一位分别转换成3个二进制数。4、 二进制到八进制数的转换因为23=8，故3个二进制位对应1个八进制位，可以从小数点位置分别向左和向右把每3位二进制数划分为一组，并转换成1位八进制数。留意：小数部分分组时若低位缺乏3位时要用0补足，否则会出错。5、 十六进制到二进制数的转换因为24=16，故1个十六进制位对应4个二进制位，可以把1个十六进制数的整数的整数部分和小数部分的每一位分别转换成4位二进制数。6、 二进

13、制制到十六进数的转换因为24=16，故4个二进制位对应1个十六进制位，可以从小数点位置分别向左和向右把每4位二进制数划分为一组，并转换成1位十六进制数。留意：小数部分分组时若低位缺乏4位要用0补足，否则会出错。7、八、十六到十进制数的转换根据公式2、2的规定，用对各位实际值累加求和的方法完成。8、十到八、十六进制数的转换可先将十进制数转换为二进制，再转换成对应的八、十六进制数；也可以将1个十进制数干脆转换为对应的八进制或十六进制，例如对整数，采纳除8取余、高位在下的原则得到八进制数；或采纳除16取余、高位在下的原则得到十六进制数。二、 定点数在计算机内的表示与转换定点数定点数是指小数点固定在某

14、个位置上的数据，一般有小数和整数两种表示形式。定点小数是把小数点固定在数据数值部分的左边，符号位的右边；整数是把小数点固定在数据数值部分的右边。我们在前面探讨的数据都是定点数。原码、反码、补码完毕了各种进制的转换，我们来谈谈另一个话题：原码、反码、补码。我们已经知道计算机中，全部数据最终都是运用二进制数表达。我们也已经学会如何将一个10进制数如何转换为二进制数。不过，我们仍旧没有学习一个负数如何用二进制表达。比方，假设有一 int 类型的数，值为5，那么，我们知道它在计算机中表示为： 00000 00000 5转换成二制是101，不过int类型的数占用4字节（32位），所以前面填了一堆0。如今

15、想知道，-5在计算机中如何表示？在计算机中，负数以其正值的补码形式表达。什么叫补码呢？这得从原码，反码说起。原码：一个整数，根据肯定值大小转换成的二进制数，称为原码。比方 00000 00000 是 5的 原码。反码：将二进制数按位取反，所得的新二进制数称为原二进制数的反码。取反操作指：原为1，得0；原为0，得1。（1变0; 0变1）比方：将00000 00000每一位取反，得11111111 11111111 11111111 11111010。称：11111111 11111111 11111111 11111010 是 00000 00000 的反码。反码是互相的，所以也可称： 1111

16、1111 11111111 11111111 11111010 和 00000 00000 互为反码。补码：反码加1称为补码。也就是说，要得到一个数的补码，先得到反码，然后将反码加上1，所得数称为补码。比方：00000 00000 的反码是：11111111 11111111 11111111 11111010。那么，补码为： 11111111 11111111 11111111 11111010 + 1 = 11111111 11111111 11111111 11111011所以，-5 在计算机中表达为：11111111 11111111 11111111 11111011。转换为十六进制

17、：0xFFFFFFFB。三、 浮点数在计算机内的表示 浮点数 浮点数是指小数点位置可浮动的数据，通常以下式表示： N=M*RE 其中，N为浮点数，M(mantissa)为尾数，E(exponent)为阶码，R(radix)称为“阶的基数(底)”，而且R为一常数，一般为2、8或16。在一台计算机中，全部数据的R都是一样的，于是不须要在每个数据中表示出来。因此，浮点数的机内表示一般采纳以下形式:Ms是尾数的符号位，设置在最高位上。 E为阶码，有n+1位，一般为整数，其中有一位符号位，设置在E的最高位上，用来表示正阶或负阶。M为尾数，有m位，由Ms和M组成一个定点小数。Ms=0，表示正号，Ms1，表

18、示负号。为了保证数据精度，尾数通常用规格化形式表示：当R2，且尾数值不为0时，其肯定值应大于或等于(0.5)10 。对非规格化浮点数，通过将尾数左移或右移，并修改阶码值使之满意规格化要求。假设浮点数的尾数为0.0011，阶码为0100(设定R=2)，规格化时，将尾数左移2位，而成为01100，阶码减去(10)2 ，修改成0010，浮点数的值保持不变。当一个浮点数的尾数为0(不管阶码是何值)，或阶码的值比能在机器中表示的最小值还小时，计算机都把该浮点数看成零值，称为机器零。 根据IEEE 754国际标准，常用的浮点数有两种袼式： (1) 单精度浮点数(32位)，阶码8位，尾数24位(内含1位符号

19、位)。 (2) 双精度浮点数(64位)，阶码11位，尾数53位(内含1位符号位)。在多数通用机中，浮点数的尾数用补码表示，阶码用补码或移码表示。四、 文字和多媒体信息的表示与编码1、 西文字符的编码西文是由拉丁字母、数字、标点符号及一些特别的符号所组成的，它们统称为“字符”（character），主要用于外部设备和计算机之间的信息交换。全部字符的集合叫做“字符集”。2、 汉字的编码汉字输入码、汉字内码、汉字字形码（输出码）3、 多媒体信息的编码图的编码表示：一幅图在计算机内部有两个表示方式：“图像(image)”方式和“图形(graphics)”方式声音的编码表示：计算机处理的声音可以分为3种

20、：一种是语音，即人的说话声；第二种是音乐；即各种乐器演奏出的声音；第三种是效果声，如掌声、打雷、爆炸等声音。在计算机内部可以用波形法和合成法两种方法表示声音。全部的声音都可以用波形法来表示，但更多用于语音和效果声，对于音乐声，则用合成法表示更好一些。视频信息的编码表示：视频获得设备将视频信号转换为计算机内部表示的二进制数字信息的过程被称为视频信息的“数字化”。视频信息的数字化过程比声音更困难一些，它是以一幅幅彩色画面为单位进展的。五、 数据校验码所谓校验码，又称检错码，是指具有发觉某些错误或自动改正错误实力的一种数据编码方法，用于检查或订正读写和传送数据的过程中可能出现的错误。常见的校验码有：

21、奇偶校验码，海明校验码（汉明码），循环冗余校验码。六、 二进制数值数据的运算算法1、 补码加法与减法运算规则及电路实现运算规则：加减法运算是计算机中最根本的运算，通常选用补码实现，实现的算法是：X+Y补=X 补+Y 补（MOD2）X-Y补=X 补+-Y 补（MOD2）2、 原码一位乘法与除法的运算算法原码一位乘法是将符号位与数值位分开进展运算，乘积的符号是两个数符号的异或值，数值是两个数肯定值（原码表示的数值位）的乘积。将部分积的一次总加改为分步累加；将部分积左移改为部分积右移；使部分积连同乘数一起右移，以便保存双倍位数的乘积。原码一位乘法的算法是：用乘数存放器的最低位选择求部分积的数据来源：

22、被乘数或0值；相加求得部分积并使其右移一位，乘数也同时右移一位，此时高位部分积的最低位移入乘数存放器的高位。用一个特定的存放器限制相乘次数（确定于数据位的位数）。用乘数与被乘数符号位的异或值作为乘积的符号。原码一位除法和原码乘法一样，符号位是单独处理的。实现除法操作时，应避开除数为0，否则属非法操作。在计算机中，原码一位除法是采纳加减交替法实现的。第三章节：计算机的运算器部件（8学时）主要内容：1、 算术逻辑运算部件的功能设计与线路实现2、 计算机的定点运算器3、 浮点运算和浮点运算器教学要求：1驾驭定点运算器中ALU的功能；2理解定点运算器中ALU的线路和实现原理；3驾驭定点运算器的功能与组

23、成，理解运算器在整机系统中的地位；4理解MIPS计算机的运算器实例的组成特点；5理解定点运算器Am2901芯片的内部构造框图，以及用该芯片构建运算器部件的方法；6理解浮点数的表示方式，会运用浮点数的运算规则作简洁计算；7理解浮点运算器的功能与组成；8理解CPU芯片内的运算器部件的一般组成。知 识 结 构 图计算机的运算器部件件运算器的功能与组成浮点运算与浮点运算器部件定点运算器部件ALU的线路实现运算器的组成运算器的功能运算器的限制与运用浮点数的运算规则浮点运算器的功能与组成浮点运算器实例定点运算器的功能与组成定点运算器实例定点运算器的设计与实现一、 计算机的定点运算器1、 定点运算器部件的功

24、能、组成与限制运算器部件是计算机五大功能部件中的数据加工部件。定点运算器主要完成对整数类型数据的算术运算、逻辑型数据的逻辑运算功能。运算器位数取决于机器字长，通常是16位，32位或者64位，它将关系到处理数据的实力；运算器的组成干脆关系到计算机系统的数据处理实力和运行性能。二、 浮点运算和浮点运算器1、 浮点数的运算规则浮点数通常有两种表示方式，一种表示方式用于运算过程，出如今浮点运算器内部，另外一种表示表示用于浮点九的存储过程。第四章节：指令系统和汇编语言程序设计（9学时）教学内容：1指令、计算机指令系统概述；2指令格式与寻址方式；3指令系统举例，Pentium、MIPS32和教学示例计算机

25、的指令系统；4汇编语言程序设计简介。教学要求：1理解指令的功能、构成格式、操作码和操作数地址两个字段的内容和组织方式；2理解指令分类的方案和分类结果；3理解指令周期对计算机性能和硬件构造的影响；4理解并记忆指令中的形式地址和物理地址的概念；5理解并叙述几种常用的寻址方式的用法及其编码表示；6理解几种常用指令系统的组成概貌；7理解3个级别的计算机语言之间的关键区分和各自的应用场合；8理解程序中常用到的几种流程构造及其相应的指令或语句；9初步学会设计简洁的汇编语言程序及其调试方法。知 识 结 构 图指令系统和汇编语言程序设计指令指令系统汇编语言程序设计指令的定义、功能和格式操作码字段操作数地址字段

26、根本寻址方式指令执行步骤指令系统标准指令系统分类指令系统举例指令和汇编语句程序流程限制汇编程序设计举例指令、计算机指令系统概述一、 指令的定义与指令格式1、 指令的定义用于组成计算机程序、指示计算机硬件执行某项运算或操作功能的吩咐叫做指令，在计算机内部它用于肯定的二进位串来表示的。2、 指令格式通常状况下，一条指令要由如下两部分内容组成：第一部分是指令操作码，第二部分是指令的操作数地址。二、 操作码的组织与编码1、 定长的操作码的组织方案在当多数的计算机中，一般都在指令字的最高位部分安排固定的若干位（定长）用于表示操作码，例如8位，它有256个编码状态，故最多可以表示256条指令。2、 变长的

27、操作码的组织方案当计算机的字长与指令长度为16位或8位时，单独为操作码划分出固定的多位后，留给表示操作数地址的位数就会严峻缺乏。为此不得不对一个指令字的每一个二进制位的运用精打细算，使一些位（bit）在不同的指令中有不同的作用。三、 有关操作数的类型、个数、来源、去向和地址支配1、 用操作数个数区分指令从用到的操作数个数区分，可能有如下4种状况：无操作数指令单制作数指令双制作数指令多制作数指令2、 操作数的来源、去向及其指令字中的地址支配操作数的第1个来源、去向，可以是CPU内部的通用存放器；操作数的第2个来源、去向，可以是外围设备（接口）中的一个存放器；操作数的第3个来源、去向，可以是内存储

28、器中的一个存储单元；在指令字中干脆给出一个操作数，被称为马上数。指令中运用的根本数据类型，通常包括逻辑类型，整数类型和浮点数类型。寻址方式概述计算机中常用的根本寻址方式有如下多种：1、 马上数寻址：操作数干脆给出在指令字中，即指令字中干脆给出的不再是操作数地址，而是操作数本身。2、 干脆寻址：干脆寻址是在指令中干脆给出操作数存储器中的地址，这是计算机中常用的寻址方式之一。3、 存放器寻址、存放器间接寻址：存放器寻址，是在指令字中给出通用存放器的编号（名字、地址），用于访问运算器部件的存放器组中的存放器。4、 变址寻址：变址寻址，是把在指令字中给出的一个数值（称为变址偏移量）与一个被称为变址存放

29、器的内容相加之和作为操作的地址，用于读写存储器。5、 相对寻址：是指把在指令字中给出的一个数值与程序计数器PC的内容相加之和作为操作数的地址或转移指令的转移地址。6、 基地址寻址：是指把在程序中所用的地址与一个特定的厅存器的内容相加之和作为操作数的地址或指令的地址。7、 间接寻址：在指令字中给出的不是一个操作数的地址，而是一个操作数地址的地址，或一条指令地址的地址。8、 堆栈寻址：堆栈是存储器中一块特定的按“后进先出”原则管理的存储区，该存储区中被读写单元的地址是用一个特定的存放器给出的，该存放器被称为堆栈指针。指令系统举例计算机的指令系统有RISCT 和CISC两种类型。RISC是精简指令系

30、统计算机的英语缩写，它执行同样处理功能的程序所占用的时间要比CISC计算机更短。RISC机器的运行性能可能要比CISC机器高2-5倍。Pentium机的指令系统属于CISC构造；MIPS机的指令系统属于RISC构造。第五章节：限制器部件（9学时）教学内容：1限制器的功能与组成概述；2硬连线限制器的组成与运行原理；3微程序限制器组成与运行原理；4指令流水线的概念和实现技术。教学要求：1理解并记忆计算机限制器的功能与根本组成，体会限制器在计算机整机中的地位；2理解并记忆硬连线限制器部件的实际组成及其各子部件的功能；3理解MIPS32计算机系统及其限制器部件的运行原理；4理解限制器部件的设计过程和根

31、底技术；5理解并记忆微程序限制器的一般组成和根本运行原理；6理解并叙述微指令中的下地地址字段、微吩咐字段的内容及其限制功能；7理解微程序限制器与硬连线限制器在组成与性能方面的异同之处；8理解并记忆指令流水线的概念，关键技术指标；9理解指令流水线的实现思路，3类相关问题及其解决方案；10理解指令级并行技术的概念。知 识 结 构 图限制器部件限制器部件的功能与组成两种类型的限制器三种不同的指令周期PCIR步骤标记限制信号部件CPU系统的性能指标单指令周期CPU多指令周期CPU指令流水线硬连线限制器微程序限制器在学习限制器的过程中，可以用如下几句话来把握完全的学习纲要：限制器的组成 限制器的运行原理

32、限制器，管限制， 取指、分析、再执行，PC、IR和时序， 判别中断并响应，组合逻辑给信号， 指令步骤看节拍，控存存放微程序。 下址续读微指令。一、限制器的功能与组成概述限制器的作用是向整机系统的每个部件（包括限制器部件本身）供应它们协同运行所须要的限制信号。执行一条指令，通常总是要经过读取指令，分析指令和执行指令所规定的处理功能3个阶段才能完成，这是在限制器的限制下实现的，限制器还要保证计算机能按程序中设定的指令运行次序，自动地连续执行指令序列。组成限制器的4个子部件：执行一条指令，要经过读取指令、分析指令、执行指令所规定的处理功能三个阶段完成，限制器还要保证能按程序中设定的指令运行次序，自动

33、地连续执行指令序列。为此，限制器组成中，必需有一个能供应指令在内存中的地址的部件，通称程序计数器(PC)，效劳于读取指令，并接收下条要执行的指令的地址。还要有一个能保存读来的指令内容的部件，通称指令存放器(IR)，以供应本指令执行的整个过程中要用到的指令本身的主要信息。限制器的第三个组成成分，是脉冲源、启停限制逻辑，指令执行的步骤标记线路，它标记出每条指令的各执行步骤的相对次序关系。限制器的第四个，也是限制器设计中最费劲的一个组成成分，是全部时序限制信号的产生部件，它根据指令内容、指令的执行步骤(时刻)，或许还有些别的什么条件信号，来形成并供应出当前各部件时刻要用到的限制信号。计算机整机各硬件

34、系统，正是在这些信号限制下协同运行，产生予期的执行结果，也就是执行一条又一条的指令。根据前述限制器的最终两个组成成分的详细组成与运行原理的不同，通常把限制器区分为微程序的限制器和组合逻辑(硬布线)的限制器两大类。二、 硬连线限制器部件硬连线限制器又称为组合逻辑限制器，与微程序限制器共同构成计算机通用的两大类限制器。1、 硬连线限制器的组成和运行原理简介采纳逻辑电路干脆供应全部限制信号输入操作码指令状态字指令步骤编码（节拍）外部信号（Reset等）输出全部限制信号主要解决的问题节拍转换限制信号生成（1） 组合逻辑限制器用节拍发生器（Timing，几个触发器构成的时序逻辑电路）不同的状态组合来区分

35、一条指令不同的执行步骤，指令执行步骤的接续是通过变换节拍发生器的状态组合完成的，不同于微程序限制器中通过下地址部件给出不同的微指令地址来实现。这里用节拍发生器取代了原来的下地址部件。（2） 组合逻辑限制器是通过由 “与或” 两级逻辑关系构成的时序限制信号产生部件来干脆给出全部的时序限制信号。送到第一级各“与门”的输入信号是指令操作码和节拍发生器的节拍状态(可能还有限制条件)，每个与门产生一个与项输出，相关的与项输出信号送到第二级的 “或门” ，每个或门输出的就是一个时序限制信号。全部的时序限制信号由很多个 “与或”逻辑门给出。与用限制存储器存放全部限制信号的微程序限制方案不同，这里用时序限制信

36、号产生部件取代了原来的限制存储器，还取消了那里的微指令存放器线路，把限制信号干脆送到被限制的部件。组合逻辑限制器特点干脆用逻辑电路实现，用节拍标记指令步骤，性能良好可扩展性差，兼容性不好合适实现比拟精简的指令系统较简洁实现并行常用于实现RISC三、 微程序限制器部件1、 微程序限制器的根本组成和运行原理每条指令一个执行步骤用到的全体限制信号组成一微指令每条指令可以包括一到多个微操作用多条微指令说明每条指令的整个执行过程全部微指令的集合叫做微程序执行一条微指令所用的时间被称为一个微周期。微指令的格式和内容： 下地址字段 限制吩咐字段2、微程序设计中的下地址形成逻辑和微程序设计依次执行下一条微指令

37、无条件转移到某条微指令根据微指令的某一状态结果，选择依次执行或转向某一地址微子程序调用，要运用到微堆栈多路转移根据指令操作码，转移到指令的入口地址四、 指令流水线的概念和实现技术1、 流水线的根本概念和主要性能指标计算机中的流水线是把一个重复的过程分解为若干个子过程，每个子过程与其他子过程并地运行。由于这种工作方式与工厂中的消费流水线非常相像，因此称为流水线技术。衡量流水线性能的主要指标有吞吐率、加速比和效率。另外，在流水线设计中，选择流水线的最佳数段也是一个重要问题。组合逻辑与微程序限制器比拟一样点完成一样的功能限制信号根本一样不同点限制信号生成部件的组成和实现方式不同步骤标记实现方式不同性

38、能不同第六章节：存储器系统（12学时）教学内容：1多级构造的存储器系统综述；2半导体存储器芯片的内部构造和记忆信息的原理；3主存储器的技术指标、根本组成及运行原理；4协助存储器的种类及指标要求，硬盘存储器和磁盘阵列的组成和工作原理；5光盘机的组成与运行原理简介；6Cache存储器的功能、运行原理及根本构造，Cache的地址映像方式；7虚拟存储器的概念与实现；8Pentium计算机中的存储器系统。教学要求：1理解存储器的分类及各类存储器的特点；2理解并记忆存储器系统的分层构造及原则；3理解半导体存储器芯片的内部构造和实现记忆的原理；4驾驭主存储器的组成、技术指标和运行原理；5理解并记忆硬盘存储器

39、的根本组成和读写过程；6理解磁盘阵列技术的相关概念；7理解光盘存储器的组成和运行原理；8驾驭并描绘Cache的功能及工作原理；9理解Cache的3种地址映像方式；10理解Cache的根本构造；11理解虚拟存储器的根本概念与实现方法。知 识 结 构 图存储器系统存储器概述主存储器协助存储器高速缓冲存储器虚拟存储器虚拟存储器的功能实现与管理方式存储器的分类存储器的层次构造主存储器的组成主存储器的功能主存储器的技术指标Cache的功能和构造地址映像方式交换算法磁盘存储器光盘存储器一、 存储器概述存储器主存储器协助存储器缓冲存储器随机存储器RGM只读存储器ROM磁盘磁带光盘静态动态1、 存储器的分类2

40、、 存储系统的层次构造CPU高速缓存：cache主存：RAM外存：硬盘、软盘、光盘存取速度存储容量价 格快 小 高慢 大 低二、 半导休存储器按存取方式分：1、 随机存取存储器（RAM）：优点：读写便利，运用敏捷；缺点：易失性，一时停电，存储的内容便全部丧失。2、 只读存储器（ROM）：优缺点：构造简洁，位密度比RAM存储器高；具有非易失性，牢靠性更高，只能读出，不能写入。按存储原理分：1、 静态存储器（SRAM）：优缺点：晶体管多、们容量少，功耗比拟大；而其主要优点是不须要进展刷新，因此简化了外部电路。2、 动态存储器（DRAM）：用较少的晶体管构成一个存储单元，进步芯片单位面积上的容量，同

41、时也降低了每位价格和功耗。按信息传送方式分：1、 并行存储器2、 串行存储器三、 主存储器1、 主存储器的根本组成主存储器由存储体、地址译码器和读写电路及限制电路组成。2、 主存储器的根本操作主存储器的根本操作是读操作和写操作。3、 存储容量的扩展扩展方法根据须要有位扩展、字扩展和字位同时扩展。4、 进步存储器系统性能的途径：相联访问，并行访问四、 协助存储器1、 协助存储器的种类及技术指标种类有：硬磁盘、软磁盘、磁带和光盘主要技术指标：存储密度、存储容量和寻址时间2、 硬盘存储器硬盘由硬盘驱动器（HDD）和硬盘限制器（HDC）组成3、 磁盘陈设技术是指把多块独立的硬盘（物理硬盘）按某种方式组

42、织起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而供应比单个硬盘更高的存储性能和供应数据备份的技术。4、 光存储系统的组成与运行原理光盘存储系统由光盘片、光盘驱动器、限制器和光盘驱动软件组成。光驱在访问时有恒定线速度和恒定角速度两种方式。当单位间隔 的光道上所存储的信息容量相等时，即内、外光道的数据记录密度一样，则采纳恒定线速度，这样可以充分利用盘片的空间。五、 速缓冲存储器1、 cache的构造与运行原理cache的功能：它的作用在于缓解主存速度慢、跟不上CPU读写速度要求的冲突。cache的构造与工作原理程序的部分性原理cache可能很好的发挥作用是基于程序访问的部分性原理。cache的交换算法随机算

43、法，先进先出算法，近期最少运用算法2、 cache的3种地址映像方式全相联映像、干脆映像和组相联映像六、 虚拟存储器1、 虚拟存储器的功能与特点2、 页式虚拟存储器3、 段式虚拟存储器4、 段页式虚拟存储器第七章节：计算机输入/输出系统（12学时）教学内容：1输入/输出设备综述；2常用设备的功能和根本工作原理简介；3输入/输出接口综述、端口的编址方式、几种标准接口的特点；4常用输入/输出方式的限制原理；5中断的根本类型、优先级别、完好的中断过程；6DMA的根本概念及传送过程；7总线的功能、组成，总线仲裁和数据传送限制；8总线标准简介9Pentium计算机中的总线系统简介。教学要求：1.理解几种常用输入/输出设备的功能和根本工作原理，区分它们的不同种类；2理解接口的含义、信息交换的过程、具有的功能和类型；3理解接口电路的两种端口编址方式的特点；4理解并区分几种标准接口的不同特点；5理解并区分几种输入/输出方式的不同特点；6理解与中断和DMA相关的一些重要的根本概念；7理解并能说明中断全过程中涉及到的一些重要名词和结论；8驾驭DMA限制器的功