计算机组成原理复习(09级计算机系).ppt

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1、复习课复习课教学目标教学目标掌握第1章计算机系统概论知识点掌握第3章系统总线知识点掌握第4章存储器知识点掌握第5章输入输出系统知识点掌握第6章计算机的运算方法知识点掌握第7章指令系统知识点期末考试题型期末考试题型选择题 （10小题 1.5分）15分名词解释（5小题 3分）15分简答题 （6小题 5分）30分计算题 （4小题 7分）28分设计题 （2小题 12分，选做1题）20分 计算机系统组成计算机系统组成由人们事先编制的具有各类特殊功能由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成的程序组成计计算算机机系系统统计算机的实体，由看的见摸的着的各计算机的实体，由看的见摸的着的各种电子元器件组成如主机

2、、外设等种电子元器件组成如主机、外设等硬件硬件软件软件第第1章章 计算机系统概论计算机系统概论计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构高级语言高级语言虚拟机器虚拟机器 M M3汇编语言汇编语言虚拟机器虚拟机器 M M2操作系统操作系统虚拟机器虚拟机器机器语言机器语言实际机器实际机器 M M1微指令系统微指令系统微程序机器微程序机器 M M0第第1章章 计算机系统概论计算机系统概论冯冯诺依曼计算机的特点诺依曼计算机的特点1945年，数学家冯诺依曼(von Neumann)在研究EDVAC机时提出了“存储程序”的概念计算机由五大部件组成指令和数据以同等地位存于存储器指令和数据用二进制表示指令由操作

3、码和地址码组成指令在存储器内顺序存放以运算器为中心指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？第第1章章 计算机系统概论计算机系统概论总线的基本概念总线的基本概念为什么要用总线什么是总线是连接各个部件的信息传输线是各个部件共享的传输介质总线的分类 片内总线系统总线通信总线第第3章章 系统总线系统总线 总线的性能指标总线宽度 数据线的根数总线带宽 每秒传输的最大字节数（MBps）总线控制总线控制主要包括两部件：判优控制 通信控制主设备(模块)：对总线有 控制权从设备(模块)：响应从主设备发来的总线命令 总线判优控制分布式分布式集中式集中式计数器定时查询计数器定时查询独立请求方式独立请求方式链式

4、查询链式查询第第3章章 系统总线系统总线总线控制总线控制通信控制目的解决通信双方协调配合问题总线通信的四种方式通信双方由通信双方由 统一时标统一时标 控制数据传送控制数据传送充分充分 挖掘挖掘 系统系统 总线每个瞬间总线每个瞬间 的的 潜力潜力同步通信同步通信*异步通信异步通信*半同步通信半同步通信 分离式通信分离式通信 采用采用 应答方式应答方式，没有公共时钟标准，没有公共时钟标准同步、异步结合同步、异步结合第第3章章 系统总线系统总线存储器分类存储器分类第第4章章 存储器存储器磁盘磁盘 磁带磁带 光盘光盘 高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（Cache）Flash Memory存存储储器器主存

5、储器主存储器辅助存储器辅助存储器MROMPROMEPROMEEPROMRAMROM静态静态 RAM动态动态 RAM存储器的层次结构存储器的层次结构存储器三个主要特性的关系第第4章章 存储器存储器高高低低小小大大快快慢慢辅辅存存寄存器寄存器缓存缓存主存主存磁盘磁盘光盘光盘磁带磁带光盘光盘磁带磁带速度速度容量容量价格价格 位位CPUCPU主主机机存储器的层次结构存储器的层次结构缓存-主存层次和主存-辅存层次第第4章章 存储器存储器缓存缓存CPU主存主存辅存辅存缓存缓存主存主存辅存辅存主存主存10 ns20 ns200 nsms（解决速度不匹配）（解决速度不匹配）（解决存储系统容量不足）（解决存储系

6、统容量不足）虚拟存储器虚拟存储器虚地址虚地址逻辑地址逻辑地址实地址实地址物理地址物理地址主存储器主存储器主存储器概述主存储器概述主存的基本组成第第4章章 存储器存储器存储体存储体驱动器驱动器译码器译码器MAR控制电路控制电路读读写写电电路路MDR.地址总线地址总线数据总线数据总线读读写写主存储器概述主存储器概述主存中存储单元地址的分配寻址范围 地址线一个16K32 位的存储器，其地址线和数据线的总和是?第第4章章 存储器存储器 高位字节高位字节 地址为字地址地址为字地址 低位字节低位字节 地址为字地址地址为字地址字地址字地址字节地址字节地址11109876543210840字节地址字节地址字地

7、址字地址452301420主存储器概述主存储器概述主存的技术指标存储容量存储速度 存取时间 存储周期存储器的带宽第第4章章 存储器存储器随机存取存储器随机存取存储器(RAM)静态 RAM(SRAM)动态 RAM(DRAM)为什么要刷新刷新方式（集中刷新、分散刷新、异步刷新）第第4章章 存储器存储器存储器容量的扩展存储器容量的扩展位扩展（增加存储字长）DDD0479AA021142114CSWE用用 2片片1K4位存位存储芯片组成储芯片组成1K 8位位 的存储器的存储器第第4章章 存储器存储器存储器容量的扩展存储器容量的扩展字扩展（增加存储字的数量）用用 2片片 1K 8位位 存储芯片存储芯片组

8、成组成 2K 8位位 的存储器的存储器CS0A10 1K 8位位 1K 8位位D7D0WEA1A0A9 1CS1第第4章章 存储器存储器存储器与存储器与 CPU 的连接的连接主存和 CPU 的联系MDRMARCPU主主 存存读读数据总线数据总线地址总线地址总线写写第第4章章 存储器存储器存储器与存储器与 CPU 的连接的连接连接控制地址线的连接数据线的连接读/写线的连接片选线的连接合理选用芯片其他 时序、负载典型例题例4.1 P94习题4.15 P151第第4章章 存储器存储器海明码海明码编码 （发现两位错或纠正一位错的编码）L=3第第4章章 存储器存储器L 1=D+C(DC)高速缓冲存储器概

9、述高速缓冲存储器概述程序访问的局部性原理缓存缓存CPU主存主存容量小容量小速度高速度高容量大容量大速度低速度低程序正在执行的程序将要执行的第第4章章 存储器存储器Cache 的基本结构的基本结构第第4章章 存储器存储器主存和缓存的编址主存和缓存的编址主存和缓存按块存储 块的大小相同主存块号主存块号主存储器主存储器012m1字块字块 0字块字块 1字块字块 M1主存块号主存块号块内地址块内地址m位位b位位n位位M块块B个字个字缓存块号缓存块号 块内地址块内地址c位位b位位C块块B个字个字字块字块 0字块字块 1字块字块 C1012c1标记标记Cache缓存块号缓存块号第第4章章 存储器存储器Ca

10、che 的命中率与效率的命中率与效率CPU 欲访问的信息在 Cache 中的比率Cache 主存系统的效率设 Cache 命中率 为 h，访问 Cache 的时间为 tc，访问 主存 的时间为 tm则有：第第4章章 存储器存储器Cache主存的地址映射主存的地址映射直接映射 字块字块2m1 字块字块2c+1 字块字块2c+11 字块字块2c+1 字块字块2c 字块字块2c1 字块字块1 字块字块0主存储体主存储体 字块字块 1 标记标记 字块字块 0 标记标记字块字块 2c1标记标记Cache存储体存储体t位位012c1 字块字块字块地址字块地址 主存字主存字 块标记块标记t 位位c 位位b

11、位位主存地址主存地址 比较器（比较器（t位）位）=不命中不命中有效位有效位=1？*m位位 Cache内地址内地址否否是是命中命中 字块字块2c+1 字块字块2c 字块字块0 字块字块 0第第4章章 存储器存储器Cache主存的地址映射主存的地址映射全相联映射字块字块2m1字块字块2c1字块字块1 字块字块0字块字块2c1字块字块1字块字块0标记标记标记标记标记标记主存字块标记主存字块标记 字块内地址字块内地址主存地址主存地址m=t+c 位位b位位m=t+cCache 存储器存储器主存储器主存储器 字块字块0第第4章章 存储器存储器Cache主存的地址映射主存的地址映射组相联映射典型例题：例4.

12、9 例4.11第第4章章 存储器存储器字块字块2m1字块字块2c-r+1 字块字块2c-r+1 字块字块2c-r字块字块2c-r 字块字块1 字块字块0 字块字块 3标记标记 字块字块 1标记标记字块字块 2c1标记标记 字块字块 2标记标记 字块字块 0标记标记字块字块 2c2标记标记 字块内地址字块内地址组地址组地址主存字块标记主存字块标记s=t+r 位位q=cr 位位b 位位组组012c-r1主存地址主存地址Cache主存储器主存储器m 位位共共 Q 组，每组内两块（组，每组内两块（r=1)1输入输出系统的组成输入输出系统的组成I/O 软件I/O 指令 CPU 指令的一部分通道指令 通道

13、自身的指令I/O 硬件I/O接口 I/O设备I/O 与主机信息传送的控制方式程序查询方式 程序中断方式 直接存储器存取方式DMAI/O通道方式 I/O处理机方式第第5章章 输入输出系统输入输出系统I/O 接口的基本组成接口的基本组成第第5章章 输入输出系统输入输出系统 命令寄存器命令寄存器和命令译码器和命令译码器 设备选择设备选择 电路电路 设备状态设备状态 标记标记 数据缓冲数据缓冲 寄存器寄存器DBR 控控制制逻逻辑辑电电路路I/O接口接口外外 部部 设设 备备数据线数据线命令命令状态状态数据线数据线命令线命令线状态线状态线CPU地址线地址线I/O 中断处理过程中断处理过程中断请求中断判优

14、中断响应中断服务中断返回保护现场中断服务恢复现场INTA中断向量地址INTR调用中断服务程序和调用子程序有何区别？DMA 方式DMA 和程序中断两种方式的数据通路和程序中断两种方式的数据通路CPU主主存存ACC 中断接口中断接口DMA 接口接口I/O 设设 备备中断方式数据传送通路中断方式数据传送通路输入指令输入指令输出指令输出指令DMA方式数据传送通路方式数据传送通路 周期挪用周期挪用真值与机器数真值与机器数真值 X=-0.11111 机器数 原码 X=1.11111补码 X=1.00001反码 X=1.00000移码 X=0.00001转换第第6章章 计算机的运算方法计算机的运算方法 真值

15、与机器数真值与机器数第第6章章 计算机的运算方法计算机的运算方法 000000000000000100000010011111111000000010000001111111011111111011111111128129-0-1-128-127-127-126二进制代码二进制代码 无符号数无符号数对应的真值对应的真值原码对应原码对应 的真值的真值补码对应补码对应 的真值的真值反码对应反码对应 的真值的真值012127253254255-125-126-127-3-2-1-2-1-0+0+1+2+127+0+1+2+127+0+1+2+127FFH分别表示为原码、补码、反码、移码和无符号数时，

16、所对应的十进制分别表示为原码、补码、反码、移码和无符号数时，所对应的十进制数各位多少数各位多少？定点与浮点表示定点与浮点表示定点表示第第6章章 计算机的运算方法计算机的运算方法 Sf S1S2 Sn数数符符数值部分数值部分小数点位置小数点位置Sf S1S2 Sn数数符符数值部分数值部分小数点位置小数点位置或或小数点按约定方式标出小数点按约定方式标出定点与浮点表示定点与浮点表示浮点表示第第6章章 计算机的运算方法计算机的运算方法 N=SrjS 尾数尾数j 阶码阶码r 基数（基值）基数（基值）定点与浮点表示定点与浮点表示第第6章章 计算机的运算方法计算机的运算方法 Sf 代表浮点数的符号代表浮点数

17、的符号n 其位数反映浮点数的精度其位数反映浮点数的精度m 其位数反映浮点数的表示范围其位数反映浮点数的表示范围j阶码：整数阶码：整数S尾数：小数尾数：小数jf 和和 m 共同表示小数点的实际位置共同表示小数点的实际位置jf j1 j2 jm Sf S1 S2 Sn j 阶码阶码S 尾数尾数阶阶符符数数符符阶码的阶码的数值部分数值部分尾数的数值部分尾数的数值部分定点与浮点表示定点与浮点表示尾数规格化尾数用原码表示时：0.1 xxxxxx x 1.0 xxxxxx x尾数用补码表示时：0.1 xxxxxx x 1.0 xxxxxx x第第6章章 计算机的运算方法计算机的运算方法 定定 点点 运运

18、算算加减法运算加法 A补+B补=A+B补减法 A B补=A+(B)补=A补+B补溢出(双符号位 变形补码)第第6章章 计算机的运算方法计算机的运算方法 定定 点点 运运 算算原码一位乘法 补码一位乘法补码一位乘法第第6章章 计算机的运算方法计算机的运算方法 浮点运算浮点运算浮点加减运算浮点加减运算对阶尾数求和规格化舍入溢出例题 P272 6.30第第6章章 计算机的运算方法计算机的运算方法 机器指令机器指令指令系统指令的一般格式操作码地址码第第7章章 指令系统指令系统 操作码字段操作码字段 地址码字段地址码字段扩展操作码技术扩展操作码技术第第7章章 指令系统指令系统 OP A1 A2 A300

19、0000011110A1A1A1A2A2A2A3A3A3A2A2A2A3A3A3111111111111000000011110111111111111111111111111111111111111000000011111111111111111111111111111A3A3A30000000111104 位操作码位操作码8 位操作码位操作码12 位操作码位操作码16 位操作码位操作码最多最多15条二地址指令条二地址指令最多最多15条一地址指令条一地址指令16条零地址指令条零地址指令典型例题典型例题 7.1 7.1寻寻 址址 方方 式式寻找操作数的方式（立即数、寄存器、存储器）立即寻址寄存器寻址直接寻址间接寻址寄存器间接寻址第第7章章 指令系统指令系统 相对寻址基址寻址变址寻址栈寻址一条双字长的取数指令（LDA）存于存储器的100和101单元，其中第一个字为操作码和寻址特征M，第二个字为形式地址。基址寄存器的内容为100，存储器各单元的内容如下图所示。写出下列寻址方式中，取数指令执行结束后，累加器 ACC的内容。立即寻址直接寻址间接寻址基址寻址400800RISC 技技 术术RISC（Reduced Instruction Set Computer）CISC（Complex Instruction Set Computer）第第7章章 指令系统指令系统