[工学]计算机组成原理复习课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,复习课,复习课,1,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,掌握第8章CPU的结构和功能知识点,掌握第9章控制单元的功能知识点,教学目标掌握第1章计算机系统概论知识点,2,期末考试题型,选择题 （15小题 2分）30分,名词解释（5小题 3分）15分,简答题 （5小题 5分）25分,计算题 （6小题 3分）18分,设计题 （1小题 12分）20分,期末考试题型选择题 （15小题 2分）,3,冯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1章 计算机系统概论,图1.11,冯诺依曼计算机的特点1945年，数学家冯诺依曼(von,4,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3章 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）,总线的基本概念为什么要用总线第3章 系统总线 总线的性,5,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,集中式,计数器定时查询,独立请求方式,链式查询,第3章 系统总线,总线控制主要包括两部件：判优控制 总线判优控制分布式集中式计,6,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 统一时标 控制数据传送,充分 挖掘 系统 总线每个瞬间 的 潜力,同步通信*,异步通信*,半同步通信,分离式通信,采用 应答方式，没有公共时钟标准,同步、异步结合,第3章 系统总线,总线控制通信控制通信双方由 统一时标 控制数据传送充分 挖掘,7,存储器的层次结构,存储器三个主要特性的关系,第4章 存储器,高,低,小,大,快,慢,辅存,寄存器,缓存,主存,磁盘,光盘,磁带,光盘,磁带,速度,容量,价格 位,CPU,CPU,主机,存储器的层次结构存储器三个主要特性的关系第4章 存储器,8,存储器的层次结构,缓存-主存层次和主存-辅存层次,第4章 存储器,缓存,CPU,主存,辅存,缓存,主存,辅存,主存,10 ns,20 ns,200 ns,ms,（解决速度不匹配）,（解决存储系统容量不足）,虚拟存储器,虚地址,逻辑地址,实地址,物理地址,主存储器,存储器的层次结构缓存-主存层次和主存-辅存层次第,9,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4章 存储器,高位字节 地址为字地址,低位字节 地址为字地址,字地址,字节地址,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0,8,4,0,字节地址,字地址,4,5,2,3,0,1,4,2,0,主存储器概述主存中存储单元地址的分配第4章 存储器,10,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4章 存储器,随机存取存储器(RAM)静态 RAM(SRAM),11,存储器容量的扩展,位扩展（增加存储字长）,D,D,D,0,4,7,9,A,A,0,2114,2114,CS,WE,用 2片1K4位存储芯片组成1K 8位 的存储器,第4章 存储器,存储器容量的扩展位扩展（增加存储字长）DDD0479,12,存储器容量的扩展,字扩展（增加存储字的数量）,用 2片 1K,8位 存储芯片组成 2K,8位 的存储器,CS,0,A,10,1K,8,位,1K,8,位,D,7,D,0,WE,A,1,A,0,A,9,1,CS,1,第4章 存储器,存储器容量的扩展字扩展（增加存储字的数量）用 2片 1K,13,存储器与 CPU 的连接,主存和 CPU 的联系,MDR,MAR,CPU,主 存,读,数据总线,地址总线,写,第4章 存储器,存储器与 CPU 的连接主存和 CPU 的联系MDRMARC,14,存储器与 CPU 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4章 存储器,存储器与 CPU 的连接连接控制典型例题第4章 存储器,15,海明码,编码 （发现两位错或纠正一位错的编码）,L=3,第4章 存储器,L,1=,D,+,C,(,D,C,),海明码编码 （发现两位错或纠正一位错的编码）第4章,16,高速缓冲存储器概述,程序访问的局部性原理,缓存,CPU,主存,容量小,速度高,容量大,速度低,程序正在执行的,程序将要执行的,第4章 存储器,高速缓冲存储器概述程序访问的局部性原理缓存CPU主存容量小容,17,Cache 的基本结构,第4章 存储器,Cache 的基本结构第4章 存储器,18,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,主存储器,0,1,2,m,1,字块 0,字块 1,字块,M,1,主存块号,块内地址,m,位,b,位,n,位,M,块,B,个字,缓存块号,块内地址,c,位,b,位,C,块,B,个字,字块 0,字块 1,字块,C,1,0,1,2,c,1,标记,Cache,缓存块号,第4章 存储器,主存和缓存的编址主存和缓存按块存储 块的大小相同,19,Cache 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4章 存储器,Cache 的命中率与效率CPU 欲访问的信息在 Cache,20,Cache主存的地址映射,直接映射,字块2,m,1,字块2,c,+1,字块2,c,+1,1,字块2,c,+1,字块2,c,字块2,c,1,字块,1,字块0,主存储体,字块 1,标记,字块 0,标记,字块 2,c,1,标记,Cache,存储体,t,位,0,1,2,c,1,字块,字块地址,主存字,块标记,t,位,c,位,b,位,主存地址,比较器（,t,位）,=,不命中,有效位=1？,*,m,位,Cache,内地址,否,是,命中,字块2,c,+1,字块2,c,字块0,字块 0,第4章 存储器,Cache主存的地址映射直接映射 字块2m1 字块2,21,Cache主存的地址映射,全相联映射,字块2,m,1,字块2,c,1,字块1,字块0,字块2,c,1,字块1,字块0,标记,标记,标记,主存字块标记,字块内地址,主存地址,m,=,t,+,c,位,b,位,m,=,t,+,c,Cache 存储器,主存储器,字块0,第4章 存储器,Cache主存的地址映射全相联映射字块2m1字块2c1,22,Cache主存的地址映射,组相联映射,典型例题：例4.9 例4.11,第4章 存储器,字块2,m,1,字块2,c,-,r,+1,字块2,c,-,r,+,1,字块2,c,-,r,字块2,c,-,r,字块1,字块0,字块 3,标记,字块 1,标记,字块 2,c,1,标记,字块 2,标记,字块 0,标记,字块 2,c,2,标记,字块内地址,组地址,主存字块标记,s,=,t,+,r,位,q,=,c,r,位,b,位,组,0,1,2,c,-,r,1,主存地址,Cache,主存储器,m,位,共,Q,组，每组内两块（,r,=1),1,Cache主存的地址映射组相联映射第4章 存储器字块,23,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DMA,I/O通道方式 I/O处理机方式,第5章 输入输出系统,输入输出系统的组成I/O 软件第5章 输入输出系统,24,三种方式的 CPU 工作效率比较,存取周期结束,CPU 执行现行程序,CPU 执行现行程序,DMA请求,启动I/O,I/O准备,I/O准备,一个存取周期,实现I/O与主存,之间的传送,CPU,执行,现行程序,CPU查询等待并传输I/O数据,CPU,执行,现行程序,启动I/O,I/O 准备及传送,指令执行周期结束,CPU 执行现行程序,CPU 执行现行程序,启动I/O,中断请求,I/O准备,I/O准备,CPU 处理中断服务程序,实现 I/O 与主机之间的传送,间,断,启动I/O,启动I/O,I/O准备,中断请求,启动I/O,I/O准备,一个存取周期,DMA请求,程序,查询,方式,程序,中断,方式,DMA,方式,5.1,I/O 准备及传送,三种方式的 CPU 工作效率比较存取周期结束CPU 执行现,25,I/O 中断处理过程,中断请求,中断判优,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？,I/O 中断处理过程中断请求保护现场INTAINTR调用中断,26,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6章 计算机的运算方法,真值与机器数真值 X=-0.,27,真值与机器数,第6章 计算机的运算方法,00000000,00000001,00000010,01111111,10000000,10000001,11111101,11111110,11111111,128,129,-0,-1,-128,-127,-127,-126,二进制代码,无符号数,对应的真值,原码对应,的真值,补码对应,的真值,反码对应,的真值,0,1,2,127,253,254,255,-125,-126,-127,-3,-2,-1,-2,-1,-0,+0,+1,+2,+127,+0,+1,+2,+127,+0,+1,+2,+127,FFH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,？,真值与机器数第6章 计算机的运算方法 0000000000,28,定点与浮点表示,定点表示,第6章 计算机的运算方法,S,f,S,1,S,2,S,n,数符,数值部分,小数点位置,S,f,S,1,S,2,S,n,数符,数值部分,小数点位置,或,小数点按约定方式标出,定点与浮点表示定点表示第6章 计算机的运算方法 Sf,29,定点与浮点表示,浮点表示,第6章 计算机的运算方法,N,=,S,r,j,S,尾数,j,阶码,r,基数（基值）,定点与浮点表示浮点表示第6章 计算机的运算方法 N=S,30,定点与浮点表示,第6章 计算机的运算方法,S,f,代表浮点数的符号,n,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,j阶码：整数,S尾数：小数,j,f,和,m,共同表示小数点的实际位置,j,f,j,1,j,2,j,m,S,f,S,1,S,2,S,n,j,阶码,S,尾数,阶符,数符,阶码的,数值部分,尾数的数值部分,定点与浮点表示第6章 计算机的运算方法 Sf,31,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6章 计算机的运算方法,定点与浮点表示尾数规格化第6章 计算机的运算方法,32,定 点 运 算,加减法运算,加法 A补