计算机组成原理(本)

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,1,计算机发展到目前共分为几代？,计算机系统概论,5,2,第一台计算机是哪一年研制成功的？,1946,3,“,存储程序,”,的概念是谁提出的？,冯,.,诺依曼,4,目前计算机系统采用的是什么结构,？,多级层次结构,5,计算机的主机是指什么,？,CPU+,主存储器,6,计算机的存储系统包括什么,？,Cache+,主存,+,外存,简述冯,.,诺依曼型计算机的设计思想。,（,1,）计算机硬件应有运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件组成。,（,2,）计算机内部采用二进制表示数据和指令及其他信息。,（,3,）将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作。即,存储程序控制,。,机算机硬件组织由哪几大功能部件组成？,存储器，运算器，控制器，输入输出设备，总线。,计算机的简单框图,运算器,控制器,主存储器,输入设备,输出设备,辅助存储器,CPU,控制,数据,地址或指令,主机,外设,存储器,1.2.2,硬件各部件的组成及主要功能,1.,存储器,(Memory),：存储程序和数据信息的部件。,它是一个记忆装置，也是计算机能够实现“存储程序控制”的基础。,Cache,主存储器,辅助存储器,三级存储系统,速度,快,慢,小,大,容量,贵,贱,价格,/,位,计算机系统的多层次结构,1.,多层次结构,现代计算机系统是一个硬件与软件组成的综合体，我们可以把它看成是按功能划分的多级层次结构。,微程序级（实际机器）,机器语言级（实际机器）,汇编语言级（虚拟机器）,应用语言级（虚拟机器）,高级语言级（虚拟机器）,操作系统级（虚拟机器）,数字逻辑（实际机器）,第,0,级,第,1,级,第,2,级,第,3,级,第,4,级,第,5,级,第,6,级,硬操作时序（实际机器）,微程序级（实际机器）,机器语言级（实际机器）,操作系统级（虚拟机器）,汇编语言级（虚拟机器）,高级语言级（虚拟机器）,应用语言级（虚拟机器）,硬联逻辑,微程序,操作系统,汇编程序,编译程序,应用程序,运算方法及运算器,1.,8,位定点字长的字，采用,2,的补码表示时，一个字所能表示的整数范围是多少？,128 +127,2.,下列数中最小的数是多少？,A,（,10011001,）,2,B.,（,227,）,8,C.,（,98,）,16,D.,（,152,）,10,=153,=151,=152,=152,3.,用,16,位字长（其中,1,位符号位）表示定点整数时，所能表示的数值范围是多少？,0,，,2,15,1,4.,一个定点数由哪两部分组成？,符号位，数值位,5.,在,IEEE754,标准中，浮点数由哪几部分组成？,符号位，指数，尾数,6.,已知,X,为整数，且,X,补,=10001011,，则,X,的十进制数值是多少？,X,原,=11110101,X=-1110101,X=-,（,2,6,+2,5,+2,4,+2,2,+2,0,）,=-,（,64+32+16+4+1,）,=-117,7.,已知,X=0.10011,，,Y=-0.10111,，写出它们的原码、补码及反码表示。,X,原,=0.10011,Y,原,=1.10111,X,补,=0.10011,Y,补,=1.01001,X,反,=0.10011,Y,反,=1.01000,8,已知,X=-0.10110,，,Y=-0.00001,，求（,1,）,X,补，,-X,补，,Y,补，,-Y,补，（,2,）试用它们的变形补码计算,X+Y=,？，,X-Y=,？并指出结果是否溢出,。,解答：,（,1,）,X,补,=1.01010,，,-X,补,=0.10110,，,Y,补,=1.11111,，,-Y,补,=0.00001,X+Y,补,=11.01010+11.11111=11.01001,，,X+Y=-0.10111,，不溢出,X-Y,补,=11.01010+0.00001=11.01011,，,X-Y=-0.10101,，不溢出,解：,x,补,=1.0101 -x,补,=0.1011 y,补,=0.1101,，,计算过程如下：,10.,已知,x=,0.1011,，,y=0.1101,，用补码布斯,乘法求,xy,，要求写出机器的运算步骤。,部分积,R,0,乘数,R,1,说明,0 0.0 0 0 0,0,1 1 0 1,0,初值,y,n+1,=0,，,P=0,y,n,y,n+1,=10,，,+-x,补,+0 0.1 0 1 1,0 0.1 0 1 1,右移,1,位，得,P,1,0 0.0 1 0 1 1 0 1 1 0,1,y,n,y,n+1,=01,，,+x,补,+1 1.0 1 0 1,1 1.1 0 1 0,右移,1,位，得,P,2,1 1.1 1 0 1 0 1 0 1 1 0,y,n,y,n+1,=10,，,+-x,补,+0 0.1 0 1 1,0 0.1 0 0 0,右移,1,位，得,P,3,0 0.0 1 0 0 0 0 1 0 1 1,y,n,y,n+1,=11,，,+0,+0 0.0 0 0 0,0 0.0 1 0 0,右移,1,位，得,P,4,0 0.0 0 1 0 0 0 0 1 0 1,y,n,y,n+1,=01,，,+x,补,+1 1.0 1 0 1,1 1.0 1 1 1 0 0 0 1 0 1,最后一步不右移，得,P,5,x,补,=1.0101,-x,补,=0.1011,y,补,=0.1101,符号位参加运算,存储系统,1.,存储器是计算机系统的记忆设备，主要用途是 什么？,存储程序和数据,2.,计算机系统中的存储器系统是指什么？,cache,、主存贮器和外存贮器,3.,主存贮器和,CPU,之间增加,cache,的目的是多少？,解决,CPU,和主存之间的速度匹配问题,4.,闪速存储器,Flash Memory,是一种,_,存储器？,非易失性,5.,相联存储器是按内容访问的存储器，它属于,_,存储器？,并行,6.,常用的,Cache,替换算法是什么？,近期最少使用算法,7.,计算机字长,16,位，它的存贮容量是,64KB,，若按字编址，那么它的寻址范围是多少？,1B=8,位，,16,位,=2B,64KB=2B*32K,，故寻址范围为,32K,8.,一个容量为,64K32,位的存储器,其地址线和数据线的总和是多少根,?,地址线：,2,10,*2,6,=64K,所以地址线是,16,根,数据线是,32,根,总共是,16+32=48,根,.,10,已知某,16,位机主存采用半导体存储器，其地址码为,20,位，若使用,16K8,位的,SRAM,芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块板结构形式，问：,(1),若每个模块板为,128K16,位，共需几个模块板？,(2),每个模块板内共有多少,SRAM,芯片？,(3),主存共需多少,RAM,芯片？,CPU,如何选择各模块板？,解答,(1),所需模块板,N=2,20,(1282,10,)=8 (,块,),(2),每个模块板内所需的,SRAM,芯片数为,n=(128K16K)(168)=16 (,片,),(3),主存共需,SRAM,芯片数：,M=168=128,有一个具有,20,位地址和,32,位字长的存储器，问：（,1,）该存储器能存储多少个字节的信息？（,2,）如果存储器由,512K8,位,SRAM,芯片组成，需要多少芯片？（,3,）需要多少位地址作芯片选择？,解：（,1,）,2,20,=1M,，该存储器能存储的信息为：,1M32/8=4MB,（,2,）（,1024K/512K,）,（,32/8,）,=8,（片）,（,3,）需要,1,位地址作为芯片选择。（,选择两个,512K32,位的存储体,）,11,14,请用图示说明三级存储体系分别由哪些部分组成，并比较,Cache-,主存和主存一辅存这两个存储层次的相同点和不同点。,【,解,】,如图所示，三级存储体系由,Cache,存储器、主存和辅存构成。,Cache,和主存构成了系统的内存，而主存和辅存依靠辅助软硬件的支持构成了虚拟存储器。,三级存储体系为了提高存储系统的性能价格比而构造的层次性存储体系，力图使存储系统的性能接近高速存储器，而价格接近低速存储器。,CPU,cache,主存,辅存,辅 助,硬 件,辅 助,硬，软件,13.,磁盘组有,6,片磁盘，每片有两个记录面，存储区域内直径,22cm,，外直径,33cm,，道密度,40,道,/cm,，内层位密度,400,位,/cm,转速,2400,转,/,分，,问：,（,1,）共有多少个存储面可用？,（,2,）共有多少柱面？,（,3,）盘组的总存储容量是多少？,（,4,）数据传输速率是多少？,（,5,）如采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位,是什么？在寻址命令中如何表示磁盘地址？,(6),如果某文件长度超过了一个磁道的容量，应将它记,录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上？,解答,（,4,）磁盘上的信息分布及磁盘编址,磁盘记录区的编址,（,14,英寸,6,片盘组为例）,扇区号：,0,13,；,记录面号：,0,9,；,磁道号：,0,202,（最外磁道为,0,磁道）,相同半径的磁道构成一个柱面,磁盘编址：,(,台号,),记录面号,磁道号,扇区号,每个扇区记录定长的数据,扇区是磁盘存储器可寻址的 最小单位，读写操作是以扇区为单位一位一位串行操作。,磁头,旋转的盘,移动方向,磁头架,0,道,n,道,扇区,图,3.51,扇区示意图,记录格式,(a),头空、尾空,为磁盘控制器提供读写的准备时间。,(b),序标,写入特定代码，作为磁盘控制器的同步定位信号。,(c),数据,512,(d),校验字,循环冗余码，以提高可靠性。,头空,数据（,512,个字节）,序标,校验字,尾空,头空,数据,序标,磁道,磁盘运动方向,一 个 扇 区,（一个记录块）,下个扇区,扇标脉冲,扇标脉冲,图,3.52,硬盘数据记录格式,8.,磁盘组有,6,片磁盘，每片有两个记录面，存储区域内直径,22cm,外直径,33cm,道密度,40,道,/cm,内层位密度,400,位,/cm,转速,2400,转,/,分，问：,（,1,）共有多少个存储面可用？,（,2,）共有多少柱面？,（,3,）盘组总存储容量是多少？,答：,（,2,）有效存,储,区域,16.5 11=5.5(cm),，柱面：,405.5,220,(3),因为道密度,=40,道,/cm,内圈磁道周长,为,2,R=2,3.14,11=69.08(cm),每道的信息量,=400,位,/cm,69.08cm=27632,位,每面的信息量,=27632,220=6079040,位。,盘组总容量,=6079040,10=60790400,位。,（,1,）共有,10,个存储面可用，最上下两面不用。,8.,磁盘组有,6,片磁盘，每片有两个记录面，存储区域内直径,22cm,外直径,33cm,道密度,40,道,/cm,内层位密度,400,位,/cm,转速,2400,转,/,分，问：,（,4,）数据传输速率是多少？,(4),磁盘数据传输速率,D,R,=rN,个字,/,秒。,N,为每条磁道容量，,N=27632,位。,r,为磁盘每秒转速，,r=240060=40,（转,/,秒）,所以,数据传输速率,D,R,=rN=4027632=1105280,位,/,秒,答：,8.,磁盘组有,6,片磁盘，每片有两个记录面，存储区域内直径,22cm,外直径,33cm,道密度,40,道,/cm,内层位密度,400,位,/cm,转速,2400,转,/,分，问：,（,5,）如采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么？在寻址命令中如何表示磁盘地址？,(5),采用定长数据块格式，直接寻址的最小单位是一个记录块,（一个扇区），每个记录块记录固定字节数目的信息。,答：,在定长记录的数据块中，活动头磁盘组的编址方式如下：,台号,圆柱面号（磁道号）,盘面（磁头号）,扇区号,17 16,15 8,7 4,3 0,