计算机组成原理复习

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,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,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,由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成,计算机系统,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、外设等,硬件,软件,第1章 计算机系统概论,计算机系统的层次结构,高级语言,虚拟机器 M,3,汇编语言,虚拟机器 M,2,操作系统,虚拟机器,机器语言,实际机器 M,1,微指令系统,微程序机器 M,0,第1章 计算机系统概论,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,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,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,存储器分类,第4章 存储器,磁盘 磁带 光盘,高速缓冲存储器（Cache）,Flash Memory,存,储,器,主存储器,辅助存储器,MROM,PROM,EPROM,EEPROM,RAM,ROM,静态 RAM,动态 RAM,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,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,主存储器概述,主存的基本组成,第4章 存储器,存储体,驱动器,译码器,MAR,控制电路,读,写,电,路,MDR,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,地址总线,数据总线,读,写,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4章 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4章 存储器,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,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,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,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,),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,Cache 的基本结构,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,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,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,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,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,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,I/O 接口的基本组成,第5章 输入输出系统,命令寄存器,和命令译码器,设备选择,电路,设备状态,标记,数据缓冲,寄存器DBR,控制逻辑电路,I/O接口,外 部 设 备,数据线,命令,状态,数据线,命令线,状态线,CPU,地址线,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？,DMA 方式,DMA 和程序中断两种方式的数据通路,CPU,主,存,ACC,中断接口,DMA 接口,I/O,设,备,中断方式数据传送通路,输入指令,输出指令,DMA方式数据传送通路,周期挪用,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,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,？,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,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,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,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 运 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6章 计算机的运算方法,定 点 运 算,原码一位乘法,补码一位乘法,第6章 计算机的运算方法,浮点运算,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6章 计算机的运算方法,机器指令,指令系统,指令的一般格式,操作码,地址码,第7章 指令系统,操作码字段,地址码字段,扩展操作码技术,第7章 指令系统,OP,A,1,A,2,A,3,0000,0001,1110,A,1,A,1,A,1,A,2,A,2,A,2,A,3,A,3,A,3,A,2,A,2,A,2,A,3,A,3,A,3,1111,1111,1111,0000,0001,1110,1111,1111,1111,1111,1111,1111,1111,1111,1111,0000,0001,1111,1111,1111,1111,1111,1111,1111,A,3,A,3,A,3,0000,0001,1110,4 位操作码,8 位操作码,12 位操作码,16 位操作码,最多15条二地址指令,最多15条一地址指令,16条零地址指令,典型例题 7.1,寻 址 方 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7章 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,400,800,RISC 技 术,RISC（Reduced Instruction Set Computer）,CISC（Complex Instruction Set Computer）,第7章 指令系统,