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哈工大英才学院计算机组成原理第7章.ppt

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计算机组成原理第七、八章答案ppt课件

计算机组成原理第七、八章答案ppt课件

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23
（6）六种寻址方式中，立即寻 址指令执行时间最短，因为此时不需寻址；
间接寻址指令执行时间最长，因 为寻址操作需访存一次到多次；
相对寻址便于程序浮动，因为此 时操作数位置可随程序存储区的变动而改 变，总是相对于程序一段距离；
变址寻址最适合处理数组问题， 因为此时变址值可自动修改而不需要修改 程序。
指令操作码分配方案如下：
最新版整理ppt
5
4位OP 0000，
指令操作码分配方案
……， 0111，
A1，A2，A3；8条三地址指令
1000，0000，
……，……， 1000，1111，
A2，A3；16条二地址指令
1001，0000，0000，
……，……，……， A3；100条一地址指令
1001，0110，0011，
地址短于存储地址时，基址寻址就变成了段寻 址，基地址就叫做段地址，此时主存分段。
存于ACC中，并假设（PC）=4000H。
解：由于本题未指定数据通路结构，因此
只能大概地排一下信息流程图，并且流程图中突出
寻址过程的实现。
ADD *-5指令信息流程图如下：
A
取指令（可省）
EA MAR，读
寻址计算：
EA=(PC)-5 =4000H+FFFBH =3FFBH
A
M(EA) MDR
(ACC)+(MDR) ACC
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3
4. 零地址指令的操作数来自哪里？一地址 指令的另一个操作数地址通常可采取什么 寻址方式获得？各举一例说明。
答：零地址指令的操作数来自堆栈的栈顶和 次栈顶。一地址指令的另一个操作数通常 可采用隐含寻址方式获得，即将另一操作 数预先存放在累加器ACC中。

计算机组成原理 第七课PPT课件

计算机组成原理 第七课PPT课件
C1= g0+p0 C0 C2= g1+p1 C1 C3= g2+p2 C2 C4= g3+p3 C3
Company Logo
若将C1= g0+p0 C0代入C2表达式中的C1，依此类推，则 C1= g0+p0 C0 C2= g1+p1 g0+ p1 p0 C0 C3= g2+p2 g1+ p2 p1 g0+ p2 p1 p0 C0 C4= g3+p3 g2+ p3 p2 g1+ p3 p2 p1 g0+ p3 p2 p1 p0C0
Ci+1‘：十六进制的进位 Ci+1：十进制的进位 Fi3’~Fi1’：未修正的和数
BCD码十进制加法器设计的关键在于进位的产生及 和数的修正。
4. N位十进制加法器的构成
见 P52 图2.7 b 【例2.20】 设被加数x=(25)10，加数y=(68)10，用十进制加法 求x+y，要求写出BCD码执行相加的过程。
可见， Ci仅与gi、pi有关，即只与被加数、加数有关，可并 行产生。进位并行产生电路和进位加法器如下图所示。
Company Logo
C4
C3
C2
C1
C0
g3
P3 g2
P2 g1
P1 g0 P0
(a) 先行进位产生电路
Company Logo
先行进位线路
F3
g3 FA
P3
C4
C3
F2
g2 FA
P2
Company Logo
（2）真值表
Ai
Bi
Ci-1 Si
Ci
00000
00110

计算机组成与结构第7章PPT课件

计算机组成与结构第7章PPT课件

清 华
外存储器或辅助存储器，存放当前不在运行
大
学 出
的大量程序和数据,一般为串行访问。
版
社
计
算
机 组
串行存储器:访问指定信息所需时间与信息所在位置
成 原
有关。分成顺序存取存储器和直接存取存储器。
理
术
· 顺序存取存储器:例如，磁带上的信息以顺序的方式存储
第 4
在带上，读／写时要待磁带移动到合适位置后才能顺序读／
②如何有效地 组织层次中存储器的结构.
原 理
(1)层次结构的组织
术 ·
*层次管理机构：CPU与各存储器使用的地址空间不同，各
第 4
存储器需设置管理单元(MU)进行地址变换，以实现层间访问。
版
清 华
虚拟地址
CMU 不命中
MMU 不命中
AMU
大
CPU
辅存 地址
学 出 版 社
D/I Cache 地址 D/I 主存 地址 D/I
理 如何保持cache与主存的一致性问题。
术 ·
通常有两种写入方式：
第 4
写回法:是暂时只向cache存储器写入，并用标志加以注明，直
版 到经过修改的字块被从cache中替换出来时才一次写入主存；这
清 种方式写操作速度快，但因在此以前，主存中的字块未经随时
术 ·
满的cache存储器中替换出任何一个旧字块。
第
4 版
全相联映像方式是最灵活但成本最高的一种方式
清
华 大
问题:1.不只是它的标记位数从t位增加到t+c位(与
学 出
直接映像相比)，使cache标记容量加大.
版 社
2.在访问cache时，需要和cache的全部标记

计算机组成原理 - 第七讲

计算机组成原理 - 第七讲

…
单元 电路
A7
A6
码 31 器
31
A5
… …
读 写 控 制 电 路
0 1
写 数 据 线
读 数 据 线
…
…
0
A4
…
…
刷新放大器
D
31
…
列 地 址 译 码 器
0
A3
0
A2
0
A1
1
A0
② 三管动态 RAM 芯片 (Intel 1103) 写
A9 A8
4.2
读选择线
写选择线
行
0
1 地 1 址 1 1 1
译
0
1 1
…
…
单元 电路
A7
A6
码 31 器
31
A5
… …
读 写 控 制 电 路
0 1
写 数 据 线
读 数 据 线
…
…
0
A4
…
…
刷 址 译 码 器
0
A3
0
A2
0
A1
1
A0
② 三管动态 RAM 芯片 (Intel 1103) 写
A9 A8
4.2
读选择线
写选择线
行
0
1 地 1 址 1 1 1
A2 A1
A0
(4) 动态 RAM 刷新
刷新与行地址有关
读 /写或维持 周期序号
0 1 2
4.2
刷新 读/写或维持
3999 0 1
① 集中刷新 （存取周期为0.5 s ） 以128 × 128 矩阵为例
•••
•••
3871 3872
•••

1计算机组成原理(第一到八总章)课件PPT

1计算机组成原理(第一到八总章)课件PPT
27
计算机的层次结构
计算机通常被认为由6个不同的级组成：
第六级
为满足某种用途而专门设计，其语言是各种面向问题的应
应用语言级 用语言。用户看到的是能解决某些专门问题的智能机器。
虚
第五级
高级语言级是为方便用户编写应用程序而设置的，由各种
拟
高级语言级 高级语言编译程序支持，面向程序员。
机
第四级
提供一种符号语言即汇编语言，以减少程序编写复杂性，
n 在研制ENIAC的同时，以美籍匈牙利数学家冯 · 诺依曼为首的研 制小组提出了“存储程序、程序控制”的设计思想，体现该设计 思想的计算机EDVAC在1951年问世。
n 冯·诺依曼的存储程序控制概念概括起来为： n 计算机硬件应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出 设备五大基本部件组成。 n 计算机内部采用二进制来表示指令和数据（表示与实现）。 n 将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后启动计算 机工作。这一点最为重要，即存储程序、程序控制的思想。
教材与参考书、考核方式
教材与参考书
n 蒋本珊，计算机组成原理，清华大学出版社，2004.3 n 王闵，计算机组成原理，电子工业出版社，2001.1
考核方式
n 考试方式：闭卷考试 n 成绩计算：总成绩 = 作业20% + 期终考试80%
5
第一章 计算机系统概论
主要内容
n 计算机的设计思想（存储程序与程序控制） n 计算机的硬件组成（五大部件） n 计算机的软件配置（系统软件和应用软件） n 计算机的基本工作过程
n 输出设备的种类也非常多，例 如显示器、打印机等是常见的 输出设备。同样新的输出设备 在不断问世，例如能用颜色表 示水温的水龙头。
20

计算机组成原理课件第7章PPT课件

计算机组成原理课件第7章PPT课件

编辑版pppt
8
一、程序控制方式
查询传送方式：
开始
取外设状态
外设准备 就绪？
N Y
传送数据
传送完否？
N
Y 结束
编辑版pppt
9
二、中断方式
中断的基本概念：中断是指当CPU正在执行程序过程中，由于某一突发 事件的发生，CPU暂时中止正在执行的程序，转去处理突发事件，待处 理完毕后，再返回到原来被中止的程序继续执行。可见中断是一个过程， 能够引起中断的突发事件称为中断源，根据中断源不同，可以将中断分 为硬件中断和软件中断。
在多级中断中，如果每一级请求线上还连接有多个中断源设 备，那么在识别中断源时，还需要进一步用串行链式方式查 询。这意味着要用二维方式来设计中断排队逻辑。
编辑版pppt
18
多级中断
中断屏蔽 （1）为每个或每级中断源设置一
个中断屏蔽位，改变屏蔽码后处 理机响应各个中断源的中断请求 和实际中断服务的先后次序
AEN 1
A9 1
A8
…
1
A3 1
A2
…
1
A0 1
& 74LS30
74LS30 ≧ 1Y & 74LS20
编辑版pppt
6
7.2 输入与输出
一、程序控制方式 二、中断方式 三、DMA方式 四、通道方式
编辑版pppt
7
一、程序控制方式
无条件传送方式：无条件传送方式又称同步 传送方式。 适用于一些简单的外设，如开 关、继电器、数码管、发光二极管等，CPU 在任何时候都可以用IN或OUT指令直接对这 些外设进行输入/输出操作。由于在这种方 式下CPU对外设进行输入/输出操作时无需考 虑外设的状态，故称为无条件传送方式。

计算机组成原理课件

计算机组成原理课件
计算机组成原理
1.2.3 计算机的工作步骤
1.2
1.上机前的准备
• 建立数学模型
• 确定计算方法
sin x = x -
x3 3!
+
x5 5!
-
x7 7!
+
x9 9!
-
…
√x
=
1 2
( yn+
x yn
)
(
n
=
0,
1,
2,
…)
• 编制解题程序
程序 —— 运算的 全部步骤
指令 —— 每 一个步骤
编程举例
1.2
计算 ax2 + bx + c = (ax + b)x + c
取x 至运算器中 乘以x 在运算器中 乘以a 在运算器中 存ax2 在存储器中 取b 至运算器中 乘以x 在运算器中 加ax2 在运算器中 加c 在运算器中
取x 至运算器中 乘以a 在运算器中 加b 在运算器中 乘以x 在运算器中 加c 在运算器中
1.2
ACC MQ ALU
X
运算器
指令
加
初态 ACC [M]
[ACC]+[X]
M 被加数 X ACC
② 减法操作过程
1.2
ACC MQ ALU
X
运算器
指令
减
初态 ACC [M]
[ACC]-[X]
M 被减数 X ACC
③ 乘法操作过程
1.2
AC0 C MQ
AALUU
X
运算器
指令
乘M
初态 ACC [M]
指令格式举例
1.2
操作码
地址码
取数 000001 存数 加 乘 打印 停机

计算机组成原理课件

计算机组成原理课件
计算机组成原理
• 学分：4 • 学时：64+32 • 先修课程：
• 数字逻辑、高级语言程序设计
• 后续课程：
• 操作系统、系统结构、编译原理、计算机网络…
1
学习目的
• 了解计算机的组成
• 五大组成部件
• 掌握计算机的运行原理
• 计算机为什么能执行高级语言程序
• 了解现代计算机中的一些核心技术
• 流水、Cache、并行
13
Datapath
Memory
I/O
14
Bus-Based Computer
15
Anatomy of a Modern PC
16
Multiprocessors
IBM ASCI White: 8K processors, 13 Tflops
17
计算机剖析
计算机系统
计算机结构 计算机处理器
逻辑设计 设备制造 电路（VLSI）设计
• Memory • I/O
Intel Pentium
11
计算机运行机制
Control Datapath Computer
Memory
• Datapath: 完成算术和逻辑运算， 通常包括其中的寄存器。
• Control: CPU的组成部分，它根据 程序指令来指挥datapath， memory以及I/O运行，共同完成 程序功能。
28
Turing机特点
• 通用计算机：并不是保存所有问题的结果。 • 存储程序计算机：问题的求解由程序或过程给出，程序和过程可以通过
语言描述。 • 有限速度：计算机执行程序的时间是有限的。 • 有限空间：计算机程序的存放空间和数据存放空间也是有限的。 • 是现代计算机的鼻祖。

计算机组成原理PPTPPT课件

计算机组成原理PPTPPT课件

A可被４整除
精选ppt课件2021
30
2.5.2 数据在存储器中的存放方式
对齐方式
多字节数据存放在存储器中满足“边界对准” 半字地址是2的整数倍，字地址是4的整数倍，双字地址是8的整数倍，字节 可以存储在任何地址，不满足要求时，填充一个至多个空白字节
字节次序
➢大端模式：高字节为低地址（Motorola的PowerPC系列的CPU）
10010101 10100001
操作码用来表明本条指令要 求计算机完成的操作，如加 法，减法，取数等，CPU中有 专门的译码电路来识别解释 各操作码
地址码用来给出参加本次运算的操作数和 运算结果所在的地址，根据地址码个数， 指令格式分为零地址、一地址 、二地址、 三地址、四地址
精选ppt课件2021
两种扩展方式很难证明哪一种肯定优于另外一种
实际中采用哪种方式，有一个重要的原则：使用频度高的指令应分配短的操作码；
使用频度低的指令相应地分配较长的操作码（有利于CPU缩短对指令的译码时间，提
高指令的执行速度）。
精选ppt课件2021
19
等长扩展操作码
采用4-8-12等长扩展法确定三种使用频度的操作码的
精选ppt课件2021
4
1.2 计算机的发展史
➢第一代电子管时代(1946-1958)： 耗电高，体积 大，定点计算，机器语言，汇编语言
➢第二代晶体管时代(1958-1965)：变集中处理为 分级处理，浮点运算、高级语言
➢第三代中小规模集成电路时代(1965-1970)：存 储容量大，运算速度快，几十至几百万次/秒
特点：控制简单，译码时间短，编码浪费，n位操作码能表示2n条指令
操作码长度不固定：操作码分散在指令字的不同字 段内

计算机组成原理本全PPT

计算机组成原理本全PPT
32
第32页，共396页。
为提高数据的表示精度，当尾数的值不为 0 时，其绝对 值应≥，即尾数域的最高有效位应为1,否那么以修改阶 码同时左右移小数点的方法，使其变成这一表示形式， 这称为浮点数的规格化表示。
101.1101=0.1011101×20011=0.010111010×20210
规格化表示为尾数是，阶码是0011 而尾数是，阶码是0100不是规格化表示。
•
s 00000001 0000 0000 0000 0000 0000 000
•
x＝(－１)S×2－126
完成的工作是从内存中读取指令，分析和解释指令，
然后按指令的要求发出操作命令，控制计算机各局部自动
协调的工作。
•
简单程序
•
指令形式
•
控制器的根本任务
•
指令流和数据流
• 冯·诺依曼体系构造计算机的主要特征是：采用存储程序和数据， 由指令流来控制计算机的操作。
• 输入设备 输入信息到计算机中的设备
• 输出设备 从计算机中输出信息的设备
学习难点 内容较多、构造复杂、要有数字逻辑的根底
学习思路〔方法〕 分析构造、弄清原理、多做练习
3
第3页，共396页。
主要内容
计算机系统概述〔计算机根底、根本概念〕
运算方法和运算器〔计算机中数据的表示和编 码：包括数值、非数值数据，整数、小数，汉
字，校验码等。计算机中运算方法：定点运算、 浮点运算、逻辑运算。运算器及实现)
操作系统支持(调度，存储管理，虚拟存储器等)
4
第4页，共396页。
第一章 计算机系统概论
第一节 计算机分类
电子计算机从总体上来说分为两大类:电子模 拟计算机和电子数字计算机。 l 电子模拟计算机的特点是数值由连续量来表示,运算
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CPU内部
寄存器组
速
cpu
主机内存般价部 储来格器说就主 、的，越高 器D存R速性速低储A缓M器能度；）冲（由越而S存R速高大储AM度，容、价量容格，度越来越量就影和越响价高了格；读来 容取衡量速C量越度ac。大。he一，这
外部设备些格年的辅 、来存光助，储盘存、储人器磁器们，带（存磁不但储盘断各器、）硬追种盘求存大储慢容器量之、间高还速 存度在主、许存低多价的 存不储储足结器，构分所来层以提结在高构系存图统储的器设系计统上的，性采能用，了分层的存
7
4.1.2 存储器系统中的主存
❖ 存取周期
连续启动两次独立的存储器操作（如读或写）所 需的最小间隔时间，通常存储周期大于存取时间。
❖ 存储器的带宽
它表示每秒从存储器进出信息的最大数量，单位为 字/秒或字节/秒或位/秒表示。如存取周期为500ns， 每个存取周期可访问16位，则它的带宽为32M位/秒。
第7章 存储器和存储系统 方连众
1
第7章 存储器和存储系统
❖ 存储器-----人类的记忆细胞
❖ 内存：
CPU可以直接控制的并可寻址的存储器
❖主发要展内：容：
从属的记忆部件现在计算机的核心
❖ ❖
目 待774前 解半...132 导的 决分几利体存 的层种用、的半存储问磁存导储设题盘储体芯备：、器存片：磁系储构带统器造、存光储盘系…统…
外存
(带cache的存储器层次)
4
4.1.2 存储器系统中的主存
❖ 主存储器是存储系统的主体。 ❖ 主存的组成：
由地址寄存器、地址译码、驱动电路、存储体、 读写电路和数据寄存器组成。
❖ 存储芯片和CPU芯片可通过总线连接.
5
4.1.2 存储器系统中的主存
主存的基本组成
译码器
驱动器
存储体
地址寄存器
❖ 地址线是单向输入的，其位数与芯片容量有关。
❖ 数据线是双向的（有的芯片可用成对出现的数据线分别作输入或输 出），其位数与芯片数据位数有关。
❖ 地址线和数据线的位数可共同反映存储芯片的容量。
9
第四章 存储器和存储系统
4.1 分层的存储器系统
4.2 几种半导体存储器
4.3 利用存储芯片构造存储系统 4.4 提高访问存储器速度的方法 4.5 外部存储器
写控制 读控制
❖4.2存.2储静芯态片R基A本M结(S构RAM)
❖❖地 数 选 读❖❖❖❖❖❖❖❖❖址据择写功引主地功引存有若RR当OA线线控时有读存 储能脚址能脚例例MM制称多写编 芯：：：：：：：：为个信址片用地用数控AD线有只00片片号来址来据制：的一有----选选都选引读引存容0--个输AD--定脚写脚储时存量97-或出C3存数存数芯，在表FS两控，F❖11储 取 储 取 片示工 时个H制KB4片单 决 单 决 工 读：作 系可By.读信2允ty元 存 元 存 作1/e条统编.写写号t3K称许e。 储 。 取件不址控B工;动字AOC×单 宽为工1E制作0E节K态-元 度8作逻；-，信选字-存AR数 。，辑选号择节大储1A目两与0择R（;小器M?/。个关起线输1;W(2信系DK多始K入,SBRB号。O数地/Y输,E;A负均1T为址、出MMWE逻为82BR，）)位4辑10输。时,，0低2R出0，21电DH068、条D，、平位WB地大4有R呈；、址.小效高116线4。少阻KK.B状B×,最态1大?
8
4.1.2 存储器系统中的主存
❖ 半导体存储芯片的基本结构是采用超大规模集成电路制造工艺，可以 在一个芯片内集成具有记忆功能的存储矩阵、译码驱动电路和读写电
路等，
❖ 译码驱动能把地址总线送来的地址信号翻译成对应存储单元的选择信 号，该信号由驱动线路锁定对被选中单元的操作
❖ 读写电路包括读出放大器和写入电路，用来完成读写操作。 ❖ 存储芯片通过地址总线、数据总线和控制总线与外部连接。
源极 浮置栅 漏极 电极导体
----
----
0V
+5V
击穿电流
+ +- -+- + + -- - - - - - - - - - - - - - - - - - -
熔丝式PROM芯片 - - - -
----
(a) EPROM基晶片体管结构
二氧化硅 (b) EPROM 晶体管导通状态
10
4.2 几种半导体存储器
地
存
数
址 A0...An
储
D0...Dm 据
❖ 半 了导具线 体有存记储忆器功芯能地 址 译 码片的是 存采储用矩存阵V储L、器S单I译制元码造驱工动艺电，数 据 控 制路在和一读个写芯电片线路内，集构成
成了可记忆、可寻址及可读写的记忆体。电 路片选线Βιβλιοθήκη ❖4.2.1 只读存储器ROM
4与.4 C提P高U的访匹问配存储器速度的方法
❖ 应4具.5有外的部存特储点器：
大量存储
快速存取
精确寻址
2
7.1 分层的存储器系统
❖ 存储介质：
能够区分两种状态，用来存储“0”和“1”的物理元件。
❖ 性能指标：
速度、容量、价格
❖ 存储容量：
存储器可以容纳的二进制信息量
3
4.1.1存储器的分层结构
11
4.2.1 只读存储器ROM
❖ (1)掩膜ROM
BL0
WL0掩膜式：
BL1
BL2
二极管 ROM 行选
1 WL1
单
双极型 ROM 行选
Vdd
MOS ROM 行选
元
列选
列选
列选
WL2
行选
行选
行选
0
单WL3
元
列选
列选
列选
BL3
12
4.2.1 只读存储器ROM
❖ (2)PROM
❖ (3)EPROM
浮置栅
读 地址总线
读 数据 写 总线 电 路
写 控制电路
6
4.1.2 存储器系统中的主存
1．主存中的地址 Cpu读数据过程
通常，主存各存储单元的位置是由地址号来表示的，而地址 总线是用来指出存储单元地址号的
2．主存的性数能据寄存器 传数数据线据 主存的主要技术指标是存储容量和存储速度。 存储容量是指主cp存u 能存读控放命制二线令进制主代存码的总数 存储速度是由存取时间和存取周期来表示的。存取时间又是指 启动一次存地储地址地器地地寄址地址地址操地址存地址址地地址器地作址地址地址地址地（址地址地址地址地读址地址址地址地址地线址或地址地址地址址写地址址地址）址到完成该操作所需的全部时间 。存取时间分读出时间和写入时间两类。读出时间是从存储器 接收到有效地址开始，到产生有效数据输出所需的全部时间。 写入时间是从存储器接收到有效地址开始，到数据写入被选中 单元只所需的全部时间。