chap05——《计算机组成与体系结构》课件PPT

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计算机组织与体系结构概述(PPT 36张)

立即寻址指令中的操作码字段后面的地址码部分即是操作数本身，也就是说，数据就包含在指令当中，取出指令也就取出了可以立即使用的操作数(这样的数称为立即数)。
程序存储
MOV
A,#20
A
0x55 20
从代码中获得数据
MOV A, #20
3.5.3 寻址方式 (续)
2. 直接寻址 MOV A, 20; 指令中给出操作数所在的存储单元的地址。 20 0x99
通用寄存器组
A
B
MAR MDR
存储器总线
ALU
图单总线的数据通路
3.4.2 双总线的数据通路
总线1
PC
IR
通用寄存器组
MAR MDR
ALU A
存储器总线总线2
图双总线的数据通路
3.5 处理器编程模型
处理器编程模型---名词就是处理器内部对汇编程序员可见的通用寄存器，cpu只能通过这些寄存器获得存储器以及IO中的内容进行各种各样的运处理，形成各种动作。编程模型主要从编程角度对处理器内结构进行抽象，也就是主要考虑数据的存储，而忽略了数据移动。指令集---动词描述处理器基本功能的指令集合。
程序存储 MOV A,20 A 0x99 0x55
图直接寻址方式
3.5.3 寻址方式 (续)
3. 寄存器直接寻址
MOV A, R0;
在寄存器直接寻址中，操作数是存放在寄存器中的，指令中给出寄存器的名称。
R0 A
0xAA 0xAA 0x55
MOV
A,R0
图存储器直接寻址
3.5.3 寻址方式 (续)
…
数据
处理器
读写控制图 CPU与主存典型框图

《计算机组成与体系结构》复习知识点PPT(25张)

《计算机组成与体系结构》总复习
第一章计算机系统概论
电子数字计算机的五个发展阶段计算机系统的硬件组成
冯.诺依曼计算机的设计思想、五大功能部件以及各自的功能
计算机的工作过程（两阶段）计算机的主要性能指标（字长、存储容量和运算速度）
第二章运算方法和运算器
数值数据的表示
数值数据的机器码表示：定点小数或整数的原码、补码、反码和移码表示以及各自的性质，相互间的转换
第四章指令系统
寻址方式
寻址方式 - 指令的寻址方式 (顺序寻址、跳跃寻址) - 操作数的寻址方式
堆栈
寄存器堆栈存储器堆栈的构成存储器堆栈的工作方式 (进栈、出栈) 堆栈的应用
第四章指令系统
指令的分类指令系统的类型
CISC的特点 RISC的特点
DMA控制器的组成 DMA数据传送过程 DMA方式与程序中断方式的区别
•
1、有时候，我们活得累，并非生活过于刻薄，而是我们太容易被外界的氛围所感染，被他人的情绪所左右。
•
2、身材不好就去锻炼，没钱就努力去赚。别把窘境迁怒于别人，唯一可以抱怨的，只是不够努力的自己。
•
3、大概是没有了当初那种毫无顾虑的勇气，才变成现在所谓成熟稳重的样子。
第五章中央处理器
CPU的基本功能
CPU的基本组成
运算器(ALU、GRS、PSW、锁存器、移位器、总线) 控制器(PC、IR、ID、时序部件、微操作信号发生器、中断机构) 指令流、数据流微操作(图5.2)
指令周期
指令周期、CPU周期、节拍电位、节拍脉冲 CLA、ADD指令的指令周期
被乘数和乘数判0、阶码相加(判溢出)、尾数相乘、结果规格化浮点除法运算

《计算机体系结构》课件

ABCD
理解指令集体系结构、处理器设计、存储系统、输入输出系统的基本原理和设计方法。
培养学生对计算机体系结构领域的兴趣和热情，为未来的学习和工作打下坚实的基础。
CHAPTER
02
计算机体系结构概述
计算机体系结构定义
计算机体系结构是指计算机系统的整体设计和组织结构，包括其硬件和软件的交互方式。
CHAPTER
06
并行处理与多核处理器
并行处理概述
并行处理
指在同一时刻或同一时间间隔内完成两个或两个以上工作的能力
。
并行处理的分类
时间并行、空间并行、数据并行和流水并行。
并行处理的优势
提高计算速度、增强计算能力、提高资源利用率。
多核处理器
1 2
多核处理器
指在一个处理器上集成多个核心，每个核心可以独立执行一条指令。
间接寻址
间接寻址是指操作数的有效地址通过寄存器间接给出，计算机先取出寄存器中的地址，再通过该地址取出操作数进行操作。
CHAPTER
04
存储系统
存储系统概述
存储系统是计算机体系结构中的重要组成部分，负责存储和检索数据和指令。
存储系统通常由多个层次的存储器组成，包括主存储器、外存储器和高速缓存等。
《计算机体系结构》ppt 课件
CONTENTS
目录
• 引言 • 计算机体系结构概述 • 指令系统 • 存储系统 • 输入输出系统 • 并行处理与多核处理器 • 流水线技术 • 计算机体系结构优化技术
CHAPTER
01
引言
课程简介
计算机体系结构是计算机科学的一门核心课程，主要研究计算机系统的基本组成、组织结构、工作原理及其设计方法。

计算机组成与结构PPT课件(全)第11章计算机系统

表113移动计算机中的电池电池类型重量能量密度瓦时千克体积能量密度瓦时优点缺点405080125大电流输出可过度充电充电次数可达500次镉材料对环境有污染记忆效应明显镍金属氢化物5060100170记忆效应小充电次数300500次易受到强充电电流损害锂离子80100220240无记忆效应充电次数500800次自放电率较低易受到过度充放电损害自windowsce成为pda的主流操作系统之后在该领域出现了新的名词hpc形成了笔式掌上机和掌上pc两类分支集通信功能个人信息处理和计算功能于一体
• 测试结果是否能准确反映计算机实际使用的效果，这就是准确性问题。计算机系统性能是软硬件有机结合的整体的综合性能，而基准测试则是由若干个局部测试程序组成的，不能全面反映综合性能，尤其是尚未解决如何检测系统的瓶颈问题；再加上厂家大肆宣传对其有利的测试结果，而掩盖其缺点，因此对基准测试的结果也不能迷信。另外有些重要性能，如系统的可靠性、可用性和可维护性很难测试。因此基准测试所获得的局部结论是基本可信的，但不足以准确反映实际使用效果。
• 1. 单指令流单数据流(SISD)计算机系统 • 通常由一个处理器和一个存储器组成。典型的 SISD 计算机每次执行一条指令，每次从存储器取 (或存)一个数据，为了提高运算速度，有些 SISD 计算机设置了指令流水线和运算操作流水线，有些还设置了多个功能部件和多体交叉存储器。
• 2. 单指令流多数据流 (SIMD)计算机系统 • 通常由一个指令控制部件、多个处理器和多个存储器组成。各处理器和各存储器之间通过互联网络进行通信。在程序运行时由指令控制部件向各个处理器“播送”同一条指令，所有“活动的”处理器在同一时刻执行同样的指令，这就是单指令流(各处理器可由程序分别设置成“活动的”或“不活动的”，“不活动的”处理器不执行指令规定的操作)；各“活动的”处理器执行指令时所需的数据是从它本身专用的存储器中取的，所以各处理器所处理的数据是各不相同的，这就是多数据流。为各个处理器所专用的存储器又叫局部存储器。

《计算机组成与结构》课件

存储程序与内存管理
关键技术
存储程序的概念使得程序和数据存放在内存中，按地址访问。内存管理涉及内存的分配、回收、保护等机制，确保程序安全、高效地运行。
05 计算机性能指标
CHAPTER
字长与数据类型
字长
指计算机运算部件一次能处理的二进制数的位数。通常，字长越长，计算机处理能力越强。
数据类型
02 计算机硬件组成
CHAPTER
中央处理器
功能
中央处理器是计算机的核心部件，负责执行程序中的指令和处理数据。
组成
中央处理器由运算器和控制器组成，运算器负责进行算术和逻辑运算，控制器负责控制计算机的各个部件协调工作。
发展历程
随着技术的不断发展，中央处理器的性能和功能也在不断提升，从最初的晶体管到现在的超大规模集成电路，中央处理器的制程
存取周期
指从存储器读出或写入一个数据所需要的时间。它是衡量存储器性能的重要指标。
06 计算机网络基础
CHAPTER
计算机网络的发展历程
面向终端的计算机网络
20世纪50年代，计算机通过线路与远程终端连接，实现信息交换。
多台计算机互联互通
20世纪60年代，多台计算机通过通信线路连接，实现资源共享和信息交换。
国际标准化网络体系结构
20世纪70年代，国际标准化组织制定OSI参考模型，促进不同厂商生产的计算机之间的互操作性。
互联网的兴起与发展
20世纪90年代，TCP/IP协议成为互联网的标准协议，互联网得到迅速发展。
计算机网络分类
根据覆盖范围分类：局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN ）。
电子计算机时代
20世纪40年代，第一台电子计算机ENIAC诞生，体积庞大，运算速度慢，主要用于军事和科学研究。

《计算机的组成》课件

总结词
输入输出设备是计算机中用于与外部环境进行交互的硬件设备。
详细描述
输入输出设备是计算机中用于与外部环境进行交互的硬件设备。常见的输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏等，用于向计算机输入数据和指令；常见的输出设备包括显示器、打印机等，用于将计算机处理的结果输出给用户。
总线与接口
总结词
总线与接口是计算机中用于连接各个硬件组件的通信线路和连接器。
数据处理是指利用计算机对大量数据进行收集、整理、分析和呈现的过程，是计算机应用的重要领域之一。
详细描述
数据处理涉及数据挖掘、数据库管理、数据可视化等方面，广泛应用于金融、医疗、教育等领域，帮助人们更好地理解和利用数据。
人工智能与机器学习
总结词
人工智能与机器学习是计算机应用的前沿领域，涉及模拟人类智能和从数据中学习的技术。
总结词
指令是计算机执行操作的最小单位，程序则是按照特定顺序排列的一系列指令集合。
详细描述
指令是计算机能够识别和执行的基本命令，它规定了计算机执行的基本操作，如加法、减法、跳转等。程序则是由一系列指令按照特定顺序组成的，用于完成特定的任务或功能。程序执行时，计算机按照指令顺序逐条执行，完成所需的操作。
物联网与智能家居
物联网
物联网是指通过信息传感设备如射频识别、红外感应器、全球定位系统等，按照约定的协议，将任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，实现智能化识别、定位、跟踪和管理的一种网络。
智能家居
智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术等将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性。

《计算机组成与系统结构》PPT 第一章

存储器处理机
PC
M U X
寄存器堆
M
M 地址总线 001111
ALU U
001110
X
000010
U
数据总线 001110
X
0011控制部件
图1.3
1.2 一些基本术语的定义
表 1.1 K,M,G,T,m,u,n,p 的定义
单位
通常意义（十进制）
用来表示2的幂
K(kilo)
（5）加速比S(Speedup),S=改进后的性能/改进前的性能，或 S=改进前的执行时间/改进后的执行时间。S 〉1的。
介绍流水线技术时，详细说明此指标。
1.5 计算机的种类
桌面计算机（Desktop Computer); 笔记本计算机 (Notebook Computer); 小笔记本 (Subnotebook); 个人数据助理 (Personal Digital Assistant); 大型计算机 (Mainframe Computer); 超级计算机（Supercomputer）
. . .
1.1.3 计算机组成和系统结构
计算机组成:涉及计算机的硬件结构，包括硬件部件的构造和如何连接这些部件组成一个计算机系统。见图1.1。计算机系统结构是从程序员的角度观察计
算机系统具有哪些特征，如指令系统及格式、程序可以访问的所有寄存器、数据类型及格式、存储器空间，等等。
1.1.4 处理机构成和工作过程
（1）
执行时间 T=I * CPI * TPC
I 是程序执行时的动态指令条数，
CPI(Cycles Per Instruction) 是每条指令执行所需周期的平均值，
TPC(Time Per Cycle) 是每个周期的时间长度。

袁春风《计算机组成与系统结构》概要PPT课件

能段 6.3流水线冒险及其处理 • 流水线冒险的定义 • 三种流水线冒险的定义及其解决方法
-
12
Chapter6 指令流水线
P232习题 2(1)
-
13
Chapter7 存储器分层体系结构
7.1存储器概述 • 存储器的容量，如何由引脚图推出其容量。 • 图7.2存储器层次结构 7.2 半导体RAM • 存储器芯片的内部结构，P241图7.6 7.3存储芯片的扩展 • 三种扩展方式
P23习题： 1.-透明性的定义 5,6,9,10
-
2
Chapter2 数据的表示
2.1数制和编码 • 二八十六进制的转换 • 原码，补码，反码，移码 2.2整数的表示 • 无符号数与有符号数的转换，表2.2 2.3实数的表示 •浮点数的规格化 •IEEE754标准(float，double)
-
3
Chapter1 计算机系统概述
1.1计算机的发展历程
1.2计算机系统的基本组成
1.3计算机系统的层次结构
• 翻译程序及其分类
• ISA定义
• 计算机系统的层次化结构，P12图1.8
1.4程序开发与执行过程
1.5计算机性能评价
• 计算机性能的定义
• CPI，MIPS的定义及计算
-
1
Chapter1 计算机系统概述
Chapter2 数据的表示
2.4十进制数的表示
• ASCII码
2.5非数值数据的编码表示
• 8421码
2.6数据的宽度和存储
Hale Waihona Puke • 大端方式和小端方式2.7数据校验码
• 码距的定义及计算
• 奇偶校验码
-
4
Chapter2 数据的表示

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高级语言源程序
汇编语言源程序
机器指令程序
通过微程序或硬件执行机器指令程序
编译程序操作系统层汇编程序指令系统结构层微体系结构层
软件硬件
8
5.1 指令系统概述
设计、评价指令系统需考虑的问题：完备性：指令齐全、编程方便高效性：占主存空间小，运行速度快规整性兼容性：向后兼容
本节内容
指令系统结构层定义存储模式寄存器组织数据类型指令
12
5.2.1 存储模式
存储模式存储器结构特殊存储区（堆栈、……）数据存储顺序边界对齐
13
5.2.1 存储模式 1. 数据存储顺序
大端存储（Big-Endian Ordering）最低有效字节存储在最高地址位置
6
5.1 指令系统概述
机器指令、助记符指令例：Intel 系统指令
助记符指令
机器指令
指令长度
ADD AX, 1234H 0000 0101 0011 0100 0001 0010 3字节
CALL WORD PTR [BX] 1111 1111 0001 0111
2字节
7
5.1 指令系统概述
指令系统结构层的作用： Instruction System Architecture，ISA
西安电子科技大学计算机学院
计算机组成与体系结构
5 第章指令系统2020年10月29源自 22:42:53软件硬件
·
·
指令系统
2
指令系统是从程序设计者看到的机器的主要属性，是软、硬件的主要界面。指令系统是软件与硬件分界面的一个主要标志；指令系统是软件与硬件之间互相沟通的桥梁；指令系统与软件之间的语义差距越来越大；指令系统的设计主要包括指令的功能（操作类型、具体操作内容）和指令格式的设计。
… i 14 i+1 13
i+2 13 i+2 12
i+3 14 i+3 11
j 15
j 18
j+1 16 j+1 17
j+2 17 j+2 16
j+3 18 …
j+3 15 …
18
西电版P176, 习题5.14 / 高教版P221, 习题5.8
对下列数据结构，给出数据在以字节编址主存中以大
端和小端方式存储的位置情况。大端
} s2;
//0x11121314 //0x15161718
struct { short i; short j; short k; short l;
} s3;
//0x1112 //0x1314 //0x1516 //0x1718
16
西电版P176, 习题5.14 / 高教版P221, 习题5.8
对下列数据结构，给出数据在以字节编址主存中以大
整数地址转换算术运算
15
西电版P176, 习题5.14 / 高教版P221, 习题5.8 对下列数据结构，给出数据在以字节编址主存中以大端和小端方式存储的位置情况。（32位机）
struct { double i; //0x1112131415161718
} s1;
struct { int i; int j;
小端存储（Little-Endian Ordering）最低有效字节存储在最低地址位置
【例】32位的十六进制数据12345678H，在以字节编址的主存空间4000H开始位置存储：
表5.1 数据存储顺序
地址（十六进制）大端存储
4000
12
4001
34
4002
56
4003
78
小端存储 78 56 34 12
i+7 18 …
i+7 11 …
17
西电版P176, 习题5.14 / 高教版P221, 习题5.8
对下列数据结构，给出数据在以字节编址主存中以大
端和小端方式存储的位置情况。大端
小端
存储
存储
struct { int i; int j;
} s2;
//0x11121314 //0x15161718
… i 11 i+1 12
9
5.1 指令系统概述
指令系统设计内容：指令的功能：由计算机的功能确定指令的格式：
计算机字长存储器容量、存储模式寄存器组织数据类型硬件结构复杂度运算性能
10
西安电子科技大学计算机学院
计算机组成与体系结构
5 第章指令系统
2020年10月29日 22:42:55
5.2 指令系统结构层定义
小端
存储
存储
struct { short i; short j; short k; short l;
} s3;
//0x1112 //0x1314 //0x1516 //0x1718
… i 11 i+1 12 j 13 j+1 14
14
5.2.1 存储模式 1. 数据存储顺序
大端存储（Big-Endian Ordering）最低有效字节存储在最高地址位置 IBM S370/390、Motorola 680x0、大部分RISC 优点：
字符串分类十进制/ASCII字符打印一致的次序：整数和字符串
小端存储（Little-Endian Ordering）最低有效字节存储在最低地址位置 Intel 80x86、Pentium、VAX、Alpha 优点：
5 第章指令系统
2020年10月29日 22:42:54
5.1 指令系统概述
5.1 指令系统概述
程序：由一系列有时间顺序、有逻辑关系的指令构成。
指令：控制计算机硬件完成指定基本操作的命令，是用户使用计算机、计算机本身运行的最小单位。
指令系统、指令集(Instruction Set)：能被一台计算机执行的全部指令的集合。
端和小端方式存储的位置情况。大端
小端
struct { double i; //0x1112131415161718
存储 … i 11
存储 … i 18
} s1;
i+1 12 i+1 17
i+2 13 i+2 16
i+3 14 i+3 15
i+4 15 i+4 14
i+5 16 i+5 13
i+6 17 i+6 12
3
本章内容：
指令系统结构层定义存储模式寄存器组织数据类型指令
指令设计指令格式地址码设计操作码设计指令长度设计
基本寻址方式 CISC 与 RISC 典型指令系统
Intel CPU 指令系统 MIPS 指令系统
4
西安电子科技大学计算机学院
计算机组成与体系结构