计算机组成原理之习题课2ppt课件

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计算机组成原理(第四版)PPT课件

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2.5 术语：存储元、存储单元、存储体、存储单元地址，有何联系和区别？
存储元：存储一位二进制信息的基本单元电路。
存储单元：由若干存储元组成。一台机器的所有存储单元长度相同，一般由8的整数倍个存储元构成。
存储体：是存储单元的集合，它由许多存储单元组成，用来存储大量的数据和程序。
存储器单元地址：计算机在存取数据时，以存储单元为单位进行存取。为区别不同单元，给每个存储单元赋予地址，每个存储单元都有一条唯一的字线与存储单元地址编码对应。
总称为
。
解：记录面号(磁头号)、磁道号(柱面号)、扇区号、记录块、道密度、位密度、存储密度。
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2.19 某磁盘组有4个盘片，5个记录面。每个记录面的内磁道直径为22cm，外磁道直径为33cm，最大位密度为1600 位/cm，道密度为80道／cm，转速为3600r/min。求： (1)磁盘组的总存储容量是多少位(非格式化容量)? (2)最大数据传输率是每秒多少字节? (3)请提供一个表示磁盘信息地址的方案。
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2.17 欲将10011101写入磁表面存储器中：
(1) 分别画出归零制、不归零制和调频制的写入电流波形。
(2)改进不归零制(NRZl)的记录原则是见“1”就翻。即当记录“1”时写电流要改变方向；记录“0”时不改变方向。画出它的电流波。
(3)改进调频制(MFM)与调频制方式区别在于：FM在信息元交界处写电流总要改变一次方向；而MFM仅当连续记录两个“0”时，信息交界处翻转一次；其
解：该机的地址码为18b，字长8b，故该机的主存容量为218X8b＝28 X 210 X 8 b＝ 256KB，
(1)若每个模板块为32K X 8b，

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输入输出系统
输入设备
将人类可读的信息转换为计算机可识别的二进制代码，如键盘、鼠标等。
I/O控制方式
程序查询方式、中断方式、DMA 方式和通道方式等，用于管理输入输出操作。
输出设备
将计算机处理后的结果转换为人类可读的形式，如显示器、打印机等。
I/O接口
连接输入输出设备与主机，实现数据缓冲、电平转换和信号匹配等功能。
括通用寄存器、专用寄存器等。
指令的执行过程
取指
从内存中读取指令，并将其放入指令寄存器中。
执行
根据微操作命令序列，控制运算器、寄存器等部件执行相应的操作。
译码
将指令寄存器中的指令翻译成微操作命令序列。
写回
将执行结果写回到寄存器或内存中。
CPU的性能指标
主频
CPU的时钟频率，通常以MHz或 GHz表示，主频越高，CPU处理
运算器
执行算术运算和逻辑运算，处理数据。
寄存器
暂存指令、数据和地址，提高CPU的运算速度。
存储器
01
主存储器
存放程序和数据的主要区域，直接和CPU交换信息。
02
辅助存储器
长期保存信息，容量大、价格低、速度慢，需通过主存与CPU交换信息。
03
高速缓冲存储器（Cache）
位于CPU和主存之间，存取速度接近CPU，用于缓解主存速度瓶颈问题。
云计算和大数据的融合是未来发展的趋势，通过云计算平台提供的大数据服务，可以实现海量数据的存储、处理和分析。计算机组成原理在云计算和大数据融合中发挥着重要作用，为构建高效、稳定的云计算和大数据平台提供了理论支持。
计算机组成原理的发展趋势和挑战
发展趋势

计算机组成原理课后习题及答案-唐朔飞(完整版)ppt课件

控制器组成。 • PC：Program Counter，程序计数器，其功能是存放当前欲执行指令的地址，并可自动计数形成下
一条指令地址。 • IR：Instruction Register，指令寄存器，其功能是存放当前正在执行的指令。 • CU：Control Unit，控制单元（部件），为控制器的核心部件，其功能是产生微操作命令序列。 • ALU：Arithmetic Logic Unit，算术逻辑运算单元，为运算器的核心部件，其功能是进行算术、逻辑
CLK： T0： T1： T2： T3： P0： P1： P2： P3：
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返回目录
以8位总线为例，电路设计如下：（图中，A、B、C、D四个寄存器与数据总线的连接方法同上。）
数据总线（D7~D0）
ABUS
BBUS
CBUS
DBUS
1Q OE
374 8Q
1D A 8D
1Q 374 8Q
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8. 为什么说半同步通信同时保留了同步通信和异步通信的特点？
解：半同步通信既能像同步
通信那样由统一时钟控制，又能像异步通信那样允许传输时间不一致，因此工作效率介于两者之间。
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10. 什么是总线标准？为什么要设
置总线标准？目前流行的总线标准有哪些？什么是即插即用？哪些总线有这一特点？
• 解：P9-10 • 主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。 • CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运
算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了 CACHE）。 • 主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。

计算机组成原理 (2)

–DRAM（动态随机存取存储器，主存储器） –SRAM（静态随机存取存储器，cache）
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半导体存储器芯片的类别
•ROM（Read Only Memory只读存储器）
–MasM）和EPROM（
Erasable Programmable ROM）
种类：
–图形卡
–声音卡
–视频卡等 •扩充卡与主板及外部设备连接
显示接口卡
PC机常用外围设备、cpu和内存通过扩充卡和主板连接。
许多扩充卡的功能可以部分或全部集成在主板上(例如，软盘、硬盘、串行口、并行口、声音、图形显示、网络连接等控制电路都可以集成在主板上)
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软驱、硬盘 IDE连接器
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芯片组（ Chipset ）P43
芯片组：pc机各部分相连的枢纽。芯片组作用
集中了主板上几乎所有的控制功能，把以前复杂的控制电路和元件最大限度地集成在几个芯片内，是构成主板电路的核心。一定意义上讲，它决定了主板的级别和档次。
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2.4.2 内存储器p46
计算机存储器体系结构
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12
内存储器
SDRAM 内存条模块
DDR SDR编A辑Mppt内存条模块
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I/O操作三种方式：
• 1、程序查询方式 • 2、中断处理方式
• 3、DMA(Direct Memory Access直接存储器存取)传送方式
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I/O总线P49
• I/O总线上的信号类别数据信号、地址信号、控制信号
–Flash ROM（快擦除ROM，或闪速存储器
）
–Flash ROM:非易失，可在线写，用于

《计算机组成原理》课件

指令结束
将结果存回内存或寄存器。
CPU的性能指标
速度
执行指令的速度，通常以MIPS（百万条指令每秒）表示。
功耗
CPU在工作时的能耗。
集成度
CPU中晶体管的数量和密度。
可靠性
CPU在正常工作条件下无故障运行的概率。
03
存储器
内存的分类与结构
分类
根据存储介质，内存可以分为RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）。RAM又可以分为DRAM（动态随机存取存储器）和SRAM（静态随机存取存储器）。
谢谢您的聆听
THANKS
《计算机组成原理》ppt课件
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器 • 存储器 • 输入输出系统 • 总线系统 • 计算机系统可靠性及安全性
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
机械计算机时代
1946年第一台电子计算机ENIAC诞生，占地170平方米，重30吨，运算速度5000次/秒。
晶体管计算机时代
20世纪50年代中期至60年代，计算机体积缩小，运算速度提高，可靠性增强。
集成电路计算机时代
20世纪60年代末至70年代初，微处理器出现，个人电脑开始进入市场。
大规模集成电路计算机时代
20世纪70年代中期至今，计算机体积更小，性能更高，应用领域更广泛。
计算机系统的组成
硬件系统
包括中央处理器、存储器、输入输出设备等物理部件。
结构
内存主要由存储单元阵列、地址译码器和数据输入/输出缓冲器组成。每个存储单元阵列负责存储数据，地址译码器负责将地址码转换为相应的存储单元的地址，数据输入/输出缓冲器则负责数据的读写操作。
内存的工作原理

计算机组成原理(本全)ppt课件

定点数的加减法实现
通过硬件电路实现定点数的加减法，包括加法器、减法器等。
浮点数的加减运算
浮点数的表示方法
包括IEEE 754标准中浮点数的表示方法、规格化表示和精度。
浮点数的加减法规则
包括阶码和尾数的运算规则、对阶操作、尾数加减运算和结果规格化等。
浮点数的加减法实现
通过硬件电路实现浮点数的加减法，包括浮点加法器、浮点减法器等。
指令的执行过程与周期
指令执行过程
取指、译码、执行、访存、写回等阶段。
VS
指令周期
完成一条指令所需的时间，包括取指周期、间址周期、执行周期等。
07
中央处理器（CPU）
CPU的功能与组成
控制器
负责指令的取指、译码和执行，控制数据和指令在CPU内部的流动。
运算器
执行算术和逻辑运算，包括加、减、乘、除、与、或、非等操作。
多核处理器与并行计算
多核处理器
将多个处理器核心集成在一个芯片上，每个核心可以独立执行指令，提高处理器的并行处理能力。
并行计算
利用多核处理器或多个处理器同时处理多个任务或数据，加速计算过程，提高计算效率。
08
输入输出系统
I/O接口与I/O设备
I/O接口的功能
实现主机与外设之间的信息交换，包括数据缓冲、信号转换、设备选择等。
乘法与除法运算
浮点数的乘除法运算
包括浮点数的乘法、除法和平方根运算等。
定点数的乘除法运算
包括原码一位乘法、补码一位乘法、原码除法和补码除法等。
乘除法运算的实现
通过硬件组成与设计
运算器的基本组成
包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器组、数据总线等。
运算器的设计原则

计算机组成原理课件第二章

采用这种方式时，将浮点数的指数真值e变成阶码E时，应将指数e加上一个固定的偏移值127(01111111)，即E=e+127。
a 2021/1/2
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2.1.1数据格式
64位的浮点数中符号位1位，阶码域11位，尾数域 52位，指数偏移值是1023。因此规格化的64位浮点
数x的真值为：
x=(-1)S×(1.M)×2E-1023
a 2021/1/2
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2.1.2数的机器码表示
真值:一般书写的数机器码:机器中表示的数, 要解决在计算机内部数
的正、负符号和小数点运算问题。
原码反码补码移码
a 2021/1/2
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1、原码表示法
定点小数x0. x1x2…xn
a 2021/1/2
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1、原码表示法
定点整数x0. x1x2…xn
e=E-1023
一个规格化的32位浮点数x的真值表示为
x=(-1)S×(1.M)×2E-127
e=E-127
a 2021/1/2
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2.1.1数据格式
真值x为零表示：当阶码E为全0且尾数M也为全0时的值，结合符号位S为0或1，有正零和负零之分。
真值x为无穷大表示：当阶码E为全1且尾数M为全0时，结合符号位S为0或1，也有+∞和-∞之分。
电路容易实现，触发器的输出有正负之分。
a 2021/1/2
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3、反码表示法
对尾数求反，它跟补码的区别在于末位少加一个1，所以可以推出反码的定义
定点小数x0.x1x2…xn
X1=＋0.1011011 , [X1]反=0.1011011 X2=－0.1011011 , [X2]反=1.0100100

计算机组成原理之习题课2.

22．某计算机的I/O设备采用异步串行传送方式传送字符信息，字符信息的格式为：一位起始位、七位数据位、一位检验位、一位停止位。若要求每秒钟传送480个字符，那么该I/O设备的数据传送速率应为____bps(位／秒)。 A．1200 B．4800 C．9600 答案：B 23．以串行接口对ASCII码进行传送，带一位奇校验位和两位停止位，当波特率为9600波特时，字符传送率为____字符/秒 A．960 B． 1371 C. 480 答案：A 25．I/O与主机交换信息的方式中，中断方式的特点是____。 A．CPU与设备串行工作，传送与主程序串行工作 B．CPU与设备并行工作，传送与主程序串行工作 C．CPU与设备并行工作，传送与主程序并行工作答案：B
可以按每个存取周期结束响应DM A请求的方案（本来就是如此）
10. 一个DMA接口可采用周期窃取方式把字符传送到存储器，它支持的最大批量为400个字节。若存取周期为0.2s，每处理一次中断需 5s ，现有的字符设备的传输率为9600 bps。假设字符之间的传输是无间隙的，试问DMA方式每秒因数据传输占用处理器多少时间，如果完全采用中断方式，又需占处理器多少时间? (忽略预处理所需的时间)。
若采用中断方式，每秒因数据传输占用处理器的时间是 5 s ×1200 ＝ 6000 s
Hale Waihona Puke 2. 设磁盘存储器转速为3000转/分，分8个扇区，每扇区存储1KB，主存与磁盘存储器传送的宽度为16b。假设一条指令最长执行时间是25s，是否可采用一条指令执行结束时响应DMA请求的方案，为什么? 若不行，应采取什么方案？
解：磁盘的转速为 3000／60＝50 r／s 则磁盘每秒可传送 1KB× 8 × 50＝400KB 信息若采用DMA方式，每秒需有： (400 KB／2B) = 200K 次DMA请求，即： ( 1／200K ) = 5 s 有一次DMA请求。故，不能采用一条指令执行结束时响应DMA请求的方案。

2024版计算机组成原理全ppt课件

掌握总线仲裁算法，实现总线的分配和管理。
实验步骤
确定总线仲裁方案、设计仲裁电路、连接并测试总线系统。
THANKS
感谢观看
ABCD
PCI总线
一种高性能的局部总线标准，广泛应用于计算机内部设备连接。
IEEE 1394总线
一种高速串行总线标准，主要用于音视频设备的连接和数据传输。
07
输入输出（I/O）系统组织结构和设备接口技术
I/O系统基本概念和组成要素
I/O系统的定义
I/O系统是指计算机与外部设备之间进行数据传输和控制的系统，它是计算机系统的重要组成部分。
ARM指令系统
ARM是一种精简指令集（RISC）架构，具有简单的指令集和较少的寻址方式，广泛应用于嵌入式系统和移动设备。
MIPS指令系统
MIPS也是一种精简指令集（RISC）架构，具有简单的指令集和较少的寻址方式，被用作许多大学计算机组成原理课程的教材。
05
中央处理器（CPU）组成与功能实现
08
计算机组成原理实验项目指导
实验项目一：简单组合逻辑电路设计
实验目的
掌握组合逻辑电路的基本原理和设计方法。
实验要求
使用逻辑门电路搭建，测试并验证电路功能。
实验内容
设计并实现一个简单的组合逻辑电路，如加法器、比较器等。
实验步骤
确定设计目标、列出真值表、化简逻辑表达式、选择器件并搭建
电路、测试与调试。
请求分段存储管理
在分段系统的基础上，增加了请求调段和分段置换功能。当要访问的段不在内存时，产生缺段中断，系统将外存中的段调入内存
04
指令系统设计与寻址方式选择
指令格式及操作码编码方法
指令格式

计算机组成原理ppt课件

常见输入输出接口类型和特点比较
要点一
常见输入输出接口类型
要点二
特点比较
常见的输入输出接口类型包括PS/2接口、USB接口、HDMI 接口、DisplayPort接口、SATA接口等。
不同的输入输出接口类型具有不同的特点，如传输速度、支持热插拔、连接方式等。例如，USB接口支持热插拔和即插即用，而SATA接口则主要用于连接硬盘和光驱等存储设备。
定点数表示与运算方法
定点数表示方法
阐述定点数的表示方法，包括符号位、数值位等，并介绍定点数的范围及精度。
定点数加减运算
详细讲解定点数的加减运算方法，包括补码加减运算等。
定点数乘除运算
介绍定点数的乘除运算方法，包括原码乘除、补码乘除等算法。
定点数运算器的设计
阐述定点数运算器的设计原理和实现方法，包括加法器、减法器、乘法器和除法器等。
当中断发生时，计算机首先保存当前程序的执行状态，然后转去执行中断处理程序。中断处理程序执行完毕后，计算机再返回原程序继续执行。这个过程需要由计算机的操作系统来管理和控制。
THANK YOU
指令系统设计原则和优化策略
有效性原则
指令系统应能有效地支持高级语言的实现，提高程序执行效率。
兼容性原则
新设计的指令系统应尽可能与已有的指令系统保持兼容。
完备性原则
指令系统应满足程序设计的各种需求，具备完备性。
规整性原则
指令系统应尽可能规整，简化硬件实现和软件编程。
优化策略
采用流水线技术、超标量技术、乱序执行技术等优化策略，提高指令执行速度和效率。
高速缓冲存储器（Cache）原理及应用
Cache原理
Cache是一种高速缓冲存储器，它位于CPU和内存之间，用于存储CPU最近访问过的数据和指令。通过Cache技术，可以提高CPU访问内存的效率和速度。

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A. 程序查询方式 B．中断方式 C的保护和更新，是由____完成的
A．硬件自动 B．进栈指令和转移指令 C. 访存指令
答案：A
9. 中断向量地址是_____。
A．子程序入口地址
B．中断服务程序入口地址
C．中断服务程序入口地址的地址
答案：C
.
10. 在中断响应周期，置“0”允许中断触发器是由_____完成的。 A. 硬件自动 B. 程序员在编制中断服务程序时设置的 C. 关中断指令答案：A
38．中断服务程序的最后一条指令是_____。
A．转移指令 B. 出栈指令
C. 中断返回指令
答案：C
39. DMA方式的接口电路中有程序中断部件，其作用是____。 A. 实现数据传送 B. 向CPU提出总线使用权 C. 向CPU提出传输结束答案：C
.
二、综合题 1. 假设某设备向CPU传送信息的最高频率是40 KHz，而相应的中断处理程序其执行时间为40s ，试问该外设是否可用程序中断方式与主机交换信息，为什么? 解：该设备每 1/ 40KHz = 25 s 向CPU传送一个数据，
11．采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据要占用____的时间。
A．一个指令周期 B．一个机器周期 C．一个存储周期答案：C
12．周期挪用(窃取)方式常用于_____中。 A．直接存储器存取方式的输入输出 B．直接程序传送方式的输入输出 C．程序中断方式的输入输出答案：A
.
13．DMA方式_____。 A. 既然能用于高速外围设备的信息传送，也就能代替中断方式 B. 不能取代中断方式 C. 也能向CPU请求中断处理数据传送答案：B
CPU中断处理程序需40 s 可造成数据丢失，故不能可用程序中断方式与主机交换信息。
.
2. 设磁盘存储器转速为3000转/分，分8个扇区，每扇区存储1KB，主存与磁盘存储器传送的宽度为16b。假设一条指令最长执行时间是25s，是否可采用一条指令执行结束时响应DMA请求的方案，为什么? 若不行，应采取什么方案？
解：磁盘的转速为 3000／60＝50 r／s 则磁盘每秒可传送 1KB× 8 × 50＝400KB 信息若采用DMA方式，每秒需有： (400 KB／2B) = 200K 次DMA请求，即： ( 1／200K ) = 5 s 有一次DMA请求。
故，不能采用一条指令执行结束时响应DMA请求的方案。
若采用中断方式，每秒因数据传输占用处理器的时间是 5 s ×1200 ＝ 6000 s
.
22．某计算机的I/O设备采用异步串行传送方式传送字符信息，
字符信息的格式为：一位起始位、七位数据位、一位检验位、
一位停止位。若要求每秒钟传送480个字符，那么该I/O设备
的数据传送速率应为____bps(位／秒)。
A．1200
B．4800 C．9600
答案：B
23．以串行接口对ASCII码进行传送，带一位奇校验位和两位停止位，当波特率为9600波特时，字符传送率为____字符/秒
14．DMA方式中，周期窃取是窃取一个 A. 存取周期 B．指令周期 C．CPU周期 D．总线周期答案：A
15. 当采用_____输入操作情况下，除非计算机等待，否则无法传送数据给计算机。
A．程序查问方式 B．中断方式 C．DMA方式答案：A
16、I/O编址方式通常可分统一编址和不统一编址，_______。 A. 统一编址就是将I/O地址看作是存储器地址的一部分，可用专门的I/O指令对设备进行访问 B. 不统一编址是指I/O地址和存储器地址是分开的，所以对 I/O访问必须有专门的I/O指令 C. 统一编址是指I/O地址和存储器地址是分开的，所以可用访存指令实现CPU对设备的访问. 答案：B
A．960 B． 1371
C. 480
答案：A
25．I/O与主机交换信息的方式中，中断方式的特点是____。
A．CPU与设备串行工作，传送与主程序串行工作
B．CPU与设备并行工作，传送与主程序串行工作
C．CPU与设备并行工作，传送与主程序并行工作
答案：B
.
26．I/O与主机交换信息的方式中，DMA方式的特点是_____。 A. CPU与设备串行工作，传送与主程序串行工作 B. CPU与设备并行工作，传送与主程序串行工作 C. CPU与设备并行工作，传送与主程序并行工作答案：C
可以按每个存取周期结束响应DM A请求的方案（本来就是如此）
.
10. 一个DMA接口可采用周期窃取方式把字符传送到存储器，它支持的最大批量为400个字节。若存取周期为0.2s，每处理一次中断需 5s ，现有的字符设备的传输率为9600 bps。假设字符之间的传输是无间隙的，试问DMA方式每秒因数据传输占用处理器多少时间，如果完全采用中断方式，又需占处理器多少时间? (忽略预处理所需的时间)。
第五章输入输出系统
2. 微型机系统中，主机和高速硬盘进行数据交换一般采用__方式。
A. 程序查询 B．程序中断 C．DMA
答案：C
5. 主机与设备传送数据时, 采用___，主机与设备是串行工作的。
A．程序查询方式 B．中断方式 C．DMA方式
答案：A
6．主机与I/O设备传送数据时，采用_____，CPU的效率最高。
解：根据字符设备的传输率为9600 bps，得每秒能传输 9600／8＝1200B，即1200个字符
若采用DMA方式，传送l 200个字符共需1200个存取周期，考虑到每传400个字符需中断处理一次，因此DMA方式每秒因数据传输占用处理器的时间是：
0.2 s ×1200 + 5 s × (1200／400)＝ 255 s