计算机组成原理复习.ppt

1,复习课,2,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 掌握第8章CPU的结构和功能知识点 掌握第9章控制单元的功能知识点,3,期末考试题型,选择题 （15小题 2分） 30分 名词解释（5小题 3分） 15分 简答题 （5小题 5分） 25分 计算题 （6小题 3分） 18分 设计题 （1小题 12分） 20分,4,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,图1.11,5,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）,6,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,7,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,8,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,小,快,9,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,（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,10,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,11,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,12,存储器容量的扩展,位扩展（增加存储字长）,用 2片1K4位存储芯片组成1K 8位 的存储器,第4章 存储器,13,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,第4章 存储器,14,存储器与 CPU 的连接,主存和 CPU 的联系,第4章 存储器,15,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,16,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,17,高速缓冲存储器概述,程序访问的局部性原理,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,18,Cache 的基本结构,第4章 存储器,19,主存和缓存的编址,主存和缓存按块存储 块的大小相同,第4章 存储器,20,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,21,Cache主存的地址映射,直接映射,第4章 存储器,22,Cache主存的地址映射,全相联映射,第4章 存储器,23,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,24,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,25,三种方式的 CPU 工作效率比较,程序 查询 方式,程序 中断 方式,DMA 方式,5.1,26,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？,27,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,28,真值与机器数,第6章 计算机的运算方法,-0,-1,-128,-127,-127,-126,-3,-2,-1,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 ？,29,定点与浮点表示,定点表示,第6章 计算机的运算方法,小数点按约定方式标出,30,定点与浮点表示,浮点表示,第6章 计算机的运算方法,31,定点与浮点表示,第6章 计算机的运算方法,Sf 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,jf 和 m 共同表示小数点的实际位置,32,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,33,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,34,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,35,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,36,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,37,扩展操作码技术,第7章 指令系统,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 7.1,38,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,39,一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 400 直接寻址 800 间接寻址 600 基址寻址 200,40,RISC 技 术,RISC（Reduced Instruction Set Computer） CISC（Complex Instruction Set Computer）,第7章 指令系统,41,CPU 的功能,控制器的功能 取指令 分析指令 执行指令，发出各种操作命令 控制程序输入及结果的输出 总线管理 处理异常情况和特殊请求 运算器的功能 实现算术运算和逻辑运算,第8章 CPU的结构和功能,指令控制,操作控制,时间控制,数据加工,处理中断,42,CPU 的结构,控制器 运算器 寄存器 中断系统,第8章 CPU的结构和功能,43,指令周期,概念 取出并执行一条指令所需的全部时间 完成一条指令 取址周期 间址周期 执行周期 中断周期,第8章 CPU的结构和功能,44,指令流水,指令流水原理 指令的二级流水 流水线性能 吞吐率 加速比 效率,第