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(vonNeumann)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1K8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1K8位存储芯片组成2K8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4.1P94习题4.15P151,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DMAI/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：0.1xxxxxxx1.0 xxxxxxx尾数用补码表示时：0.1xxxxxxx1.0 xxxxxxx,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AB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P2726.30,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（ReducedInstructionSetComputer）CISC（ComplexInstructionSetComputer）,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8章CP