计算机组成原理-第一章

计算机组成原理-第一章课程安排

授课计划1-13周二1、2JS1-303周四3、4J7-305实验计划

Verilog设计CPU考试时间

14周第2页,共31页，2024年2月25日，星期天第3页,共31页，2024年2月25日，星期天第4页,共31页，2024年2月25日，星期天第5页,共31页，2024年2月25日，星期天多核CPU众核CPU第6页,共31页，2024年2月25日，星期天计算机应该包含什么功能？第7页,共31页，2024年2月25日，星期天计算机的五大组成部分冯.诺依曼计算机之父（1944）存储器输入设备运算器控制器输出设备五个基本组成部分第8页,共31页，2024年2月25日，星期天第9页,共31页，2024年2月25日，星期天系统模拟水煮鱼（江边诱惑）输入(input)：鲤鱼辣椒酸菜输出(ouput)：水煮鱼控制器(control)：厨师长存储器(memory)：冰箱数据通路(datapath):各个厨师编译器(compiler):产生菜单第10页,共31页，2024年2月25日，星期天编译器计算机输入输出控制单元数据通路处理器存储器甲乙丙第11页,共31页，2024年2月25日，星期天水煮鱼的流程（datapath）2、盐腌3、鱼肉加入料酒、酱油、盐拌均匀腌制半小时左右1、将鱼收拾干净6、放入红辣椒炝一下4、将豆芽洗净放入锅中放少许盐煮熟5、将煮熟后的豆芽捞起放入盘中7、八角、花椒、一半蒜适量、豆瓣酱加入一起炒厨师甲厨师乙厨师丙8、小火煮熟9、做成水煮鱼第12页,共31页，2024年2月25日，星期天编译器汇编器High-levellanguage(C语言)Assemblylanguage(MIPS格式)Binarymachinelanguage(MIPS格式)C程式编译成汇编語言再汇编成二进制机器语言。第13页,共31页，2024年2月25日，星期天MIPSCPU结构第14页,共31页，2024年2月25日，星期天ALU主存辅存CPU主机I/O设备硬件CU2.现代计算机硬件框图存储器输入设备运算器输出设备控制器1.2ALUCPU主机I/O设备CU主存第15页,共31页，2024年2月25日，星期天1.上机前的准备建立数学模型-+-+-=!x9!x7!x5!x3xx9753sin…编制解题程序确定计算方法程序——

运算的全部步骤0,1,2,)()(21nynxynx=+=√…指令——

每一个步骤1.2三、计算机的工作步骤第16页,共31页，2024年2月25日，星期天取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=(ax

+

b)x

+

c

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

在运算器中计算ax2+bx+c1.2编程举例第17页,共31页，2024年2月25日，星期天000001

0000001000打印

停机取数α[α]ACC存数β[ACC]

β加γ[ACC]+[γ]ACC乘δ[ACC]×[δ]ACC指令格式举例1.2操作码地址码

[

]打印机第18页,共31页，2024年2月25日，星期天指令和数据存于主存单元的地址指令注释操作码地址码00000010000001000取数x至ACC10001000000001001乘a得ax

,存于ACC中20000110000001010加b得ax+b

,存于ACC中30001000000001000乘x得（ax+b)x,存于ACC中40000110000001011加c得ax2+bx+c

,存于ACC50000100000001100将ax2+bx+c

,存于主存单元60001010000001100打印7000110停机8

x原始数据x9

a原始数据a10

b原始数据b11

c原始数据c12存放结果计算ax2+bx+c

程序清单第19页,共31页，2024年2月25日，星期天存储体大楼存储单元存放一串二进制代码存储字存储单元中二进制代码的组合存储字长存储单元中二进制代码的位数每个存储单元赋予一个地址号按地址寻访–存储单元–存储元件（0/1）–

房间–

床位（无人/

有人）(1)存储器的基本组成1.2MDR主存储器存储体MAR2.计算机的解题过程第20页,共31页，2024年2月25日，星期天MARMDR存储单元个数

16存储字长

8

设MAR

=

4

位

MDR

=

8

位1.2存储器地址寄存器反映存储单元的个数存储器数据寄存器反映存储字长(1)存储器的基本组成MDR主存储器存储体MAR第21页,共31页，2024年2月25日，星期天ACCMQX(2)运算器的基本组成及操作过程1.2运算器MQACCALUX被加数被减数被除数乘数商加数减数被乘数除数加法减法乘法除法和差余数乘积高位乘积低位第22页,共31页，2024年2月25日，星期天运算器MQACCALUXACC

被加数ACC初态①加法操作过程1.2[ACC]+[X]ALU[M]XXACCACC指令加M第23页,共31页，2024年2月25日，星期天取指令分析指令执行指令PCIRCUPCIRCU取指执行PC

存放当前欲执行指令的地址，

具有计数功能（PC）+

1PCIR

存放当前欲执行的指令访存访存完成一条指令1.2(3)控制器的基本组成第24页,共31页，2024年2月25日，星期天12356789以取数指令为例4(4)主机完成一条指令的过程1.2CU控制单元主存储器MDRMAR存储体CPUPC控制器IR…运算器MQACCALUXI/O设备第25页,共31页，2024年2月25日，星期天12356798以存数指令为例41.2(4)主机完成一条指令的过程CU控制单元主存储器MDRMAR存储体CPUPC控制器IR…运算器MQACCALUXI/O设备第26页,共31页，2024年2月25日，星期天(5)ax2+bx+c

程序的运行过程将程序通过输入设备送至计算机程序首地址打印结果分析指令取指令…停机启动程序运行,(PC

)+

1PC执行指令

1.2MARMMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)MARMMDRACCPC第27页,共31页，2024年2月25日，星期天1.3计算机硬件的主要技术指标1.机器字长2.运算速度CPU

一次能处理数据的位数与

CPU

中的

寄存器位数

有关=ni

=1fi

tiTM∑吉普森法主频每秒执行百万条指令MIPS执行一条指令所需时钟周期数CPI每秒浮点运算次数FLOPS第28页,共31页，2024年2月25日，星期天221

=

256

KB213

=

1

KB如3.存储容量主存容量辅存容量存储单元个数

×

存储字长字节数字节数80GB如MARMDR

容量10

816

32存放二进制信息的总位数1.31K=210

1B=23b1GB=230b1

K

×

8位64

K

×

32位