计算机组成原理考研复习课件.ppt

1、1,计算机组成原理总复习,建立整机概念,两个层次,两个方面,CPU整体概念,硬件系统整机概念,逻辑组成,工作机制,2,主要内容：,1、CPU,（1）逻辑组成,寄存器传送级：,微操作控制级：,各类指令的流程,微命令序列,寄存器、ALU设置，数据通路结构,（2）工作机制,指令的执行过程,3,2、常用运算方法规则,原码、补码一位乘法，原码、补码不恢复余数除法，浮点运算法,（1）基本概念,（2）半导体存储器的逻辑设计,芯片地址分配、片选逻辑、框图,3、存储器,4、总线,（1）基本概念,（2）系统总线：信号组成，时序控制方式,4,5、接口,（1）I/O传送的控制机制,中断：基本概念、中断控制器与接口、中

2、断过程,（2）接口设计,接口组成、拟定命令字和状态字格式、扩展中断源,6、常用外设原理,（1）键盘：键码转换方法,（2）CRT显示器：VRAM与屏幕显示的对应关系（VRAM内容和容量、地址组织、信息转换、同步计数器的设置）,DMA：基本概念、DMA控制器与接口、DMA过程,（软件扫描）,5,（3）打印机：信息转换、调用过程（中断方式）,（4）磁盘：信息分布与寻址信息、调用过程（DMA方式）、速度指标和容量指标,第一章CPU组织,1.1逻辑组成（模型机）,1、CPU数据通路框图（寄存器级）,2、结构特点（1）寄存器独立结构,可编程：R0R3、PC、SP、PSW,非编程：C、D、IR、MAR、MB

3、R,6,7,8,1.2工作机制,1、基本寻址方式（模型机）,寄存器寻址：R寄存器间址：（R）,自减型寄存器间址：(R)、(SP)(用于入栈操作),自增型寄存器间址：(R)+、(SP)+(用于出栈操作),立即寻址：(PC)+变址：(R),相对寻址：(PC),9,2、思路,（2）分清源和目的，确定所采用的寻址方式,源在后，目的在前。,（3）按周期拟定分步流程,（1）了解指令功能，具体完成什么操作,10,3、例题,（1）MOV(SP)+，(R1)；（2）MOV(R2)，(SP)；（3）ADD(R0)，(R3)；（4）JMP(R0)；（5）JMP(PC)；（6）SUB(PC)+，(PC)；,11,指令

4、流程在微操作级的具体实现。,1.2.2微命令序列,微命令设置:,（1）数据通路操作,12,1.2.2微命令的产生方式,1、组合逻辑控制方式,（1）基本思想,综合化简产生微命令的条件，形成相应逻辑式，用组合逻辑电路实现。执行指令时，由组合逻辑电路（微命令发生器）在相应时间发出所需微命令，控制有关操作。,（2）优缺点,（3）应用,用于高速计算机及小规模机器中。,13,2、微程序控制方式,（1）基本思想,注意区分：,产生微命令，控制完成机器指令功能的一步操作。,实现指令系统功能所规定的一种操作。,14,包含若干微指令，解释执行一条机器指令,包含若干机器指令，完成某一特定任务,存放微程序，位于CPU内

5、。,存放工作程序，位于CPU外。,（2）优缺点,（3）应用,用于速度要求不是很高、功能复杂的机器中，特别适用于系列机。,15,1.2.3时序控制方式,掌握定义、特点、应用场合。,1、同步控制方式,（1）定义：各项操作与统一时序信号同步。,16,2、异步控制方式,申请并控制总线的设备。,响应主设备请求的设备。,17,3、同步方式在实际应用中的变化,（2）总线周期中插入延长周期。,（3）同步方式引入异步应答。,（1）不同指令安排不同时钟周期数。,（扩展同步方式）,1.3运算方法与运算器,1.3.1运算方法,1、原码一位乘法,18,2、补码一位乘法,19,6、浮点运算,加减法运算过程：,（1）判操作

6、数是否为0。,（3）尾数加/减,20,1.3.2运算器,硬件组成,21,1.4其他基本概念,（1）溢出及判断方法、扩展操作码、地址结构、隐地址、显地址等,22,第二章存储子系统,（1）芯片数：,8片,（2）存储空间安排：,任意连续区间,（3）芯片地址分配与片选逻辑：,4KB：12位地址A11A0,哪几位分配给芯片？哪几位形成片选逻辑？,23,芯片芯片地址片选逻辑,1KB1KB1KB1KB,（4）逻辑图,A9A0A9A0A9A0A9A0,24,芯片芯片地址片选逻辑,4KB2KB1KB,（4）逻辑图,A11A0A10A0A9A0,CS0=A12CS1=A12A11CS2=A12A11A10,（3）

7、芯片地址分配与片选逻辑：,7KB：13位地址A12A0,25,2.2基本概念,1、存储原理,SRAM：利用双稳态触发器存储信息。,DRAM：利用电容存储电荷存储信息。,2、动态刷新,（1）定义：按所存信息定期向电容补充电荷。,（2）方式：按行读一遍。,26,27,第三章I/O子系统,3.1总线与接口的基本概念,1）CPU内总线：CPU芯片内寄存器和算逻部件之间互连的总线。,2）部件内总线：插件板内各芯片之间互连的总线,3）系统总线：计算机系统内各功能部件之间或各插件板之间互连的总线。,28,4）外总线：计算机系统之间，或计算机系统与其他系统之间互连的总线。,（3）按数据传送格式分类,2）异步总

8、线：不采用统一时钟周期划分，根据传送的实际需要决定总线周期长短，以异步应答方式控制总线传送操作。,3）扩展同步总线：以时钟周期为时序基础，允许总线周期中的时钟数可变。,29,30,(1)按数据传送格式划分,(2)按时序控制方式划分,31,(3)按I/O传送控制方式划分,（可采用查询方式）,（可插入中断作DMA善后处理）,3.2I/O传送控制机制,32,33,2、中断服务程序入口地址的获取,34,（2）非向量中断方式,将服务程序入口组织在查询程序中；CPU响应时执行查询程序，确定中断源，转入相应服务程序。,35,3、中断接口功能模型,（1）寄存器选择,对接口寄存器寻址,（2）命令字寄存器,接收C

9、PU发向外设的命令。,（4）数据缓冲器,传送数据，实现缓冲。,（3）状态字寄存器,反映设备和接口的运行状态,36,37,4、中断全过程（主机与外设交换信息）,（2）发启动命令(送命令字)，启动设备。,（3）设备完成工作，申请中断。,（6）中断控制器送出中断号。,38,（9）返回原程序（返回前开中断）。,5、中断接口设计,39,例、某机需扩展两个外中断源。CPU发向两设备的命令字包括启动、停止、读、写等，设备状态包括忙、完成、故障等。两设备共用一个中断类型码（IRQ2）。设计接口，要求两设备能同时启动，并行工作。,（1）接口组成,两设备共用一个接口，设置一个命令字（分两段），一个状态字（分两段）

10、，两个缓冲器。,（2）命令字、状态字格式,（3）扩展方法：向量中断+非向量中断方式,两设备公共请求送IRQ2。若IRQ2被响应，则转入IRQ2服务程序，在该程序中设置有两设备服务程序入口。IRQ2服务程序查询状态字（先查询的设备优先级高），转相应中断处理。,40,41,2、DMA控制器与接口,42,3、DMA全过程,43,第四章主要I/O设备原理,4.1磁盘,4.1.1信息分布与寻址信息,44,4.1.2调用过程（DMA方式）,(1)CPU向适配器送出驱动器号、圆柱面号、磁头号、起始扇区号、扇区数等外设寻址信息；向DMA控制器送出传送方向、主存首址、交换量等信息。,(2)适配器启动寻道，并用中断方式判寻道是否正确。,(3)适配器准备好(读盘：扇区缓存满一扇区；写盘：扇区缓存空一扇区）,提出DMA请求。,(5)批量传送完毕，适配器申请中断。,(6)CPU响应，调回状态字，作善后处理。,(4)CPU响应，由DMA控制器控制总线，实现传送。,45,4.1.4主要技术指标,1、容量,2、速度,46,4.2CRT显示器,4.2.1显示方式与分辨率,4