1、復(fù) 習(xí),第1章概述1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成及其層次結(jié)構(gòu) 理解1.2計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)、組成和實(shí)現(xiàn) 理解1.3計(jì)算機(jī)發(fā)展進(jìn)步與拓展應(yīng)用的歷程 一般了解,復(fù) 習(xí),第2章數(shù)字電路基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)中的邏輯部件2.1數(shù)字電路基礎(chǔ)

2、 一般了解半導(dǎo)體材料和晶體二極管簡(jiǎn)介，2雙極型三極管的結(jié)構(gòu)及其伏安特性，MOS管的結(jié)構(gòu)及其伏安特性2.2基本邏輯門和布爾代數(shù)知識(shí)基礎(chǔ) 理解最基本的邏輯門電路，布爾代數(shù)知識(shí)基礎(chǔ)2.3組合邏輯電路及其應(yīng)用 重點(diǎn)掌握基本邏輯門，三態(tài)門，數(shù)據(jù)選

3、擇器，譯碼器和編碼器，組合邏輯電路應(yīng)用舉例 2.4時(shí)序邏輯電路及其應(yīng)用 重點(diǎn)掌握基本R\|S觸發(fā)器，D型觸發(fā)器與寄存器、計(jì)數(shù)器器件，時(shí)序邏輯電路應(yīng)用舉例2.5現(xiàn)場(chǎng)可編程器件及其應(yīng)用 一般了解現(xiàn)場(chǎng)可編程器件概述，通用可編程器件GAL20V8的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其編程使

4、用2.6幾個(gè)專用功能器件和存儲(chǔ)器芯片的引腳圖 一般了解,復(fù) 習(xí),第3章數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)運(yùn)算算法和邏輯電路實(shí)現(xiàn)3.1數(shù)字化信息編碼的概念和二進(jìn)制編碼知識(shí) 理解數(shù)字化信息編碼的概念，二進(jìn)制編碼和碼制轉(zhuǎn)換，檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼 3.2數(shù)據(jù)表示——常用的信息編碼

5、 重點(diǎn)掌握邏輯類型數(shù)據(jù)的表示，字符類型數(shù)據(jù)的表示，數(shù)值類型數(shù)據(jù)的表示 3.3二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼與運(yùn)算算法 重點(diǎn)掌握原碼、反碼、補(bǔ)碼的定義，補(bǔ)碼加、減運(yùn)算規(guī)則和電路實(shí)現(xiàn)，原碼一位乘法的實(shí)現(xiàn)算法和電路實(shí)現(xiàn)，原碼一位除法的實(shí)現(xiàn)算法和電路實(shí)現(xiàn)，補(bǔ)碼一位乘法、除法和其他快速乘除法的實(shí)現(xiàn)思路,復(fù) 習(xí),第4章計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算器部件4.1運(yùn)算器部件概述

6、 理解4.2定點(diǎn)運(yùn)算器部件的功能、組成與設(shè)計(jì) 重點(diǎn)掌握定點(diǎn)運(yùn)算器部件概述，位片結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器芯片Am2901，教學(xué)計(jì)算機(jī)運(yùn)算器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)例4.3浮點(diǎn)運(yùn)算與浮點(diǎn)運(yùn)算器 一般了解浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算規(guī)則，浮點(diǎn)運(yùn)算器舉例 4.4當(dāng)前流行的計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算器

7、部件概述 一般了解,復(fù) 習(xí),第5章指令、指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)5.1指令格式和指令系統(tǒng)概述 重點(diǎn)掌握操作碼的組織與編碼，有關(guān)操作數(shù)的個(gè)數(shù)、來(lái)源、去向和地址安排，關(guān)于指令的分類5.2尋址方式概述與應(yīng)用實(shí)例 重點(diǎn)掌握基本尋址方式概述，尋址方式應(yīng)用舉例5.3指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)舉例

8、 理解教學(xué)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)說(shuō)明，教學(xué)計(jì)算機(jī)的匯編程序設(shè)計(jì)舉例,復(fù) 習(xí),第6章計(jì)算機(jī)的控制器部件6.1控制器的功能、組成與指令執(zhí)行步驟 重點(diǎn)掌握控制器部件的功能及其組成，指令的執(zhí)行步驟6.2硬連線控制器部件 重點(diǎn)掌握硬連線控制器的組成和運(yùn)行原理簡(jiǎn)介，教學(xué)計(jì)

9、算機(jī)的硬連線控制器的組成、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)例6.3微程序控制器部件 重點(diǎn)掌握微程序控制器的基本組成和工作原理，微程序設(shè)計(jì)中的下地址形成邏輯的硬件技術(shù)，教學(xué)計(jì)算機(jī)微程序控制器的組成、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)例,復(fù) 習(xí),第7章多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)概述和主存儲(chǔ)器7.1多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)概述

10、 理解7.2主存儲(chǔ)器部件的組成與設(shè)計(jì) 重點(diǎn)掌握主存儲(chǔ)器概述，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的記憶原理和讀寫(xiě)過(guò)程，靜態(tài)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)原理和芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)7.3教學(xué)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器實(shí)例 理解7.4提高存儲(chǔ)器系統(tǒng)性能的可行途徑 理解,復(fù) 習(xí),第8章高速緩沖存儲(chǔ)器和虛擬存儲(chǔ)器8.1高速緩沖

11、存儲(chǔ)器 重點(diǎn)掌握高速緩沖存儲(chǔ)器的運(yùn)行原理，高速緩沖存儲(chǔ)器的3種映像方式，高速緩沖存儲(chǔ)器使用中的幾個(gè)問(wèn)題8.2虛擬存儲(chǔ)器部件 重點(diǎn)掌握虛擬存儲(chǔ)器概述，段式存儲(chǔ)管理，頁(yè)式存儲(chǔ)管理,復(fù) 習(xí),第9章輔助存儲(chǔ)器設(shè)備與磁盤陣列技術(shù)9.1外部存儲(chǔ)設(shè)備概述

12、 理解9.2磁盤設(shè)備的組成與運(yùn)行原理 一般了解9.3光盤設(shè)備的組成與運(yùn)行原理 一般了解9.4磁盤陣列技術(shù)與容錯(cuò)支持 一般了解,復(fù) 習(xí),第10章輸入輸出設(shè)備10.1輸入輸出設(shè)備概述

13、 理解設(shè)備簡(jiǎn)介，點(diǎn)陣式設(shè)備運(yùn)行原理概述，10.2顯示器設(shè)備的組成和運(yùn)行原理 重點(diǎn)掌握顯示器設(shè)備概述，CRT陰極射線管的組成和運(yùn)行原理，CRT字符顯示器的組成和運(yùn)行原理，CRT圖形顯示器，液晶顯示器的組成和運(yùn)行原理，計(jì)算機(jī)終端10.3打印機(jī)設(shè)備的組成與運(yùn)行原理

14、 重點(diǎn)掌握針式打印機(jī)的組成及其打印過(guò)程，噴墨打印機(jī)的組成及其打印過(guò)程，激光打印機(jī)的組成及其打印過(guò)程10.4計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備 重點(diǎn)掌握計(jì)算機(jī)鍵盤的組成和運(yùn)行原理，鼠標(biāo)設(shè)備,復(fù) 習(xí),第11章輸入輸出系統(tǒng)11.1計(jì)算機(jī)輸入輸出系統(tǒng)概述

15、 理解11.2計(jì)算機(jī)總線的功能與組成 重點(diǎn)掌握計(jì)算機(jī)總線概述，計(jì)算機(jī)總線構(gòu)成，總線仲裁和數(shù)據(jù)傳輸控制，教學(xué)計(jì)算機(jī)的總線系統(tǒng)實(shí)例11.3輸入輸出接口概述 重點(diǎn)掌握計(jì)算機(jī)輸入輸出接口的基本功能，通用可編程接口的一般組成，

16、串行接口實(shí)例11.4常用的輸入輸出方式概述 重點(diǎn)掌握常用的輸入輸出方式，中斷的概念和中斷處理過(guò)程，DMA的概念和DMA處理過(guò)程,復(fù) 習(xí),第12章流水線技術(shù)12.1流水線的基本概念 理解流水線簡(jiǎn)介，流水線的表示方法，流水線的特點(diǎn)，流水線的分類方法

17、12.2流水線的性能指標(biāo) 理解流水線的吞吐率，流水線的加速比，流水線的效率，流水線的最佳段數(shù)12.3DLX指令集與DLX流水線 一般了解DLX指令集結(jié)構(gòu)介紹，DLX的一種簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，DLX流水線的實(shí)現(xiàn)原理12.4流水線中的相關(guān)問(wèn)題

18、 理解結(jié)構(gòu)相關(guān)，數(shù)據(jù)相關(guān)，控制相關(guān)，12.5指令級(jí)并行技術(shù) 一般了解基本概念，多指令發(fā)射技術(shù),復(fù) 習(xí),第13章并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)13.1計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)概述

19、理解計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的分類13.2并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述 一般了解并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分類，并行性、可擴(kuò)展性和可編程性，13.3并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題 理解并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能問(wèn)題，并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件問(wèn)題13

20、.4SIMD計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 一般了解陣列處理機(jī)，向量處理機(jī)13.5共享內(nèi)存的多處理機(jī)系統(tǒng) 一般了解一致性內(nèi)存訪問(wèn)的UMA多處理機(jī)系統(tǒng)，非一致性內(nèi)存訪問(wèn)的NUMA多處理機(jī)系統(tǒng)13.6基于消息傳遞的多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

21、 一般了解大規(guī)模并行處理機(jī)，工作站集群，消息傳遞軟件包,邏輯加運(yùn)算,邏輯或用運(yùn)算符號(hào)“+”表示運(yùn)算規(guī)則0+0=00+1=11+0=11+1=1真值表,邏輯乘運(yùn)算,邏輯與用運(yùn)算符號(hào)“·”表示運(yùn)算規(guī)則：0·0=00·1=01·0=01·1=1真值表：,邏輯非運(yùn)算,將1變成0，將0變成1。表示為真值表,運(yùn)

22、算法則,運(yùn)算法則,例:寫(xiě)出下列真值表的邏輯表達(dá)式,答：,基本門電路,門電路實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算的數(shù)字電路輸入端和輸出端有兩種狀態(tài)分別表示邏輯1和邏輯0。MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管,基本的門電路符號(hào),三態(tài)門,高阻狀態(tài)輸出控制功能,三態(tài)門的用途,直接連接到公共信號(hào)線路總線,,雙向連接總線,,邏輯門電路的分類,組合邏輯電路不具備記憶功能建立在簡(jiǎn)單邏輯門基礎(chǔ)上可以用真值表和邏輯表達(dá)式表示時(shí)序邏輯電路具有記憶功能電路的輸出取決于輸入狀況和

23、電路的狀態(tài)建立在觸發(fā)器的基礎(chǔ)上寄存器計(jì)數(shù)器,觸發(fā)器,一種具有記憶功能的電路有兩個(gè)穩(wěn)定的電路狀態(tài)建立在R-S鎖存器(latch)的基礎(chǔ)上,半加器,分為半加器和全加器兩種半加器有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端半加器的邏輯表達(dá)式：,全加器,進(jìn)位輸入Ci，進(jìn)位輸出Co。邏輯表達(dá)式：,寄存器（Register）,由多個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成可以存放一個(gè)完整的二進(jìn)制數(shù)據(jù)通常用一個(gè)名字表示如R1、R2對(duì)寄存器內(nèi)容的操作移位、計(jì)數(shù)、清除、裝入,

24、寄存器的數(shù)據(jù)傳輸,并行輸入并行輸出R1?R2R2?R1,R1,R2,,,,,,,,,,,,編碼器,編碼的信息與譯碼的信息2n個(gè)輸入信號(hào)的編碼器有n個(gè)輸出信號(hào)輸入信號(hào)中只有一個(gè)是有效的電平,譯碼器,n個(gè)輸入信號(hào)的譯碼器有2n個(gè)輸出信號(hào)每個(gè)輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于n個(gè)輸入信號(hào)的一種編碼輸出信號(hào)中只有一個(gè)處于有效狀態(tài)通常還有一個(gè)輸出許可信號(hào)（EN）,數(shù)據(jù)選擇器,根據(jù)選擇信號(hào)從多個(gè)輸入端中選擇一個(gè)作為輸出有n個(gè)選擇信號(hào)的數(shù)據(jù)選擇器從2n個(gè)

25、輸入數(shù)據(jù)線中選擇一個(gè)作為輸出邏輯表達(dá)式：功能表,計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu),,,,,,,,,,,,,,,,,,基本概念,ALU存儲(chǔ)器（讀、寫(xiě)、訪問(wèn)）容量（字、字節(jié)）字長(zhǎng)指令程序CPU主機(jī)總線,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概論,一、概念計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)Implementation器件選擇，機(jī)械、封裝、印板、機(jī)箱、電源、冷卻設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)組成Organization邏輯設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Architecture外特性設(shè)計(jì),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研

26、究范圍,新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并行性數(shù)據(jù)流推理機(jī)神經(jīng)網(wǎng)性能成本評(píng)價(jià)運(yùn)算速度存儲(chǔ)容量I/O帶寬,外特性指令系統(tǒng)數(shù)據(jù)表示尋址方式寄存器集界面設(shè)計(jì)確定硬件功能,數(shù)制,二進(jìn)制數(shù)采用2個(gè)計(jì)數(shù)符號(hào)計(jì)數(shù)規(guī)則：逢2進(jìn)一一個(gè)n位的二進(jìn)制數(shù)x0 x1…xn-2 xn-1代表的數(shù)值為：x0*2n-1 + x1 * 2n-2 + … + xn-2 * 21 + xn-1 * 20,數(shù)制轉(zhuǎn)換,將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)從小數(shù)點(diǎn)的位置

27、開(kāi)始每三位一組分別轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)的計(jì)數(shù)符號(hào)不足三位時(shí)補(bǔ)0將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)四位一組進(jìn)行轉(zhuǎn)換例0010101102=1268=5616,數(shù)制轉(zhuǎn)換,將八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)從小數(shù)點(diǎn)的位置開(kāi)始每一位八進(jìn)制數(shù)分別轉(zhuǎn)換成三位二進(jìn)制數(shù)將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)整數(shù)部分采用除2取余法小數(shù)部分采用乘2取整法x02n-1 + x12n-2 + … + xn-221 + xn-120,將1810

28、表示成二進(jìn)制數(shù),解：根據(jù)上述轉(zhuǎn)換方法的轉(zhuǎn)換過(guò)程為： 18 90(18除以2得9，余0) 41(9除以2得4，余1) 20(4除以2得2，余0) 10(2除以2得1，余0) 01(1除以2得0，余1)可得到結(jié)果為10010,,將十進(jìn)制數(shù)0.81轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù),解：轉(zhuǎn)換的過(guò)程是： 0.81 1. 62 取1(0.81乘以2得1.62) 1.24 取1(0.

29、62乘以2得1.24) 0.48 取0(0.24乘以2得0.48) 0.96 取0(0.48乘以2得0.96) 1.92 取1(0.96乘以2得1.92)得結(jié)果為0.11001,,機(jī)器數(shù)計(jì)算機(jī)中表示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)真值一個(gè)機(jī)器數(shù)所代表的實(shí)際數(shù)值定點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)整數(shù)定點(diǎn)小數(shù),定點(diǎn)數(shù)的編碼,機(jī)器數(shù),無(wú)符號(hào)數(shù)半字、字、雙倍字、四倍字有符號(hào)數(shù)原碼、反碼、補(bǔ)碼、移碼1位符號(hào)位,原碼表示法,編碼方法符號(hào)位

30、加數(shù)值位正數(shù)符號(hào)位為0負(fù)數(shù)符號(hào)位為1求值方法x = (-1)x0(x12n-1 + … xn-12 + xn)數(shù)值范圍-2n +1 ≤ x ≤ 2n -1,原碼表示法,零有兩種表示方式例 設(shè)x=1010，y= -1010，求[x]原和[y]原解：[x]原=01010[y]原=11010例 設(shè)x=0.1010，y= -0.1010，求[x]原和[y]原解：[x]原=0.1010[y]原=1.1010,補(bǔ)

31、碼表示法,補(bǔ)碼編碼0010 - 0011 = 1111，表示負(fù)1符號(hào)位零的表示數(shù)據(jù)表示范圍：-2n≤ x ≤ 2n -1編碼方法一正數(shù)的補(bǔ)碼在其二進(jìn)制代碼前加上符號(hào)位0負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是將二進(jìn)制代碼前加0后按位取反，然后在最低位上加1。,反碼表示法,編碼方法正數(shù)的反碼與原碼相同負(fù)數(shù)的反碼是將二進(jìn)制位按位取反數(shù)值范圍-2n +1≤ x ≤ 2n -1定點(diǎn)小數(shù)-1 + 2-n ≤ x ≤ 1-2-n零有兩個(gè)編碼：0

32、00…0和111…1,反碼表示法,例 設(shè)x=1010，y= -1010，求[x]反和[y]反。解：[x]反=01010[y]反=10101,移碼表示法,編碼方法[x]移 = 2n +x數(shù)值范圍-2n ≤ x ≤2n - 1符號(hào)位：1表示正號(hào)，0代表負(fù)號(hào)0有惟一的編碼保持了數(shù)據(jù)原有的大小順序定點(diǎn)小數(shù)沒(méi)有移碼定義,移碼表示法,例 設(shè)x=1010，y= -1010，求[x]移和[y]移。解：[x]移=10000+1

33、010=11010[y]移=10000+(-1010)=100000-01010=00110,二-十進(jìn)制編碼,直接在計(jì)算機(jī)中表示十進(jìn)制數(shù)編碼的方法對(duì)每一位十進(jìn)制數(shù)用四個(gè)二進(jìn)制位編碼表示BCD碼(binary coded decimal)用4位編碼中的剩余6個(gè)代碼表示符號(hào)編碼方案8421編碼2421編碼余3碼(excess-3 code)格雷碼(Gray code),非數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼,1. 西文字符的編碼ASCII

34、碼2. 漢字的編碼輸入碼數(shù)字編碼、拼音碼和字形碼機(jī)內(nèi)碼用于漢字信息存儲(chǔ)、交換、檢索等操作,檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼,能夠發(fā)現(xiàn)某些錯(cuò)誤或具有自動(dòng)糾錯(cuò)能力的數(shù)據(jù)編碼在代碼中增加冗余位以使代碼具有某種特征分組碼卷積碼,奇偶校驗(yàn)碼,奇校驗(yàn)：xk+1 = x1 + x2 + … + xk + 1 mod 2偶校驗(yàn)：xk+1 = x1 + x2 + … + xk mod 2例：偶校驗(yàn)

35、0000 ? 000000001 ? 000110010 ? 00101,定點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算,一、補(bǔ)碼加法根據(jù)補(bǔ)碼加法公式，補(bǔ)碼可以直接相加。[x]補(bǔ) + [y]補(bǔ) = [x+y]補(bǔ) (mod 2)二、補(bǔ)碼減法根據(jù)補(bǔ)碼減法公式，補(bǔ)碼可以直接相減。[x-y]補(bǔ) = [x]補(bǔ) - [y]補(bǔ)= [x]補(bǔ) + [-y]補(bǔ) (mod 2),定點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算例子,例 x=0.1010，y= -0.0

36、011，用補(bǔ)碼的加法求x+y。解：[x]補(bǔ)=0.1010，[y]補(bǔ)=1.1101[x]補(bǔ) + [y]補(bǔ) = 0.1010 + 1.1101 = 0.0111x+y = 0.0111例 x = 0.1001，y = -0.0011，用補(bǔ)碼的減法求x-y。解：[x]補(bǔ)=0.1001，[y]補(bǔ)=1.1101，[-y]補(bǔ)=0.0011[x]補(bǔ) - [y]補(bǔ) = [x]補(bǔ) + [-y]補(bǔ) = 0.1001 + 0.0011 = 0.

37、1100x-y = 0.1100,加減運(yùn)算電路,邏輯運(yùn)算,按位運(yùn)算：分別考慮每一位信息按位的邏輯與、邏輯或、邏輯非例：x=10100001，y=10011011 x+y=10111011x·y=10000001,邏輯運(yùn)算,移位運(yùn)算算術(shù)移位邏輯移位循環(huán)移位左移右移,運(yùn)算器中的寄存器組,單端口寄存器組,,運(yùn)算器中的寄存器組,多端口寄存器組,,,,,存儲(chǔ)器芯片分類,RAMSRAM

38、Static random access memoryDRAMDynamic random access memoryROMRead only memory,靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片,動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器芯片,存儲(chǔ)器的基本組織,位擴(kuò)展,,芯片的地址線數(shù)：18存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)256Kx32容量：1MBCPU的有效地址位數(shù)：20位字節(jié)地址,,0,,0,,,,1,,,,2,3,4,5,6,7,1,2,8,9,10,11,,256kx1,,,,256k

39、x1,……,256kx1,字?jǐn)U展,字位擴(kuò)展,例 設(shè)有一個(gè)具有20位地址和8位字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器，問(wèn)(1) 該存儲(chǔ)器能存儲(chǔ)多少字節(jié)的信息？(2) 如果存儲(chǔ)器由256K×1位的RAM芯片組成，需要多少片芯片？(3) 需要多少位地址作為芯片選擇？解：(1) 存儲(chǔ)器的容量為220B=1MB(2) 需要的芯片數(shù)為8×4=32片(3) 4倍字?jǐn)U展需要log24=2條地址線作為芯片選擇地址線中的18位用于作為各芯片的

40、地址信號(hào),。,例 設(shè)有若干片256K×8位的SRAM芯片，采用字?jǐn)U展方法構(gòu)成2048KB的存儲(chǔ)器，問(wèn)(1) 需要多少片RAM芯片？(2) 該存儲(chǔ)器需要多少地址位？(3) 畫(huà)出該存儲(chǔ)器與CPU連接的結(jié)構(gòu)圖，設(shè)CPU的接口信號(hào)有地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)、控制信號(hào)MREQ#和R/W#。(4) 給出地址譯碼器的邏輯表達(dá)式。解：(1) 需要2048K/256K = 8片SRAM芯片；(2) 需要21條地址線，高3位用于芯

41、片選擇，低18位作為每個(gè)存儲(chǔ)器芯片的地址輸入。(3) 該存儲(chǔ)器與CPU連接的結(jié)構(gòu)圖如下：,例 設(shè)有若干片256K×8位的SRAM芯片，采用字?jǐn)U展方法構(gòu)成2048KB的存儲(chǔ)器，問(wèn)(1) 需要多少片RAM芯片？(2) 該存儲(chǔ)器需要多少地址位？(3) 畫(huà)出該存儲(chǔ)器與CPU連接的結(jié)構(gòu)圖，設(shè)CPU的接口信號(hào)有地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)、控制信號(hào)MREQ#和R/W#。(4) 給出地址譯碼器的邏輯表達(dá)式。,例 某計(jì)算機(jī)的主存地址

42、空間中，從地址000016到3FFF16為ROM存儲(chǔ)區(qū)域，從400016到5FFF16為保留地址區(qū)域，暫時(shí)不用，從600016到FFFF16為RAM地址區(qū)域。RAM的控制信號(hào)為CS#和WE#，CPU的地址線為A15~A0，數(shù)據(jù)線為8位的線路D7~D0，控制信號(hào)有讀寫(xiě)控制R/W#和訪存請(qǐng)求MREQ#，要求：(1) 畫(huà)出地址譯碼方案(2) 如果ROM和RAM存儲(chǔ)器芯片都采用8K×1的芯片，試畫(huà)出存儲(chǔ)器與CPU的連接圖。(3)

43、 如果ROM存儲(chǔ)器芯片采用8K×8的芯片，RAM存儲(chǔ)器芯片采用4K×8的芯片，試畫(huà)出存儲(chǔ)器與CPU的連接圖。(4) 如果ROM存儲(chǔ)器芯片采用16K×8的芯片，RAM存儲(chǔ)器芯片采用8K×8的芯片，試畫(huà)出存儲(chǔ)器與CPU的連接圖。,(1) 畫(huà)出地址譯碼方案,解：(1),(2) 如果ROM和RAM存儲(chǔ)器芯片都采用8K×1的芯片，試畫(huà)出存儲(chǔ)器與CPU的連接圖。解： (2) 8KB的存儲(chǔ)區(qū)域可以用

44、8片存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成一組實(shí)現(xiàn)。8K×1的存儲(chǔ)器芯片的地址線需要13條，即A12~0。,(3) 如果ROM存儲(chǔ)器芯片采用8K×8的芯片，RAM存儲(chǔ)器芯片采用4K×8的芯片，試畫(huà)出存儲(chǔ)器與CPU的連接圖。解：（3）,(4) 如果ROM存儲(chǔ)器芯片采用16K×8的芯片，RAM存儲(chǔ)器芯片采用8K×8的芯片，試畫(huà)出存儲(chǔ)器與CPU的連接圖。解：（4）,例 某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存采用32位字節(jié)地址空間和6

45、4位數(shù)據(jù)線訪問(wèn)存儲(chǔ)器，若使用64M位的DRAM芯片組成該機(jī)所允許的最大主存空間，并采用內(nèi)存條的形式，問(wèn)：(1) 若每個(gè)內(nèi)存條為64M×32位，共需多少內(nèi)存條？(2) 每個(gè)內(nèi)存條內(nèi)共有多少片DRAM芯片？(3) 主存共需多少DRAM芯片？(4) CPU如何有選擇地訪問(wèn)各內(nèi)存條？解：(1) 主存最大空間為232=4GB，每個(gè)內(nèi)存條的容量為64×4B = 256MB，主存需要的內(nèi)存條數(shù)量為4GB/256MB=16

46、條。(2) 每個(gè)芯片的容量為8MB，內(nèi)存條需要的芯片數(shù)量為256MB/8MB = 32片。(3) 整個(gè)主存需要的內(nèi)存芯片數(shù)量是16×32=512片。(4) 由于CPU字長(zhǎng)為64位，內(nèi)存條需要進(jìn)行位擴(kuò)展，即2個(gè)32位的內(nèi)存條構(gòu)成一組64位的存儲(chǔ)單元組，16個(gè)內(nèi)存條構(gòu)成8組，為選擇這8組內(nèi)存條，CPU地址中需要用最高3位地址作為產(chǎn)生選擇信號(hào)的地址碼。,存儲(chǔ)器的工作周期,SRAM時(shí)序,讀周期：地址有效?CS有效?數(shù)據(jù)輸

47、出?CS復(fù)位?地址撤銷寫(xiě)周期：地址有效?CS有效?數(shù)據(jù)有效?CS復(fù)位（數(shù)據(jù)輸入）?地址撤銷,提高存儲(chǔ)器工作速度的技術(shù),速度指標(biāo)周期時(shí)間訪問(wèn)時(shí)間吞吐率（帶寬）提高速度的技術(shù)1. 芯片技術(shù)2. 結(jié)構(gòu)技術(shù),訪存的局部性,訪存局部性時(shí)間局部性空間局部性層次化結(jié)構(gòu)cache主存輔存,Cache,基本概念命中、命中率、失效、失效率、塊、命中訪問(wèn)時(shí)間、失效訪問(wèn)時(shí)間(miss penalty),Cache,設(shè)計(jì)問(wèn)題

48、地址映象替換策略更新策略容量,地址映象與變換1. 直接映象,1. 直接映象（續(xù)）,塊地址的概念存儲(chǔ)容量、塊數(shù)、塊容量與地址格式中區(qū)號(hào)、塊號(hào)、塊內(nèi)地址位數(shù)的關(guān)系。,,,,,,,,,,,,,,,訪問(wèn)cache,,1. 直接映象（續(xù)）,例 設(shè)有一個(gè)cache的容量為2K字，每個(gè)塊為16字，求(1) 該cache可容納多少個(gè)塊？(2) 如果主存的容量是256K字，則有多少個(gè)塊？(3) 主存的地址有多少位？cache地址有多少

49、位？(4) 在直接映像方式下，主存中的第i塊映像到cache中哪一個(gè)塊中？(5) 進(jìn)行地址映像時(shí)，存儲(chǔ)器的地址分成哪幾段？各段分別有多少位？解：(1) cache中有2048/16=128個(gè)塊。(2) 主存有256K/16=16384個(gè)塊。(3) 主存容量為256K=218字，字地址有18位。cache容量為2K=211字，字地址為11位。(4) 在直接映像方式下，主存中的第i塊映像到cache中第 i mod 128個(gè)

50、塊中。(5) 區(qū)號(hào)7位，塊號(hào)為7位，塊內(nèi)字地址為4位。,區(qū)號(hào),塊號(hào),塊內(nèi)地址,,,,,11,4,,18,2. 全相聯(lián)映像,2. 全相聯(lián)映像（續(xù)）,N = 區(qū)內(nèi)塊數(shù)，陰影區(qū)表示查找范圍,全相聯(lián)映像的實(shí)現(xiàn),,,2. 全相聯(lián)映像（續(xù)）,3. 組相聯(lián)映像,n路組相聯(lián)：組內(nèi)有n塊,3. 組相聯(lián)映像（續(xù)）,N = 區(qū)內(nèi)塊數(shù)，陰影區(qū)表示查找范圍，根據(jù)組號(hào)在塊表中尋找組，組內(nèi)相聯(lián)查找。,組相聯(lián)映像的實(shí)現(xiàn),,區(qū)號(hào),組號(hào),塊號(hào),塊內(nèi),,,,,,,,,,,

51、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,組相聯(lián)映像的實(shí)現(xiàn),,3. 組相聯(lián)映像（續(xù)）,例：設(shè)有8個(gè)塊，分成2個(gè)組,3. 組相聯(lián)映像（續(xù)）,例：設(shè)有8個(gè)塊，分成4個(gè)組,替換策略及更新策略,替換策略隨機(jī)法先進(jìn)先出法近期最少使用法近期最久未使用法,替換策略及更新策略（續(xù)）先進(jìn)先出替換策略,替換策略及更新策略（續(xù)）近期最久未使用替換策略,虛擬存儲(chǔ)器,作用分隔地址空間解決主存的容量問(wèn)題程序的重定位與cache的區(qū)別替換策略實(shí)

52、現(xiàn)方式,虛擬存儲(chǔ)器,分類頁(yè)式段式段頁(yè)式,頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器,頁(yè)、頁(yè)框架、基號(hào)、頁(yè)表、虛頁(yè)號(hào),頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器（續(xù)）,與塊表的區(qū)別：基號(hào)，表長(zhǎng)，查找方式，裝入位問(wèn)題：頁(yè)表過(guò)長(zhǎng),例：某計(jì)算機(jī)的頁(yè)式虛存管理中采用長(zhǎng)度為32字的頁(yè)面。頁(yè)表內(nèi)容如下表所示，求當(dāng)CPU程序按下列2進(jìn)制虛擬字地址訪存時(shí)產(chǎn)生的實(shí)際字地址。(1) 00001101(2) 10000000(3) 00101000,答：頁(yè)面長(zhǎng)度為32字，則頁(yè)內(nèi)地址5位，8位地址碼中

53、的高3位為虛頁(yè)號(hào)，從表中查出2位實(shí)頁(yè)號(hào)，與頁(yè)內(nèi)地址合并構(gòu)成7位實(shí)際物理內(nèi)存的地址。(1) 虛頁(yè)號(hào)為000，查得實(shí)頁(yè)號(hào)01，與頁(yè)內(nèi)地址01101合并，得0101101。(2) 虛頁(yè)號(hào)為100，查得實(shí)頁(yè)號(hào)10，與頁(yè)內(nèi)地址00000合并，得1000000。(3) 虛頁(yè)號(hào)為001，查得該頁(yè)未裝入內(nèi)存，沒(méi)有相應(yīng)的內(nèi)存地址。,段式虛擬存儲(chǔ)器,段表：段基址、段長(zhǎng)、裝入位、訪問(wèn)方式,段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器,,,2024/3/26,指令的格式,指令格式：

54、操作碼，地址碼一、操作碼opcode固定長(zhǎng)度操作碼：便于譯碼，擴(kuò)展性差可變長(zhǎng)度操作碼：能縮短指令平均長(zhǎng)度二、地址碼addressing code零地址指令，如NOP, CLR一地址指令，如INC R1二地址指令，如ADD R1, R2三地址指令，如ADD R1, R2, R3,尋址方式,立即數(shù),2024/3/26,設(shè)某臺(tái)計(jì)算機(jī)有100條指令，(1) 采用固定長(zhǎng)度操作碼編碼，試設(shè)計(jì)其操作碼的編碼。(2) 假

55、如這100條指令中有10條指令的使用概率達(dá)到90%，其余90條指令的使用概率為10%。試采用不等長(zhǎng)編碼設(shè)計(jì)操作碼。解：(1) 采用固定長(zhǎng)度操作碼編碼時(shí)，需要7位操作碼。取其中的100個(gè)代碼作為指令操作碼，可以用0000000到1100011之間的代碼代表100條指令，即0000000指令0的操作碼0000001指令1的操作碼…1100011指令99的操作碼剩下從1100100到1111111共28個(gè)代

56、碼可用于增加新指令，每條指令的操作碼的長(zhǎng)度都是7。,2024/3/26,設(shè)某臺(tái)計(jì)算機(jī)有100條指令，(1) 采用固定長(zhǎng)度操作碼編碼，試設(shè)計(jì)其操作碼的編碼。(2) 假如這100條指令中有10條指令的使用概率達(dá)到90%，其余90條指令的使用概率為10%。試采用不等長(zhǎng)編碼設(shè)計(jì)操作碼。(2) 用4位代碼對(duì)10條常用指令進(jìn)行編碼，用8位代碼對(duì)90條不常用代碼進(jìn)行編碼，即0000指令0的操作碼0001指令1的操作碼…

57、1000指令8的操作碼1001指令9的操作碼10100000指令10的操作碼10100001指令11的操作碼…11111001指令99的操作碼指令操作碼的平均長(zhǎng)度為4×90% + 8×10% = 4.4位比等長(zhǎng)編碼的7位小。,數(shù)據(jù)的類型及其存儲(chǔ)方式,操作數(shù)的類型 整型數(shù)、單精度和雙精度浮點(diǎn)數(shù)、字符型數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：?jiǎn)巫止?jié)、雙字節(jié)、字、雙字、四倍字 操作數(shù)的存儲(chǔ)方式 大數(shù)端(

58、big Endian)和小數(shù)端(little Endian),字不對(duì)齊方式下的存儲(chǔ)器訪問(wèn),節(jié)省空間訪存速度慢接口復(fù)雜,尋址方式,1. 隱含方式如ADD A中的累加器2. 立即數(shù)方式如INT #33. 寄存器方式如INC R1,,,,,操作數(shù),4. 直接尋址如INC 1000,,,操作數(shù),尋址方式,尋址方式5. 寄存器間接如INC (R1),,,,,A,,操作數(shù),尋址方式6. 存儲(chǔ)器間接如

59、INC (1000),,,A,,,,操作數(shù),尋址方式7. 相對(duì)尋址如INC 8(PC),,,,操作數(shù),尋址方式8. 變址和基址尋址如INC 8(R1),變址尋址：便于數(shù)組訪問(wèn)基址尋址：可擴(kuò)大尋址范圍，可實(shí)現(xiàn)程序浮動(dòng),,,,,I,,,,,,,操作數(shù),尋址方式9. 復(fù)合尋址如INC 8(PC+R1)、INC (R1)(1000),例 一條雙字長(zhǎng)的指令存儲(chǔ)在地址為W的存儲(chǔ)器中。指令的地址字段位于地址為W+

60、1處，用Y表示。在指令執(zhí)行中使用的操作數(shù)存儲(chǔ)在地址為Z的位置。在一個(gè)變址寄存器中包含X的值。試敘述Z是怎樣根據(jù)其他地址計(jì)算得到的，假定尋址方式為(1) 直接尋址(2) 間接尋址(3) 相對(duì)尋址(4) 變址尋址,尋址方式,解：(1) 在直接尋址方式下，Z=Y。(2) 在存儲(chǔ)器間接尋址方式下，Z = (Y)。(3) 在相對(duì)尋址方式下，Z=W+Y+2。(4) 在變址尋址方式下，Z=X+Y。,尋址方式,指令格式的設(shè)計(jì),操

61、作碼的編碼霍夫曼編碼頻率相關(guān)編碼方法前綴碼采用霍夫曼樹(shù)擴(kuò)展霍夫曼編碼法 減少操作碼長(zhǎng)度數(shù)量,擴(kuò)展霍夫曼編碼,確定不同的編碼長(zhǎng)度在滿足長(zhǎng)度數(shù)量限制的條件下，可以有多種不同長(zhǎng)度的選擇方案，需要進(jìn)行比較才能選出最佳的編碼長(zhǎng)度選擇根據(jù)長(zhǎng)度進(jìn)行編碼編碼時(shí)將使用概率較高的指令操作碼用較短的編碼表示，使用概率較低指令的操作碼用較長(zhǎng)的編碼表示；盡量將較多的指令操作碼采用較短的編碼，充分利用短小的編碼。,操作碼的編碼,例 某計(jì)算機(jī)有1

62、0條指令，它們的使用頻率分別為 0.30, 0.20, 0.16, 0.09, 0.08, 0.07, 0.04, 0.03, 0.02, 0.01(1) 用霍夫曼編碼對(duì)它們的操作碼進(jìn)行編碼，并計(jì)算平均代碼長(zhǎng)度。(2) 用擴(kuò)展霍夫曼編碼法對(duì)操作碼進(jìn)行編碼，限兩種操作碼長(zhǎng)度，并計(jì)算平均代碼長(zhǎng)度。,答：(1) 霍夫曼樹(shù)如下：,霍夫曼編碼的結(jié)果以及各編碼的長(zhǎng)度如下所示：0.30 0.20 0.16 0.09 0.

63、08 0.07 0.04 0.03 0.02 0.0111 01 101 001 1001 1000 0001 00001 000001 0000002 2 3 3 4 4 4 5 6 6平均代碼長(zhǎng)度為(0.30+0.20)×2 + (0.16+0.09)×

64、;3 + (0.08+0.07+0.04)×4 + 0.03×5 + (0.02+0.01)×6 = 1 + 0.75 + 0.76 + 0.15 + 0.18 = 2.84,(2) 用擴(kuò)展霍夫曼編碼法對(duì)操作碼進(jìn)行編碼，限兩種操作碼長(zhǎng)度，并計(jì)算平均代碼長(zhǎng)度。,(2) 采用長(zhǎng)度為2和長(zhǎng)度為4兩種編碼：0.30 0.20 0.16 0.09 0.08 0.07 0.04 0.03 0

65、.02 0.01 00 01 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111平均代碼長(zhǎng)度為 (0.30+0.20)×2 + (1-0.30-0.20)×4 = 3.0,地址碼的設(shè)計(jì),根據(jù)指令進(jìn)行調(diào)整綜合考慮操作碼與地址碼根據(jù)地址碼數(shù)量調(diào)整操作碼的長(zhǎng)度保證指令長(zhǎng)度為字長(zhǎng)或字節(jié)的整數(shù)倍,指令的訪存類型,堆棧型累加器型通用寄存器型寄存器-寄存器型

66、寄存器存儲(chǔ)器型存儲(chǔ)器-存儲(chǔ)器型,指令系統(tǒng)的歷史與發(fā)展,RISC與CISC早期CISC設(shè)計(jì)風(fēng)格的主要特點(diǎn)：指令系統(tǒng)復(fù)雜指令數(shù)多尋址方式多指令格式多絕大多數(shù)指令需要多個(gè)時(shí)鐘周期才能執(zhí)行完成各種指令都可訪問(wèn)存儲(chǔ)器采用微程序控制有專用寄存器難以用優(yōu)化編譯生成高效的目標(biāo)代碼程序,CISC和RISC,RISC技術(shù)的主要特征 簡(jiǎn)化的指令系統(tǒng)指令數(shù)較少基本尋址方式少指令格式少 以寄存器－寄存器方式工作 以流水方式工作

67、可在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行完畢 使用較多的通用寄存器以減少訪存不設(shè)置或少設(shè)置專用寄存器 采用由陣列邏輯實(shí)現(xiàn)的組合電路控制器不用或少用微程序 采用優(yōu)化編譯技術(shù)保證流水線暢通對(duì)寄存器分配進(jìn)行優(yōu)化,RISC的設(shè)計(jì)思想,將不是最頻繁使用的功能由軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化硬件可使其執(zhí)行得更快指令應(yīng)簡(jiǎn)單若增加一條使機(jī)器周期時(shí)間延長(zhǎng)10%的指令，則該指令必須至少能減少10%的執(zhí)行周期數(shù)固定格式的指令和流水線操作存儲(chǔ)器日趨價(jià)廉、高速，時(shí)空關(guān)系的

68、權(quán)衡應(yīng)少計(jì)較空間容量，而應(yīng)突出指令執(zhí)行速度的因素。,基本概念,CPU的基本構(gòu)成控制器，運(yùn)算器，寄存器，[cache]，[MMU], [外設(shè)接口]寄存器的類型指令寄存器(IR)程序計(jì)數(shù)器(PC)數(shù)據(jù)寄存器(DR)地址寄存器(AR)狀態(tài)寄存器(SR)數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)總線（單總線，雙總線，多總線）專用通路（如MIPS）,總線結(jié)構(gòu)的CPU,控制信號(hào)：IRin：IR的輸入控制IRout:IR的輸出控制PCin： PC

69、的輸入控制PCout:PC的輸出控制PC+1:PC計(jì)數(shù)更新控制R0out：R1的輸出控制R0in：R1的輸入控制…Yin：Y的輸入控制Zin:Z的輸入控制Zout:Z的輸出控制ADD:ALU加法操作控制,硬連線控制器框圖,,環(huán)形脈沖發(fā)生器,,,,微程序控制器,1. 微程序和微指令基本概念：控制字，微指令，微程序，微操作，控制存儲(chǔ)器，微地址微程序控制方法：把指令執(zhí)行所需要的所有控制信號(hào)存放在控制存儲(chǔ)器中