計(jì)算機(jī)組成原理PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理2021年10月18日星期一2第1頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一3第2頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一4第3頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一5第4頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一6第5頁(yè)/共77頁(yè)第6頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一8真值真值原碼原碼反碼反碼補(bǔ)碼補(bǔ)碼-35- 010 00111010 00111101 11001101 1101127+111 11110111 11110111 11110111 1111-127-111 11111111 11111000 00001000 0001-1-000 00

2、011000 00011111 11101111 1111第7頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一9na7a6a5 a0。第8頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一10nn二進(jìn)制表示： x = -1* 2111 1111符號(hào)位符號(hào)位S(1S(1位位) ) 階碼階碼E(8E(8位位) )尾數(shù)尾數(shù)M(23M(23位位) )第9頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一11符號(hào)位符號(hào)位S(1S(1位位) ) 階碼階碼E(8E(8位位) ) 尾數(shù)尾數(shù)M(23M(23位位) )第10頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一12符號(hào)位符號(hào)位階碼階碼(8)(8)尾數(shù)尾數(shù)(23)(23)0 00111 1

3、1010111 11011011 0000 0000 0000 0000 1011 0000 0000 0000 0000 000000符號(hào)位符號(hào)位階碼階碼(8)(8)尾數(shù)尾數(shù)(23)(23)1 10111 11010111 11011011 0000 0000 0000 0000 1011 0000 0000 0000 0000 000000第11頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一13 y補(bǔ) 00.00011x補(bǔ) 00.1101100.11110第12頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一14 y補(bǔ) 11.01011x補(bǔ) 00.1101100.00110第13頁(yè)/共77頁(yè)2021年1

4、0月18日星期一15 y補(bǔ) 11.11111x補(bǔ) 11.0101011.01001第14頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一16x補(bǔ) 00.11011 y補(bǔ) 00.1111101.11010第15頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一17x補(bǔ) 00.10111 y補(bǔ) 11.0010111.11100第16頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一18x補(bǔ) 00.11011 y補(bǔ) 00.1001101.01110第17頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一19 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0

5、 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1第18頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一20 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 11 1 1 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1第19頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一2100. 0 1 0 0 1 0 11. 1 0 0 0 1 011 . 1 1 0 1 0 0 采用0舍1入法處理，則舍去0階碼符號(hào)位為11，不溢出第20頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一225)判溢出故得最終結(jié)果為 xy20100. 11000100. 0 1 0 0 1

6、 0 00. 0 1 1 1 1 000. 1 1 0 0 0 0采用0舍1入法處理，則進(jìn)位，MS= 00.110001階碼符號(hào)位為11，不溢出My補(bǔ)Mx補(bǔ)不需規(guī)格化第21頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一233)規(guī)格化處理執(zhí)行2次左規(guī)處理， MS= 00 . 1 0 1 0 0 0 (0)，ES= 11 0104)舍入處理5)判溢出故得最終結(jié)果為 xy2110（0.101100）11. 1 1 0 1 0 1 （0） 00. 0 1 0 1 1 000. 0 0 1 0 1 1 （0）采用0舍1入法處理，則舍去0階碼符號(hào)位為11，不溢出第22頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一24

7、4)舍入處理5)判溢出故得最終結(jié)果為 xy2100（0.100001）11 . 1 1 0 1 0 1 11. 1 0 1 0 1 011. 0 1 1 1 1 1 My補(bǔ)Mx補(bǔ)采用0舍1入法處理，則舍去0階碼符號(hào)位為11，不溢出不需規(guī)格化第23頁(yè)/共77頁(yè)第24頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一26n字?jǐn)U展：2組512K32位存儲(chǔ)組構(gòu)成1M32位的存儲(chǔ)器；n因此，共需要24=8片給定的SRAM芯片需要多少位地址做芯片選擇？n字?jǐn)U展的是2個(gè)存儲(chǔ)組，因此，需1位地址做片選。4 4M M字字節(jié)節(jié)8 83 32 2* *2 22 20 08 8片片4 4* *2 28 8* *5 51 12

8、2K K3 32 2* *1 10 02 24 4K K第25頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一272:4譯碼器A14A15CS3CS2CS0CS1A13A0D0D7/WE第26頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一2816K8RAMA13A0D7D0/WE/CS16K8RAMA13A0D7D0/WE/CSA13A0D7D0D15D816K8RAMA13A0D7 D0/CS/WE16K8RAMA13A0D7 D0/CS/WED23D16D31D23/CS/WE第27頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一2916K32存儲(chǔ)組A13A0D31D0/WE/CS16K32存儲(chǔ)組A13A0D3

9、1D0/WE/CS16K32存儲(chǔ)組A13A0D31D0/WE/CS16K32存儲(chǔ)組A13A0D31 D0/CS/WE/WEA13A0D31D074LS139/G1B A/Y0/Y1/Y2/Y3/MREQA14A15第28頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一300.015625ms=15.625usn若取15.5us作為實(shí)際的刷新間隔n刷新存儲(chǔ)體一遍實(shí)際所用時(shí)間為：15.5us1281984us = 1.984ms第29頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一31n所需芯片總數(shù)：(128K/32K)(16/8)=8片第30頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一32CPU地址地址寄存器寄存器

10、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寄存器寄存器32K832K832K832K832K832K832K832K8CS3CS2CS1CS02:4譯碼器譯碼器CS0CS3A16A15第31頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一33t2 = T+ (m-1)= 100ns + (8-1)50ns = 450ns =4.510-7sn故交叉存儲(chǔ)器的帶寬為W1= q/t2 = 512/(4.510-7) = 113.8107bit/s第32頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一3486.2%n平均訪問(wèn)時(shí)間ta = tc/e = 40ns/0.862 = 46.4ns第33頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一35%75.93

11、2004020050mcmatttth第34頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一36n主存塊號(hào)為12位n主存標(biāo)記位有124=8位主存標(biāo)記主存標(biāo)記組號(hào)組號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址7位4位8位第35頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一3720124 = 4位n兩個(gè)滿足題目要求的主存地址：0000 1001 0000 1110 00000001 1001 0000 1110 0000主存標(biāo)記主存標(biāo)記CacheCache行號(hào)行號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址4位12位4位第36頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一38位n主存16MB主存地址為24位主存標(biāo)記位有24142 = 8位主存標(biāo)記主存標(biāo)記CacheCac

12、he行號(hào)行號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址2位14位8位第37頁(yè)/共77頁(yè)第38頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一40 OP目標(biāo)寄存器目標(biāo)寄存器源寄存器源寄存器15 109 8 7 43 0第39頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一41址方式；其中，變址寄存器可使用16個(gè)通用寄存器之一；偏移量為16位。 OP源寄存器源寄存器變址寄存器變址寄存器15 109 87 43 0偏移量（偏移量（16位）位）第40頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一42尋址方式尋址方式IX有效地址有效地址E直接尋址直接尋址000E=D相對(duì)尋址相對(duì)尋址001E=(PC)+D變址尋址變址尋址010E=(R)+D基址尋址基址

13、尋址011E=(R1)+D間接尋址間接尋址100E=(D)基址間接尋址基址間接尋址111E=(R1)+D)操作碼操作碼OPOP間接特征間接特征I I尋址模式尋址模式X X形式地址形式地址D D第41頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一43n方案1：專用變址寄存器；n方案2：通用寄存器作為變址寄存器；尋址方式尋址方式尋址特征尋址特征X 有效地址有效地址E直接尋址方式直接尋址方式00E=D立即尋址方式立即尋址方式01D=Imm變址尋址方式變址尋址方式10E=(R)+D相對(duì)尋址方式相對(duì)尋址方式11E=(PC)+D第42頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一44 6 6位位OPOP2 2位位尋址

14、特征尋址特征8 8位位形式地址形式地址第43頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一45 6 6位位OPOP2 2位位尋址特征尋址特征4 4位位寄存器寄存器4 4位位形式地址形式地址第44頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一46，其中R1為32位的；n若系統(tǒng)的地址總線32位，則可尋址整個(gè)主存；n若系統(tǒng)的地址總線32位，則可尋址的最大存儲(chǔ)空間為232+218操作碼操作碼OP操作數(shù)操作數(shù)R基址寄存器基址寄存器R1形式地址形式地址D6位4位4位18位第45頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一47寄存器寄存器間接立即數(shù)直接尋址相對(duì)，基址，變址第46頁(yè)/共77頁(yè)第47頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月

15、18日星期一49指令地址指令數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)第48頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一50(PC)AR(M)DR(DR)IR譯碼(R2)AR(R1)DRDRMM取指周期執(zhí)行周期PC0GARiR/W=1DR0GIRiR20GARiR10GDRiR/W=0第49頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一51指令地址指令數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)地址第50頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一52(PC)AR(M)DR(DR)IR譯碼(R3)ARMMDRDRR0取指周期執(zhí)行周期PC0GARiR/W=1DR0GIRiR30GARiDR0GR0iR/W=1第51頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一53第52頁(yè)

16、/共77頁(yè)2021年10月18日星期一54ne、f、h和b、i、jne、f、h和d、i、jne、f、h和b、g、jni、f、h和b、g、j微指微指令令a b c d efg hijI1 I2 I3I4I5I6I7 I8 第53頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一55n將 （b, i, j）和（e, f, h）分別組成兩個(gè)小組，進(jìn)行譯碼，可得六個(gè)微命令信號(hào)，剩下的a, b, c, g四個(gè)微命令信號(hào)可進(jìn)行直接控制，其整個(gè)控制字段組成如右圖所示： a b c g 01d 01e 10 i 10 f 11 j 11 h * * * * * * * *注意：00表示兩位均不產(chǎn)生控制信號(hào)第54頁(yè)/共7

17、7頁(yè)2021年10月18日星期一56止，因此至少需要延遲2個(gè)時(shí)鐘周期。如果再硬件設(shè)計(jì)上加以改進(jìn)，至少需推遲多少時(shí)間？n如采用專用通路技術(shù)，應(yīng)保證取數(shù)之前結(jié)果已計(jì)算出來(lái)；n因此，至少需要延遲1個(gè)時(shí)鐘周期。流水時(shí)空?qǐng)D第55頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一57取指取指 譯碼并譯碼并取數(shù)取數(shù)運(yùn)算運(yùn)算送結(jié)果送結(jié)果取指取指譯碼并譯碼并取數(shù)取數(shù)運(yùn)算運(yùn)算送結(jié)果送結(jié)果取指取指譯碼并譯碼并取數(shù)取數(shù)運(yùn)算運(yùn)算送結(jié)果送結(jié)果取指取指譯碼并譯碼并取數(shù)取數(shù)運(yùn)算運(yùn)算送結(jié)果送結(jié)果可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)相關(guān)第56頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一58第57頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一59條條/ /秒秒1 10 0

18、* *8 8. .3 33 31 10 0* *1 10 00 0* *1 1) )2 20 0( (5 52 20 01 1) )n n( (K Kn nH H6 69 94 4. .1 17 71 15 52 20 05 5* *2 20 01 1) )n n( (K Kn nK KT Tp pT Ts sS S第58頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一60寫后讀相關(guān)讀后寫相關(guān)寫后寫相關(guān)第59頁(yè)/共77頁(yè)第60頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一62限度的提高外設(shè)的工作速度；但硬件成本進(jìn)一步增加。第61頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一639、在集中式總線仲裁中，（）方式響應(yīng)

19、時(shí)間最快，（）方式對(duì)（）最敏感。A、菊花鏈方式B、獨(dú)立請(qǐng)求方式C、電路故障D、計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式CBAC第62頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一64B、選擇進(jìn)行信息傳輸?shù)脑O(shè)備C、選擇外存地址D、指定主存和I/O設(shè)備接口電路的地址12系統(tǒng)總線中控制線的功能是（）。A、提供主存、 I/O接口設(shè)備的控制信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)B、提供數(shù)據(jù)信息C、提供時(shí)序信號(hào)D、提供主存、 I/O接口設(shè)備的響應(yīng)信號(hào)ADA第63頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一65第64頁(yè)/共77頁(yè)第65頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一67（）和（）兩大類，在（）類打印機(jī)中，只有（）型打印機(jī)能打印漢字。A、針型打印機(jī)B、活字型打印機(jī)C、擊打式D、非擊打式DCDCA第66頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一68/ mmn最低位密度D2 ，即最外層磁道的位密度（R2）nR2 = R1 + （275 5） = 115 + 55 = 170mmnD2 = 12288字節(jié) / （2R2） = 11.5 字節(jié) / mm第67頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一69平均等待時(shí)間是多少？n平均等待時(shí)間 = （1/2）* 1/r = （1 /2）* (1/50) = 10 ms第68頁(yè)/共77頁(yè)2021年10月18日星期一