計算機組成原理第八講

1、計算機組成原理計算機組成原理 舒燕君舒燕君 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院時序與控制時序與控制 行時鐘行時鐘列時鐘列時鐘寫時鐘寫時鐘 WERASCAS A6A0存儲單元陣列存儲單元陣列基準單元基準單元行行譯譯碼碼列譯碼器列譯碼器再生放大器再生放大器列譯碼器列譯碼器讀讀出出放放大大基準單元基準單元存儲單元陣列存儲單元陣列行行譯譯碼碼 I/O緩存器緩存器數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動驅(qū)動數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入寄存器寄存器 DINDOUT行地址行地址緩存器緩存器列地址列地址緩存器緩存器 單管動態(tài)單管動態(tài) RAM 4116 (16K 1 1位位) 外特性外特性DINDOUTA6A0 讀放大器讀放大器 讀放大

2、器讀放大器 讀放大器讀放大器06364127128 根行線根行線Cs01271128列列選選擇擇讀讀/寫線寫線數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入I/O緩沖緩沖輸出驅(qū)動輸出驅(qū)動DOUTDINCs 4116 (16K 1位位) 芯片芯片 讀讀 原理原理 讀放大器讀放大器 讀放大器讀放大器 讀放大器讀放大器630 0 0I/O緩沖緩沖輸出驅(qū)動輸出驅(qū)動OUTD (4) 動態(tài)動態(tài) RAM 刷新刷新 刷新與行地址有關(guān)刷新與行地址有關(guān) 集中刷新集中刷新 （存取周期為存取周期為0.5 s s ）“死時間率死時間率” 為為 128/4 000 100% = 3.2%“死區(qū)死區(qū)” 為為 0.5 s s 128 = 64 s s 周

3、期序號周期序號地址序號地址序號tc0123871 387201tctctctc3999V W01127讀讀/寫或維持寫或維持刷新刷新讀讀/寫或維持寫或維持3872 個周期個周期 （1936 s s） 128個周期個周期 （64 s s） 刷新時間間隔刷新時間間隔 （2 ms）刷新序號刷新序號tcXtcY 以以128 128 矩陣為例矩陣為例tC = = tM + + tR讀寫讀寫 刷新刷新無無 “死區(qū)死區(qū)” 分散刷新分散刷新（存取周期為存取周期為1 s ）(存取周期為存取周期為 0.5 s + 0.5 s )以以 128 128 矩陣為例矩陣為例W/RREF0W/RtRtMtCREF126RE

4、F127REFW/RW/RW/RW/R刷新間隔刷新間隔 128 個存取周期個存取周期 分散刷新與集中刷新相結(jié)合（異步刷新）分散刷新與集中刷新相結(jié)合（異步刷新）對于對于 128 128 的存儲芯片的存儲芯片（存取周期為存取周期為 0.5 s s ）將刷新安排在指令譯碼階段，不會出現(xiàn)將刷新安排在指令譯碼階段，不會出現(xiàn) “死區(qū)死區(qū)”“死區(qū)死區(qū)” 為為 0.5 s s 若每隔若每隔 15.6 s s 刷新一行刷新一行每行每隔每行每隔 2 ms 刷新一次刷新一次 3. 動態(tài)動態(tài) RAM 和靜態(tài)和靜態(tài) RAM 的比較的比較DRAMSRAM存儲原理存儲原理集成度集成度芯片引腳芯片引腳功耗功耗價格價格速度速度

5、刷新刷新電容電容觸發(fā)器觸發(fā)器高高低低少少多多小小大大低低高高慢慢快快有有無無主存主存緩存緩存 (3) 字、位擴展字、位擴展用用 1K 4位位 存儲芯片組成存儲芯片組成 4K 8位位 的存儲器的存儲器8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線12根地址線根地址線WEA8A9A0.D7D0A11A10CS0CS1CS2CS3片選片選譯碼譯碼1K41K41K41K41K41K41K41K4？片？片8片片 2. 存儲器與存儲器與 CPU 的連接的連接 (1) 地址線的連接地址線的連接(2) 數(shù)據(jù)線的連接數(shù)據(jù)線的連接(3) 讀讀/寫命令線的連接寫命令線的連接(4) 片選線的連接片選線的連接(5) 合理選擇存儲芯片合理選擇存儲芯

6、片(6) 其他其他 時序、負載時序、負載例例4.1 解解: : (1) 寫出對應的二進制地址碼寫出對應的二進制地址碼(2) 確定芯片的數(shù)量及類型確定芯片的數(shù)量及類型0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A15A14A13 A 12 A11 A10 A7 A4 A3 A00 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12K8位位1K8位位RAM2片片1K4位位ROM1片片 2K8位位(3) 分配地址線分配地址線A10 A0 接接 2K

7、8位位 ROM 的地址線的地址線A9 A0 接接 1K 4位位 RAM 的地址線的地址線(4) 確定片選信號確定片選信號C B A0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A15 A13 A11 A10 A7 A4 A3 A00 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12K 8位位1片片 ROM1K 4位位2片片RAM 2K 8位位 ROM 1K 4位位 RAM1K 4位位 RAM&PD/ProgrY5Y4G1CBAG2BG2AMRE

8、QA14A15A13A12A11A10A9A0D7D4D3D0WR例例 4.1 CPU 與存儲器的連接圖與存儲器的連接圖(1) 寫出對應的二進制地址碼寫出對應的二進制地址碼例例4.2 假設(shè)同前，要求最小假設(shè)同前，要求最小 4K為系統(tǒng)為系統(tǒng) 程序區(qū)，相鄰程序區(qū)，相鄰 8K為用戶程序區(qū)。為用戶程序區(qū)。(2) 確定芯片的數(shù)量及類型確定芯片的數(shù)量及類型(3) 分配地址線分配地址線(4) 確定片選信號確定片選信號1片片 4K 8位位 ROM 2片片 4K 8位位 RAMA11 A0 接接 ROM 和和 RAM 的地址線的地址線例例 4.3 設(shè)設(shè) CPU 有有 20 根地址線，根地址線，8 根數(shù)據(jù)線。根數(shù)

9、據(jù)線。 并用并用 IO/M 作訪存控制信號。作訪存控制信號。RD 為讀命令，為讀命令， WR 為寫命令。現(xiàn)有為寫命令?，F(xiàn)有 2764 EPROM ( 8K 8位位 ), 外特性如下：外特性如下：用用 138 譯碼器及其他門電路（門電路自定）畫出譯碼器及其他門電路（門電路自定）畫出 CPU和和 2764 的連接圖。要求地址為的連接圖。要求地址為 F0000HFFFFFH , 并并寫出每片寫出每片 2764 的地址范圍。的地址范圍。D7D0CEOECE片選信號片選信號OE允許輸出允許輸出PGM可編程端可編程端PGMA0A12 給每一個數(shù)據(jù)代碼增加一個二進制位作給每一個數(shù)據(jù)代碼增加一個二進制位作為奇

10、偶檢驗位（為奇偶檢驗位（Parity Bit）。）。 這個檢驗位取這個檢驗位取0還是取還是取1的原則是：的原則是：六、存儲器的校驗六、存儲器的校驗0 . 奇偶檢驗碼奇偶檢驗碼奇檢驗奇檢驗 代碼中代碼中1的個數(shù)加上檢驗位共有奇數(shù)個的個數(shù)加上檢驗位共有奇數(shù)個1；偶檢驗偶檢驗 代碼中代碼中1的個數(shù)加上檢驗位共有偶數(shù)個的個數(shù)加上檢驗位共有偶數(shù)個1。 六、存儲器的校驗六、存儲器的校驗編碼的糾錯編碼的糾錯 、檢錯能力與編碼的最小距離有關(guān)檢錯能力與編碼的最小距離有關(guān)L 編碼的最小距離編碼的最小距離D 檢測錯誤的位數(shù)檢測錯誤的位數(shù)C 糾正錯誤的位數(shù)糾正錯誤的位數(shù)漢明碼是具有一位糾錯能力的編碼漢明碼是具有一位糾

11、錯能力的編碼L 1 = D + C ( DC )1 . 編碼的最小距離編碼的最小距離任意兩組合法代碼之間任意兩組合法代碼之間 二進制位數(shù)二進制位數(shù) 的的 最少差異最少差異L = 3 具有具有 一位一位 糾錯能力糾錯能力漢明碼的組成需增添漢明碼的組成需增添 ？位檢測位位檢測位檢測位的位置檢測位的位置 ？檢測位的取值檢測位的取值 ？2k n + k + 1檢測位的取值與該位所在的檢測檢測位的取值與該位所在的檢測“小組小組” 中中承擔的奇偶校驗任務(wù)有關(guān)承擔的奇偶校驗任務(wù)有關(guān)組成漢明碼的三要素組成漢明碼的三要素2 . 漢明碼的組成漢明碼的組成2i ( i = 0，1，2 ，3 ， )各檢測位各檢測位

12、Ci 所承擔的檢測小組為所承擔的檢測小組為gi 小組獨占第小組獨占第 2i1 位位gi 和和 gj 小組共同占第小組共同占第 2i1 + 2j1 位位gi、gj 和和 gl 小組共同占第小組共同占第 2i1 + 2j1 + 2l1 位位 C1 檢測的檢測的 g1 小組包含第小組包含第 1，3，5，7，9，11，C2 檢測的檢測的 g2 小組包含第小組包含第 2，3，6，7，10，11，C4 檢測的檢測的 g3 小組包含第小組包含第 4，5，6，7，12，13，C8 檢測的檢測的 g4 小組包含第小組包含第 8，9，10，11，12，13，14，15，24，為什么檢測位的內(nèi)容需要根據(jù)對應組的數(shù)位

13、為什么檢測位的內(nèi)容需要根據(jù)對應組的數(shù)位內(nèi)容來確定？內(nèi)容來確定？問題問題 C113579111315171921232527293133353739414345474951535557596163C2（23）（67）（1011）（1415）（1819）（2223）（2627）（3031）（3435）（3839）（4243）（4647）(5051)(5455)(5859)(6263)C4（4567）（12131415）（20212223）（28293031） （36373839）（44454647）(52535455)(60616263)C8（89101112131415） （2425262728

14、293031） （4041424344454647）(5657585960616263)“xxxxx1”“xxxx1x”“xx1xxx”“x1xxxx”C16(16171819202122232425262728293031)(48495051525354555657585960616263)C32(3233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263)“xxx1xx”“1xxxxx”例例4.4 求求 0101 按按 “偶校驗偶校驗” 配置的漢明碼配置的漢明碼解：解： n = 4根據(jù)根據(jù) 2k n + k + 1得得

15、k = 3漢明碼排序如下漢明碼排序如下:二進制序號二進制序號名稱名稱1 2 3 4 5 6 7C1 C2 C40 0101 的漢明碼為的漢明碼為 010010101 0 110按配偶原則配置按配偶原則配置 0011 的漢明碼的漢明碼 二進制序號二進制序號 名稱名稱1 2 3 4 5 6 7C1 C2 C41 0 000 1 1解：解： n = 4 根據(jù)根據(jù) 2k n + k + 1取取 k = 3C1= 3 5 7 = 1C2= 3 6 7 = 0C4= 5 6 7 = 0 0011 的漢明碼為的漢明碼為 1000011練習練習13. 漢明碼的糾錯過程漢明碼的糾錯過程形成新的檢測位形成新的檢測位 Pi ，如增添如增添 3 位位 （k = 3）， 新的檢測位為新的檢測位為 P4 P2 P1 。以以 k = 3 為例，為例，Pi 的取值為的取值為P1 = 1 3 5 7P2 = 2 3 6 7P4 = 4 5 6 7對于按對于按 “偶校驗偶校驗” 配置的漢明碼配置的漢明碼 不出錯時不出錯時 P1= 0，P2 = 0，P4 = 0C1C2C