計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2

1、1第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-21.4計(jì)算機(jī)的軟件計(jì)算機(jī)的軟件一、軟件的組成與分類一、軟件的組成與分類計(jì)算機(jī)軟件相對(duì)計(jì)算機(jī)硬件來(lái)說(shuō)是看不見(jiàn)，是計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)軟件相對(duì)計(jì)算機(jī)硬件來(lái)說(shuō)是看不見(jiàn)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可少的無(wú)形部件。主要有兩大類：系統(tǒng)中不可少的無(wú)形部件。主要有兩大類：系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件：用來(lái)簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化使用方法，提：用來(lái)簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化使用方法，提高計(jì)算機(jī)的使用效率，發(fā)揮和擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能及用高計(jì)算機(jī)的使用效率，發(fā)揮和擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能及用途。它包括以下四類：途。它包括以下四類：各種服務(wù)性程序，如診斷程序、排錯(cuò)程序、練習(xí)程序等語(yǔ)言程序，如匯編程序、編譯程序、解釋程序等操作系

2、統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)：用戶利用計(jì)算機(jī)來(lái)解決某些問(wèn)題而編制的程序。：用戶利用計(jì)算機(jī)來(lái)解決某些問(wèn)題而編制的程序。2第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-21.4計(jì)算機(jī)的軟件計(jì)算機(jī)的軟件二、軟件的發(fā)展演變二、軟件的發(fā)展演變編程語(yǔ)言的發(fā)展編程語(yǔ)言的發(fā)展手編程序：機(jī)器語(yǔ)言程序，手工編譯二進(jìn)制碼匯編程序：符號(hào)語(yǔ)言程序，匯編程序匯編高級(jí)程序：算法語(yǔ)言/高級(jí)語(yǔ)言，機(jī)器編譯程序/解釋程序系統(tǒng)軟件的發(fā)展系統(tǒng)軟件的發(fā)展操作系統(tǒng)軟件自動(dòng)生成系統(tǒng)分布式系統(tǒng)軟件中間件技術(shù)虛擬計(jì)算等3第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-21.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念一、多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一、多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)不能簡(jiǎn)單地

3、認(rèn)為是一計(jì)算機(jī)不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為是一種電子設(shè)備，而是一個(gè)十分復(fù)種電子設(shè)備，而是一個(gè)十分復(fù)雜的硬、軟件結(jié)合而成的整體雜的硬、軟件結(jié)合而成的整體或智能設(shè)備，是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。或智能設(shè)備，是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。虛擬機(jī)：不同人看到計(jì)算機(jī)不虛擬機(jī)：不同人看到計(jì)算機(jī)不同同通常由五個(gè)以上不同的級(jí)組成，通常由五個(gè)以上不同的級(jí)組成，每一級(jí)都能進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，如每一級(jí)都能進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，如圖所示。圖所示。4第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-21.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念二、五級(jí)計(jì)算機(jī)層次系統(tǒng)二、五級(jí)計(jì)算機(jī)層次系統(tǒng)第一級(jí)是微程序設(shè)計(jì)級(jí)。這是一個(gè)實(shí)在的硬第一級(jí)是微程序設(shè)計(jì)級(jí)。這是一個(gè)實(shí)在的硬件級(jí)，它由機(jī)器硬件直

4、接執(zhí)行微指令。如果件級(jí)，它由機(jī)器硬件直接執(zhí)行微指令。如果某一個(gè)應(yīng)用程序直接用微指令來(lái)編寫，那么某一個(gè)應(yīng)用程序直接用微指令來(lái)編寫，那么可在這一級(jí)上運(yùn)行應(yīng)用程序?？稍谶@一級(jí)上運(yùn)行應(yīng)用程序。第二級(jí)是一般機(jī)器級(jí)，也稱為機(jī)器語(yǔ)言級(jí)，第二級(jí)是一般機(jī)器級(jí)，也稱為機(jī)器語(yǔ)言級(jí)，它由微程序解釋機(jī)器指令系統(tǒng)。這一級(jí)也是它由微程序解釋機(jī)器指令系統(tǒng)。這一級(jí)也是硬件級(jí)。硬件級(jí)。第三級(jí)是操作系統(tǒng)級(jí)，它由操作系統(tǒng)程序?qū)嵉谌?jí)是操作系統(tǒng)級(jí)，它由操作系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。這些操作系統(tǒng)由機(jī)器指令和廣義指令組現(xiàn)。這些操作系統(tǒng)由機(jī)器指令和廣義指令組成，廣義指令是操作系統(tǒng)定義和解釋的軟件成，廣義指令是操作系統(tǒng)定義和解釋的軟件指令，所以這一級(jí)也稱

5、為混合級(jí)。指令，所以這一級(jí)也稱為混合級(jí)。5第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-21.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念第四級(jí)是匯編語(yǔ)言級(jí)，它給程序人員提供一種第四級(jí)是匯編語(yǔ)言級(jí)，它給程序人員提供一種符號(hào)形式語(yǔ)言，以減少程序編寫的復(fù)雜性。這符號(hào)形式語(yǔ)言，以減少程序編寫的復(fù)雜性。這一級(jí)由匯編程序支持和執(zhí)行。如果應(yīng)用程序采一級(jí)由匯編程序支持和執(zhí)行。如果應(yīng)用程序采用匯編語(yǔ)言編寫時(shí)，則機(jī)器必須要有這一級(jí)的用匯編語(yǔ)言編寫時(shí)，則機(jī)器必須要有這一級(jí)的功能；如果應(yīng)用程序不采用匯編語(yǔ)言編寫，則功能；如果應(yīng)用程序不采用匯編語(yǔ)言編寫，則這一級(jí)可以不要。這一級(jí)可以不要。第五級(jí)是高級(jí)語(yǔ)言級(jí)，它是面向用戶的，為方

6、第五級(jí)是高級(jí)語(yǔ)言級(jí)，它是面向用戶的，為方便用戶編寫應(yīng)用程序而設(shè)置的。這一級(jí)由各種便用戶編寫應(yīng)用程序而設(shè)置的。這一級(jí)由各種高級(jí)語(yǔ)言編譯程序支持和執(zhí)行。高級(jí)語(yǔ)言編譯程序支持和執(zhí)行。6第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-21.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念三、軟件與硬件邏輯等價(jià)性三、軟件與硬件邏輯等價(jià)性 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和軟件硬化的趨勢(shì)，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和軟件硬化的趨勢(shì)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件界限已經(jīng)變得模糊了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件界限已經(jīng)變得模糊了 任何操作可以由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)也可以有硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)（設(shè)任何操作可以由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)也可以有硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)（設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮各

7、個(gè)方面的因素：計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮各個(gè)方面的因素：u價(jià)格u速度u可靠性u(píng)存儲(chǔ)容量u變更周期 實(shí)體硬件機(jī)功能的擴(kuò)大實(shí)體硬件機(jī)功能的擴(kuò)大 固件的概念（功能上是軟件，形態(tài)上是硬件）固件的概念（功能上是軟件，形態(tài)上是硬件）7第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2四、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)四、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：主要研究軟硬件功能分配和對(duì)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：主要研究軟硬件功能分配和對(duì)軟硬件界面的確定軟硬件界面的確定 Amdahl于于1964年在推出年在推出IBM360系列計(jì)算機(jī)時(shí)提出：系列計(jì)算機(jī)時(shí)提出：程序員所看到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)程序員所看到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，即概念性結(jié)構(gòu)和

8、功能特性和功能特性u(píng)程序員：匯編語(yǔ)言、機(jī)器語(yǔ)言、編譯程序、操作系統(tǒng)u看到的：編寫出能夠在機(jī)器上正確運(yùn)行的程序所必須了解到的1.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念8第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-21.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念2、 計(jì)算機(jī)組成是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)組成是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，主要包括：主要包括： 確定數(shù)據(jù)通路的寬度確定數(shù)據(jù)通路的寬度 確定各種操作對(duì)功能部件的共享程度確定各種操作對(duì)功能部件的共享程度 確定專用的功能部件確定專用的功能部件 確定功能部件的并行度確定功能部件的并行度 設(shè)計(jì)緩沖和排隊(duì)策略設(shè)計(jì)緩沖和排隊(duì)策略 設(shè)計(jì)控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)控

9、制機(jī)構(gòu) 確定采用何種可靠性技術(shù)確定采用何種可靠性技術(shù)9第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-21.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念3、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是指計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)，包、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是指計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)，包括：括：處理機(jī)、主存儲(chǔ)器等部件的物理結(jié)構(gòu)處理機(jī)、主存儲(chǔ)器等部件的物理結(jié)構(gòu)器件的集成度和速度器件的集成度和速度專用器件的設(shè)計(jì)專用器件的設(shè)計(jì)器件、模塊、插件、底版的劃分與連接器件、模塊、插件、底版的劃分與連接信號(hào)傳輸技術(shù)信號(hào)傳輸技術(shù)電源、冷卻及裝配技術(shù)，相關(guān)制造工藝及技電源、冷卻及裝配技術(shù)，相關(guān)制造工藝及技術(shù)等。術(shù)等。10第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-24、三者之間關(guān)

10、系、三者之間關(guān)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是三個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是三個(gè)不同的概念，但隨著技術(shù)、器件和應(yīng)用的發(fā)展，三不同的概念，但隨著技術(shù)、器件和應(yīng)用的發(fā)展，三者之間的界限越來(lái)越模糊。者之間的界限越來(lái)越模糊。1.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念11第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2五、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類五、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類按并行性按并行性(a) SISD 結(jié)構(gòu) (b) SIMD結(jié)構(gòu)(c) MISD 結(jié)構(gòu) (d) MIMD結(jié)構(gòu)圖 1-7 Flynn 分類法中四種系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)MMmMMmMMmMM2MM2MM2MM1MM1MM1MMPUnPU2PUnPUnPU2PU2PU1

11、PU1PU1PUCUCUnCUnCU2CU2CU1CU1CU1.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念12第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-21.6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)一、技術(shù)指標(biāo)一、技術(shù)指標(biāo)u機(jī)器字長(zhǎng)：運(yùn)算器一次運(yùn)行二進(jìn)制位數(shù)u運(yùn)算速度u描述一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度的單位應(yīng)該是每秒執(zhí)行多少條指令如MIPS(Million Instructions Per Second)每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令.u對(duì)于帶有浮點(diǎn)運(yùn)算的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，常用每秒百萬(wàn)個(gè)浮點(diǎn)操作MFLOPS（Million Floationg-point Operations Per Second）6MFLOPS=10浮點(diǎn)數(shù)操作次

12、數(shù)執(zhí)行時(shí)間13第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-21.6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)u機(jī)器容量:計(jì)算機(jī)的容量實(shí)際上是指機(jī)器內(nèi)部主存儲(chǔ)器的容量。u吞吐量:計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的吞吐量是指計(jì)算機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)能處理的信息量。也就是流入、處理和流出系統(tǒng)的信息的速率。u響應(yīng)時(shí)間:響應(yīng)時(shí)間指從給定計(jì)算機(jī)輸入到出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的輸出之間的時(shí)間間隔。響應(yīng)時(shí)間取決于用戶輸入的信息、系統(tǒng)特性以及在用戶輸入信息時(shí)系統(tǒng)正在處理的其他負(fù)載。14第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2CPU 執(zhí)行時(shí)間執(zhí)行時(shí)間 = (CPU時(shí)鐘周期數(shù)時(shí)鐘周期數(shù) / 程序程序 )X 時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期 = (CPU時(shí)鐘周期數(shù)時(shí)鐘

13、周期數(shù) / 程序程序 ) 時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率 = (指令條數(shù)指令條數(shù) / 程序程序) X CPI X 時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期CPU時(shí)鐘周期數(shù)時(shí)鐘周期數(shù) / 程序程序 = (指令條數(shù)指令條數(shù) / 程序程序) X CPICPI = (CPU時(shí)鐘周期數(shù)時(shí)鐘周期數(shù) / 程序程序 )(指令條數(shù)指令條數(shù) / 程序程序) CPI 用來(lái)衡量以下各方面的綜合結(jié)果用來(lái)衡量以下各方面的綜合結(jié)果uInstruction Set Architecture（ISA）uImplementation of that architectureuprogram CPI：Cycles Per Instruction1.6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技

14、術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)15第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-21.6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)舉例說(shuō)明舉例說(shuō)明 在已知指令系統(tǒng)內(nèi)部各類指令的執(zhí)行時(shí)間在已知指令系統(tǒng)內(nèi)部各類指令的執(zhí)行時(shí)間（Ti）情況下，對(duì)機(jī)內(nèi)運(yùn)行的典型程序進(jìn)）情況下，對(duì)機(jī)內(nèi)運(yùn)行的典型程序進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，找出各類機(jī)器指令的使用頻度行統(tǒng)計(jì)，找出各類機(jī)器指令的使用頻度（fi）。才可計(jì)算出等效的指令執(zhí)行時(shí)間）。才可計(jì)算出等效的指令執(zhí)行時(shí)間（T）。）。 顯然，其等效的運(yùn)算速度應(yīng)為：顯然，其等效的運(yùn)算速度應(yīng)為：1niTfi Ti1VT16第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2舉例說(shuō)明舉例說(shuō)明指令名稱指令

15、名稱參數(shù)參數(shù)傳送指令傳送指令 加、減加、減法指令法指令乘、除乘、除法指令法指令邏輯運(yùn)邏輯運(yùn)算指令算指令其他其他指令指令其他指令其他指令使用頻度使用頻度（）（）30302020101020202020執(zhí)行時(shí)間執(zhí)行時(shí)間（nsns）2002004004002500250030030025025017第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2舉例說(shuō)明舉例說(shuō)明于是這臺(tái)機(jī)器的等效運(yùn)算速度應(yīng)為：于是這臺(tái)機(jī)器的等效運(yùn)算速度應(yīng)為： =2 =2 * *10106 6條條/ / 秒秒=2MIPS=2MIPS91(0.3 200 0.2 400 0.1 2500 0.2 300 0.2 250) 10V 91(60

16、 80 250 60 50) 10 18第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-21.6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)必須緊緊以性能必須緊緊以性能/價(jià)格比為核心價(jià)格比為核心性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)u時(shí)間、基準(zhǔn)程序、硬件測(cè)量工具價(jià)格的因素價(jià)格的因素u集成電路的工藝、產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程、銷售過(guò)程性能價(jià)格設(shè)計(jì)的一些原則性能價(jià)格設(shè)計(jì)的一些原則19第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-21.6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)Amdahl定律：定律：加速經(jīng)常使用的部分加速經(jīng)常使用的部分eeeoeSffTT)1 (eeeSffS)1 (120第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理

17、第一章chp1-2 求平方根和浮點(diǎn)乘是圖形應(yīng)用中常用的轉(zhuǎn)換，假設(shè)求平方根和浮點(diǎn)乘是圖形應(yīng)用中常用的轉(zhuǎn)換，假設(shè)求平方根操作在某機(jī)器的一個(gè)基準(zhǔn)程序中占總執(zhí)行時(shí)間求平方根操作在某機(jī)器的一個(gè)基準(zhǔn)程序中占總執(zhí)行時(shí)間的的20%，浮點(diǎn)乘操作在該程序中占總執(zhí)行時(shí)間，浮點(diǎn)乘操作在該程序中占總執(zhí)行時(shí)間30%，現(xiàn)，現(xiàn)通過(guò)兩種方法加速兩操作：增加專門的硬件處理求平通過(guò)兩種方法加速兩操作：增加專門的硬件處理求平方根，使其執(zhí)行速度為原來(lái)的方根，使其執(zhí)行速度為原來(lái)的10倍；通過(guò)調(diào)整流水線倍；通過(guò)調(diào)整流水線把浮點(diǎn)乘速度提高為原來(lái)的把浮點(diǎn)乘速度提高為原來(lái)的1.6倍。倍。 問(wèn)：采用兩種方法增強(qiáng)后此基準(zhǔn)程序加速比是多少？問(wèn)：采用兩

18、種方法增強(qiáng)后此基準(zhǔn)程序加速比是多少？1.6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)21第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-230%20%加速比加速比= = 增強(qiáng)前時(shí)間增強(qiáng)前時(shí)間/ /增強(qiáng)后時(shí)間增強(qiáng)后時(shí)間 =1/=1/（0.5+0.2/10+0.3/1.6)0.5+0.2/10+0.3/1.6) =1/0.7075 =1/0.7075 =1.41 =1.41 =1/(1-0.3-0.2)+0.2/10+0.3/1.6)=1/(1-0.3-0.2)+0.2/10+0.3/1.6)1.6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)22第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2第一

19、章小結(jié)第一章小結(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的 基本概念基本概念u構(gòu)成：硬件和軟件u層次結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本工作原理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本工作原理 計(jì)算機(jī)的基本組成部分計(jì)算機(jī)的基本組成部分u五大部件 馮馮諾依曼型計(jì)算機(jī)特點(diǎn)諾依曼型計(jì)算機(jī)特點(diǎn)u存儲(chǔ)程序,自動(dòng)執(zhí)行 u以運(yùn)算器為中心 計(jì)算機(jī)發(fā)展特點(diǎn)計(jì)算機(jī)發(fā)展特點(diǎn) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)指標(biāo) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念23第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2第一章小結(jié)第一章小結(jié)本章重點(diǎn)本章重點(diǎn):u建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整體概念u了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本概念u掌握馮諾依曼計(jì)算機(jī)模型以及計(jì)算機(jī)組成u理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)u理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念本章難點(diǎn)本章難點(diǎn):u

20、計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行時(shí)控制器如何區(qū)分指令和數(shù)據(jù)u計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念24第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2作業(yè)作業(yè)P15,4、6舉例說(shuō)明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程舉例說(shuō)明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程25第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2復(fù)習(xí)1、運(yùn)算基礎(chǔ)1、進(jìn)位計(jì)數(shù)制-位置計(jì)數(shù)法 式中i 數(shù)位。m, n正整數(shù)。R基數(shù)。Ki第i位數(shù)碼。26第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2復(fù)習(xí)1、運(yùn)算基礎(chǔ) 位置計(jì)數(shù)法位置計(jì)數(shù)法(帶權(quán)記數(shù)法帶權(quán)記數(shù)法)的數(shù)制均有以下的數(shù)制均有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：幾個(gè)主要特點(diǎn)：(1) 數(shù)碼個(gè)數(shù)等于基數(shù)，最大數(shù)碼比基數(shù)小數(shù)碼個(gè)數(shù)等于基數(shù)，最大數(shù)碼比基數(shù)小1；(2) 每個(gè)數(shù)碼都要乘以基

21、數(shù)的冪次，而該冪次是每個(gè)數(shù)碼都要乘以基數(shù)的冪次，而該冪次是由每個(gè)數(shù)所在的位置決定的，即由每個(gè)數(shù)所在的位置決定的，即“位權(quán)位權(quán)”，簡(jiǎn)，簡(jiǎn)稱權(quán)；稱權(quán)；(3) 低位向高位的進(jìn)位是低位向高位的進(jìn)位是“逢基數(shù)進(jìn)逢基數(shù)進(jìn)1” 27復(fù)習(xí)1、運(yùn)算基礎(chǔ)2、進(jìn)位計(jì)數(shù)制幾種典型進(jìn)制 進(jìn)位計(jì)數(shù)制 基數(shù) 位權(quán) 如：10011101B 1234/1234D 572Q（O） 2F0AH123.45=110221013100410-1510-228第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2復(fù)習(xí)1、運(yùn)算基礎(chǔ)3、二進(jìn)制 計(jì)算機(jī)內(nèi)部,采用二進(jìn)制,因?yàn)? .容易實(shí)現(xiàn) .算術(shù)四則運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單 .可進(jìn)行二值邏輯運(yùn)算294、各進(jìn)制之間的

22、轉(zhuǎn)換舉例（1）、任意進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)例：11001B=1241230220211100=25 325.7Q=38228158078-1 4F5.C2H=41621516151601216-1216-2（2）、十進(jìn)制數(shù)任意進(jìn)制數(shù)例：將十進(jìn)制數(shù)25.625轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 2 25 余數(shù) 整數(shù) 2 12 K0=1 0.6252=1.25 k-1=1 2 6 K1=0 0.252=0.5 k-2=0 2 3 K2=0 0.52=1 k-3=1 2 1 K3=1 0 K4=1故25.625對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為11001.101B30第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2復(fù)習(xí)1、運(yùn)算基礎(chǔ)（3）、二進(jìn)制、

23、八進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換例：1100010.1101111B=142.674Q 1100010.1101111B=62.DEH 142.674Q=001100010.110111100B 4F5.C2H=010011110101.11000010B31復(fù)習(xí)2、基本邏輯電路邏輯函數(shù)：Y=F（A，B）（一）基本邏輯門電路（高電平表示邏輯“1”，低電平表示邏輯“0”） & A Y B （與與門門） A Y B （或或門門） 1 & 1 1 A Y B （與與非非門門） A Y B （或或非非門門） A Y （非非門門） 1 A Y B （異異或或門門） 32第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原

24、理第一章chp1-2復(fù)習(xí)2、基本邏輯電路（二）三態(tài)門（二）三態(tài)門（三）（三）OC門門R1uoR4R3VT5VT2VT3R2VT1ENR4R3VT5VT2VT3R2R1VD4VDABVT1VD4VCCENFZAB10&ABFENEN&ABF33第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2三態(tài)門應(yīng)用三態(tài)門應(yīng)用&ENB&ENACG1G2&EN&EN&ENG1G2G3B1B2B3A1A2A3C1C2C3數(shù) 據(jù) 總 線地 址 線至 接 收 端34第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2OC門應(yīng)用門應(yīng)用N個(gè)OC門&K個(gè)TTL門輸入端M個(gè)T

25、TL門cRVCCILIRcIILIILIOLI35第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2觸發(fā)器觸發(fā)器1nQnQ010110011不定SR0表 4.2 真值表 &QQRSCPDCBA&QQRSCPDCBARdSd同步異步36第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2多路選擇開關(guān)多路選擇開關(guān)A BY00D001D110D211D31537421LSDDDDENY3210A1A037end38第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2練練 習(xí)習(xí) 1 某臺(tái)計(jì)算機(jī)只有某臺(tái)計(jì)算機(jī)只有Load/Store 指令能對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀指令能對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀/寫操作，其它指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作

26、。根據(jù)對(duì)某寫操作，其它指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作。根據(jù)對(duì)某程序跟蹤實(shí)驗(yàn)結(jié)果，已知每種指令所占的比例及程序跟蹤實(shí)驗(yàn)結(jié)果，已知每種指令所占的比例及CPI數(shù)如下：數(shù)如下： 指令類型 指令所占比例 CPI 算邏指令 43 1 Load指令 21 2 Store指令 12 2 轉(zhuǎn)移指令 24 239第一章 緒論計(jì)算機(jī)組成原理第一章chp1-2練練 習(xí)習(xí) 求上述情況下的平均求上述情況下的平均CPI。 假設(shè)該程序由假設(shè)該程序由M條指令組成。算邏運(yùn)算中條指令組成。算邏運(yùn)算中25%的指令兩個(gè)的指令兩個(gè)操作數(shù)中的一個(gè)已在寄存器中，另一個(gè)必須在算邏指令執(zhí)操作數(shù)中的一個(gè)已在寄存器中，另一個(gè)必須在算邏指令執(zhí)行前用行前用Load指令從存儲(chǔ)器取到寄存器。因此有人指令從存儲(chǔ)器取到寄存器。因此有人建議增建議增加另一種算邏指令加另一種算邏指令，其特點(diǎn)是一個(gè)操作數(shù)取自寄存器，另，其特點(diǎn)是一個(gè)操作數(shù)取自寄存器，另一個(gè)操作數(shù)取自存儲(chǔ)器，即寄存器一個(gè)操作數(shù)取自存儲(chǔ)器，即寄存器存儲(chǔ)器類型，假設(shè)這存儲(chǔ)器類型，假設(shè)這種指令的種指令的CPI等于等于2。同時(shí)，轉(zhuǎn)移指令的。同時(shí)，轉(zhuǎn)移指令的CPI變?yōu)樽優(yōu)?。求新。求新指令系統(tǒng)的平均指令系統(tǒng)的