計(jì)算機(jī)原理復(fù)習(xí)

1、計(jì)算機(jī)原理復(fù)習(xí)1存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)中用以存放原始數(shù)據(jù)、程序以及中間運(yùn)算結(jié)果的設(shè)備。2存儲(chǔ)器分成一個(gè)個(gè)單元，每個(gè)單元有自己的編號(hào)，稱為該單元的地址。3.一條指令通常分成兩部分：操作碼和地址碼。4促成計(jì)算機(jī)的基本部件有中央處理器CPU （控制器和運(yùn)算器）、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備。 儲(chǔ)存器又分為主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器。 總線分為：地址總線（A bus ）、數(shù)據(jù)總線（D bus ）、控制總線（C bus ）。馮.諾依曼機(jī)的特點(diǎn)：（1）計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成。（2）采用存儲(chǔ)程序的方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一存儲(chǔ)器中，由指令組成的程序可以修改。（3）數(shù)據(jù)以二進(jìn)制碼表示 。（4）指

2、令由操作碼和地址碼組成。（5）指令在存儲(chǔ)器中按執(zhí)行順序存放，由指令計(jì)數(shù)器指明要執(zhí)行的指令所在的單元地址，一般按順序遞增。（6）機(jī)器以運(yùn)算器為中心，數(shù)據(jù)傳送都經(jīng)過運(yùn)算器。 電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段：第一代 電子管時(shí)代（1946-1958）；第二代 晶體管時(shí)代 （1958-1965）;第三代 中小規(guī)模集成電路時(shí)代 （1965-1970）；第四代 大規(guī)模集成電路時(shí) 代（1971至今）。CPU包括：運(yùn)算器、控制器、寄存器。存儲(chǔ)器在內(nèi)存中，所以，寄存器的速度比存儲(chǔ)器快。例如:一個(gè)十進(jìn)制數(shù)123.45的表示：123.45 =1 X（10 的二次幕）+ 2 X（10 的一次幕）+ 3 X（10 的零次幕）+

3、 4 X（10 的負(fù)一次幕）+ 5 X（10的負(fù)二次幕）例如十六進(jìn)制數(shù) （2C7.1F）16的表示：（2C7.仆）16=2 X（16 的二次幕）+ 12 X（16 的一次幕）+ 7 X（16 的零次幕）+ 1 X（16 的 負(fù)一次幕）+（ 15 X16的負(fù)二次幕）例如：寫出二進(jìn)制數(shù)（1101.01）2,八進(jìn)制數(shù)（237）8,十六進(jìn)制數(shù)（10D）16的十進(jìn)制數(shù)？（1101.01）2=1 X（2 的三次幕）+1 X（2 的 2 次幕）+0 X（2 的 1 次幕）+1 X（2 的 0 次幕）+ 0X（2 的-1 次幕）+1 X（2 的-2 次幕）=8+4+1+0.25=13.25（237）8=2 X

4、（8 的 2 次幕）+3 X（2 的 1 次幕）+7 X（2 的 0 次幕）=128+24+7=159（10D）16=1 X（16 的 2 次幕）+13 X（16 的 0 次幕）=256+13=269例如：用基數(shù)除法將（327）10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)先將二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)寫出來：327256 , 128 , 64, 32 , 16 , 8, 4 , 2, 11 0 1 0 0 0 1 1 1答案：（327）10 =（101000111） 2例如:將十進(jìn)制數(shù)（0.8125） 10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù).解：整數(shù)部分 TOC o 1-5 h z 2X0.8125=1.62512X0.625=1.2512X 0

5、.25=0.502X0.5=11(0.8125) 10 =(0.1101) 2先將二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)寫出來：198.375256 , 128 , 64 , 32 , 16 , 8 , 4, 2 , 1, 0.5, 0.25, 0.125, 0.0625,1 1 0 0 0 1 1 0. 0 1198.375=(11000110.011 ) 2二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制：例：(10110111 .01101) 2二進(jìn)制：010 ,110,111 . 011 , 010(從小數(shù)點(diǎn)開始，左右各三位為一組，不夠的補(bǔ)零)八進(jìn)制：267 .32(10110111.01101) 2 =(267.32)8八進(jìn)制轉(zhuǎn)換二進(jìn)

6、制：例如:(123.46 ) 8=(001,010,011 .100,110 ) 2=(1010011.10011)2二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制：例：(110110111 .01101) 2二進(jìn)制：0001 ,1011 , 0111 . 0110 ,1000(從小數(shù)點(diǎn)開始，左右各四位為一組，不夠的補(bǔ)零)十六進(jìn)制：1 B 7 .68(10110111.01101) 2 =(1B7.68)16例如：(7AC.DE ) 16(把十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，只需要順序?qū)⒚恳晃粚懰奈患纯?=(0111,1010,1100.1101,1110 ) 2=(11110101100 .1101111 )2機(jī)器數(shù)：符號(hào)數(shù)碼化

7、的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)如：X=01011 (第一位的0代表正號(hào))Y=11011 (第一位的1代表負(fù)號(hào))二進(jìn)制：B 八進(jìn)制：0 十進(jìn)制：D 十六進(jìn)制：H余3碼編碼規(guī)則：在8421碼基礎(chǔ)上加3。格雷碼編碼規(guī)則：任何兩個(gè)相鄰編碼只有一位二進(jìn)制位不同。優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)成計(jì)數(shù)器時(shí)譯碼波形好。機(jī)器數(shù)：計(jì)算機(jī)中表示的帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)。真值：機(jī)器數(shù)所代表的實(shí)際值。機(jī)器數(shù)常用的有三種表示方法：即原碼、補(bǔ)碼、反碼，另有一種移碼。原碼表示法用 0表示正號(hào)，用1 表示負(fù)號(hào)。+0原=00000000 ; -0 原=10000000+0補(bǔ)=-0補(bǔ)=0.0000000+0反=0.0000000-0反=1.1111111+0移=-0移=10

8、00 00正數(shù)的補(bǔ)碼：本身。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼：符號(hào)位為1,數(shù)值部分取反加1。例如：X1 =+ 0.1011011 X2 = - 0.1011011X1補(bǔ)=01011011X2補(bǔ)=2+X=2+(-0.1011011)=1.0100101正數(shù)的反碼表示：與原、補(bǔ)碼相同。負(fù)數(shù)的反碼表示：符號(hào)位為1。數(shù)值部分：將原碼的數(shù)值按位取反。X 仁+0.1011011 , X1 反=0.1011011X2= -0.1011011 , X2 反=1.0100100求移碼：先求補(bǔ)碼，然后只將補(bǔ)碼的符號(hào)位取反即可X1 = 0101 0101X1補(bǔ)=0101 0101X1移=1101 0101X2 =-0101 0101X2

9、補(bǔ)=1010 1011X2移=0010 1011已知X補(bǔ)，求-X補(bǔ)？ 將兇補(bǔ)連同符號(hào)位取反，末位加1。求移碼？例：X=+1011兇補(bǔ)=01011兇移=11011X=-1011兇補(bǔ)=10101兇移=0010136.正數(shù)的補(bǔ)碼、原碼、反碼都相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為符號(hào)位不變 ，其余各位按位取反，末位加1 ；補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換成原碼：正數(shù)的補(bǔ)碼等于原碼；負(fù)數(shù)的原碼為，符號(hào)位不變，其余各位按 位取反，末位加1。由補(bǔ)碼求原碼正數(shù)：兇補(bǔ)=X原負(fù)數(shù)：符號(hào)不變，其余各位取反，末位加1。例: X= -0.1 0 0 1 0 0 1X補(bǔ)=1.0 1 1 0 1 1 1X原=1. 1 0 0 1 0 0 1X補(bǔ)+Y補(bǔ)=X+Y補(bǔ)（兩

10、個(gè)補(bǔ)碼的和等于和的補(bǔ)碼）例 2.14 : X=0.1010,Y=0.0101,求X+YX+Y補(bǔ)=兇 補(bǔ)+Y補(bǔ)=0.1010 + 0.0101=0.1111X=0.1010,Y=-0.0101, 求X+Y補(bǔ)X+Y補(bǔ)=兇 補(bǔ)+Y補(bǔ)=0.1010 + 1.1011=0. 0101X訐補(bǔ)=兇補(bǔ)+ -Y補(bǔ)將Y補(bǔ)的各個(gè)位（連同符號(hào)位）均取反，然后最低位加1 ,即可得到-Y補(bǔ)例：X=+0.0110,Y=-0.1011X補(bǔ)=0.0110-X補(bǔ)=1.1010Y補(bǔ) =1.0101-Y補(bǔ)=0.1011什么情況下會(huì)產(chǎn)生溢出？（1）相同符號(hào)數(shù)相減，相異符號(hào)數(shù)相加不會(huì)產(chǎn)生溢出（2）兩個(gè)相冋符號(hào)數(shù)相加,其結(jié)果符號(hào)與被加數(shù)相

11、反則產(chǎn)生溢出；（3）兩個(gè)相異符號(hào)數(shù)相減,其運(yùn)算結(jié)果符號(hào)與被減數(shù)相同，否則產(chǎn)生溢出。浮點(diǎn)數(shù)的組成部分：Ms （尾數(shù)的符號(hào)位）、E （階碼）、M （尾數(shù)）、基數(shù)只有改變進(jìn)位逐位傳送的路徑 ，才能提高加法器工作速度。解決辦法之一是采用 超前 進(jìn)位產(chǎn)生電路”來同時(shí)形成各位進(jìn)位，從而實(shí)行快速加法。我們稱這種加法器為 超前進(jìn)位加 法器。定義：Pi=Xi+Yi（稱為進(jìn)位傳遞函數(shù)） Gi=Xi Yi （稱為進(jìn)位產(chǎn)生函數(shù)）ALU是一種功能較強(qiáng)的組合邏輯電路。它能進(jìn)行多種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。ALU的基本邏輯結(jié)構(gòu)是超前進(jìn)位加法器。移碼的特點(diǎn)：（1 ）最高位為符號(hào)位，1表示正號(hào)，0表示負(fù)號(hào)；（2）在計(jì)算機(jī)中移碼 只進(jìn)

12、行加減運(yùn)算。乘以2表示向左移;除以2表示向右移。定點(diǎn)數(shù)一位乘法 第三章 3.3X正負(fù)任意，Y為正數(shù)：X Y補(bǔ)=兇補(bǔ)-Y補(bǔ)X正負(fù)任意,Y為負(fù)數(shù)：X Y補(bǔ)=兇 補(bǔ)Y補(bǔ)+-X補(bǔ)-X補(bǔ)的求法：X補(bǔ)連同符號(hào)位取反，末位加1。定點(diǎn)運(yùn)算部件組成：ALU、寄存器、移位電路、計(jì)數(shù)器、門電路等。碼距:任意兩個(gè)合法碼之間至少有幾個(gè)二進(jìn)制位不同.有一位不同，碼距就為常用的數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼有 奇偶校驗(yàn)碼，海明校驗(yàn)碼和 循環(huán)校驗(yàn)碼。例：已知 X=0.1011Y=-0.0101則 X補(bǔ)=0.1011-X補(bǔ)=1.01011/2X補(bǔ)=0.0101( 1)右移一位1/4X補(bǔ)=0.0010(11)右移兩位2-X補(bǔ)=0.1010左移一位，

13、溢出Y補(bǔ)=1.1011-Y補(bǔ)=0.01011/2Y補(bǔ)=1.1101(1)右移一位1/4Y補(bǔ)=1.1110(11)右移一位2-Y補(bǔ)=0.1010X+Y補(bǔ)=X補(bǔ) +Y補(bǔ)X-Y補(bǔ)=X補(bǔ) +-Y補(bǔ)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的是程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)系統(tǒng)：包括存儲(chǔ)器以及管理存儲(chǔ)器的軟硬件和相應(yīng)的設(shè)備計(jì)算機(jī)執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)均放在存儲(chǔ)器中。1.只讀存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器的分類：按讀寫性質(zhì)分：隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（RAM）斷電信息消失；1.只讀存儲(chǔ)器(ROM )斷電信息不消失。主存容量和計(jì)算機(jī)的地址總線的根數(shù)有關(guān)。主要技術(shù)指標(biāo)有：主存容量，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)時(shí)間和存儲(chǔ)周期.存儲(chǔ)容量(memory capacity):存放信息的總數(shù)，通常以字(word,

14、字尋址)或字節(jié)(Byte, 字節(jié)尋址)為單位表示存儲(chǔ)單元的總數(shù) .微機(jī)中都以字節(jié)尋址，常用單位為 KB、MB、GB、 TB。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)時(shí)間(memory access time):啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí) 間。 TOC o 1-5 h z 存儲(chǔ)周期(memory cycle time):連續(xù)啟動(dòng)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作所需間隔的最小時(shí)間.指令中地址碼的位數(shù)決定了主存儲(chǔ)器的可直接尋址的最大空間。隨機(jī)訪問時(shí)，訪問時(shí)間與存儲(chǔ)器的物理位置無關(guān)。存儲(chǔ)器中用地址來區(qū)分不同存儲(chǔ)單元。主存儲(chǔ)器用來暫時(shí)存儲(chǔ)CPU正在使用的指令和數(shù)據(jù)，它和CPU的關(guān)系最為密切。CPU通過使用AR (地址寄存器)和DR

15、 (數(shù)碼寄存器)和總線與主存進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送 。第四章 4.4的圖主存儲(chǔ)器與CPU的聯(lián)系。靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM :只要不斷電，信息是不會(huì)丟失的。功耗較大，速度快，作Cache。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器 DRAM :需要不斷給電容充電才能是信息保持。功耗較小，容量大，速度較快,作主存。再生(刷新)：為保證DRAM存儲(chǔ)信息不遭破壞，必須在電荷漏掉以前，進(jìn)行充電，以恢復(fù)原來的電荷，這一充電過程稱為再生或刷新。SRAM是以雙穩(wěn)態(tài)電路為存儲(chǔ)單元的，因此不需刷新。非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：只讀存儲(chǔ)器(ROM)；可編程序的只讀存儲(chǔ)器 (PROM)；可擦除可編程序的只讀存儲(chǔ)器（EPROM ）;可電擦可編程序只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）

16、;快擦除讀寫存儲(chǔ)器（Flash Memory ）主存儲(chǔ)器：計(jì)算機(jī)中存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序和其使用數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的地址：對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行順序編號(hào).地址空間：地址長度所限定能訪問的存儲(chǔ)單元數(shù)目.位擴(kuò)展：指的是用多個(gè)存儲(chǔ)器器件對(duì)字長進(jìn)行擴(kuò)展。位擴(kuò)展連接方式：并聯(lián)字?jǐn)U展指的是：增加存儲(chǔ)器中字的數(shù)量。字?jǐn)U展連接方式：并聯(lián)（都是并聯(lián)）72.例：用4個(gè)16K8位芯片組成64K8位的存儲(chǔ)器。73.如果一個(gè)存儲(chǔ)容量為M *N位，所用芯片規(guī)格為 L*K位，那么這個(gè)存儲(chǔ)器共用M/L *N/K個(gè)芯片。例如：要組成16M *8位的存儲(chǔ)器系統(tǒng)，需多少片4M *1位的芯片？16M/4M *8/1= 32片若有芯片規(guī)格為1

17、M *8位則需 16M/1M *8/8= 16 片主存儲(chǔ)器和CPU的鏈接是靠總線支持的。主存儲(chǔ)器和CPU的關(guān)系最為密切。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要由硬件和軟件組成，硬件就是CUP、存儲(chǔ)器、外設(shè)等，軟件就則是便于用戶實(shí)際應(yīng)用而開發(fā)各種程序。軟件的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)就是計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)的性能與它設(shè)置的指令系統(tǒng)有很大關(guān)系，而指令系統(tǒng)的設(shè)置又與機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)有關(guān)。一條指令必須包含：（1）操作碼；（2）操作數(shù)地址；（3）操作結(jié)果的存儲(chǔ)地址 （4）下一條指令的地址。一條指令實(shí)際上包括兩種信息即可：操作碼和地址碼。 TOC o 1-5 h z 指令字：代表指令的一組二進(jìn)制代碼信息；指令長度：指令字中二進(jìn)制代碼的位數(shù)。程序

18、順序執(zhí)行時(shí)，下一條指令的地址由程序計(jì)數(shù)器PC給出；反之由指令給出。計(jì)算機(jī)中指令和數(shù)據(jù)都是以二進(jìn)制碼的形式存儲(chǔ)的。但是，指令的地址是由程序計(jì)數(shù)器(PC)規(guī)定的；而數(shù)據(jù)的地址是由指令規(guī)定的。指令操作碼的位數(shù)限制指令系統(tǒng)中完成操作的指令條數(shù)。若操作碼長度為K,最多有2k條不同指令。 固定格式操作碼的指令示例：如果需要三地址、二地址、一地址指令各15條、零地址指令16條，如何安排操作碼 呢？15條三地址指令的操作碼為:0000 111015條二地址指令的操作碼為:1111 0000 1111 111015條一地址指令的操作碼為:11111111 0000 11111111 111016條零地址指令的操

19、作碼為:11111111111100001111111111111111可變格式操作碼的指令示例 ：再如：同樣情況下用可變格式操作碼分別形成三地址指令15條、二地址指令14條、一地址指令31條和零地址指令16條。按要求得到結(jié)果之一如下：15條三地址為：0000 111014 條二地址為：11110000 1111110131 條一地址為：11111100000 11111111111016 條零地址為：11111111111100001111111111111111機(jī)器字長是指計(jì)算機(jī)能直接處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它與計(jì)算機(jī)的功能和用途有很大 TOC o 1-5 h z 的關(guān)系，是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重

20、要技術(shù)指標(biāo)。地址碼長度決定了指令直接尋址能力。指令字長度是指一個(gè)指令字中包含二進(jìn)制代碼的位數(shù)。如指令字長度等于機(jī)器字長度的指令，稱為單字長指令。指令的長度主要取決于操作碼的長度、操作數(shù)地址的長度和操作數(shù)地址的個(gè)數(shù)。尋址方式歸結(jié)為立即尋址、直接尋址、間接尋址、變址尋址以及相對(duì)尋址等幾種尋址方式，或者這幾種方式的組合與變形。MOV AX，0110H （直接尋址）（寄存器尋址）MOV AX，BX其中BX為源操作數(shù)地址，AX為目的操作數(shù)地址，操作的結(jié)果為將 BX中的數(shù)據(jù)傳送（拷貝）到AX中。（寄存器間接尋址）MOV AX, BX（立即尋址）MOV AX, 1AH 的結(jié)果：（AX ） 1AH指令的長度與

21、機(jī)器的字長沒有固定的關(guān)系，既可以小于或等于機(jī)器字長，也可以大于機(jī)器字長。數(shù)據(jù)傳送指令：用以實(shí)現(xiàn)寄存器與寄存器之間（MOV AX,BX）;寄存器與內(nèi)存單元之間（MOV 0001H,AX）數(shù)據(jù)傳送指令一次可以傳送一個(gè)數(shù)據(jù)或一批數(shù)據(jù)由于堆棧具有先進(jìn)后出的性質(zhì)，因而在中斷、子程序調(diào)用過程中用于保存返回地址、狀態(tài)標(biāo)志及現(xiàn)場信息。精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（RISC;復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（CISC）調(diào)用與轉(zhuǎn)移指令的區(qū)別：調(diào)用需要保留返回地址 。RISC （精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)）的特點(diǎn)：（1 ）、僅選使用頻率高的一些簡單指令和很有用但不復(fù)雜指令，指令條數(shù)少。（2 ）、指令長度固定，指令格式少，尋址方式少（3）、只有取數(shù)

22、/存數(shù)指令訪問存儲(chǔ)器，其余指令都在寄存器中進(jìn)行 ，即限制內(nèi)存訪問（4） 、CPU中通用寄存器數(shù)量相當(dāng)多；大部分指令都在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成。（5 ）、以硬布線邏輯為主，不用或少用微程序控制（6 ）、特別重視編譯工作，以簡單有效的方式支持高級(jí)語言，減少程序執(zhí)行時(shí)間5. 8 Pentium 微處理器指令系統(tǒng)簡介（課件上的 了解熟悉）匯編語言主要有三個(gè)缺點(diǎn) ：（1）基本操作簡單，編程工作量大（2）可讀性差（3）可 移植性差.高級(jí)語言有二個(gè)缺點(diǎn)：（1） .必須由編譯程序翻譯成機(jī)器語言，翻譯后占內(nèi)存多，執(zhí)行速度慢.（2）.不能訪問機(jī)器硬件資源. TOC o 1-5 h z 中央處理部件（CPU）是計(jì)算機(jī)系

23、統(tǒng)的核心部件，包括運(yùn)算器和控制器兩大部分。CPU的功能：指令控制（控制計(jì)算機(jī)按順序執(zhí)行指令 ）、操作控制（控制微操作信號(hào) 的產(chǎn)生、傳送）、時(shí)間控制（對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的控制 ）、數(shù)據(jù)加工（對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算 術(shù)、邏輯運(yùn)算）、異常處理。CPU內(nèi)任何兩個(gè)部件之間傳送數(shù)據(jù)都是通過總線實(shí)現(xiàn)的。處理指令和中斷是 CPU最主要的功能。CPU的組成：運(yùn)算器、控制器、寄存器、CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)通道?？刂破鞯墓δ埽喝≈噶?、分析指令、執(zhí)行指令、控制程序和數(shù)據(jù)的輸入與結(jié)果的輸出、對(duì)異常情況和某些請(qǐng)求的處理?？刂破鞯慕M成：程序計(jì)數(shù)器 （PC）、指令寄存器 （IR）;指令譯碼器或操作碼譯碼 器、脈沖源及啟停線路、時(shí)序控制信號(hào)形

24、成部件。時(shí)序控制方式：同步控制方式、異步控制方式、聯(lián)合控制方式。不同的指令占用不同的時(shí)鐘周期數(shù)目。指令周期：讀取并執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間機(jī)器周期（CPU）:在組合邏輯控制器中，常將指令周期劃分為若干個(gè)工作階段，每個(gè)階 段稱為一個(gè)機(jī)器周期。時(shí)鐘周期（節(jié)拍）：通常將機(jī)器周期分成若干個(gè)相等的時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段完成一項(xiàng)或幾項(xiàng)微操作，這個(gè)時(shí)間段叫做節(jié)拍 （時(shí)鐘周期）。 TOC o 1-5 h z 時(shí)鐘周期長度等于 CPU執(zhí)行一次加法或依次數(shù)據(jù)傳送時(shí)間。工作脈沖（定時(shí)脈沖）：工作脈沖是最基本的定時(shí)信號(hào)，對(duì)某些微操作定時(shí)。微操作：完成指令功能所需的一系列基本操作。微指令：同時(shí)發(fā)出的控制信號(hào)所執(zhí)行的一組微操作

25、。組成微指令的微操作又叫微命令。一條指令的實(shí)現(xiàn)，可由執(zhí)行若干條微指令來完成。微程序：完成指令功能所需的微指令序列的集合。控制存儲(chǔ)器：存放微程序與下址的存儲(chǔ)器。一般用ROM。微指令格式：可分成兩大類：水平型微指令，垂直型微指令。119 .水平型微指令與垂直型微指令的比較：水平型微指令執(zhí)行效率高 ，靈活性強(qiáng)，微程序短，而垂直型微指令則并行操作能力差 ；水平型微指令執(zhí)行一條指令時(shí)間短 ，而垂直型微指 令則較長；水平型微指令字較長，但微程序較短；水平型微指令用戶較難掌握，而垂直型微指 令相對(duì)容易。120.立即尋址MOV AX , 3069H寄存器尋址MOV AL , BH直接尋址MOV AX , 20

26、00H 寄存器間接尋址MOV AX , BX 寄存器相對(duì)尋址MOV AX , COUNT SI 基址變址尋址MOV AX , BP DI 相對(duì)基址變址尋址MOV AX , MASK BX SI 121.例題：加法指令A(yù)DD R0 , (R1)的微操作序列？FTP0 PC-BUS,BUS-MAR,READ,CLEAR LA,1-C0 , ADD,ALU-LTP1 LT-BUS,BUS-PC,WAITP2 MDR-BUS,BUS-IRP3 1-ST( FT部分，無論指令多復(fù)雜，其微操作序列不變)STP0 RO-BUS,BUS-SRP1 空操作P2 空操作P3 1-DTDTP0 R1-BUS,BUS

27、-MAR,READ,WAITP1 MDR-BUS,BUS-LAP2 空操作P3 1-ETETP0 SR-BUS,ADD,ALU-LTP1 LT-BUS,BUS-MDR,WRITE,WAITP2 空操作P3 END計(jì)算機(jī)的主頻周期：時(shí)鐘周期計(jì)算機(jī)主頻越快，速度不一定快。信息流包括：控制流和數(shù)據(jù)流。PC （程序計(jì)數(shù)器）：用來存放即將要執(zhí)行的下一條指令地址，或當(dāng)前正在執(zhí)行的指令地址，或存放下一條要取出的指令地址?？刂破鞯淖饔茫簠f(xié)調(diào)并控制計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件執(zhí)行程序的指令序列。隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM ；只讀存儲(chǔ)器 ROM.停電后RAM中的內(nèi)容消失，ROM內(nèi)容不消 失。CPU比輸入輸出設(shè)備快得多。產(chǎn)生控制信號(hào)一

28、般有兩種方法：微程序控制；硬布線控制。微指令分成兩部分：控制字段和下址字段。流水線的深度并不是越深越好。衡量存儲(chǔ)器有三個(gè)指標(biāo)：容量、速度和價(jià)格/位。串行存儲(chǔ)器又可以分為：順序存取存儲(chǔ)器（如：磁帶）；直接存取存儲(chǔ)器（如：磁盤）為解決主存 CPU之間的速度差異，在CPU和主存之間設(shè)置 Cache.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的典型存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：cache-主存-輔存。根據(jù)局部性原理，可以在主存和 CPU之間設(shè)置一個(gè)高速度的容量相對(duì)較小的存儲(chǔ)器，即 Cache。Cache存儲(chǔ)器中保存的字塊是主存中的字塊的副本 。三級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)運(yùn)行的原則一致性原則：同一個(gè)信息會(huì)同時(shí)存放在幾個(gè)級(jí)別的存儲(chǔ)器中，此時(shí)，這一信息在幾個(gè)級(jí)別的

29、存儲(chǔ)器中必須保持相同的值。Cache的容量和塊的大小是影響cache效率的重要因素。命中率：CPU所要的訪問信息在 cache中的比率。失效率：CPU所要的訪問信息不在 cache中的比率。設(shè)NC表示Cache完成存取的總次數(shù)，Nm表示主存完成存取的總次數(shù)，h定義為命中率，則有h= NC/(NC+ Nm)若tc表示命中時(shí) Cache的訪問時(shí)間，tm表示未命中時(shí)主存的訪問時(shí)間，1-h表示未命中率，則Cache/主存系統(tǒng)的平均訪問時(shí)間 ta為：ta=htc+(1-h)(tm+ta)設(shè)r=tm/tc表示主存慢于Cache的倍率，e表示訪問效率則有：e=tc/ta為提高訪問效率，h接近1好。影像：直接

30、映像、全相聯(lián)映像、組相聯(lián)映像。替換算法：先進(jìn)先出(FIFO)算法和近期最少使用(LRU-least recently used)算法。FIFO算法總是把一組中最先調(diào)入cache存儲(chǔ)器的字塊替換出去，它不需要隨時(shí)記錄各個(gè)字塊的使用情況，所以實(shí)現(xiàn)容易開銷小LRU算法是把一組中近期最少使用的字塊替換出去。另外還有一種隨機(jī)替換法(RAND)，這種算法不考慮使用情況，在組內(nèi)隨機(jī)選擇一塊來替換。片內(nèi)cache的讀取速度要比片外 Cache快得多，因?yàn)槠瑑?nèi)cache放在CPU內(nèi)，片外Cache放在CPU外。指令Cache只讀不寫，其控制比數(shù)據(jù) Cache簡單。例題：CPU執(zhí)行一段程序時(shí)，Cache完成存取的次數(shù)為1900次，主存完成存取的次數(shù) 為100次，已知Cache存取周期為50ns,主存存取周期為 250ns,求Cache/主存系統(tǒng)的效率 和平均訪問時(shí)間？解：h=NC/(NC+ Nm)=1900/(1900+100)=0.95r=tm/tc=250ns/50 ns=5e=1/r+(1-r)h=1/5+(1-5)*0.95=83.3%ta=tc/e=50 ns/0.833=60nsCPU訪問I/O設(shè)備有兩種尋址方式：專設(shè)I/O指令(I/O設(shè)備獨(dú)立編址) 利用訪存指令完成I/O功能,(I/O設(shè)備與內(nèi)存統(tǒng)一編址)1