计算机组成与结构第2章1

1、第三章 存储系统,3.1 存储系统概述 3.2 主存储器 3.3 高速缓冲存储器（cache） 3.4 辅助存储器 3.5 虚拟存储器 3.6 相联存储器 3.7 存储保护,3.1 存储系统概述,目前我们使用的微型计算机都是以存储器为中心，这与传统的冯诺依曼计算机以运算器为中心不同。但是现在的计算机系统还是采用冯诺依曼的存储程序的工作方式。,3.1.1 存储器分类,存储器的作用是用来存储程序和数据。从存储器的作用、存储介质、存取方式、读写方式、保存信息时间的长短、访问类型六个方面来对存储器进行分类。按存储器在计算机系统中的作用分类（1）高速缓冲存储器。

2、第四章 指令系统,4.1 指令和指令系统概述 4.2 寻址方式 4.3 指令格式的设计及优化 4.4 指令类型 4.5 RSIC和CISC,4.1 指令和指令系统概述,计算机系统包括硬件和软件两大组成部分。硬件是指构成计算机的中央处理器、主存储器以及输入/输出设备等实际装置；软件则指由软件厂家为方便用户使用计算机而提供的系统软件以及用户用于完成自己的特定事务和信息处理任务而设计的用户程序软件。而计算机能直接识别和运行的软件程序通常由该计算机的指令代码组成。因此，无论是功能多么强大、结构多么复杂的软件，凡是能够在机器上直接运行的目标程序。

3、1,第10章 输入/输出系统,输入输出系统是计算机的重要组成部分，是沟通计算机与外部世界的桥梁。本章主要介绍各种各样的外部设备如何同主机交换信息，即信息交换的方式。 信息交换不可避免要涉及以下两个方面： 1、信息交换的通路系统总线。 2、信息交换的硬件支持接口。,2,10.1 输入/输出系统概述 10.2 程序中断输入输出方式 10.3 DMA输入输出方式 10.4 通道控制方式和外围处理机方式 10.5 总线结构 10.6 外设接口,3,10.1 输入/输出系统概述输入输出系统包括外部设备(输入输出设备和辅助存储器)及其与主机(CPU和存储器)之间的控制部件。后。

4、第五章 控制器,5.1 控制器概述 5.2 时序 5.3 微程序控制 5.4 硬布线控制 5.5 流水线 5.6 CPU实例,5.1 控制器概述,中央处理器主要由运算器和控制器组成。依据控制器的具体组成与运行原理的不同，通常把控制器分为微程序控制器和硬布线控制器两大类。这两种控制器，指令的执行步骤基本相同，其主要差异表现在解决指令执行步骤衔接关系的方案，以及提供每个执行步骤要用到的控制信号的具体逻辑线路、运行速度等方面。,5.1.1 控制器的功能,控制器部件是计算机的五大功能部件之一，其作用是向计算机的每个部件（包括控制器部）提供协同运行所需。

5、第四章 存储器,第3讲,存储器概述 分类 层次结构 主存储器 概述 半导体存储芯片 静态随机存储器 动态随机存储器 只读存储器 存储器与CPU的连接 存储器的校验 提高访存速度的措施,主要内容,高位字节 地址为字地址,低位字节 地址为字地址,设地址线 24 根,按 字节 寻址,按 字 寻址,若字长为 16 位,按 字 寻址,若字长为 32 位,主存中存储单元地址的分配,224 = 16 M,8 M,4 M,通常计算机系统既可按字寻址，也可按字节寻址 此时，地址编号按字节编号,存储器容量,16M字节,8M字 16M字节,4M字 16M字节,CPU与存储芯片连接设计4步骤 根据十六进制地址范。

6、高速缓冲存储器 高速缓冲存储器 高速缓冲存储器 1 地址映像 映像 其物理意义就是位置的对应关系 地址变换是将主存地址变换成Cache地址 常见的映像方式主要有三种 直接映像全相联映像组相联映像 1 直接映像如下图 高速缓冲存储器之直接映像 高速缓冲存储器之直接映像 高速缓冲存储器之直接映像 8 高速缓冲存储器之直接映像 9 优点是实现简单 只需利用主存地址 按某些字段直接判断 即可确定所需字块是。

7、第8章 并行计算机系统,8.1 并行性的概念8.2 向量处理机8.3 阵列处理机8.4 多处理机系统8.5 机群系统8.6 网格计算,计算机系统性能和容量的快速增长，除了归功于底层VLSI技术的发展之外，另一个重要因素在于计算机体系结构的不断改进，而并行性则是其中的一个主要方面,8.1 并行性的概念,8.1.1 并行性分类8.1.2 提高并行性的技术途径8.1.3 并行性的发展8.1.4 并行计算机体系结构分类,所谓并行性，是指计算机系统具有可以同时进行运算或操作的特性它包括同时性与并发性两种含义同时性（Simultaneity）是指两个或两个以上的事件在同一时刻发生。

8、第2章 逻辑部件基础,本章主要内容：,本章以数字电路知识和逻辑门电路知识为基础，主要介绍计算机中常用的组合逻辑电路、时序逻辑电路和陈列逻辑电路，重点讨论组合逻辑电路。其中，组合逻辑电路部分详细介绍了加法器、算术逻辑单元、数值比较器等内容。时序逻辑电路部分简单介绍了触发器、寄存器及计数器等内容。,2.1 计算机中常用的组合逻辑电路2.2 时序逻辑电路 2.3 时序逻辑电路设计基础-有限状态机理论2.4 阵列逻辑电路,2.1 计算机常用组合逻辑 电路,组合逻辑电路（Combinational LogicCircuit）的主要特点是电路在任意时刻 的输出状。

9、,大学计算机基础 计算机科学概论赵 欢 骆嘉伟 徐红云 李丽娟 编著,第一部分 计算机组成与结构 第2章 计算机组成与工作原理,大学计算机基础 计算机科学概论,2.1 计算机常用的数制及机内信息表示 2.2 门和电路 2.3 计算机硬件组成 2.4 计算机的工作过程 2.5 计算机系统的组成 2.6 小结,本章内容提要,3,大学计算机基础计算机科学概论,2.1 计算机常用的数制及机内信息表示,2.1.1 数制及其转换 1. 常用计数制(1)十进制每位数符为09，逢十进一。N10 = (式2.1)(2)二进制每位数符为0或1，逢二进一。N2 = (式2.2),2.1 计算机常用的数制及机内信息表。

10、,宗搁浚火啸炮捂找弃含锑组郊烦链竭博辊既娶鸵菱曲精辐糕仑跃逝哩雪磊第2章计算机组成与工作原理第2章计算机组成与工作原理,第一部分 计算机组成与结构 第2章 计算机组成与工作原理,儒踊佐湿钱颁迭涤辰面殃判牙骨席置邑比肝钧己乒身盗憎言锐秋睹螺坦际第2章计算机组成与工作原理第2章计算机组成与工作原理,2.1 计算机常用的数制及机内信息表示 2.2 门和电路 2.3 计算机硬件组成 2.4 计算机的工作过程 2.5 计算机系统的组成 2.6 小结,本章内容提要,3,大学计算机基础计算机科学概论,份以珍劫找乐讣尧肤抿记巍俺桂颁害窄病仲莱嵌醛立若乃令嗡。

11、（第6章三）,计算机组成与结构,任课教师：郝尚富 河北北方学院信息科学与工程学院 Email: zjkcxh5656163.com Tel: 13903233105,第6章 中央处理部件(CPU),6.1 计算机的硬件系统 6.2 控制器的组成 6.3 微程序控制计算机的基本工作原理 6.4 微程序设计技术 6.5 硬布线控制的计算机 6.6 控制器的控制方式 6.7 流水线工作原理 6.8 CPU举例 6.9 计算机的加电及控制过程,本节重难点,1.流水线工作原理. 2.流水线的相关问题(数据相关和程序相关).,6.7 流水线工作原理,机器的各部分在某些周期内在进行操作，而在某些周期内是空闲的。 如果控制器调度。

12、第八章 计算机系统结构,8.1 超标量处理机和超流水线处理机 8.2 向量处理机 8.3 并行处理机 8.4多处理机 8.5互连网络 8.6计算机系统结构新发展,8.1 超标量处理机和超流水线处理机,8.1.1 超标量处理机超标量（superscalar）机器最早在1987年提出，它是为改善标量指令执行性能而设计的机器。超标量方法是高性能通用处理器发展的一个方向，其本质是在不同的流水线中执行不相关指令的能力。 TI的SPARC系统由CPU芯片(TMS390Z50)和cache控制器芯片(TMS390Z55)组成，如图8.1所示。在片上有8个功能部件：3个ALU、移位器、加载/存储部件、转移部件、。

13、第一章 绪论,1.1 计算机的发展简史 1.2 计算机的硬件组成 1.3 计算机系统 1.4 计算机系统结构、组成和实现 1.5 计算机的应用与发展,1.1 计算机的发展简史,计算机是人类智慧的结晶，迄今为止，计算机的发展经历了380多年。计算机大致可分为两大种：机械计算机和电子计算机。电子计算机是指不需要人工直接干预，能够自动、高速、准确地对各种信息进行高速处理以及存储的电子设备。电子计算机分为两类：电子模拟计算机和电子数字计算机。电子模拟计算机中处理的信息是连续变化的物理量，运算过程是连续的；电子数字计算机中处理的信息是在时。

14、1,第4章 数值的机器运算,主要内容： 基本算术运算的实现 运算器的基本组成与实例 定点加减运算 带符号数的移位和舍入操作 定点乘法运算 定点除法运算 十进制整数的加法运算 逻辑运算与实现,2,运算器是计算机进行算术运算和逻辑运算的主要部件，运算器的逻辑结构取决于机器的指令系统、数据表示方法和运算方法等。本章主要讨论数值数据在计算机中实现算术运算和逻辑运算的方法，以及运算部件的基本结构和工作原理。,第4章,3,4.1 基本算术运算的实现,4.1.1 加法器加法器是由全加器再配以其他必要的逻辑电路组成的。,1.全加器,Si=AiBiCi-1Ci=。

15、（第6章二）,计算机组成与结构,任课教师：郝尚富 河北北方学院信息科学与工程学院 Email: zjkcxh5656163.com Tel: 13903233105,第6章 中央处理部件(CPU),6.1 计算机的硬件系统 6.2 控制器的组成 6.3 微程序控制计算机的基本工作原理 6.4 微程序设计技术 6.5 硬布线控制的计算机 6.6 控制器的控制方式 6.7 流水线工作原理 6.8 CPU举例 6.9 计算机的 加电及控制过程,本节重难点,1.微程序的微指令编码译码方法. 2.产生后继微指令地址的方法. 3.微指令的格式:水平和垂直型微指令. 4.硬布线控制器的组成,控制信号的产生方法,时序的作用和产生方。

16、计算机组成原理,任课教师：郝尚富 河北北方学院信息科学与工程学院 Email: zjkcxh5656163.com Tel: 18931318102,第3章 运算方法和运算部件,3.1 数字化信息编码 3.2 计算机中数据的表示、转换和运算 3.3 二进制乘法运算 3.4 二进制除法运算 3.5 浮点数的运算方法 3.6 运算部件 3.7 数据校验码,3.4 二进制除法运算,3.4.1 定点除法运算 1定点原码一位除法 有恢复余数法和加减交替法两种方法，在计算机中常用的是加减交替法，因为它的操作步骤少，而且也不复杂。 两个原码数相除，其商的符号为两数符号的异或值，数值则为两数绝对值相除后的结。

17、2,第2章 计算机硬件基础,半导体器件的开关特性,2.1,基本逻辑运算和基本门电路,2.2,组合逻辑电路实例,2.3,时序逻辑电路,2.4,本章小结,计算机芯片的制造过程,2.5,3,2.1 半导体器件的开关特性,4,一、二极管的开关特性,5,二、三极管的开关特性,6,三、MOS管的开关特性,7,2.2 基本逻辑运算和基本门电路,8,逻辑常量：逻辑常量只有两个，即0和1，用来表示两个对立的逻辑状态。 逻辑变量：逻辑变量一般用字母、数字及其组合来表示，其取值只有两个，即0和1。 在“正逻辑”的数字电路设计中，用低电平信号（如0.5V）表示逻辑0；用高电平信号（如3V）。

18、第11章 计算机系统,11.5 超级标量处理机、超级流水线处理机和超长指令字处理机 11.6 向量处理机 11.7 阵列处理机和多处理机系统,11.5 超级标量处理机、超级流水线处理机 和超长指令字处理机长期以来，计算机设计人员在提高单处理机并行操作方面做了大量工作，20世纪70年代的向量处理机、20世纪80年代的 RISC 机反映了这方面的成就。但是还不能突破一个时钟周期完成一条指令的框框。而本节要介绍的超级标量计算机和超长指令字计算机在一个周期内可流出多条指令。超级流水线以增加流水线级数的方法来缩短机器周期，图11.3为四种处理机的指令。

19、1,计算机组成原理教学课件王 诚 教授 清华大学计算机系2009年10月,2,第章 计算机的控制器部件,.1 控制器的功能、组成和指令执行步骤概述.2 硬连线控制器部件.3 微程序的控制器部件.4 指令流水线的概念和实现技术,3,、控制器部件概述,冯. 诺依曼结构的计算机“存储程序”计算机，设置内存，存放程序和数据，在程序运行之前将程序调入内存，然后执行程序。 计算机的功能是执行程序程序是依次排列起来的指令序列 计算机执行程序的基本过程从程序首地址开始执行第一条指令分步执行每一条指令，并形成下一条待执行指令地址自动地连续执行指令，。

20、第二章 计算机的逻辑部件和数据表示,2.1 布尔代数的基础知识 2.2 计算机中常用的组合逻辑电路 2.3 时序逻辑电路 2.4 阵列逻辑电路,本章重难点,重点：常用逻辑电路的功能、原理 1、加法器 2、ALU 3、触发器、寄存器 4、译码器 难点：ALU原理,第二章 计算机的逻辑部件,2.1 布尔代数的基础知识,一、布尔代数的基本概念：计算机内部的信息都是以二进制码来表示，二进制码有两种可能的值：“1”和“0”。如果赋以它们逻辑属性，那么这种变量就成为逻辑变量。描述逻辑变量关系的函数称为逻辑函数。实现逻辑函数的电路称为逻辑电路。以代数形式对。