研究生课程计算机组成原理.ppt

计算机组成原理 一、计算机系统简介 5. 计算机硬件的主要技术指标 二、 计算机的发展史 三、系统总线 四. 存 储 器 3. 高速缓冲存储器 4. 辅助存储器 五、 输入输出系统 六. 计算机的运算方法 2. 定点数的表示 4. 定 点 运 算 5. 浮点运算 七. 指 令 系 统 八、CPU 的结构和功能 九. 控制单元的功能 十. 控制单元的设计 程序访问的局部性原理 Cache 的命中率 CPU 欲访问的信息在 Cache 中的 比率。 Cache 的 命中率 与 Cache 的 容量 、 块长、程序本身和替换策略等有关。 磁盘 磁 盘 组 主轴 磁头 音圈 电机 位置检测 定位驱动 模拟控制 放 大 闭环自动控制系统 由磁盘控制 器送来的目 标磁道信号 测 速 输 出 读写臂 传动机构 主轴 定位驱动 数据控制 程序查询方式 程序中断方式 DMA方式 I/O通道方式 I/O处理机方式 I/O设备与主机信息传送的控制方式 1. 数制与进位计数法 1) 十进制(Decimal) 2）二进制(Binary) 3）八进制(Octal) 4）十六进制(Hexadecimal) 符号:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F （1）无符号数 用二进制表示 反映无符号数的表示范围 8 位 0 ~ 255 （2）有符号数 6.1 原码 反码 补码 移码 N = S×rj 浮点数的一般形式 S 尾数 j 阶码 r 基数（基值） 6.2 3. 浮点数的表示 浮点数的表示形式 Sf 代表浮点数的符号 n 其位数反映浮点数的精度 m 其位数反映浮点数的表示范围 jf 和 m 共同表示小数点的实际位置 6.2 jf j1 j2 jm Sf S1 S2 Sn … … j 阶码 S 尾数 阶符 数符 阶码的 数值部分 尾数的数值部分 小数点位置 IEEE 754 标准 短实数 长实数 临时实数 符号位 S 阶码 尾数 总位数 1 8 23 32 1 11 52 64 1 15 64 80 S 阶码（含阶符） 尾 数 数符 小数点位置 尾数为规格化表示 非 “0” 的有效位最高位为 “1”（隐含） 6.2 （1） 移位运算 算术移位和逻辑移位 （2） 补码加减运算 溢出判断 （3）原码和补码的乘法运算 （4）原码和补码的除法运算 浮点加减运算 浮点乘除运算 指令的寻址方式 2. 指令系统的设计 取指令 分析指令 执行指令，发出各种操作命令 控制程序输入及结果的输出 总线管理 处理异常情况和特殊请求 1. 控制器的功能 2. 运算器的功能 实现算术运算和逻辑运算 指令控制 操作控制 时间控制 数据加工 处理中断 2. CPU 结构 PC IR 指令控制 操作控制 时间控制 数据加工 处理中断 ALU 寄存器 中断系统 CU 时序电路 寄存器 ALU 中断 系统 CU CPU 控制总线 数据总线 地址总线 8.1 完成一条指令分 4 个工作周期 取指周期 间址周期 执行周期 中断周期 * * 李光顺 主讲 由具有各类特殊功能 的信息（程序）组成 1. 计算机系统 计算机系统 计算机的实体，由各种电子元器件组成， 如主机、外设等 硬件 软件 按任务需要编制成的各种程序 用来管理整个计算机系统 系统软件 应用软件 操作系统 语言处理程序 标准库程序 服务性程序 数据库管理系统 网络软件 软 件 信息管理软件 辅助设计软件 文字处理软件 各种程序包 1.2 冯·诺依曼计算机硬件框图 存储器 输入设备 运算器 控制器 输出设备 2. 计算机硬件框图 1.2 以存储器为中心的计算机硬件框图 程序 存储器 输出设备 输入设备 运算器 控制器 数据 结果 计算 ALU 主存 辅存 CPU 主机 I/O设备 硬件 CU 计算机的主要硬件 存储器 输入设备 运算器 输出设备 控制器 1.2 存储体 大楼 存储单元 存放一串二进制代码 – 存储单元 – 存储元件 （0/1） – 房间 –