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    计算机组成原理总复习.ppt

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    计算机组成原理总复习.ppt

    1,计算机组成原理总复习,建立整机概念,两个层次,两个方面,CPU整体概念,硬件系统整机概念,逻辑组成,工作机制,2,主要内容:,1、CPU,(1)逻辑组成,寄存器传送级:,微操作控制级:,各类指令的流程,微命令序列,寄存器、ALU设置,数据通路结构,(2)工作机制,指令的执行过程,3,2、常用运算方法规则,原码、补码一位乘法,原码、补码不恢复余数除法,浮点运算法,(1)基本概念,(2)半导体存储器的逻辑设计,芯片地址分配、片选逻辑、框图,3、存储器,4、总线,(1)基本概念,(2)系统总线:信号组成,时序控制方式,4,5、接口,(1)I/O传送的控制机制,中断:基本概念、中断控制器与接口、中断过程,(2)接口设计,接口组成、拟定命令字和状态字格式、扩展中断源,6、常用外设原理,(1)键盘:键码转换方法,(2)CRT显示器:VRAM与屏幕显示的对应关系(VRAM内容和容量、地址组织、信息转换、同步计数器的设置),DMA:基本概念、DMA控制器与接口、 DMA过程,(软件扫描),5,(3)打印机:信息转换、调用过程(中断方式),(4)磁盘:信息分布与寻址信息、调用过程(DMA方式)、速度指标和容量指标,第一章 CPU组织,1.1 逻辑组成(模型机),1、CPU数据通路框图(寄存器级),2、结构特点 (1)寄存器 独立结构,可编程:R0R3、PC、SP、PSW,非编程:C、D、IR、MAR、MBR,6,7,8,1.2工作机制,1、基本寻址方式(模型机),寄存器寻址 :R 寄存器间址 :(R),自减型寄存器间址 :(R)、(SP) (用于入栈操作),自增型寄存器间址 :(R)+、(SP)+ (用于出栈操作),立即寻址 :(PC)+ 变址:(R),相对寻址 :(PC),9,2、思路,(2)分清源和目的,确定所采用的寻址方式,源在后,目的在前。,(3)按周期拟定分步流程,(1)了解指令功能,具体完成什么操作,10,3、例题,(1) MOV (SP)+ ,(R1); (2) MOV (R2),(SP); (3) ADD (R0) ,(R3); (4) JMP (R0); (5) JMP (PC); (6) SUB (PC)+,(PC);,11,指令流程在微操作级的具体实现。,1.2.2微命令序列,微命令设置:,(1)数据通路操作,12,1.2.2 微命令的产生方式,1、组合逻辑控制方式,(1)基本思想,综合化简产生微命令的条件,形成相应逻辑式,用组合逻辑电路实现。执行指令时,由组合逻辑电路(微命令发生器)在相应时间发出所需微命令,控制有关操作。,(2)优缺点,(3)应用,用于高速计算机及小规模机器中。,13,2、微程序控制方式,(1)基本思想,注意区分:,产生微命令,控制完成机器指令功能的一步操作。,实现指令系统功能所规定的一种操作。,14,包含若干微指令,解释执行一条机器指令,包含若干机器指令,完成某一特定任务,存放微程序,位于CPU内。,存放工作程序,位于CPU外。,(2)优缺点,(3)应用,用于速度要求不是很高、功能复杂的机器中,特别适用于系列机。,15,1.2.3 时序控制方式,掌握定义、特点、应用场合。,1、同步控制方式,(1)定义:各项操作与统一时序信号同步。,16,2、异步控制方式,申请并控制总线的设备。,响应主设备请求的设备。,17,3、同步方式在实际应用中的变化,(2)总线周期中插入延长周期。,(3)同步方式引入异步应答。,(1)不同指令安排不同时钟周期数。,(扩展同步方式),1.3 运算方法与运算器,1.3.1 运算方法,1、原码一位乘法,18,2、补码一位乘法,19,6、浮点运算,加减法运算过程:,(1)判操作数是否为0。,(3)尾数加/减,20,1.3.2 运算器,硬件组成,21,1.4 其他基本概念,(1)溢出及判断方法、扩展操作码、地址结构、隐地址、显地址等,22,第二章 存储子系统,(1)芯片数:,8片,(2)存储空间安排:,任意连续区间,(3)芯片地址分配与片选逻辑:,4KB:12位地址A11A0,哪几位分配给芯片?哪几位形成片选逻辑?,23,芯片 芯片地址 片选逻辑,1KB 1KB 1KB 1KB,(4)逻辑图,A9 A0 A9 A0 A9 A0 A9 A0,24,芯片 芯片地址 片选逻辑,4KB 2KB 1KB,(4)逻辑图,A11 A0 A10 A0 A9 A0,CS0=A12 CS1=A12A11 CS2=A12A11A10,(3)芯片地址分配与片选逻辑:,7KB:13位地址A12 A0,25,2.2 基本概念,1、存储原理,SRAM:利用双稳态触发器存储信息。,DRAM:利用电容存储电荷存储信息。,2、动态刷新,(1)定义:按所存信息定期向电容补充电荷。,(2)方式:按行读一遍。,26,27,第三章 I/O子系统,3.1 总线与接口的基本概念,1)CPU内总线:CPU芯片内寄存器和算逻部件之间互连的总线。,2)部件内总线:插件板内各芯片之间互连的总线,3)系统总线:计算机系统内各功能部件之间或各插件板之间互连的总线。,28,4)外总线:计算机系统之间,或计算机系统与其他系统之间互连的总线。,(3)按数据传送格式分类,2)异步总线:不采用统一时钟周期划分,根据传送的实际需要决定总线周期长短,以异步应答方式控制总线传送操作。,3)扩展同步总线:以时钟周期为时序基础,允许总线周期中的时钟数可变。,29,30,(1)按数据传送格式划分,(2)按时序控制方式划分,31,(3)按I/O传送控制方式划分,(可采用查询方式),(可插入中断作DMA善后处理),3.2 I/O传送控制机制,32,33,2、中断服务程序入口地址的获取,34,(2)非向量中断方式,将服务程序入口组织在查询程序中;CPU响应时执行查询程序,确定中断源,转入相应服务程序。,35,3、中断接口功能模型,(1)寄存器选择,对接口寄存器寻址,(2)命令字寄存器,接收CPU发向外设的命令。,(4)数据缓冲器,传送数据,实现缓冲。,(3)状态字寄存器,反映设备和接口的运行状态,36,37,4、中断全过程(主机与外设交换信息),(2)发启动命令(送命令字),启动设备。,(3)设备完成工作,申请中断。,(6)中断控制器送出中断号。,38,(9)返回原程序(返回前开中断)。,5、中断接口设计,39,例、某机需扩展两个外中断源。CPU发向两设备的命令字包括启动、停止、读、写等,设备状态包括忙、完成、故障等。两设备共用一个中断类型码(IRQ2)。设计接口,要求两设备能同时启动,并行工作。,(1)接口组成,两设备共用一个接口,设置一个命令字(分两段),一个状态字(分两段),两个缓冲器。,(2)命令字、状态字格式,(3)扩展方法:向量中断+非向量中断方式,两设备公共请求送IRQ2。若IRQ2被响应,则转入IRQ2服务程序,在该程序中设置有两设备服务程序入口。 IRQ2服务程序查询状态字(先查询的设备优先级高),转相应中断处理。,40,41,2、 DMA控制器与接口,42,3、 DMA全过程,43,第四章 主要I/O设备原理,4.1 磁盘,4.1.1 信息分布与寻址信息,44,4.1.2 调用过程(DMA方式),(1)CPU向适配器送出驱动器号、圆柱面号、磁头号、起始扇区号、扇区数等外设寻址信息;向DMA控制器送出传送方向、主存首址、交换量等信息。,(2)适配器启动寻道,并用中断方式判寻道是否正确。,(3)适配器准备好(读盘:扇区缓存满一扇区;写盘:扇区缓存空一扇区),提出DMA请求。,(5)批量传送完毕,适配器申请中断。,(6)CPU响应,调回状态字,作善后处理。,(4)CPU响应,由DMA控制器控制总线,实现传送。,45,4.1.4 主要技术指标,1、容量,2、速度,46,4.2 CRT显示器,4.2.1 显示方式与分辨率,4.2.2 显示缓存VRAM与屏幕显示的对应关系,1、显存内容与容量计算,47,例、分辨率为25行×80列,(2)容量,1)字符方式:一个字节单元存放一个字符编码。,基本容量= 25×802KB,2)图形方式:一位存放一个点(单色)。,例、分辨率为640点×200线,48,2)图形方式,49,4、同步控制,(1)字符方式,50,(2)图形方式,

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