计算机组成原理新3.3'
计算机组成原理课件第三章资料
静态读写存储器(SRAM)：存取速度快 动态读写存储器(DRAM)：存储容量不如DRAM大。
信息工程学院软件工程系 2020/11/12
1、存储位元 2、三组信号线 地址线 数据线
行线 按存储介质分类：磁表面/半导体存储器 按存取方式分类：随机/顺序存取（磁带） 按读写功能分类：ROM，RAM
RAM：双极型/MOS ROM：MROM/PROM/EPROM/EEPROM
按信息的可保存性分类：永久性和非永久性的 按存储器系统中的作用分类：主/辅/缓/控
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目前存储器的特点是：
速度快的存储器价格贵，容量小； 价格低的存储器速度慢，容量大。
在计算机存储器体系结构设计时，我们希望存 储器系统的性能高、价格低，那么在存储器系统设 计时，应当在存储器容量，速度和价格方面的因素 作折中考虑，建立了分层次的存储器体系结构如下 图所示。
信息工程学院软件工程系 2020/11/12
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SRAM芯大多采用 双译码方式，以 便组织更大的存 储容量。采用了 二级译码：将地 址分成x向、y向 两部分如图所示
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存储体（256×128×8）
通常把各个字的同一个字的同一位集成在一个芯片 （32K×1）中，32K位排成256×128的矩阵。8个片子 就可以构成32KB。
门G1关闭，存储器 进行读操作。写操作时， WE=0，门G1开启，门G2 关闭。注意，门G1和G2是 互锁的，一个开启时另一个 必定关闭，这样保证了读时 不写，写时不读。
计算机组成原理—习题解答(第三章)
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第三章 3.10
题解：
⑴ 64K×32位 / 16K×8位 = 4×4 = 16片； ⑵ 见下页； ⑶ 8ms / 128 = 62.5us，刷新周期为62.5us，128个刷新周期； ⑷ 分散式对存储器刷新一遍用时128×0.5us×2=128us，在8ms
题解： 1ms(1000us)内必须刷新64次，每次刷新时间为1/4us ，则1ms内16us用于刷新，比例为1.6%。 或者， 1ms中包含的存取周期数为：1ms/250ns=4000个
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第三章 3.10
A6~0行 A13~7列
A6~0 刷新
A14
A15 -RAS
REF
A6~0 地址 -WE 多路 选择 -RAS0 器
-RAS1
片 选 译 -RAS2 码 器 2:4 -RAS3
-CAS
A6~0 -WE
16KX8 DRAM
16KX8 DRAM
第三章 3.6
3.6若用1M×1位的DRAM芯片构成1M×16位的主存储器 ，芯片内部存储元排列成正方形阵列，其刷新最大间隔时 间为4ms。则采用异步刷新时，两次刷新操作应相隔多长 时间？4ms时间内共需多少个刷新周期？
题解： 刷新定时信号的周期时间为： 4ms/1024 = 3.9us; ； 4ms时间内共需1024个刷新周期。
题解：
(1) 寻址范围=64K / (32/8) = 16K字；存储容量为16K×32bit。 (2) 字地址与字节地址的分配：（大端方式）
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⒍性能价格比C/S
C是指存储器价格： S是存储器的总容量。
4.1.4存储器系统的层次结构 存储大量数据的传统办法是采用如图4-3所示的层次存储结构。
⑴Cache-M•M层次 ⑵M•M-A•M层次
4.2 半导体存储器
半导体读写存储器简称RWM，也称为RAM。具有体积小、速度 快等到优点，按不同 的工艺半导体RAM分为双极型和MOS型 RAM两大类，主要介绍MOS型RAM。
4.2.1 半导体存储器的分类
1
1.RAM
由于随机存取存储器可读可写， 有时它们又被称为可读写存储器。 随机存取存储器分为三类：静态 RAM、动态RAM和非易失性RAM
4.1.3 存储器的主要性能指标
⒈存储容量S
存储容量：主存所能容纳的二进制信息总量。 对于字编址的计算机以字数与字长的乘积来表示容量。 例：某计算机的容量为64K16，表示它有64K个字，字长为16位。 若用字节表示，则可记为128KB。 1K=210=1024 1M=210K=220=1 048 576 1G= 210M=220K=230=1 073 741 824 1T=210G= 220M=230K=240=1 099 511 627 776
Ⅱ 是存储容量逐渐增大。
寄存器有128个字节就很合适； 高速缓存可以是几MB； 主存储器பைடு நூலகம்几十MB到数千MB之间； 磁盘的容量应该是几GB到几十GB； 磁带和光盘一般脱机存放，其容量只受限于用户的预算。
Ⅲ C/S即存储每位的价格逐渐减小。 主存的价格应该是每兆(M)字节几个美元， 磁盘的价格是每兆(M)字节几个美分， 磁带的价格是每吉(G)字节几个美元或更低一些。
计算机组成原理第3章2 加法器与运算部件
所以 Ci = Gi + Pi Ci-1
本地进位、绝对进位
（2）串行进位
条件进位、传递进位
特点：进位信号逐位形成。C1 = G1 + P1C0
设n位加法器 1）逻辑式
C2 = G2 + P2C1
Cn = Gn + PnCn-1
2）结构举例
Gi
Pi
C2 G2 P2 C1 G1 P1 C0 Ai Bi Ai Bi
第二步: 结合时序, 拟定每一步操作所需要的微操作 命令, 并以操作时间表的形式将微命令以及 微命令产生的条件列出来。
第4步是CPU设计过程的关键步骤。
5、形成控制逻辑
如果采用组合逻辑设计方法: 根据第4步的工作, 将微命令产生的条件进行综合、 简化以后, 形成逻辑表达式, 用逻辑电路予以实 现。
3.3 加法器与运算部件
计算机中的算术运算和逻辑运算都用一个 算术、逻辑运算部件ALU(Arithmetic Logic Unit)来实现。 本节内容重点讨论用加法器来实现各种运 算处理。
复杂运算 四则运算 加法运算
加法单元
（本位进位）
Ci
（本位和）
∑i
加法单元 i
一个输入为1时， ∑i为1，Ci为0；
GⅡ
组间： C8 = G8 + P8G7 + P8P7G6 + P8P7P6G5 + P8P7P6P5CI
PⅡ
所以 CⅡ = GⅡ + PⅡCI
3）第3组进位逻辑式
组内： C9 = G9 + P9CⅡ C10 = G10 + P10G9 + P10P9CⅡ C11 = G11 + P11G10 + P11P10G9 + P11P10P9CⅡ
计算机组成原理讲义
计算机组成原理讲义计算机组成原理是一门研究计算机硬件和软件协同工作的学科。
它研究计算机系统的组成、结构、工作原理和设计方法，涉及到计算机的各个层次、各个组成部分和各种操作。
计算机组成原理作为计算机科学和计算机工程的基础课程，对于理解计算机的工作原理和提高计算机系统设计和性能优化具有重要意义。
首先，计算机组成原理涵盖了计算机的硬件组成。
计算机的硬件部分主要包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备和总线等。
中央处理器是计算机的核心部件，又被称为计算机的大脑。
它包括算术逻辑单元（ALU）和控制单元（CU），负责执行指令、算术运算和逻辑运算等。
存储器用于存储数据和指令，分为主存储器（RAM）和辅助存储器（硬盘、固态硬盘等）。
输入输出设备用于与计算机交互，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
总线用于连接计算机的各个组成部分，包括数据总线、地址总线和控制总线等。
了解计算机硬件组成，对于设计和优化计算机系统具有重要意义。
其次，计算机组成原理涉及计算机的工作原理。
计算机的工作原理主要包括数据的表示和存储、指令的执行和流水线技术等。
数据的表示和存储是计算机进行数据处理的基础。
计算机使用二进制表示数据，将数据存储在内存中。
指令的执行是计算机进行计算和逻辑操作的基本单元。
计算机通过解码和执行指令，对数据进行处理。
流水线技术是提高计算机执行效率的一种重要方法。
通过将指令执行分解成多个阶段，可以提高指令的吞吐量。
计算机组成原理对于理解计算机工作原理和提高计算机系统性能具有重要意义。
最后，计算机组成原理涉及计算机的设计方法。
计算机的设计方法包括指令系统的设计、组合逻辑电路的设计和微程序设计等。
指令系统的设计是计算机体系结构的基础，决定了计算机的功能和性能。
组合逻辑电路设计是实现计算机各个功能模块的基础，包括加法器、乘法器、寄存器和控制电路等。
微程序设计是实现指令的执行和控制的基础，将指令分解成微指令并存储在控制存储器中。
计算机组成原理：3.3.2 快速乘法
P 7
其中 Cij Ai B j
阵列乘法器
x Cin y
CSA
C31
C30 C21
C20 C11
C10 C01
C00
FA
FA
FA
FA
Cout
s
C32
FA
C22
FA
C12
FA
C02
C33
FA
C23
FA
C13
FA
C03
CPA
FA FA FA
P7
P6
P5
P4
P3
P2
P1
P0
3.3.3、快速乘法
阵列乘法器总结
对于n位的阵列乘法，需全加器n(n-1)个 最长路径2(n-1)个全加器延时 最后的串行进位可采用先行进位加法器
快速乘法小结
减少位积和加法的次数
对位积进行快速加法
银河—1乘法器实现
采用比较法补码乘的运算规则
采用三位一乘的快速乘法，通过乘法 金字塔一次求和得乘积（浮点操作数
尾数为48位）
3.3.3、快速乘法
2、多操作数加法网络
X1,0 X1,1 ... X1,m-1 X2,0 X2,1 ... X2,m-1 +) Xk,0 Xk,1 ... Xk,m-1 S0 S1
... ...................................
位积 乘法器
————————————————
...
CSA
Cp0 Sp0
CSA
Cp1 Sp1
CSA
Cpm-1 Spm-1
普通并行加法器CPA 三个m位数的真正的和还需将伪加进位Cp i 左移一位后与伪加和Sp i相加求得： S = Sp0 Sp1 ... Spm-1 + 2 * Cp0 Cp1 ... Cpm-1
计算机组成原理（第三版）课后答案
计算机组成原理（第三版）课后答案计算机是⼀种能⾃动地、⾼速地对各种数字化信息进⾏运算处理的电⼦设备。
1．2冯诺依曼计算机体系结构的基本思想是存储程序，也就是将⽤指令序列描述的解题程序与原始数据⼀起存储到计算机中。
计算机只要⼀启动，就能⾃动地取出⼀条条指令并执⾏之，直⾄程序执⾏完毕，得到计算结果为⽌。
按此思想设计的计算机硬件系统包含：运算器、控制器、存储器、输⼊设备和输出设备。
各部分的作⽤见教材：P10—P121．3计算机的发展经历了四代。
第⼀代：见教材P1第⼆代：见教材P2第三代：见教材P2第四代：见教材P21．4系统软件定义见教材：P12—13，应⽤软件定义见教材：P121．5见教材：P14—151．6见教材：P111．7见教材：P6—81．8硬件定义见教材：P9软件定义见教材：P12固件定义见教材：P131．91）听觉、⽂字、图像、⾳频、视频2）图像、声⾳、压缩、解压、DSP1．10处理程度按从易到难是：⽂本→图形→图像→⾳频→视频27/64=00011011/01000000=0.0110110=0.11011×2-1规格化浮点表⽰为：[27/64]原＝101，011011000[27/64]反＝110，011011000[27/64]补＝111，011011000[27/64]反＝110，100100111[27/64]补＝111，1001010002．3 模为：29=10000000002．4 不对，8421码是⼗进制的编码2．5浮点数的正负看尾数的符号位是1还是0浮点数能表⽰的数值范围取决于阶码的⼤⼩。
浮点数数值的精确度取决于尾数的长度。
2．61）不⼀定有N1>N2 2）正确2．7 最⼤的正数：0111 01111111 ⼗进制数：（1－2－7）×27最⼩的正数：1 ⼗进制数：2－7×2－7最⼤的负数：1 ⼗进制数：--2－7×2－7最⼩的负数：0111 10000001 ⼗进制数：--（1－2－7）×272．81）[x]补=00.1101 [y]补=11.0010[x+y]补＝[x]补+[y]补=11.1111⽆溢出x+y= －0.0001[x]补=00.1101 [--y]补=00.1110[x－y]补＝[x]补+[--y]补=01.1011 正向溢出2）[x]补=11.0101 [y]补=00.1111[x+y]补＝[x]补+[y]补=00.0100 ⽆溢出x+y= 0.0100[x]补=11.0101 [--y]补=11.0001[x－y]补＝[x]补+[--y]补=10.0110 负向溢出3) [x]补=11.0001 [y]补=11.0100[x+y]补＝[x]补+[y]补=10.0101 负向溢出[x]补=11.0001 [--y]补=00.1100[x－y]补＝[x]补+[--y]补=11.1101 ⽆溢出X－y=－0.00112．91）原码⼀位乘法|x|=00.1111 |y|=0.1110部分积乘数y n00.0000 0.1110+00.000000.0000+00.111100.11110→00.011110 0.11+00.111101.011010→00.1011010 0.1+00.111101.1010010→00.11010010P f=x f⊕y f=1 |p|=|x|×|y|=0.11010010所以[x×y]原=1.11010010补码⼀位乘法[x]补=11.0001 [y]补=0.1110 [--x]补=11.0001 部分积y n y n+1 00.0000 0.11100→00.00000 0.1110+00.111100.11110→00.011110 0.111→00.0011110 0.11→00.0 0.1+11.000111.00101110[x×y]补=11.001011102）原码⼀位乘法|x|=00.110 |y|=0.010部分积乘数y n00.000 0.010+00.00000.000→00.0000 0.01+00.11000.1100→00.01100 0.0+00.00000.01100 0所以[x×y]原=0.001100补码⼀位乘法[x]补=11.010 [y]补=1.110 [--x]补=00.110部分积y n y n+100.000 1.1100→00.0000 1.110+00.11000.1100→00.01100 1.11→00.001100 1.1所以[x×y]补=0.0011002．101）原码两位乘法|x|=000.1011 |y|=00.0001 2|x|=001.0110部分积乘数 c000.0000 00.00010+000.1011000.1011→000.001011 0.000→000.00001011 00.0P f=x f⊕y f=1 |p|=|x|×|y|=0.00001011所以[x×y]原=1.00001011补码两位乘法[x]补=000.1011 [y]补=11.1111 [--x]补=111.0101部分积乘数y n+1000.0000 11.11110+111.0101111.0101→111.110101 11.111→111.11110101 11.1所以[x×y]补=111.11110101 x×y=--0.000010112）原码两位乘法|x|=000.101 |y|=0.111 2|x|=001.010 [--|x| ]补=111.011 部分积乘数 c 000.000 0.1110+111.011111.011→111.11011 0.11+001.010→000.100011P f=x⊕y f=0 |p|=|x|×|y|=0.100011所以[x×y]原=0.100011补码两位乘法[x]补=111.011 [y]补=1.001 [--x]补=000.101 2[--x]补=001.010 部分积乘数y n+1 000.000 1.0010+111.011111.011→111.111011 1.00+001.010001.00011→000.100011所以[x×y]补=0.1000112.111) 原码不恢复余数法|x|=00.1010 |y|=00.1101 [--|y| ]补=11.0011部分积商数00.1010+11.0011←11.1010+00.110100.0111 0.1←00.1110+11.001100.0001 0.11←00.0010+11.001111.0101 0.110←01.1010+00.110111.0111 0.1100+00.110100.0100所以[x/y]原=0.1100 余数[r]原=0.0100×2—4补码不恢复余数法[x]补=00.1010 [y]补=00.1101 [--y]补=11.0011 部分积商数00.101000.0111 0.1←00.1110+11.001100.0001 0.11←00.0010+11.001111.0101 0.110←10.1010+00.110111.0111 0.1100+00.110100.0100所以[x/y]补=0.1100 余数[r]补=0.0100×2—42）原码不恢复余数法|x|=00.101 |y|=00.110 [--|y| ]补=11.010 部分积商数00.101+11.01011.111 0←11.110+00.11000.100 0.1←01.000+11.01000.010 0.11←00.100+11.01011.110 0.110+00.11000. 100所以[x/y]原=1.110 余数[r]原=1.100×2—3补码不恢复余数法[x]补=11.011 [y]补=00.110 [--y]补=11.010 部分积商数11.01111.100 1.0←11.000+00.11011.110 1.00←11.100+00.11000.010 1.001+11.01011.100所以[x/y]补=1.001+2—3=1.010 余数[r]补=1.100×2—32．121）[x]补=21101×00.100100 [y]补=21110×11.100110⼩阶向⼤阶看齐：[x]补=21110×00.010010求和：[x+y]补=21110×（00.010010＋11.100110）＝21110×11.111000 [x-y]补=21110×（00.010010＋00.011010）＝21110×00.101100 规格化：[x+y]补=21011×11.000000 浮点表⽰：1011，11.000000规格化：[x-y]补=21110×00.101100 浮点表⽰：1110，0.101100 2）[x]补=20101×11.011110 [y]补=20100×00.010110⼩阶向⼤阶看齐：[y]补=20101×00.001011求和：[x+y]补=20101×（11.011110＋00.001011）＝20101×11.101001 [x-y]补=20101×（11.011110＋11.110101）＝20101×00.010011 规格化：[x+y]补=21010×11.010010 浮点表⽰：1010，11. 010010规格化：[x-y]补=21010×00.100110 浮点表⽰：1010，00.1001102．13见教材：P702．141）1.0001011×262）0.110111*×2-62．151）串⾏进位⽅式C1=G1+P1C0G1=A1B1，P1=A1⊕B1C2=G2+P2C1G2=A2B2，P2=A2⊕B2C3=G3+P3C2G3=A3B3，P3=A3⊕B3C4=G4+P4C3G4=A4B4，P4=A4⊕B4C2=G2+P2G1+P2P1C0C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0C4= G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C02．16参考教材P62 32位两重进位⽅式的ALU和32位三重进位⽅式的ALU 2．17C n“1”“1”3.1见教材：P79 3．2 见教材：P833．3与SRAM 相⽐，DRAM 在电路组成上有以下不同之处：1）地址线的引脚⼀般只有⼀半，因此，增加了两根控制线RAS 、CAS ，分别控制接受⾏地址和列地址。
计算机组成原理详解
计算机组成原理详解计算机组成原理是研究计算机系统的组成和工作原理的学科，它涉及计算机硬件和软件的各个方面，包括计算机的组件、功能模块、数据传输和处理等等。
在本文中，我们将详细介绍计算机组成原理的相关知识。
一、计算机的基本组成计算机是由硬件和软件两个部分组成的。
硬件部分包括中央处理器（CPU）、存储器、输入设备、输出设备和各种接口。
而软件部分则包括操作系统、应用软件和系统软件等。
1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机的核心部件，它负责执行计算机的各种指令和数据处理操作。
CPU由控制器和运算器组成，其中控制器负责指令的解码和执行，而运算器负责数据的运算和处理。
2. 存储器存储器用于存储计算机运行时所需的数据和指令。
根据存储介质的不同，存储器可分为主存储器和辅助存储器两种。
主存储器用于存储当前正在执行的程序和数据，而辅助存储器则用于长期存储数据和程序。
3. 输入设备和输出设备输入设备用于向计算机输入数据和指令，常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪等。
而输出设备则用于将计算机处理后的结果展示给用户，如打印机、显示器和音响等。
二、数据传输与控制数据传输是计算机组成原理中的重要内容之一，它指的是计算机内部和外部各个部件之间的数据传输和交换。
计算机通过总线系统实现各个组件之间的通信和数据传输。
1. 内部总线内部总线是计算机内部各个组件之间进行数据传输的通道，包括地址总线、数据总线和控制总线等。
地址总线用于传输指令和数据的地址，数据总线用于传输数据本身，而控制总线则用于传输控制信号。
2. 外部总线外部总线是计算机与外部设备之间进行数据传输的通道，包括系统总线、I/O总线和存储总线等。
系统总线连接CPU、内存和I/O设备，用于传输指令和数据。
I/O总线则用于连接输入设备和输出设备，实现数据的输入和输出。
三、指令的执行过程计算机执行程序的过程可以简化为取指令、译码、执行和存储结果等几个步骤。
具体流程如下：1. 取指令CPU从内存中取出一条指令，并将其存储在指令寄存器中。
计算机组成原理
计算机组成原理计算机组成原理是指计算机由硬件和软件组成的过程和原理。
它涉及了计算机内部各部件的功能和相互关系，以及它们如何协同工作，实现计算、存储和通信等功能的基本原理。
计算机组成原理主要包括指令执行周期、存储器层次结构、总线结构、I/O系统、中央处理单元（CPU）、寄存器以及各种逻辑门电路等基本概念和原理。
计算机组成原理是计算机科学与技术的核心课程之一，它为我们深入了解计算机的工作原理以及如何有效地设计和优化计算机系统提供了重要基础。
指令执行周期是计算机工作的基本单位，它由取指令、指令译码、指令执行、访问存储器、写回数据等若干步骤组成。
存储器层次结构是指计算机系统中不同速度和容量的存储器层级，包括高速缓存、主存储器和辅助存储器等。
各级存储器通过读写控制线和数据线相连，实现数据的传输和存储。
总线结构是计算机内部各部件之间传输数据和控制信号的途径。
它包括数据总线、地址总线和控制总线等，用于在CPU、存储器和I/O设备之间传输数据和控制信息。
I/O系统是计算机与外部设备之间的接口，负责数据的输入输出和设备的管理。
它通过I/O控制器和外设接口等实现计算机与外部设备的通信。
CPU是计算机的核心部件，负责执行程序中的指令。
它由控制单元和算术逻辑单元组成，控制单元负责指令的控制和管理，算术逻辑单元负责进行数据的运算和逻辑判断。
寄存器是CPU内部用于存储数据和指令的临时存储器，包括通用寄存器、指令寄存器、程序计数器等。
逻辑门电路是计算机中最基本的构建单元，包括与门、或门、非门等。
通过逻辑门的组合和连接，可以实现各种逻辑运算和控制功能。
计算机组成原理涉及的其他概念还包括指令集体系结构、流水线技术、中断处理等。
总之，计算机组成原理是计算机科学与技术中的重要基础课程，它为我们理解计算机工作原理、设计高效的计算机系统提供了基础。
通过学习计算机组成原理，我们可以更好地理解计算机的内部结构和原理，为后续的计算机体系结构、操作系统、编译原理等课程奠定坚实的基础。
计算机组成原理第三章(3.1,3.2,3.3,姜,15-春,版5)
图3.4(a) SRAM读周期时序图
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• 各参数意义：
tRC ：对存储芯片进行连续两次读操作时所必须间隔 的（最小）时间；
tAQ ：从给出有效地址，至外部数据总线上稳定地出 现所读出的数据信息所经历的时间。
tEQ：地址信号有效后，从片选有效，至数据稳定地 出现外部总线上所经历的时间。
• 构成存储器的存储介质：目前主要采用半导体器 件和磁性材料。
• 存储器中最小的存储单位就是一个双稳态半导体 电路或一个CMOS晶体管或磁性材料的存储元， 它可存储一个二进制代码。由若干个存储元组成 一个存储单元，再由诸多个存储单元组成一个存 储器。
5
• 存储器的分类：
按存储介质分：
• 半导体存储器：用半导体器件组成的存储器。
• 高速缓冲存储器 （Cache）：高速小容量半导体存储器，是为解决CPU和主存之间 速度不匹配而设置的。用于存放最活跃的程序块和数据。
• 主存和Cache一起构成计算机的内存储器（内存），是CPU能直接访问的存储器。
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总结： ① 通过计算机的多级存储管理，发挥各级存储器
的效能； ② Cache主要强调高速存取速度，以便使存储系
1. CPU对存储器的读/写操作过程：
• 通过地址总线给出地址信号； • 通过控制总线发出读操作或写操作的控制信号； • 在数据总线上进行信息交流。
因此，存储器与CPU连接时，要完成三种 总线的连接：地址线、数据线和控制线；同时， 还须使各种信号的时序与存储器的（固有）读 写周期相配合。
25
2. 主存储器的构成
字节存储单元即存放一个字节的存储单元，相应的地 址称为字节地址。一个机器字可以包含数个字节。
若计算机中可编址的最小单位是字存储单元，则称该 计算机为按字寻址的计算机。
内部存储器计算机组成原理
磁记录或光记录方式
以外设方式连接和访问
内部存储器计算机组成原理
3.1.3 主存储器的技术指标
❖ 存储容量 主存存储容量：以字节B（Byte）为基本单位 半导体存储器芯片：以位b （Bit）为基本单位 存储容量以210＝1024规律表达KB，MB，GB和TB 厂商常以103＝1000规律表达KB，MB，GB和TB
半导体存储器：用半导体器件组成的存储器 磁表面存储器：用磁性材料做成的存储器
★ 按存储方式分
随机存储器：任何存储单元的内容都能被随机存取， 且存取时间和存储单元的物理位置无关
顺序存储器：只能按某种顺序来存取，存取时间和存 储单元的物理位置有关
★ 按存储器的读写功能分：ROM，RAM ★ 按信息的可保存性分：非永久记忆，永久记忆 ★ 按在计算机系统中的作用分：
① 地址线的连接； ② 数据线的连接； ③ 控制线的连接。
内部存储器计算机组成原理
❖ 存储器的技术指标： 存储容量、存取时间、存储周期、存储带宽 存储周期＝存取时间＋延迟时间
☼小常识： 内存：开机－del－CMOS－CasLatency
Time(简写为ＣＬ，通称延迟时间)，其后有 值2,2.5,3
存储器模块条
内部存储器计算机组成原理
动态 RAM 和静态 RAM 的比较
主存
DRAM
SRAM
存储原理
电容
触发器
集成度
高
低
芯片引脚
少
多
功耗
小
大
价格
低
高
速度
慢
快
刷新
有
无
内部存储器计算机组成原理
缓存
3.4 只读存储器和闪速存储器
❖ 只读存储器
计算机组成原理(最新版)
1 2
定点数表示法
约定小数点的位置，表示整数或小数。
浮点数表示法
阶码和尾数表示，用于表示大范围的实数。
3
原码、反码、补码
用于表示有符号整数，解决负数在计算机中的表 示问题。
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非数值数据的表示
ASCII码
用于表示字符型数据，将字符映射为数字编码。
循环冗余校验（CRC）
利用生成多项式为数据添加冗余位，实现错误检测。
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04
运算方法与运算器
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定点数的表示与运算
定点数的表示
定点数是小数点位置固定的数，通常分为定点整数和定点小数。在计算机中，定点数一般采用补码形式表示，正 数的补码与其原码相同，负数的补码是其原码按位取反后加1。
指令格式
计算机指令由操作码和操作数组成，操作码指明操作的性质，如加、减、乘、 除等，操作数则是操作的对象，可以是寄存器、内存单元或立即数等。
寻址方式
寻址方式是指确定操作数有效地址的方式，它与指令系统中的操作码一起决定 操作数的地址。常见的寻址方式有直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器 间接寻址等。
取指周期
从内存中取出指令，并放入指令寄存 器。
分析周期
对指令进行分析，确定操作性质和操 作数地址。
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执行周期
根据分析结果，执行相应的操作。
中断周期
处理中断请求，保存现场信息，转入 中断服务程序。
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微程序控制器的基本思想与工作过程
基本思想
将一条机器指令的功能分解成若干个微 操作，这些微操作按一定顺序执行且能 完成该指令的功能。微操作序列构成了 微程序，多个微程序组成一个微程序库 。每一条机器指令对应一个微程序。
计算机组成原理第三版
计算机组成原理第三版首先，我们来了解一下计算机组成原理的基本概念。
计算机组成原理是指计算机硬件系统的基本组成和工作原理，包括计算机的构成、功能、性能、结构和设计原理等方面的知识。
它主要包括计算机系统的基本组成部分、计算机系统的运行原理、计算机系统的性能指标和计算机系统的设计方法等内容。
通过学习计算机组成原理，可以帮助学生了解计算机硬件系统的基本结构和工作原理，为他们今后的学习和工作打下坚实的基础。
其次，我们将介绍计算机组成原理的主要内容。
计算机组成原理主要包括计算机系统的基本组成部分、计算机系统的运行原理、计算机系统的性能指标和计算机系统的设计方法等内容。
其中，计算机系统的基本组成部分包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备和系统总线等；计算机系统的运行原理包括指令的执行过程、数据的传输过程、中断和异常处理过程等；计算机系统的性能指标包括时钟周期、指令周期、吞吐量和响应时间等；计算机系统的设计方法包括指令系统的设计、存储器系统的设计、输入输出系统的设计和系统总线的设计等。
通过对这些内容的学习，可以帮助学生全面了解计算机系统的基本组成和工作原理，为他们今后的学习和工作提供有力的支持。
最后，我们将介绍计算机组成原理的学习方法和学习技巧。
在学习计算机组成原理的过程中，学生应该注重理论与实践相结合，注重基础与应用相结合，注重知识与能力相结合。
具体来说，学生可以通过听课、做实验、做项目和阅读相关的书籍和论文等方式来学习计算机组成原理；可以通过思考、讨论、练习和总结等方式来提高对计算机组成原理的理解和掌握；可以通过参加比赛、参与项目和实习等方式来提高对计算机组成原理的应用和实践能力。
通过这些学习方法和学习技巧的运用，可以帮助学生更好地掌握计算机组成原理的知识和技能，为他们今后的学习和工作打下坚实的基础。
综上所述，《计算机组成原理第三版》是一本非常优秀的教材，它系统地介绍了计算机组成原理的相关知识，为学生深入理解计算机的工作原理，提高计算机编程和系统设计的能力提供了有力的支持。
计算机组成原理第三版
计算机组成原理第三版计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要课程，它是学生打好计算机基础知识的基础，也是理解计算机运行原理的关键。
本文将对计算机组成原理的一些基本概念和重要内容进行介绍，希望能够帮助读者更好地理解这门课程的内容。
首先，我们来介绍计算机组成原理的基本概念。
计算机组成原理是研究计算机各个硬件组成部分及其工作原理、结构和相互关系的学科。
它包括了计算机的基本组成部分，如中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等，以及它们之间的联系和工作原理。
通过学习计算机组成原理，可以帮助我们更好地理解计算机是如何工作的，从而为我们进一步学习计算机系统结构、操作系统、编译原理等课程打下坚实的基础。
其次，我们将介绍计算机组成原理的一些重要内容。
首先是数字逻辑电路，它是计算机组成原理的基础，是计算机硬件的基本组成部分。
数字逻辑电路包括了各种逻辑门电路、触发器、寄存器、计数器等，它们是计算机内部数据处理的基本单元。
其次是指令系统和CPU的设计，它包括了指令的格式、寻址方式、指令的执行过程等内容，是计算机硬件和软件之间的桥梁。
再次是存储器层次结构，它包括了主存储器、高速缓存存储器、辅助存储器等，是计算机存储数据的重要组成部分。
最后是输入输出系统，它包括了各种输入输出设备和它们与计算机之间的接口和通信方式，是计算机与外部世界进行信息交换的重要途径。
最后，我们来谈谈计算机组成原理的学习方法。
学习计算机组成原理需要我们掌握一定的数学和物理知识，同时也需要我们具备一定的逻辑思维能力和抽象思维能力。
在学习过程中，我们应该注重理论与实践相结合，通过动手实践来加深对理论知识的理解。
同时，我们也要注重学习方法的灵活运用，可以通过阅读教材、参加实验课、做课后习题等多种方式来提高学习效果。
总之，计算机组成原理是一门重要的计算机科学与技术专业的基础课程，它对于我们理解计算机的工作原理、提高计算机编程和系统设计能力都有着重要的作用。
计算机组成原理(第三版)第一章
输出设备：显示器、 打印机、音响等
输入输出接口： USB、HDMI、 VG等
输入输出设备分类 ：输入设备、输出 设备、存储设备等
总线与接口
接口：连接总线和计算机内 部各部件的硬件设备
总线：计算机内部各部件之 间的信息传输通道
总线类型：数据总线、地址 总线、控制总线
接口类型：并行接口、串行接 口、USB接口、PCI接口等
添加标题
1960年代集成电路 计算机出现提高了计 算机的集成度和性能
添加标题
1970年代大规模集 成电路计算机出现提 高了计算机的性能和 可靠性
添加标题
1980年代个人计算 机出现使得计算机进 入家庭和办公室
添加标题
1990年代互联网和 万维网的出现使得计 算机成为信息交流的 重要工具
添加标题
2000年代云计算和大 数据技术的出现使得计 算机成为数据处理和分 析的重要工具
计算机组成原理(第三版) 第一章大纲
汇报人：
目录
添加目录标题
01
计算机系统概述
02
计算机硬件组成
03
计算机软件组成
04
计算机中的信息表示
05
添加章节标题
计算机系统概述
计算机的发展历程
添加标题
1946年第一台电子 计算机ENIC诞生
添加标题
1950年代晶体管计 算机出现提高了计算 机的性能和可靠性
数据校验码
校验码的作用： 检测数据传输 过程中的错误
校验码的类型： 奇偶校验码、 海明码、循环 冗余校验码等
校验码的生成 方法：根据数 据位生成校验
位
校验码的应用： 数据传输、数 据存储等领域
感谢您的观看
汇报人：
计算机组成原理实用教程(第三版)
第二章
计算机中的数码系统(15)
例1，已知 X=－0.6954，求[X]补= ? X=-0.10110010 [X]原=1.10110010 [X]补=1.01001110 例2，已知 X=－210，求[X]补= ? X=-11010010 [X]原=1110110010 [X]补=100101110 ③已知 [X]补，求[X]原方法 对于正数：[X]原=[X] 补 对于负数：[X]原=[[X]补]补
第二章
计算机中的数码系统⑴
一、数据的表示方法
• 计算机中可使用的数据分为两大类：数值数据、 符号数据（非数值数据）。 • 数值数据用来表示数量的多少，通常带有符号位； • 符号数据用来表示各种符号，包括26个字母， 0～9，标点符号（， 。 、 ； ” ！ ？ < > 等） 及一些专门符号（＋ － * / = % $ @ 等），汉 字，图形，语音 1、符号数据的表示方法 计算机使用最多的符号数据是字符和字符串。字符在 计算机中通常用8位二进制数来表示，构成一个字节。 采用最广泛的是ASCII码，它采用7位二进制数，可构 成128种编码。
第二章
计算机中的数码系统(20)
例2：若X=Βιβλιοθήκη 0.10010111×2+110，该浮点数在机内采用 如下格式： X=+110，-0.10010111 [X]原=0110，1.10010111 [X]反=0110，1.01101000 [X]补=0110，1.01101001
第二章
计算机中的数码系统 ⑾
2、补码表示法 补码表示法是根据数学上的同余概念引申而来。 假定有两个数a和b，若用某一个整数m去除，所得的余 数相同，就称a,b两个数对m是同余的。且记作： a≡b (mod m) 假设X,Y,Z三个数，满足下列关系：Z=nX+Y (n为整数), 则称Z和Y对模X是同余的，记作： Z≡Y (mod X) X≡0 (mod X) 例：假设时钟正指向10点整，但当前时间为6点整，为 校正时钟，可顺时针拨8小时(+8)，或逆时针拨4小时 (-4)，这说明对时钟来讲，＋8和－4是等效的，这是 因为时钟以“12”为模。 10＋8＝18≡6 (mod 12) 10-4=10+[(-4)+12]=10+8≡6 (mod 12)
计算机组成原理第三版教学大纲
计算机组成原理第三版教学大纲课程概述计算机组成原理是计算机专业的一门重要课程，它是为了让学生了解计算机系统的结构、功能和运行原理。
本课程主要围绕计算机系统的层次结构，从硬件、指令系统、系统软件等方面介绍计算机的结构及其工作原理。
通过本次课程的学习，学生将掌握计算机组成原理的基本知识，为进一步学习计算机体系结构、操作系统、编译原理等课程奠定基础。
教学目标本课程的主要教学目标是：•了解计算机系统的概念及发展历程；•掌握计算机硬件系统的基本组成和工作原理；•理解计算机指令系统的结构和功能；•掌握计算机系统软件的基本概念和组成；•能够运用所学知识，分析计算机系统的结构和工作原理。
教学大纲第一章课程介绍（2学时）•课程简介•计算机系统层次结构•计算机硬件历史与发展第二章计算机系统硬件介绍（12学时）•计算机基本硬件组成•CPU、存储器、I/O 设备的组成和工作原理•外部设备的接口标准•总线的结构和功能第三章计算机指令系统（10学时）•指令系统的概念和作用•指令格式和操作码•指令寻址方式•控制指令第四章计算机系统软件介绍（8学时）•操作系统的定义和功能•嵌套式操作系统、实时操作系统•编译程序、解释程序的概念•计算机系统可靠性和可用性第五章计算机性能评价（6学时）•计算机性能指标•测量与评价方法•提高计算机性能的常用技术教学方式本课程采用理论讲授与实验相结合的教学模式。
理论讲授包括课堂教学和翻转课堂，实验内容包括计算机硬件原理的实验以及操作系统和编译程序的实验。
在理论讲授中，将注重实际应用和工程案例的讲解，同时借鉴网络上优秀的教学资源，以教师主导为主。
在实验环节中，学生将运用教学实验室的设施，在教师的指导下参与实验操作，从而加深对理论知识的理解和运用。
教学评价本课程的评价方式包括学生平时作业、实验报告、课堂测试和期末考试。
其中，学生平时作业占比10%，实验报告占比20%，课堂测试占比30%，期末考试占比40%。
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• 练习：课本101页，习题1、2。
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* 六、高级的DRAM结构 • FPM DRAM：快速页模式动态存储器，它是根据 程序的局部性原理来实现的。读周期和写周期中， 为了寻找一个确定的存储单元地址，首先由低电 平的行选通信号RAS确定行地址，然后由低电平 的列选信号CAS确定列地址。下一次寻找操作， 也是由RAS选定行地址，CAS选定列地址，依此 类推，如下图所示。
解：所需芯片数d=（2M×8）/（1M×4） =4(片)
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4、存储器模块条
• 存储器通常以插槽用模块条形式供应市场。这种 模块条常称为内存条，它们是在一个条状形的小 印制电路板上，用一定数量的存储器芯片，组成 一个存储容量固定的存储模块。如图所示。
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五、存储器容量的扩充 1、字长位数扩展
给定的芯片字长位数较短，不满足设计要求的 存储器字长，此时需要用多片给定芯片扩展字长 位数。三组信号线中，地址线和控制线公用而数 据线单独分开连接。
d=设计要求的存储器容量/选择芯片存储 器容量 [例1] 利用1M×4位的SRAM芯片，设计一个 存储容量为1M×8位的SRAM存储器。 解：所需芯片数量=(1M×8)/(1M×4)=2片
解：所需芯片数d=（2M×8）/（1M×8） =2(片)
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• 例4：用16K×8位的芯片组成64K×8位的存储 器 。此时位数一致，仅在字向扩充，需由片选信 号来区分各片地址。
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• 3.字位同时扩展 一个存储器的容量假定为M×N 位，若使用 l×k位的芯片（l<M，k<N），需要在字向 和位向同时进行扩展。此时共需要 （M/l）×（N/k）个存储器芯片。 [例5]利用1M×4位的DRAM芯片设计2M×8位的 DRAM存储器.
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• 分散式刷新：把一个存储系统周期tc分为两半，周 期前半段时间tm用来读/写操作或维持信息，周期后 半段时间tr作为刷新操作时间。这样，每经过128个 系统周期时间，整个存储器便全部刷新一遍。
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• 异步式刷新方式是前两种方式的结合。
• 思考：此方式下的刷新模式是怎样的？
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[例5] CDRAM内存条组成实例。
一片CDRAM的容量为1M×4位，8片这样的芯片可 组成1M×32位4MB的存储模块，其组成如下图所示。
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七、DRAM主存读/写的正确性校验 DRAM通常用做主存储器，其读写操作的正确 性与可靠性至关重要。为此除了正常的数据位宽 度，还增加了附加位，用于读/写操作正确性校验。 增加的附加位也要同数据位一起写入DRAM中保 存。其原理如图所示。
计算机系统中的CPU使用的是系统时钟， SDRAM的操作要求与系统时钟相同步，在系统时 钟的控制下从CPU获得地址、数据和控制信息。 换句话说，它与CPU的数据交换同步于外部的系 统时钟信号，并且以CPU/存储器总线的最高速度 运行，而不需要插入等待状态。其原理和时序关 系见下一页图和动画。
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• 例1：对128行×128列的矩阵存储器进行刷 新，刷新周期为2ms。假设读/写周期为 0.5us，刷新一行的时间和读/写周期相同。 试分析不同刷新方式下的时间分配。
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1、集中式刷新：在整个刷新间隔内，前一段时间重 复进行读/写周期或维持周期，等到需要进行刷新操 作时，便暂停读/写或维持周期，而逐行刷新整个存 储器，它适用于高速存储器。
• 例3: P72图3.7所示的DRAM有1024行，如 果刷新周期为8ms，则每一行必须每隔 8ms÷1024=7.8us进行一次。
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例4： 说明1M×1位DRAM片子的刷新方法， 刷新周期定为8ms 。
解：如果选择一个行地址进行刷新， 刷新地址为 A0—A8，因此这一行上的2048个存储元同时进 行刷新，即在8ms内进行512个周期的刷新。按照 这个周期数，512×2048＝1 048 567，即对1M 位的存储元全部进行刷新。刷新方式可采用：在 8ms中进行512次刷新操作的集中刷新方式，或按 8ms÷512＝15.5μs刷新一次的异步刷新方式。
3.3 DRAM存储器
1. DRAM存储位元的记忆原理 * 2. DRAM芯片的逻辑结构（重点） 3. 读/写周期 * 4. 刷新周期（重点） * 5. 存储器容量的扩充（重点） 6. 高级的DRAM结构 7. DRAM主存读写的正确性校验
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3.3 DRAM存储器
一、DRAM存储位元的记忆原理 SRAM存储器的存储位元是一个触发器， 它具有两个稳定的状态。而DRAM存储器的 存储位元是由一个MOS晶体管和电容器组 成的记忆电路，如图3.6所示。
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• 例2：刷新周期为8ms的内存来说，所有行的 集中式刷新必须每隔8ms进行一次。为此将 8ms时间分为两部分：前一段时间进行正常的 读/写操作，后一段时间（正常读/写周期时间 结束至8ms ）做为集中刷新操作时间（死时 间）。此时，正常的读写操作停止，数据线被 封锁。等所有行刷新结束后，又开始正常的读 写周期。
（1）增加了行地址锁存器和列地址锁存器。 采取分时传送地址码。 （2）增加了刷新计数器和相应的控制电路。 DRAM读出后必须刷新，而未读写的存储元 也要定期刷新，而且要按行刷新，所以刷新 计数器的长度等于行地址锁存器。
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三、读/写周期
• 读周期、写周期的定义是从行选通信号RAS下降 沿开始，到下一个RAS信号的下降沿为止的时间， 也就是连续两个读周期的时间间隔。通常为控制 方便，读周期和写周期时间相等。
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• 例2：用8K×1的芯片组成8K×8的存储器。此时 存储器的字数与存储器芯片字数一致，只加大字 长即可，对芯片没有选片要求。
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2、字存储容量扩展 • 给定的芯片存储容量较小（字数少），不 满足设计要求的总存储容量，此时需要用 多片给定芯片来扩展字数。所需芯片数仍 由“d=设计要求的存储器容量/选择芯片存 储器容量”决定。 [例3]利用1M×8位的DRAM芯片设计2M×8位的 DRAM存储器
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四、 刷新周期
• DRAM存储位元是基于电容器上的电荷量存储， 这个电荷量随着时间和温度而减少，因此必须定 期地刷新，以保持它们原来记忆的正确信息。 • 动态MOS存储器采用“读出”方式进行刷新。从 上一次对整个存储器刷新结束到下一次对整个存 储器全部刷新一遍为止，这一段时间间隔叫刷新 周期。 • 常用的刷新方式有三种，一种是集中式，另一种 是分散式，第三种是异步式。
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• CDRAM带高速缓冲存储器（cache）的动态存储器， 它是在通常的DRAM芯片内又集成了一个小容量的 SRAM，从而使DRAM芯片的性能得到显著改进。如 图所示出1M×4位CDRAM芯片的结构框图，其中 23
• SDRAM同步型动态存储器
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二、DRAM芯片的 逻辑结构
图3.7(a)示出1M×4位 DRAM芯片的管脚 图，其中有两个电 源脚、两个地线脚， 为了对称，还有一 个空脚（NC）。
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图3.7 （b）是该芯片的逻辑结构图
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与SRAM不同的是：