计算机组成原理原理图
计算机组成原理第1章PPT课件
3.数据传输率与数据通路宽度 （1）数据通路宽度: 数据总线一次能并行 传输的数据位数。 （2）数据传输率（带宽）：数据总线每秒 传输的数据量。
总线位数×总线时钟频率
总线带宽 =
8
（B/S）
主存带宽 =？
4.存储容量
1）主存容量
K、M、G、T
1024
指存储单元个数 × 位数。
决定地址位数
存储体
控制线路
数据寄存器 读/写线路
译码器
…………
地址寄存器
…………
存储体: 存放信息的实体。 寻址系统：对地址码译码，选择存储单元。 读/写线路和数据寄存器：完成读/写操作，暂 存读/写数据。 控制线路：产生读/写时序，控制读/写操作。 3）讨论 存储单元读/写原理、存储器逻辑设计
（3） 输入/输出设备 1）功能：转换信息。
换、逻辑控制等功能。
2.典型的硬件系统结构 （1）以总线为基础的系统结构 特点：结构简单、控制方便、扩展容易。
总线
部件 部件 部件
单总线结构 系统总线
CPU
M
接口
I/O
接口 I/O
（2）采用通道或IOP的系统结构 带通道的系统（图1-6）
主机
通道
I/O控制器
I/O
• 规模较小的系统可将通道部件设置在 CPU内部。
1.3.2 计算机的主要性能指标
1.基本字长 指操作数的基本位数。 和运算器、寄存器、总线有关，它影响
计算精度、指令功能。 8 — 16 — 32 — 64位
2. 运算速度 （1）定点/浮点四则运算时间
（2）每秒平均执行的指令条数（MIPS） （3）CPU时钟频率（Hz）
5M 100M 1G 2.0G 3.2G （4）典型程序执行时间 （5）每条指令平均执行周期.事先编制程序 2.事先存储程序 3.自动、连续地执行程序
计算机组成原理(第四版)PPT课件
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4
2.5 术语：存储元、存储单元、存储体、存储 单元地址，有何联系和区别？
存储元：存储一位二进制信息的基本单元电路。
存储单元：由若干存储元组成。一台机器的所有存储 单元长度相同，一般由8的整数倍个存储元构成。
存储体：是存储单元的集合，它由许多存储单元组成， 用来存储大量的数据和程序。
存储器单元地址：计算机在存取数据时，以存储单元 为单位进行存取。为区别不同单元，给每个存储单 元赋予地址，每个存储单元都有一条唯一的字线与 存储单元地址编码对应。
总称为
。
解：记录面号(磁头号)、磁道号(柱面号)、扇区号、 记录块、道密度、位密度、存储密度。
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2.19 某磁盘组有4个盘片，5个记录面。每个记录面的内磁 道直径为22cm，外磁道直径为33cm，最大位密度为1600 位/cm，道密度为80道／cm，转速为3600r/min。求： (1)磁盘组的总存储容量是多少位(非格式化容量)? (2)最大数据传输率是每秒多少字节? (3)请提供一个表示磁盘信息地址的方案。
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21
2.17 欲将10011101写入磁表面存储器中：
(1) 分别画出归零制、不归零制和调频制的写入电流 波形。
(2)改进不归零制(NRZl)的记录原则是见“1”就翻。 即当记录“1”时写电流要改变方向；记录“0”时不 改变方向。画出它的电流波。
(3)改进调频制(MFM)与调频制方式区别在于：FM在 信息元交界处写电流总要改变一次方向；而MFM仅 当连续记录两个“0”时，信息交界处翻转一次；其
解：该机的地址码为18b，字长8b，故该机的主存容 量为218X8b＝28 X 210 X 8 b＝ 256KB，
(1)若每个模板块为32K X 8b，
计算机组成原理 原理图
计算机组成原理原理图武汉理工大学《计算机组成原理》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名: 专业班级: 软件0602指导教师: 田小华工作单位: 计算机学院题目: 静态存储器(6116)电路设计与实现初始条件:1.完成<<计算机组成原理>>课程教学与实验， 2.TDN-CM计算机组成原理教学实验系统要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求)1.掌握存储器的设计目标和功能特点，熟悉SRAM6116的结构特点2.利用SRAM6116和相关的基本电路设计8位地址的存储器电路+3.在TDN-CM实验系统中，用SRAM6116和门电路实现8位地址的存储器电路4.以表格记录在学号加班号为起点的16个地址单元中，分别写入相应的反码5(绘制带开关输入功能的存储器电路连接图，撰写相应的设计报告时间安排:1.第17周周二(08年1223日):全体集中讲解课程设计方法与要求(鉴3-302)2.第18~19周(元月1~7日):分班设计与调试, 撰写课程设计报告指导教师签名: 2008 年元月 7日系主任(或责任教师)签名: 年月日- 1 -武汉理工大学《计算机组成原理》课程设计说明书1.课程设计目的................................................(3) 2.课程设计设备 (3)3.课程设计要求…………………………………………(3)4.课程设计内容…………………………………………(3) 4.1课程设计原理...................................................(3) 4.2课程设计相关芯片简介 (5)4.3 38K×16位SRAM的逻辑框图……………………………(7)5.课程设计总结心得体会 (8)- 2 -武汉理工大学《计算机组成原理》课程设计说明书静态存储器(6116)电路设计与实现1 课程设计目的在计算机组成原理的课程中学到了很多与硬件相关的知识。
计算机组成原理
6. 画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机系统的主要技术指标。
答：计算机硬件组成框图如下：控制器运算器CPU主机存储器输入设备接口输出设备接口外设各部件的作用如下：控制器：整机的指挥中心，它使计算机的各个部件自动协调工作。
运算器：对数据信息进行处理的部件，用来进行算术运算和逻辑运算。
存储器：存放程序和数据，是计算机实现“存储程序控制”的基础。
输入设备：将人们熟悉的信息形式转换成计算机可以接受并识别的信息形式的设备。
输出设备：将计算机处理的结果（二进制信息）转换成人类或其它设备可以接收和识别的信息形式的设备。
计算机系统的主要技术指标有：机器字长：指CPU一次能处理的数据的位数。
通常与CPU的寄存器的位数有关，字长越长，数的表示范围越大，精度也越高。
机器字长也会影响计算机的运算速度。
数据通路宽度：数据总线一次能并行传送的数据位数。
存储容量：指能存储信息的最大容量，通常以字节来衡量。
一般包含主存容量和辅存容量。
运算速度：通常用MIPS（每秒百万条指令）、MFLOPS（每秒百万次浮点运算）或CPI （执行一条指令所需的时钟周期数）来衡量。
CPU执行时间是指CPU对特定程序的执行时间。
主频：机器内部主时钟的运行频率，是衡量机器速度的重要参数。
吞吐量：指流入、处理和流出系统的信息速率。
它主要取决于主存的存取周期。
响应时间：计算机系统对特定事件的响应时间，如实时响应外部中断的时间等。
9. 画出主机框图，分别以存数指令“STA M”和加法指令“ADD M”（M均为主存地址）为例，在图中按序标出完成该指令（包括取指令阶段）的信息流程（如→①）。
假设主存容量为256M*32位，在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下，指出图中各寄存器的位数。
解：主机框图如P13图1.11所示。
（1）STA M指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR，MDR→IR，OP(IR)→CU，Ad(IR)→MAR，ACC→MDR，MAR→MM，WR（2）ADD M指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR，MDR→IR，OP(IR)→CU，Ad(IR)→MAR，RD，MM→MDR，MDR→X，ADD，ALU→ACC，ACC→MDR，WR假设主存容量256M*32位，在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下，ACC、X、IR、MDR寄存器均为32位，PC和MAR寄存器均为28位。
计算机组成原理运算器实验
实验一运算器实验计算机的一个最主要的功能就是处理各种算术和逻辑运算，这个功能要由CPU中的运算器来完成，运算器也称作算术逻辑部件ALU。
本章首先安排一个基本的运算器实验，了解运算器的基本结构，然后再设计一个加法器和一个乘法器。
一、实验目的(1) 了解运算器的组成结构。
(2) 掌握运算器的工作原理。
二、实验设备PC机一台，TD-CMA实验系统一套。
三、实验原理本实验的原理如图1-1所示。
运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A 和暂存器B，三个部件同时接受来自A和B的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM），各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3…S0和CN来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。
如果是影响进位的运算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU零标志。
ALU中所有模块集成在一片CPLD中。
逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，而后面又有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不再赘述。
移位运算采用的是桶形移位器，一般采用交叉开关矩阵来实现，交叉开关的原理如图1-2所示。
图中显示的是一个4×4的矩阵（系统中是一个8×8的矩阵）。
每一个输入都通过开关与一个输出相连，把沿对角线的开关导通，就可实现移位功能，即：(1) 对于逻辑左移或逻辑右移功能，将一条对角线的开关导通，这将所有的输入位与所使用的输出分别相连,而没有同任何输入相连的则输出连接0。
(2) 对于循环右移功能，右移对角线同互补的左移对角线一起激活。
例如，在4位矩阵中使用‘右1’和‘左3’对角线来实现右循环1位。
(3) 对于未连接的输出位，移位时使用符号扩展或是0填充，具体由相应的指令控制。
使用另外的逻辑进行移位总量译码和符号判别。
D[7..0]IN[7..0]图1-1 运算器原理图运算器部件由一片CPLD实现。
计算机组成原理
计算机组成原理—学习总结计算机概述计算机的基本组成:•存储器:实现记忆功能的部件用来存放计算程序及参与运算的各种数据•运算器:负责数据的算术运算和逻辑运算即数据的加工处理•控制器:负责对程序规定的控制信息进行分析,控制并协调输入,输出操作或内存访问•输入设备:实现计算程序和原始数据的输入•输出设备:实现计算结果输出组成的联系:•图一计算机的工作过程:•用户打开程序•系统把程序代码段和数据段送入计算机的内存•控制器从存储器中取指令•控制器分析,执行指令,为取下一条指令做准备•取下一条指令,分析执行,如此重复操作,直至执行完程序中全部指令,便可获得全部指令冯·诺依曼机制:•程序存储•采用2进制计算机系统的体系结构:•图二数据概述数据信息的两种基本方法:•按值表示:要求在选定的进位制中正确表示出数值，包括数字符号，小数点正负号•按形表示:按一定的编码方法表示数据信息的存储单位:• 1KB=2^10B=1024Byte• 1MB=2^20B=1024KB• 1GB=2^30B=1o24MB• 1TB=2^40B=1024GB浮点表示法:公式:N=2^(+-e)*(+-s)说明:•E为阶码它是一个二进制正整数•阶符（Ef）E前的+—为阶码的符号•S称为尾数它是一个二进制正小数•尾符（Sf）S前的+—为尾数的符号•“2”是阶码E的底线R进制表示法:计算机中常用的进制数的表示:进位制二进制八进制十进制十六进制规则逢二进一逢八进一逢十进一逢十六进一基数R=2R=8R=10R=16数码 0、10…70…90…F权2^i 8^i 10^i16^i形式表示 B Q D H 不同进制之间的转化:•十进制与R进制转换:十进制转R进制:整数的转化:“采用除R取余法”，从最后一次除得余数读取.小数部分的转化:“采用乘R取整数”将所得小数从第一次乘得整数读起，就是这个十进制小数所对应的R进制小数R进制转十进制:使用权相加，即将各位进制数码与它对应的权相乘，其积相加，和数即为该R进制数相对应的十进制数•二进制，八进制，十六进制转化:•（二进制八进制）“三位并一位”•（八进制二进制）“一位拆三位”•（二进制十六进制）“四位并一位”•（十六进制二进制）“一位拆四位”•（十六进制八进制）“一位拆两位”•（八进制十六进制）“二位并一位”原码,反码,补码,BCD码:二进制的原码,反码及补码:•真值:一个数的正号用“+”表示,负号用“—”表示,即为该数真值•机器数:以0表示整数的符号,用1表示负数的符号,并且每一位数值也用0,1表示,这样的数叫机器数也叫机器码•原码:数的原码表示在机器中用符号位的0和1表示数的正负号,而其余表示其数本身•反码:•对于正数其反码与原码相同•对于负数其反码与原码的符号位不变数值各位取反即0变1,1变0•补码:•对于正数其补码与原码相同•对于负数补码与原码的符号位不变,数值各位取反,末尾加1原码,反码,补码之间的关系:BCD码:(二→十进制) 用思维二进制代码对一位十进制数进行编码例：(931)10=(1001 0011 0001)2BCD奇偶校验码:0000000001000001000100010 000112001000100 001013001100111 001104010001000 01001二进制四则运算:运算规则:•加法规则:0+0=0;0+1=1+0=1 1+1=1•减法规则:0-0=0;1-0=1;1-1=0;0-1=1•乘法规则:0*0=0;0*1=1*0=0;1*1=1•除法规则:0∕1=0;1∕1=1运算公式:•【X】补+【Y】补=【X+Y】补•【X-Y】补=【X+(-Y)】补=【X】补+【-Y】补逻辑运算:•定义:实现了逻辑变量之间的运算•分类:•逻辑加法(‘或’运算)•逻辑乘法(‘与’运算)•逻辑否定(‘非’运算)逻辑运算:•‘或’:•运算规则:0∪0=0;0∪1=1;1∪0=1;1∪1=1【1—真,0—假】•运算式:C=A∪B 或C=A+B(只有决定某一事件条件中有一个或一个以上成立,这事件才能发生)•‘与’:•运算规则:0∩0=0;0∩1=0;1∩0=0;1∩1=1•运算式:C=A∩B 或C=A－B 或C=A*B(只有决定某一事件的所有事件全部具备,这事才能发生)•‘非’:•运算规则:ō = 1;ī = 0•运算式:C=A(当决定某一事件的条件满足时,事件不发生,反之事件发生)•‘异或’:•运算规则:0异或0=0;0异或1=1;1异或0=1;1异或1=0•运算式:C=A异或B【相同为0,不同为1】逻辑代数常用公式•0-1律:A+0=A;A*0=0•重叠律:A+1=1;A*1=A;A+A=1;A*A=A•互补律:A*(!A)=0;A+(!A)=1•又拾律:!(!A)=A•交换律:A+B=B+A;A*B=B*A•结合律:A+(B+C)=(A+B)+C;A*(B*C)=(A*B)*C•分配率:A*(B+C)=A*B+A*C;A+(B*C)=(A+B)*(A+C)•摩尔定律:!(A+B)=(!A)*(!B);!(A*B)=(!A)+(!B)总线定义:连接计算机各部件之间或各计算机直接的一束公共信息线,它是计算机中传送信息代码的公共途径特点:•同一组总线在同一时刻只能接受一个发送源,否则会发生冲突•信息的发送则可同时发送给一个或多个目的地分类:•传送分类•串行总线二进制各位在一条线上是一位一位传送的•并行总线一次能同时传送多个二进制位数的总线•信息分类•数据总线在中央处理器与内存或I/0设备之间传送数据•地址总线用来传送单元或I/O设备接口信息•控制总线负责在中央处理器或内存或外设之间传送信息•对象位置分类•片内总线指计算机各芯片内部传送信息的通道<I^2C总线,SPL总线,SCI总线> •外部总线微机和外部设备之间总线用了插件板一级互连<ISA总线,EISA总线,PCI 总线>•系统总线微机中各插件与系统板<USB总线,IEEE-488总线,RS-485总线,RS-232 -C总线>总线标准依据:物理尺寸,引线数组,信号含义,功能和时序,工作频率,总线协议中央处理器运算器组成:•算术逻辑单元(ALU)•通用寄存器组(R1 ~Rn)•多路选择器(Mn)•标志寄存器(FR)控制器组成:•时标发生器(TGU)•主脉冲振荡器(MF)•地址形成器(AGU)•程序计数器(PC)•指令寄存器(IR)•指令译码器(ID)总线:•数据总线(DBUS)•地址总线(ABUS)•控制总线(CBUS)CPU运行原理图:CPU主要性能指标:•主频:CPU内部工作的时钟频率,是CPU运算时工作频率•外频:主板上提供一个基准节拍供各部件使用,主板提供的节拍成为外频•信频:CPU作频率以外频的若干倍工作,CPU主频是外频的倍数成为CPU的信频,这CPU 工作频率=信频*外频•基本字长:CPU一次处理的二进制数的位数•地址总线宽度:地址总线宽度(地址总线的位数)决定了CPU可以访问的存储器的容量,不同型号的CPU总线宽度不同,因而使用的内存的最大容量也不一样•数据总线宽度:数据总线宽度决定了CPU与内存输入∕输出设备之间一次数据传输的信息量存储器定义:计算机存储是存放数据和程序的设备分类:•主存储器:也称内存,存储直接与CPU交换信息,由半导体存储器组成•辅助存储器:也称外存,存放当前不立即使用的信息,它与主存储器批量交换信息,由磁带机,磁带盘及光盘组成存储层次:内存与外存的比较:主存辅存类型ROM RAM软盘硬盘光盘造价高高低++低低+速度快快慢++慢慢+容量小+小———断电有无有有有主存:功能:主存储器是能由CPU直接编写程序访问的存储器,它存放需要执行的程序与需要处理的数据,只能临时存放数据,不能长久保存数据组成:•存储体(MPS):由存储单元组成（每个单元包含若干个储存元件,每个元件可存一位二进制数）且每个单元有一个编号,称为存储单元地址（地址）,通常一个存储单元由8个存储元件组成•地址寄存器(MAR):由若干个触发器组成,用来存放访问寄存器的地址,且地址寄存器长度与寄存器容量相匹配（即容量为1K,长度无2^10=1K）•地址译码器和驱动器•数据寄存器(MDR):数据寄存器由若干个触发器组成,用来存放存储单元中读出的数据,或暂时存放从数据总线来的即将写入存储单元的数据【数据存储器的宽度（w）应与存储单元长度相匹配】主要技术指标:•存储容量:一般指存储体所包含的存储单元数量（N）•存取时间(TA):指存储器从接受命令到读出∕写入数据并稳定在数据寄存器（MDP）输出端•存储周期(TMC):两次独立的存取操作之间所需的最短时间,通常TMC比TA长•存取速率:单位时间内主存与外部（如CPU）之间交换信息的总位数•可靠性:用平均故障间隔时间MTBF来描述,即两次故障之间的平均时间间隔高速缓冲存储器:定义:高速缓冲存储器是由存取速率较快的电路组成小容量存储单元,即在内存的基础上,再增加一层称为高速缓冲存储器特点:比主存快5 ~10倍虚拟存储器:它是建立在主存-辅存物理结构基础之上,由附加硬件装置及操作系统存储管理软件组成的一种存储体系,它将主存与辅存的地址空间统一编址,形成一个庞大的存储空间,因为实“际上CPU只能执行调入主存的程序,所以这样的存储体系成为“虚拟存储器”ROM与RAMRAM(随机存储器)可读出,也可写入,随机存取,意味着存取任一单元所需的时间相同,当断电后,存储内容立即消失,称为易失性ROM(只读存储器)•定义:ROM一旦有了信息,不易改变,结构简单,所以密度比可读写存储器高,具有易失性•分类:•固定掩模型ROM（不能再修改）•PROM可编程之读存储器（由用户写入,但只允许编程一次）•EPROM可擦除可编程只读存储器(可用紫外线照射擦除里面内容)•E2PROM电擦除可编程只读存储器（由电便可擦除里面内容）辅存(硬盘)说明:是以铝合金圆盘为基片,上下两面涂有磁性材料而制成的磁盘优点:体积小,重量轻,防尘性好,可靠性高,存储量大,存取速度快,但多数它们固定于主机箱内,故不便携带,价格也高于软盘性能指标:转速,超频性能,缓存,单碟容量,传输模式,发热量,容量,平均等待时间硬盘组成图:注意:在整颗磁碟的第一个磁区特别的重要,因为他记录了整颗磁碟的重要资讯！磁碟的第一个磁区主要记录了两个重要的资讯,分别是：•主要启动记录区(Master Boot Record, MBR)：可以安装启动管理程序的地方,有446 byt es<MBR是很重要的,因为当系统在启动的时候会主动去读取这个区块的内容,这样系统才会知道你的程序放在哪里且该如何进行启动>•分割表(partition table)：记录整颗硬盘分割的状态,有64 bytes磁盘分区表(partition table):利用参考对照磁柱号码的方式来切割硬盘分区！在分割表所在的64 bytes容量中,总共分为四组记录区,每组记录区记录了该区段的启始与结束的磁柱号码. 若将硬盘以长条形来看,然后将磁柱以直条图来看,那么那64 bytes的记录区段有点像底下的图示：上图中我们假设硬盘只有400个磁柱,共分割成为四个分割槽,第四个分割槽所在为第301到400号磁柱的范围.由於分割表就只有64 bytes而已,最多只能容纳四笔分割的记录, 这四个分割的记录被称为主要(Primary)或延伸(Extended)分割槽. 根据上面的图示与说明,我们可以得到几个重点资讯：•其实所谓的『分割』只是针对那个64 bytes的分割表进行配置而已！•硬盘默认的分割表仅能写入四组分割资讯<主要分割与扩展分配最多可以有四条(硬盘的限制)>•这四组分割资讯我们称为主要(Primary)或延伸(Extended)分割槽•扩展分配最多只能有一个(操作系统的限制)•逻辑分割是由扩展分配持续切割出来的分割槽,如果扩展分配被破坏,所有逻辑分割将会被删除•能够被格式化后,作为数据存取的分割槽为主要分割与逻辑分割.扩展分配无法格式化•分割槽的最小单位为磁柱(cylinder)•逻辑分割的数量依操作系统而不同,在Linux系统中,IDE硬盘最多有59个逻辑分割(5号到63号), SATA硬盘则有11个逻辑分割(5号到15号)•当系统要写入磁碟时,一定会参考磁盘分区表,才能针对某个分割槽进行数据的处理总结:•扇区(Sector)为最小的物理储存单位，每个扇区为512 bytes；•将扇区组成一个圆，那就是磁柱(Cylinder)，磁柱是分割槽(partition)的最小单位；•第一个扇区最重要，里面有：(1)主要启动区(Master boot record, MBR)及分割表(partitio n table)，其中MBR 占有446 bytes，而partition table 则占有64 bytes。
计算机组成原理(唐朔飞)CPU结构和功能 PPT
指令1、指令3、 指令 1 与指令 指令存储器和数据存储器分开 6 冲突 指令 、指令 、指令 解决办法 4• 冲突 …… 指令 2 与指令 5 冲突
• 指令预取技术 （适用于访存周期短的情况） 适用于访存周期短的情况）
《计算机组成原理》 计算机组成原理》
2、 控制相关 程序的相近指令之间出现某种关联 、
解决办法 ？
4. 指令的六级流水
t 1
指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 指令 5 指令 6 指令 7 指令 8 指令 9 FI
《计算机组成原理》 计算机组成原理》
取指、指令译码、算操作数地址、取操作数、执行指令、 取指、指令译码、算操作数地址、取操作数、执行指令、写操作数
2
DI FI
3
CO DI FI
IF ID EX WR
流水线速度是原来速度的 3 倍
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
12 13
t
3. 超长指令字
《计算机组成原理》 计算机组成原理》
并行性， 由编译程序 挖掘 出指令间 潜在 的 并行性，将 多条 一条具有 能 并行操作 的指令组合成 一条具有 多个操作码字段 的 超长指令字（可达几百位） 超长指令字（可达几百位） 多个处理部件(EX部件 部件) 采用 多个处理部件 部件
组合逻辑设计 微程序设计 硬连线逻辑
参见 第四篇
存储逻辑
参见 8.4 参见 第六章
2. 中断系统
五、ALU
《计算机组成原理》 计算机组成原理》
8.2 指 令 周 期
一、 指令周期的基本概念
1 . 指令周期 取出并执行一条指令所需的全部时间 指令周期:
计算机组成原理第六章
指令周期的基本概念
节拍的宽度取决于CPU完成一次基本的微操作的时 间，如：ALU完成一次正确的运算，寄存器间的一 次数据传送等。
不同的指令，可能包含不同数目的机器周期。 一个机器周期中，包含若干个时钟周期（节拍脉冲
或T脉冲）。 CPU周期规定，不同的计算机中规定不同
2. 每条指令的指令周期不同
➢译码器经过对指令进行分析和解释，产生相应的控 制信号提供给时序控制信号形成部件。
机器周期、工作节拍、脉冲及启停控制线路
➢由脉冲源产生一定频率的脉冲信号作为整个机器的 时钟脉冲
时序控制信号形成部件
➢时序控制信号形成部件又称微操作信号发生器，真 正控制各部件工作的微操作信号是由指令部件提供 的操作信号、时序部件提供的时序信号、被控制功 能部件所反馈的状态及条件综合形成的。
2. 微操作：是微命令的操作过程。
– 微命令和微操作是一一对应的。 – 微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程。 – 微操作是执行部件中最基本的操作。
由于数据通路的结构关系，微操作可分为相容的和互斥：
1. 互斥的微操作，是指不能同时或不能在同一个节拍内并行执行的 微操作。可以编码
2. 相容的微操作，是指能够同时或在同一个节拍内并行执行的微操 作。必须各占一位
联合控制方式
– 大部分指令在固定的周期内完成，少数难以确定的操作采 用异步方式
– 机器周期的节拍脉冲固定，但是各指令的机器周期数不固 定（微程序控制器采用）
微程序控制原理
1. 微命令：控制部件向执行部件发出的各种控制命令叫作 微命令，它是构成控制序列的最小单位。
– 例如：打开或关闭某个控制门的电位信号、某个寄存器的打入脉 冲等。
读写时序信号的译码逻辑表达式
计算机组成原理
输出Y /OE
二选一 F
F3 F=0000 OVR Cn+4
ALU
S
R Cn
三选一 二选一
Q寄存器
B锁存器 A锁存器 输入D
一组三选一门和 另一组二选一门 用来选择送向 ALU的 S、R输 入端的数据来源 ，包括Q寄存器、 A口、 B口、外 部输入D数据的 8 种不同组合。
B 16个 A A口地址
控制总线
接口
输入设备
输出设备
三. 定点运算器的功能与组成
完成算数与逻辑运算 ALU: 计算出结果及其特征 通用寄存器组: 存放参加运算的数据 和运算结果 (包括标志寄存器) 乘商寄存器: 用于完成硬件乘除法
数据通路(data path)
输出Y /OE
二选一 F
F3 F=0000 OVR Cn+4
输出
Fs
OVR
F1
Z
ALU
C
选通门 选通门
输入 通用寄存器组
选通门
必要完善：
单累加器变多累积器： 两个选通门均变为多路 送0还是送1到ALU处理 接收门送每个累加器。 支持寄存器移位功能： 接收门变为三选一，即 分别接收本位/低位/高 位送来的信息送累加器 与外部部件的入出联系
实现补码加减运算的逻辑电路
送入
Y 它应能接收与送出数据
通用寄存器组 乘商寄存器
选通门
选通门
实现补码加减运算的逻辑电路
输出
Fs
OVR
F1
Z
ALU
C
选通门 选通门
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课程设计任务书
学生姓名：专业班级：软件0602
指导教师：田小华工作单位：计算机学院
题目: 静态存储器(6116)电路设计与实现
初始条件：
1.完成<<计算机组成原理>>课程教学与实验
2.TDN-CM 计算机组成原理教学实验系统
要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1.掌握存储器的设计目标和功能特点，熟悉SRAM6116的结构特点
2.利用SRAM6116和相关的基本电路设计8位地址的存储器电路
3.在TDN-CM+实验系统中，用SRAM6116和门电路实现8位地址的存储器电路
4.以表格记录在学号加班号为起点的16个地址单元中，分别写入相应的反码
5．绘制带开关输入功能的存储器电路连接图，撰写相应的设计报告
时间安排：
1.第17周周二(08年1223日):全体集中讲解课程设计方法与要求（鉴3-302）
2.第18~19周(元月1~7日):分班设计与调试, 撰写课程设计报告
指导教师签名： 2008 年元月 7日
系主任（或责任教师）签名：年月日
目录
1.课程设计目的 (3)
2.课程设计设备 (3)
3.课程设计要求 (3)
4.课程设计内容 (3)
4.1课程设计原理 (3)
4.2课程设计相关芯片简介 (5)
4.3 38K×16位SRAM的逻辑框图 (7)
5.课程设计总结心得体会 (8)
静态存储器(6116)电路设计与实现
1 课程设计目的
在计算机组成原理的课程中学到了很多与硬件相关的知识。
其中课程设计是一个重要的教学实践环节，是教学计划的一个重要组成部分。
在培养自己动手能力和培养创新精神等方面，有着极其重要的作用。
同时，还可以培养严谨的科研作风，利用选修课和计算机组成原理课程的理论知识和实验技能。
在该课程所涉及的工程技术范围内，创造性地完成部件及系统的分析、设计、组装和调试，从而加深对计算机组成原理课程的内容的理解和掌握。
2课程设计设备
TDN-CM+计算机组成原理实验系统,排线若干；
PC微机一台（选配）。
3 课程设计要求
（1）掌握计算机中存储器的功能与结构特点
（2）熟悉静态存储器（6116）的结构特点和功能特性
（3）利用6116设计8K×16位SRAM的逻辑框图
（4）在TDN-CM+ 教学实验系统中，利用各种电路芯片实现存储器的功能
（5）绘制以上8K×16位SRAM的逻辑框图，撰写相应的设计报告
4 课程设计内容
4.1 课程设计原理
存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。
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，然后再由许多存储单元组成一个存储器。
课程设计中所用的存储器数据通路如图1所示。
其中的静态存储器是由一片6116(2K*8)
组成，其数据线接至数据总线，地址线由地址锁存器(74LS273)给出。
地址灯AD0——AD7与地址线相连，显示地址线内容。
数据开关经一个三态门(74LS245)连至数据总线，分时给出地址和数据。
图1 存储器原理图
图2静态存储器电路
因地址寄存器为8位，所以接入6116的地址为A7——A0,而高三位A8——A10接地，所以其实际容量为256字节。
6116有三个控制线：CE(片选线)、OE(读线)、WE（写线）。
当片选有效（CE=0）时，OE＝0时进行读操作，WE＝0时进行写操作。
课程设计时，将T3脉冲接致实验板上时序电路模块的TS3相应插孔中，其脉冲宽度可调，其他电平控制信号由“SWITCH UNIT”单元的二进制开关模拟，其中SW-B为低电平有效，LDAR为高电平有效。
4.2 课程设计相关芯片简介
由图1存储器原理图可知，课程设计中所用到的芯片主要有： 74LS245、74LS273、6116。
4.2.1 74LS245芯片简介
74LS245八双向总线收发器芯片作为输入输出三态门。
74LS245芯片图如图3所示。
74LS245芯片功能表如表1所示。
图3 74LS245芯片图
表1 74LS245功能表
使能方向控制
G DIR
操作
L L
L H
H X
B数据至A总线
A数据至B总线
隔开
4.2.2 74LS273芯片简介
74LS273八d触发器芯片作为锁存器。
74LS273芯片图如图4所示。
图4 74LS273芯片图
功能图如下图5所示：
图5 74LS273功能表
4.2.3 6116芯片简介
4.2.3.1 6116电路结构如图6所示
图6 6116电路结构图4.2.3.2 6116的芯片图如图7所示
图7 6116芯片图
4.2.3.3 6116的功能图如图8所示
图8 6116功能图
4.3 8K×16位SRAM的逻辑框图
4.4 8K×16位静态存储器的实现
上面内容为对8K×16位SRAM的逻辑框图，下面来验证所设计静态存储器的功能。
其步骤主要有写存储器和读存储器
将“STOP”开关置为“RUN”状态、“STEP” 开关置为“STEP”状态，每按动一次微动开关START，T3输出一个单脉冲。
按图9连接实验线路，仔细检查无误后接通电源。
图9 实验接线图
写存储器流程如下：（以向19H号单元写入E6H为例）
读存储器操作流程如下：（以从00号单元读出11数据为例）
将十六个地址单元19H、1AH、1BH、1CH、…、27H、28H，分别写入E6H、E5H、E4H、E3H、…、D8H、D7H；观察读出的结果
数据输入数据输出
地址数据地址数据
1DH E2H 1DH E2H
1EH E1H 1EH E2H
1FH E0H 1FH E0H
20H DFH 20H DFH
21H DEH 21H DEH
22H DDH 22H DEH
23H DCH 23H DCH
24H DBH 24H DBH
25H DAH 25H DAH
26H D9H 26H D9H
27H D8H 27H D8H
28H D7H 28H D7H
29H D6H 29H D6H
2AH D5H 2AH D5H
2BH D4H 2BH D4H
2CH D3H 2CH D3H
5课程设计总结心得体会
通过课程设计以及前面的实验，我学到了很多，特别是将课本上的理论知识应用于实践使我收益很多。
学期即将结束，我们都想快点回家，在这种情况下课程设计可能还有些不完美的地方，但是课程设计的最基本的要求还是已经做到了，达到了课程设计最初的要求：掌握存储器的设计目标和功能特点，熟悉SRAM6116的结构特点，利用SRAM6116和
相关的基本电路设计8位地址的存储器电路。
在TDN-CM+实验系统中，用SRAM61169和门电路实现8位地址的存储器电路，以表格记录在学号加班号位起点的16个地址单元种，分别写入相应的反码，绘制带开关输入功能的存储器电路连接图并撰写相应的设计报告。
还有，通过课程设计以及实验，锻炼了自己的动手能力，实验要求严谨的态度，因为无论是排线的小问题，或者是电路连接方向还是操作的问题都会导前面的所有努力前功尽弃，不得不让自己仔细认真起来，同时也加强了同学之间的相互合作能力和排查故障的分析能力。
参考资料：
(1)白中英，《计算机组成原理》（第三版•网络版），科学出版社，1994
(2)金兰，金波，《计算机组织：原理、分析与设计》（中文版），清华大学出版社，2006
(3)白中英、杨春武等，《计算机组成原理题解、题库与实验》（第三版），科学出版社，2001。