计算机组成原理第四章
计算机组成原理第4章指令系统课件
4.2 指令的格式
4.2.1 指令的编码格式
操作码OC
AC1
AC2
（1）把保存操作前原来操作数的地址称为源点地址(SS)， 把保存指令执行结果的地址称为终点地址或目的地址(DD)。
（2）将源点与终点操作数进行操作码规定的操作后，将 结果存入终点地址。通常二地址指令又称为双操作数指令。
ADD R0，R1表示将R0寄存器的内容和R1寄存器的内容相加以
5 异或XOR
XOR指令对两个操作数进 行按位异或运算。
4.4 指令的种类
4.4.4 移位、循环类指令
CF
位移指令SAL/SHL操作示意图
CF
SAR操作示意图
CF 0
SHR操作示意图
4.4 指令的种类
4.4.4 移位、循环类指令
不带进位标志的循环左移指令ROL MSB 操作数 LSB
CF
不带进位标志的循环右移指令ROR MSB 操作数 LSB
例如：在IBM-PC指令系统中
MOV
AX，05FFH
4.3 寻址方式
4.3.2 常用的寻址方式
2.直接寻址方式
（1）含义： 是指地址字段直接指明操作数在存储器内的位置的寻址 方法。即形式地址等于有效地址。 （2）优缺点： A、优点：简单，不需要进行加法运算。 B、缺点：地址空间指令地址字段长度的限制。
4.2 指令的格式
4.2.3 指令助记符
通常采用一些符号来代表二进制数据，这些符号即指 令助记符。
指令助记符 ADD SUB MUL DIV
助记符示例
含义
指令助记符
相加
AND
相减
OR
相乘
LOAD
相除
STORE
计算机组成原理第四章存储系统(一)(含答案)
第四章、存储系统（一）4.1 存储系统层次结构随堂测验1、哈弗结构（Harvard Architecture）是指（）（单选）A、数据和指令分别存放B、数据和指令统一存放C、指令和数据分时存放D、指令和数据串行存放2、如果一个被访问的存储单元，很快会再次被访问，这种局部性是（）（单选）A、时间局部性B、空间局部性C、数据局部性D、程序局部性3、下列关于存储系统层次结构的描述中正确的是（）（多选）A、存储系统层次结构由Cache 、主存、辅助存储器三级体系构成B、存储系统层次结构缓解了主存容量不足和速度不快的问题C、构建存储系统层次结构的的原理是局部性原理D、构建存储系统层次结构还有利于降低存储系统的价格4、下列属于加剧CPU和主存之间速度差异的原因的是（）（多选）A、由于技术与工作原理不同，CPU增速度明显高于主存增速率B、指令执行过程中CPU需要多次访问主存C、辅存容量不断增加D、辅存速度太慢5、下列关于局部性的描述中正确的是（）（多选）A、局部性包括时间局部行和空间局部性B、局部性是保证存储系统层次结构高效的基础C、顺序程序结构具有空间局部性D、循环程序结构具有时间局部性4.2 主存中的数据组织随堂测验1、设存储字长为64位,对short 变量长度为16位，数据存储按整数边界对齐，关于short 变量j 在主存中地址的下列描述中正确的是（）（此题为多选题）A、j的物理地址mod 8 = 0B、j的物理地址mod 8 = 1C、j的物理地址mod 8 = 2D、j的物理地址mod 8 = 32、设存储字长为64位,对char 变量长度为8位，数据存储按整数边界对齐，关于char 变量j 在主存中地址的下列描述中正确的是（）（此题为多选题）A、j的物理地址mod 8 = 0B、j的物理地址mod 8 = 1C、j的物理地址mod 8 = 2D、j的物理地址mod 8 = 33、下列关于大端与小端模式的描述中，正确的是（）（此题为多选题）A、大端模式(Big-endian)是指数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址中B、小端模式(Little-endian)是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位保存在内存的高地址中C、0x12345678 按大端模式存放时，其所在存储单元最低字节单元存放的数据是0x12D、0x12345678 按小端模式存放时，其所在存储单元最高字节单元存放的数据是0x124、下列关于存储字长的描述中正确的是（）（此题为多选题）A、主存一个单元能存储的二进制位数的最大值B、存储字长与所存放的数据类型有关C、存储字长等于存储在主存中数据类型包含的二进制位数D、存储字长一般应是字节的整数倍5、某计算机按字节编址，数据按整数边界存放，可通过设置使其采用小端方式或大端方式，有一个float 型变量的地址为FFFF C000H ,数据X = 12345678H，无论采用大端还是小段方式，在内存单元FFFF C001H，一定不会存放的数是（）（此题为多选题）A、12HB、34HC、56HD、78H4.3 静态存储器工作原理随堂测验1、某计算机字长16位，其存储器容量为64KB，按字编址时，其寻址范围是（）（单选）A、64KB、32KBC、32KD、64KB2、一个16K*32位的SRAM存储芯片，其数据线和地址线之和为（）（单选）A、48B、46C、36D、39。
计算机组成原理完整第4章PPT课件
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2021/6/9
4.3 指令和数据的寻址方式
在存储器中，操作数或指令字写入或读出的方式， 有地址指定方式、相联存储方式和堆栈存取方式。
当采用地址指定方式时，寻找指令或操作数有效 地址的方式 指令寻址
顺序寻址 跳跃寻址
操作数寻址
PC存放下一条指令的地址
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跳跃寻址
目标地址－＞PC
当程序中出现分支或循环时，就会改变程序的执 行顺序。此时对指令寻址就要采取跳跃寻址方式。
所谓跳跃，就是指下条指令的地址不是通过程序 计数器PC当前值获得的，而是由指令本身给出。
跳跃的处理方式是重新修改PC的内容。然后进入 取指令阶段。
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4.2.2 地址码(AC)
(3)二地址指令 (A1) OP (A2) -> A1
(4)三地址指令 (A1) OP (A2) -> A3
A1为被操作数地址，也称源操作数地址； A2为操作数地址，也称终点操作数地址； A3为存放结果的地址。 A1，A2，A3可以是内存中的单元地址，也可以是运算器
n=2L 定长指令、变长指令（固定位数和可变位数）
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4.2.2 地址码(AC)
地址码通常指定参与操作的操作数的地址或操作数本身 地址码包括被操作数，操作数，操作结果
三地址格式 操作码
二地址格式 操作码
一地址格式 零地址格式
操作码 操作码
Ａ1
Ａ2
Ａ3
Ａ1
Ａ2
Ａ1
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《计算机组成原理》教程第4章指令系统
4
二 指令的格式
即指令字用二进制代码表示的结构形式
包括 操作码：操作的性质 操作码 地址码：操作数（operand）的存储位置,即参加操作的 operand , 地址码 数据的地址和结果数的地址
操作码域（op） 地址码域（addr）
5
1.操作码 操作码
指令的操作码表示该指令应进行什么性质的操作。 组成操作码字段的位数一般取决于计算机指令系统的 规模。 固定长度操作码：便于译码，扩展性差 . 可变长度操作码：能缩短指令平均长度 操作码的的位数决定了所能表示的操作数,n位操 作码最多表示2n种操作
(2)． 堆栈工作过程 ．
（一）进栈操作 ① 建立堆栈，由指令把栈顶地址送入SP，指针 指向栈顶。 ② 进栈：(A)→Msp, (sp)-1→SP ；Msp:存储 器的栈顶单元 （二）出栈操作 （SP）+1→SP, (Msp)→A
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五.指令类型
一个较完善的指令系统应当包括: 数据传送类指令： 例）move、load、store等 算术运算类指令： 例）add、sub、mult、div、comp等 移位操作类指令： 例） shl，shr，srl，srr 逻辑运算类指令： 例）and、or、xor、not等 程序控制类指令： 例）jump、branch、jsr、ret、int等 输入输出指令： 例）in、out等 字符串类指令： 例）如alpha中cmpbge、inswh、extbl等 系统控制类指令： 例）push、pop、test等
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10) *段寻址方式 段寻址方式 Intel 8086 CPU中采用了段寻址方式（基址寻址的特例）。 由16位段寄存器和16位偏移量产生20位物理地址 11)*自动变址寻址 自动变址寻址 指在变址方式中,每经过一次变址运算时,都自动改变变址寄存 器的内容,以后在PDP-11中详讲.
计算机组成原理-第4章_指令系统
7. 段寻址方式(Segment Addressing)
方法：E由段寄存器的内容加上段内偏移地址而形成。
应用：微型机采用段寻址方式，20位物理地址为16位 段地址左移四位加上16位偏移量。
分类：① 段内直接寻址； ② 段内间接寻址； ③ 段间直接寻址； ④ 段间间接寻址；
9 堆栈寻址方式
堆栈：是一组能存入和取出数据的暂时存储单元。
*** 指令字长度
概念 指令字长度（一个指令字包含二进制代码的位数） 机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数。 单字长指令 半字长指令 双字长指令
多字长指令的优缺点
优点提供足够的地址位来解决访问内存任何单元的寻址问题 ； 缺点必须两次或多次访问内存以取出一整条指令，降低了CPU的运 算速度，又占用了更多的存储空间。
*** 指令系统的发展与性能要求
*** 指令系统的发展
指令：即机器指令，要计算机执行某种操作的命令。
指令划分：微指令、机器指令和宏指令。
简单
复杂
指令系统：一台计算机中所有指令的集合；是表征
计算机性能的重要因素。
系列计算机：基本指令系统相同、基本体系结构相同 的一系列计算机。
*** 对指令系统性能的要求
（2）立即数只能作为源操作数，立即寻址主要用来给寄存 器或存储器赋初值。以A～F开头的数字出现在指令中时，前 面要加0。
（3）速度快（操作数直接在指令中，不需要运行总线周期）
（4）立即数作为指令操作码的一部分与操作码一起放在代 码段区域中。
（5）指令的长度（翻译成机器语言后）较长，灵活性较差。
【例】MOV AX， 10H 执行后（AX）=？ 其中：这是一条字操作指令，源操作数为立即寻址 方式，立即数为0010H，存放在指令的下两个单元。
(完整word版)计算机组成原理(蒋本珊)第四章
第四章１．证明在全加器里，进位传递函数。
解：并行加法器中的每一个全加器都有一个从低位送来的进位和一个传送给较高位的进位。
进位表达式为欲证明，也就是要证明用卡诺图法，图４-１０（a）和４-１０（b）分别是两个逻辑表达式的卡诺图。
两个卡诺图相同，两个逻辑表达式就相等，则进位传递函数的两种形式相等。
２．某加法器采用组内并行、组间并行的进位链，４位一组，写出进位信号C６的逻辑表达式。
３．设计一个９位先行进位加法器，每３位为一组，采用两级先行进位线路。
４．已知X 和Y ，试用它们的变形补码计算出X ＋Y ，并指出结果是否溢出。
（１）X ＝０．１１０１１，Y ＝０．１１１１１（２）X ＝０．１１０１１，Y ＝－０．１０１０１（３）X ＝－０．１０１１０，Y ＝－０．００００１（４）X ＝－０．１１０１１，Y ＝０．１１１１０５．已知X 和Y ，试用它们的变形补码计算出X －Y ，并指出结果是否溢出。
（１）X ＝０．１１０１１，Y ＝－０．１１１１１（２）X ＝０．１０１１１，Y ＝０．１１０１１（３）X ＝０．１１０１１，Y ＝－０．１００１１（４）X ＝－０．１０１１０，Y ＝－０．００００１9７．设下列数据长８位，包括１位符号位，采用补码表示，分别写出每个数据右移或左移２位之后的结果。
（１）０．１１００１００（２）１．００１１００１（３）１．１１００１１０（４）１．００００１１１８．分别用原码乘法和补码乘法计算X ×Y 。
（１）X ＝０．１１０１１，Y ＝－０．１１１１１（２）X ＝－０．１１０１０，Y ＝－０．０１１１０（２）X ×Y ＝０．０１０１１０１１００，过程略。
９．根据补码两位乘法规则推导出补码３位乘法的规则。
解：先根据补码１位乘法推出补码２位乘法规则，再根据补码２位乘法推出补码３位乘法规则。
１０．分别用原码和补码加减交替法计算X ÷Y 。
（１）X ＝０．１０１０１，Y ＝０．１１０１１（２）X ＝－０．１０１０１，Y ＝０．１１０１１（３）X ＝０．１０００１，Y ＝－０．１０１１０（４）X ＝－０．１０１１０，Y ＝－０．１１０１１１１．设浮点数的阶码和尾数部分均用补码表示，按照浮点数的运算规则，计算下列各题：１２．设浮点数的阶码和尾数部分均用补码表示，按照浮点数的运算规则，计算下列各题：１３．用流程图描述浮点除法运算的算法步骤。
计算机组成原理第4章
本章学习要求
• 掌握：定点补码加法和减法运算方法 • 理解：3种溢出检测方法 • 理解：补码移位运算和常见的舍入操作方法 • 了解：串行加法器与并行加法器 • 理解：进位产生和进位传递 • 掌握：定点原码、补码乘法运算方法 • 掌握：定点原码、补码加减交替除法运算方法 • 理解：浮点加减乘除运算 • 理解：逻辑运算 • 了解：运算器的基本结构及浮点协处理器
第4章 数值的机器运算
设操作数信号为4、3、2、1、（最低 位信号为1）。向最低位进位的信号为C0、 Gi、Pi 分别是各位的进位产生函数和进位 传递函数。
（1）完善第4位先行进位信号的逻辑表达 式。 C4=G4+P4G3+……
（2）基于操作数，试述表达式中各项的 实际含义。
第4章 数值的机器运算
[-Y]补=[[Y]补]变补
第4章 数值的机器运算
2.补码减法（续）
“某数的补码表示”与“变补”是两个不 同的概念。一个负数由原码转换成补码时，符 号位是不变的，仅对数值位各位变反，末位加 “1”。而变补则不论这个数的真值是正是负， 一律连同符号位一起变反，末位加“1”。[Y]补 表示的真值如果是正数，则变补后[-Y]补所表示 的真值变为负数，反之亦然。
第4章 数值的机器运算
16位单级先行进位加法器
S1 6～S1 3
S1 2～S9
S8～S5
S4～S1
C16 4位CLA C12 4位CLA C8 4位CLA C4 4位CLA
加法器
加法器
加法器
加法器
C0
A1 6～A1 3
A1 2～A9
B1 6～B1 3
B1 2～B9
A8～A5 B8～B5
计算机组成原理第4章(4.1,4.2,4.3,4.4,姜,19-春,版5)
• 为便于硬件实现，一般要求多字节数据在存储器 中采用“对准边界”的方式存储。不合要求则用 空白字节代替。
• 图示为字长32位计算机中数据按对准边界方式在 存储器中的存放示例。
直接（绝对）：转移地址=形式地址 相对：转移地址=（PC）+形式地址 间接：转移地址=（形式地址）
0
源寄存器
目标寄存器
[解]： ① 单字长二地址指令。 ② 操作码字段OP可以指定128条指令。 ③ 源寄存器和目标寄存器都是通用寄存器（可分别指定16个）， 所以是RR型指令，两个操作数均在寄存器中。 ④ 这种指令结构常用于算术逻辑运算类指令。
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[例2] 指令格式如下所示，OP为操作码字段，试分析指令格式特点。
31
存储器
（十进制）地址
字（地址0）
0
字（地址4）
4
半字（地址10）
半字（地址8）
8
字节（地址15） 字节（地址14）
半字（地址12）
12
字节（地址19） 字节（地址18） 字节（地址17） 字节（地址16） 16
半字（地址22）
字节（地址21） 字节（地址20） 20
双字1（地址24）
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双字1
A1：被操作数地址，也称源操作数地址； A2：操作数地址，也称终点操作数地址； A3：存放结果的地址。 A1,A2,A3可以是内存中的单元地址，也可以是运算器
中通用寄存器的地址。
16
5. 二地址指令格式的三种类型
二地址指令格式中，从操作数的来源，又可分为三 种类型：
4计算机组成原理(第四章)
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算术逻辑部件ALU
实现Ai+Bi 选择S3~S0=1011 、M=1
Fi=( Ai+Bi )⊕0= Ai+Bi
实现AiBi 选择S3~S0=1110 、M=1
控制信号与选择器输出关系
S3 S2 Xi
S1 S0 Yi
0 0 1 0 0 Ai 0 1 Ai+Bi 0 1 AiBi
1 0 Ai+Bi 1 0 AiBi
■ 2■因逻辑相同,能直接用4位先行进位电路(CLA)生成这些信
号
16
多级先行进位
组内进位信号能同时产生、组间进位信号也能同时产生，由此 可构成多级并行进位逻辑。16位2级先行进位加法器如下图:
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多级先行进位
二级先行进位的实现思路(16位为例)： 4位一组分成4组，组内实现先行进位，为一级先行进位；其 电路称为成组先行进位电路； 让一级进位链多产生两个辅助函数Gi*和Pi*，并作为高一级 先行进位的输入，该高一级进位为二级先行进位； 组间进位信号C4.C8、C12、C16，根据其逻辑关系式由二级进 位链来产生；（注：一级和二级进位链用同一电路） 再将组间进位信号C4.C8、C12、C16输入一级加法电路，与操 作数一起产生和的输出。
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多级先行进位
四个组内的最高进位C16.C12、C8、C4可以分别表示为
:C4 = G1* + P1* C0 C8 = G2* + P2* C4 C12 = G3* + P3* C8 C16 = G4* + P4* C12
■ 1■这4组进位结构与前述4位先行进位逻辑完全相同,组 间进位信号只与最低进位C0有依赖关系, 所以能同时 产生
控制参数不同，得到的组合函数也不同，就能实现多种算术和逻 辑运算——ALU。
计算机组成原理第4章 存储系统
第四章存储系统4.1概述4.1.1技术指标4.1.2层次结构4.1.3存储器分类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。
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，均可以存储一位二进制代码。
这个二进制代码位是存储器中最小的存储单位，称为一个存储位或存储元。
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。
根据存储材料的性能及使用方法不同，存储器有各种不同的分类方法。
(1)按存储介质分作为存储介质的基本要求，必须有两个明显区别的物理状态，分别用来表示二进制的代码0和1。
另一方面，存储器的存取速度又取决于这种物理状态的改变速度。
目前使用的存储介质主要是半导体器件和磁性材料。
用半导体器件组成的存储器称为半导体存储器。
用磁性材料做成的存储器称为磁表面存储器，如磁盘存储器和磁带存储器。
(2)按存取方式分如果存储器中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，这种存储器称为随机存储器。
半导体存储器是随机存储器。
如果存储器只能按某种顺序来存取，也就是说存取时间和存储单元的物理位置有关，这种存储器称为顺序存储器。
如磁带存储器就是顺序存储器，它的存取周期较长。
磁盘存储器是半顺序存储器。
(3)按存储器的读写功能分有些半导体存储器存储的内容是固定不变的，即只能读出而不能写入，因此这种半导体存储器称为只读存储器(ROM)。
既能读出又能写人的半导体存储器，称为随机读写存储器(RAM)。
(4)按信息的可保存性分断电后信息即消失的存储器，称为非永久记忆的存储器。
断电后仍能保存信息的存储器，称为永久性记忆的存储器。
磁性材料做成的存储器是永久性存储器，半导体读写4.2 半导体随机读写存储器主存储器由半导体存储芯片构成，容量较小时可采用SRAM芯片，容量较大时一般采用DRAM芯片。
主存中的固化区采用ROM芯片，包括PROM、EPROM、EEPROM、等。
计算机组成原理 第 4 章 存储器系统(修改版)
磁芯存储器
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3.5英寸软盘
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硬盘
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(2)半导体存储器
• 半导体存储器是用半导体器件组成的存储器。 • 根据制造工艺不同，可分为双极型和MOS型。
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U盘
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(3) 光存储器
• 利用光学原理制成的存储器，它是通过 能量高度集中的激光束照在基体表面引 起物理的或化学的变化，记忆二进制信 息。如光盘存储器。
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3
4.1.1
存储器分类
• 1．按与CPU的连接和功能分类
• (1) 主存储器 CPU能够直接访问的存储器。用于存 放当前运行的程序和数据。主存储器设在 主机内部，所以又称内存储器。简称内存 或主存。
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(2) 辅助存储器
• 为解决主存容量不足而设置的存储器， 用于存放当前不参加运行的程序和数据。 当需要运行程序和数据时，将它们成批 调入内存供CPU使用。CPU不能直接访问 辅助存储器。 • 辅助存储器属于外部设备，所以又称为 外存储器，简称外存或辅存。
写操作（存操作） 地址 （MAR） AB
MEM
CPU MEM MDR
MEM
CPU
CB 读命令 （Read）
MEM
存储单 元内容 （M）
DB
MEM
CB 写命令 MEM （Write） DB 存储单元 MDR M
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CPU与主存之间的数据传送控制方式
• 同步控制方式：数据传送在固定的时间间隔内 完成，即在一个存取周期内完成。 • 异步控制方式：数据传送的时间不固定，存储 器在完成读/写操作后，需向CPU回送“存储器 功能完成”信号（MFC），表示一次数据传送完 成。 • 目前多数计算机采用同步方式控制CPU与主存之 间的数据传送。 • 由于异步控制方式允许不同速度的设备进行信 息交换，所以多用于CPU与外设的数据传送中。
计算机组成原理第4章 主存储器
4.5 读/写存储器
VDD Xi
静态存储器(SRAM)
其中T1~T4组成两个反相器，构成双稳 态触发器，可存储一位二值信息。T5、 T6两只门控管相当于模拟开关，它们 的栅极接到字线上。由字选择线（行地 址译码器输出Xi ）控制该单元是否被 选中。还有两条位线连接到T5、T6 上 用来传送读写信号，T7、T8的开关状 态控制位线与输入/输出缓冲器间是否 接通,它们的开关状态受列译码器输出 Yj控制。
T3
T4
·
A
T1 T2
B
·
Bj
T8
T6
Bj
T7
D A3
Yj A1
D A2
R/W
I/O
计算机组成与结构
延安大学计算机学院
4.5 读/写存储器
计算机组成与结构
延安大学计算机学院
4.5 读/写存储器
静态存储器(SRAM)
计算机组成与结构
延安大学计算机学院
4.5 读/写存储器
动态存储器（DRAM）
计算机组成与结构
延安大学计算机学院
4.1 主存储器处于全机中心地位
在现代计算机中，主存储器处于全机中心地位，其原 因是：
当前计算机正在执行的程序和数据均存放在存储器中。 DMA(直接存储器存取)技术和输入/输出通道技术，在
存储器与输入/输出系统之间直接传送数据。
共享存储器的多处理机，利用存储器存放共享数据，
EEPROM：可用电擦除的可编程序只读存储器。
Flash Memory: 快擦型存储器(可以整块擦除，也可局部擦除)。
上述各种存储器中，RAM为“易失性存储器”，其余的 称为“非易失性存储器”(断电以后信息不会丢失)。
计算机组成原理 第4章 内存
4.1.3 按内存模块的不同标准分类
1. SDRAM（Synchronous DRAM，同步动 态随机存储器） SDRAM的工作频率与系统总线频率是同 步的，数据信号在每个脉冲的上升沿处传送 出去，其工作原理示意图，如图4-9所示。
图4-9 PC100 SDRAM工作原理示意图
2. DDR SDRAM（Dual Date Rate SDRAM， 双倍速率SDRAM） DDR SDRAM与SDRAM一样，也是与系 统总线时钟同步的。DDR内存采用100MHz 的核心频率，通过两条线路同步传输到I/O缓 存区（I/O Buffers），实现200MHz的数据 传输频率。由于是两路传输，所以可以预读 2bit数据。DDR SDRAM的工作原理示意图， 如图4-10所示。
1. ROM ROM是一种不靠电源保持数据，只能读取， 而不能随意改变内容的内存。ROM常用于存 储不需要经常更新的重要的信息，ROM中的 数据即使断电也不会丢失，例如主板的BIOS。 根据ROM的工作原理，又分为以下3类。 (1) ROM（掩模式只读存储器） (2) PROM（Programmable ROM，可编程 ROM） PROM芯片的外观，如图4-1所示。
4.1.2 按内存的外观分类
目前微机配件的DRAM有两种形式。 1. 双列直插封装内存芯片 DIP芯片一般用于286以下的微机，现在 只有在显示卡、硬盘等配件上才能见到它们， 如图4-5所示。
图4-5 DIP内存芯片
2. 内存条（内存模块） 内存条主要有两种接口类型：SIMM （Single Inline Memory Module，单边接触内 存模组），早期的30线、72线的内存条属于这 种接口类型；DIMM（Dual Inline Memory Module，双边接触内存模组），这种类型接口 的内存条的两边都有引脚。168线的SDRAM、 184线的DDR SDRAM、240线的DDR2 SDRAM内存条属于DIMM接口类型。所谓内存 条线数即是指引脚数。 SDRAM内存条用在Pentium II/III级别的微机 上，称SDRAM，常见容量有32MB、64MB、 128MB和256MB，如图4-6所示。
计算机组成原理(第三版)第 4 章 指令系统汇编
内存
有效地址 EA=［D］； ［EA］＝ DATA； • 例如: ADD A,＠［3050H］ MOV A,＠［3050H］
… EA … DATA
EA
INFO DEPT@ZUFE HANGZHOU.CHINA
5、寄存器寻址方式 ( Register Addressing )
寄存器寻址：操作数存放于指令的操作码所规定的寄存 器中即操作数位于寄存器中，操作数所在的寄存器编号 存放在指令的REG字段中。 • →速度快、指令短，操作数在CPU中； • 指令格式：
内存
有效地址 EA=［PC或IP］+D； ［EA］＝DATA (指令)；
EA→
…
指令 …
D • 例如:JR SUB1-$
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；
10、堆栈寻址 ( Stack Addressing )
• 操作数位于存储器中，操作数所在的存储器地址 EA由堆栈指针寄存器SP隐含指出，通常用于堆栈 指令。 • 堆栈是由若干个连续主存单元组成的先进后出（ first in last out，即FILO）存储区，第一个放 入堆栈的数据存放在栈底，最近放入的数据存放 在栈顶。栈底是固定不变的，而栈顶是随着数据 的入栈和出栈在时刻变化。栈顶的地址由堆栈指 针SP指明。 • 一般计算机中，堆栈从高地址向低地址扩展，即 栈底的地址总是大于或等于栈顶的地址，称为堆 栈向上生成；堆栈寻址主要用来暂存中断和子程 序调用时现场数据及返回地址。
OP* MOD REG CPU 寄存器组
R0 … Ri
有效地址 EA=REG； ［REG］＝ DATA； • 例如: EA→ ADD A, Ri ; MOV A, Ri ;
计算机组成原理第四版第四章PPT课件
4.2.3指令字长度
➢ 指令字长度：一个指令字包含二进制代码的位数。 ➢ 机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数。 ➢ 单字长指令 ➢ 半字长指令 ➢ 双字长指令 ➢ 多字长指令的优缺点： 优点提供足够的地址位来解决访
问内存任何单元的寻址问题； 缺点必须两次或多次访问 内存以取出一整条指令，降低了CPU的运算速度，又占用 了更多的存储空间。 ➢ 等长指令字结构：指令系统中指令采用等长指令的优点： 各种指令字长度是相等的，指令字结构简单，且指令字长 度是不变的； ➢ 变长指令字结构：采用非等长指令的的优点：各种指令字 长度随指令功能而异，结构灵活，能充分利用指令长度， 但指令的控制较复杂。
返回 .
4.2 指令格式
指令：表示一条指令的机器字，称为指 令字，简称指令。
指令格式：是指令字用二进制代码表示 的结构形式，通常由操作码和地址码组 成。
操作码
地址码
NEXT
返回
.
➢ 操作码字段表征指令的操作特性与功能，它 的位数一般取决于计算机指令系统的规模。
➢ 地址码字段是指定参与操作的操作数地址， 根据一条指令中有几个操作数地址可将该指 令称为几操作数指令或几地址指令。
NEXT
.
4.1 指令系统的发展与性能要求
➢ 指令系统:一台计算机中所有机器指令的集 合，称为这台计算机的指令系统。
➢ 指令系统是表征一台计算机性能的重要因 素，它的格式与功能不仅直接影响到机器 的硬件结构，而且也直接影响到系统软件， 影响到机器的适用范围
➢ 系列机：
NEXT
.
4.1 指令系统的发展与性能要求
兼容性：系列机各机种之间具有相同的基本结构和共同的基本指令集，因而指令系统是 兼容的，即各机种上基本软件可以通用。但由于不同机种推出的时间不同，在结构 和性能上有差异，做到所有软件都完全兼容是不可能的，只能做到“向上兼容”， 即低档机上运行的软件可以在高档机上运行。
计算机组成原理第四章课后习题和答案-唐朔飞(完整版)
第4章存储器1. 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。
答：主存：主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。
CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。
辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。
Cache：高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。
RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。
SRAM：静态半导体随机存取存储器。
DRAM：动态半导体随机存取存储器。
ROM：掩膜式半导体只读存储器。
由芯片制造商在制造时写入容，以后只能读出而不能写入。
PROM：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入容，只能写入一次。
EPROM：紫外线擦写可编程只读存储器。
需要修改容时，现将其全部容擦除，然后再编程。
擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。
EEPROM：电擦写可编程只读存储器。
CDROM：只读型光盘。
Flash Memory：闪速存储器。
或称快擦型存储器。
2. 计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/位排序说明。
答：计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息。
按速度由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按容量由小至大排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按价格/位由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘。
3. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。
Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。
主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。
计算机组成原理 第四章(严军勇)-2003
计算机组成原理
定点加减运算
补码的溢出判断与检测方法
溢出检测方法
被操作数：[X]补=Xs,X1X2…Xn 被操作数： 操作数： 操作数：[Y]补=Ys,Y1Y2…Yn 其和（ ）： 其和（差）：[S]补=Ss,S1S2…Sn
1.
采用一个符号位
溢出=X 溢出 sYsSs+XsYsSs
计算机组成原理
定点加减运算
查表舍入法（恒舍 下舍上入 下舍上入） 查表舍入法（恒舍+下舍上入）
计算机组成原理
定点乘法运算
原码一位乘法
一位乘法的手算规则
1. 2. 3.
乘积 P＝|X|×|Y| ＝ × 符号P 符号 s=Xs⊕Ys X=0.1101，Y=-0.1011 ， ，手算如右图
0.1 1 0 1 ×0.1 0 1 1 1101 1101 0000 +1101 0.1 0 0 0 1 1 1 1
计算机组成原理
定点加减运算
补码加减运算
[X+Y]补=[X]补+[Y]补 [X-Y]补=[X+(-Y)]补=[X]补+[-Y]补 机器负数： 机器负数： [-Y]补， [Y]补 机器负数的计算（变补）： 机器负数的计算（变补）： [Y]补连同符 号位一起求反，末尾加“ 号位一起求反，末尾加“1” 变补与补数
C4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0 =G1*+P1*C0 C8=G2*+P2*G1*+P2*P1*C0 C12=G3*+P3*G2 * +P3*P2*G1*+P3*P2*P1*C0 C16=G4*+P4*G3*+P4*P3*G2*+P4*P3*P2*G1*+P4*P3*P2*P1*C0
计算机组成原理第四章课后习题和答案解析[完整版]
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第4章存储器1. 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。
答：主存：主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。
CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。
辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。
Cache：高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。
RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。
SRAM：静态半导体随机存取存储器。
DRAM：动态半导体随机存取存储器。
ROM：掩膜式半导体只读存储器。
由芯片制造商在制造时写入内容，以后只能读出而不能写入。
PROM：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入内容，只能写入一次。
EPROM：紫外线擦写可编程只读存储器。
需要修改内容时，现将其全部内容擦除，然后再编程。
擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。
EEPROM：电擦写可编程只读存储器。
CDROM：只读型光盘。
Flash Memory：闪速存储器。
或称快擦型存储器。
2. 计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/位排序说明。
答：计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息。
按速度由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按容量由小至大排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按价格/位由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘。
3. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。
Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。
主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。
计算机组成原理第四章
三、随机存取存储器 ( RAM )
1. 静态 RAM (SRAM)
(1) 静态 RAM 基本电路
位线A
4.2
´
T5
A´
T1 ~ T4 T1 ~ T4
A T6
位线A
T 1 ~ T 4 触发器
T 5 、T 6 行开关
行地址选择
T7
列地址选择 写放大器 写放大器
T8
T 7 、T 8 列开关
读放 D OUT
第四章 存 储 器
4.1 概述 4.2 主存储器
4.3 高速缓冲存储器
4.4 辅助存储器
4.1 概 述
存储器的两大功能： 1、 存储（写入Write） 2、 取出（读出Read） 三项基本要求： 1、大容量 2、高速度 3、低成本
概念 1、基本存储单元：存储一位（bit）二进制 代码的存储元件称为基本存储单元（或存 储元） 2、存储单元：主存中最小可编址的单位， 是CPU对主存可访问操作的最小单位。 3、存储体：多个存储单元按一定规则组成 一个整体。 4、存储器分辩率：指存储器能被区分、识 别与操作的精细程度。
若字长为 32 位
按 字 寻址
4M
4. 主存的技术指标
(1) 存储容量 (2) 存储速度
• 存取时间 存储器的 访问时间 读出时间 写入时间 • 存取周期
4.2
主存 存放二进制代码的总数量
连续两次独立的存储器操作
（读或写）所需的 最小间隔时间 读周期 写周期
(3) 存储器的带宽
位 /秒
半导体存储器芯片
② Intel 2114 RAM 矩阵 (64 × 64) 读
A8
A7 A6 行 地 第一组
0
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１．证明在全加器里，进位传递函数。
解：并行加法器中的每一个全加器都有一个从低位送来的进位和一个传送给较高位的进位。
进位表达式为欲证明，也就是要证明
用卡诺图法，图４-１０（a）和４-１０（b）分别是两个逻辑表达式的卡诺图。
两个卡诺图相同，两个逻辑表达式就相等，则进位传递函数的两种形式相等。
２．某加法器采用组内并行、组间并行的进位链，４位一组，写出进位信号C６的逻辑表达式。
３．设计一个９位先行进位加法器，每３位为一组，采用两级先行进位线路。
４．已知X 和Y ，试用它们的变形补码计算出X ＋ Y ，并指出结果是否溢出。
（１） X ＝０．１１０１１，Y ＝０．１１１１１
（２） X ＝０．１１０１１，Y ＝－０．１０１０１
（３） X ＝－０．１０１１０，Y ＝－０．００００１（４） X ＝－０．１１０１１，Y ＝０．１１１１０
５．已知X 和Y ，试用它们的变形补码计算出X － Y ，并指出结果是否溢出。
（１） X ＝０．１１０１１，Y ＝－０．１１１１１
（２） X ＝０．１０１１１，Y ＝０．１１０１１
（３） X ＝０．１１０１１，Y ＝－０．１００１１
（４） X ＝－０．１０１１０，Y ＝－０．００００１
７．设下列数据长８位，包括１位符号位，采用补码表示，分别写出每个数据右移或左移２位之后的结果。
（１）０．１１００１００
（２）１．００１１００１
（３）１．１１００１１０
（４）１．００００１１１
８．分别用原码乘法和补码乘法计算X × Y 。
（１） X ＝０．１１０１１，Y ＝－０．１１１１１
（２） X ＝－０．１１０１０，Y ＝－０．０１１１０
（２） X × Y ＝０．０１０１１０１１００，过程略。
９．根据补码两位乘法规则推导出补码３位乘法的规则。
解：先根据补码１位乘法推出补码２位乘法规则，再根据补码２位乘法推出补码３
位乘法规则。
１０．分别用原码和补码加减交替法计算X ÷ Y 。
（１） X ＝０．１０１０１，Y ＝０．１１０１１
（２） X ＝－０．１０１０１，Y ＝０．１１０１１
（３） X ＝０．１０００１，Y ＝－０．１０１１０
（４） X ＝－０．１０１１０，Y ＝－０．１１０１１
１１．设浮点数的阶码和尾数部分均用补码表示，按照浮点数的运算规则，计算下列各题：
１２．设浮点数的阶码和尾数部分均用补码表示，按照浮点数的运算规则，计算下列各题：
１３．用流程图描述浮点除法运算的算法步骤。
１４．设计一个１位５４２１码加法器。
解：设１位被加数为A４ A３ A２ A１，加数为B４ B３ B２ B １。
5421码的校正关系如表４-４所示。