计算机组成原理复习.

R e g D st
M u x F o rw a r di ng u n it
多发射技术
总结
• 记住： – 基本原理 • 基本原理 –基本原理
例题1：
1．说明通用可编程输入 /输出接口中应包括哪些 组成部件，各自的功能。
例题：
将十进制数 +107/128 和 –52 化成二进制数，再写出 各自的原码、反码、补码表 示（符号位和数值位共8 位）。
优先级别：1>2>3>4
程序中断方式接口电路的基本组成
第六章 运算方法
•
– – –
计算机数值表示方法
数的真值、有符号数、无符号数 原码、反码、补码、移码 定点数、浮点数，浮点数的规格化
•
– – – – – –
定点运算（移位，加、减、乘、除）
算术移位、逻辑移位 补码加减运算，溢出判断 原码一位乘，原码两位乘 补码乘法（校正法、比较法（Booth）），补码两位乘 原码除法（恢复余数法、加减交替法） 补码除法（恢复余数法、加减交替法）
=
M u x ALU
D a ta m e m or y A d d re s s R ea d d a ta W r i te da ta ALU c o n tro l ALU O p
M em to Reg M u x
16
S i gn e x te n d
32ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
MemR ead
I n s t r u c t io n [ 2 5 – 2 1 ] I n s t r u c t io n [ 2 0 – 1 6 ] I n s t r u c t io n [ 2 0 – 1 6 ] I n s t r u c t io n [ 1 5 – 1 1 ]
Control
R ea d data 1 Read register 2 Registers Read Write data 2 register Write data
0 M u x 1
Zero ALU ALU result
Address
Read data Data memory
Write data Instruction [15– 0] 16 Sign extend 32 ALU control
E X /M E M WB
C on t ro l 0 R e g W ri t e I F /ID
M
M E M /W B
4
S h i ft le ft 2
I n s tr u c t io n
I n s t r u c t io n m e m o ry PC A dd re s s R e ad da ta
R-type op(6 bits) rs(5 bits) rt(5 bits) rd(5 bits) shamt(5 bits) funct(6 bits)
I-type
op(6 bits) rs(5 bits) rt(5 bits) op(6 bits) rs(5 bits) rt(5 bits)
addr/immediate(16 bits) addr(16 bits) addr(26 bits)
26
Shift left 2
28
1 u
x 2
M
PC
0 M u x 1
PC [31-28]
B 4
Zero ALU ALU result
ALUOut
ALU control
Instruction [5– 0]
多周期实现
B ra nc h IF . F l u s h H a z a rd d e te c ti o n u n it 4 0 0 0 00 4 0 M u x ID / E X WB M u x M u x 0 M u x 0 EX C a us e E x ce pt PC A L U S rc R ea d re gi s t e r 1 R ea d re gi s t e r 2 R eg i st e rs W ri te r e g is t e r R ea d W ri te d a ta da ta 2 M u x M u x R e ad d a ta 1 M M e m W r it e WB ID .F lu s h E X .F lu s h
第一章
• • • 计算机软件、硬件、计算机系统 计算机的基本组成结构，冯.诺依曼机特点 计算机硬件的技术指标
第三章 系统总线
• • •
•
总线的分类，功能，性能指标 总线的访问控制（优先级、仲裁方式） 总线的通信控制（同步、异步。。。）
掌握总线组成的一般知识，总线使用中会 遇到的基本概念，如单总线与多总线、总 线周期与总线操作、总线的等待状态等内 容。
“计算机组成原理”复习
总体说明
• 要求：主要考查同学对该课程中基本概念、 基本过程的原理性知识的掌握程度。 • 题型：简答、综合。参照参考书例题、上 课作业。
参考书：“计算机组成原理”，唐朔飞，高教
• • • • • • • • • • 第一章 概述 第二章 计算机的发展及应用 第三章 系统总线 第四章 存储器 第五章 I/O系统 第六章 运算方法 第七章 指令系统 第八章 CPU的结构和功能 第九章 控制单元的功能 第十章 控制单元的设计
• •
浮点运算（加减、乘除）的步骤 ALU功能，快速进位链
第七章 指令系统
• • •
•
指令的结构 操作的类型 操作数的寻址方式
指令的功能安排，指令格式和寻址方式内 容，指令的执行步骤，设计指令系统的要 点是重点。
第八章 CPU的结构和功能
• • • CPU的结构和功能 指令周期划分 指令流水线，流水线的冲突与相关
R e gist er
+
B y te
H a lfw or d
Wo r d
4. PC -re la ti ve a dd re ss in g op rs rt A d d r es s M e mo r y
PC
+
Wo rd
5. Pse ud o dir e ct ad dr es sin g op A d d r e ss M e mo r y
PC
Wo rd
单周期实现
Instruction [25– 0] 26 Shift left 2 Jump address [31– 0] 28 0 M u x LU Add reA sult Add 4 Instruction [31– 26] RegDst Jump Branch MemRead MemtoReg ALUOp MemW rite ALUSrc RegWrite Instruction [25– 21] PC Read address Instr uction [31– 0] Instr uction memory Instruction [15– 11] Instruction [20– 16] 0 M u x 1 Read register 1 Shift left 2 1 1 M u x 0 PC+4 [31– 28]
J-type op(6 bits)
MIPS寻址模式
1 . I m m e d i at e a d d r e s si n g op rs rt Im m ed ia te
• • • • •
立即寻址 寄存器寻址：R-type 基址寻址：I-type PC相对寻址 伪直接寻址 （pseudodirect addressing）
设 A= – 0.101101
B= 0.101001
-3 2 , -2 2 ,
将A、B表示为规格化 的浮点数；
答案：
–0.101101 的格式：1 0101 1011010
-3 2 的浮点数 -2 1010012 的浮点数的
格式：0 0110 1010010
例题： 1. 举例说明计算机
ADD @X的控制－分散连接方式
C13 M D R C2 C5 M A R C12 ACC C6 C0 clk CU C4 flag C7 ALU ALUop C8 C11
C9 PC
C10 IR
C3
C1
C0~13 、 ALUop
MIPS设计
• • • • • • 指令格式，寻址方式 数据通路，控制通路 单周期、多周期、流水线实现版本 指令执行过程 流水线加速比 流水线hazard及消除
第五章 I/O系统
• • • •
•
I/O接口的编址方式 I/O信息传输方式（程序控制、中断、 DMA） I/O接口的基本组成 中断的响应条件、时机，中断源的识别方 式、判优、屏蔽，中断服务的处理过程， 中断嵌套 DMA与CPU共享总线的3种方式，DMA数 据传输的工作过程
中断判优逻辑—硬件排队
第一种叫链式排队器，对应中断请求触发器分散在各个 接口电路中的情况。
中常用的四种寻址方式（寄 存器寻址，寄存器间接寻址， 变址寻址，堆栈寻址），从 形式地址到得到操作数的寻 址处理过程。
MIPS指令格式
• 100余条指令（Hennessy中33条），共32个通用 寄存器 • 指令格式：定长32位
– R-type：arithmetic instruction – I-type：data transfer, arithmetic instruction（如addi） – J-type：branch instruction(conditional & unconditional)
1 M u x 0
Instruction [5– 0]
多周期实现
PCWriteCond PCSource PCWrite Outputs ALUOp IorD ALUSrcB MemRead ALUSrcA Control MemWrite RegWrite MemtoReg Op RegDst IRWrite [5– 0] 0 Jump address [31-0]