5IO系统-1接口和总线-罗克露计算机组成原理(绝对和网上视频教程同步)

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纪禄平-计算机组成原理(第4版)3(5)-CPU子系统-MIPS-4-多周期-3-控制系统PPT课件

3.5.4 多周期MIPS处理器
（组合逻辑与微程序）
-
1
※多周期CPU所需的控制信号
PCSrc[1:0]
01 00 10
PCWrite
PC
IorD MemWrite
存储器
0 1
Addr
RD
rst
WD
MemRead
IRWrite
<<2
U
RegDst RegWrite
RN1 RD1 A
operation 0 1
F
+4 00
MDR
1 0
WD
RD2 B
01 10
zero
MemtoReg
E
<<2
extend
11 AluSrc_B[1:0]
多路选择器: 4个+2个(2位/个)； ALU: 1组(4位)；扩展器: 1个；存储器: 2个；寄存器堆: 1个；专用寄存器: 2个；共需13种控制信号, 共18位。
SC
Operation extend RegWrite IRWrite MemRead MemWrite PCWrite AluSrc_B AluSrc_A MemtoReg RegDst IorD PCSrc
2 1111 2 111 111 4 4
→00B08001H
-
2
24
❸ 整合所有指令的微程序并存储到Control Store √ T0中取指操作对应的微指令被全部指令共享 √各指令的其余微指令按顺序存储 √各指令的最末一条微指令中的顺序控制字段SC=10
写出各位的输出逻辑式：
PCsrc[1]=j_flag PCsrc[0]=beq_flag·zero PCWrite=FT_flag+beq_flag·zero+j_flag

计算机组成原理(白中英)

D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
系统结构
RAID4
I/O系统
❖ 专用奇偶校验独立存取盘阵列
❖ 数据以块（块大小可变）交叉的方式存于各盘，奇偶校验信息存在一台专用盘上
数据块
校验码产生器
A0
A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
C0
C1
C2
C3
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
❖ 只写一次光盘
只写一次光盘（Write Once Only）：可以由用户写入信息，不过只能写一次，写入后不能修改，可以多次读出，相当于PROM。在盘片上留有空白区，可以把要修改和重写的的数据追记在空白区内。
❖ 可檫写式光盘
可檫写式光盘（Rewriteable）：利用磁光效应存取信息，采纳特殊的磁性薄膜作记录介质，用激光束来记录、再现和删除信息，又称为磁光盘，类似于磁盘，可以重复读写。
RAID6
I/O系统
❖ 双维奇偶校验独立存取盘阵列
❖ 数据以块（块大小可变）交叉方式存于各盘，检、纠错信息均匀分布在全部磁盘上
系统结构
A0 A1 A2
3校验码 D校验码
B0 B1
2校验码 C校验码
B2
C0
1校验码 B校验码
C1 C2
0校验码 A校验码
D1 D2 D3
校验码产生器
7.7 光盘存储设备
– 正脉冲电流表示“1”，负脉冲电流表示“0”； – 不论记录“0”或“1”，在记录下一信息前，记录电流
恢复到零电流 – 简洁易行，记录密度低，改写磁层上的记录比较困难，

《计算机组成原理》课程标准

《计算机组成原理》课程教学标准课程名称：计算机组成原理_________所属院部：工学院____________制定教师： _____________主讲教师： ______________制定时间：年___________课程整体教学标准一、课程基本信息二、课程定位本课程是计算机科学与技术专业的一门学科基础必修课，是计算机硬件系列课程的重要先修基础。

通过学习本课程，掌握计算机系统各部件的组成以及内部运行原理，为学习其它计算机专业课程打下一个良好的基础。

三、课程目标（一）总体目标本课程的理论教学主要从计算机系统概论、总线系统、存储系统、输入输出系统、运算方法、指令系统、中央处理器、控制系统等几个方面讲解计算机的基本组成、基本原理和基本的设计方法，培养学生在硬件系统的分析、开发、使用和维护方面的能力，使学生建立比较清晰的整机概念。

（二）能力目标通过本课程的学习，使学生能够根据模型机的原理进行分析各部件的组成，掌握工作原理；培养学生硬件开发能力，使用和维护计算机相关硬件。

（三）知识目标本课程要求学生掌握数字化信息编码及运算方法，运算器的逻辑构成；熟悉半导体存储器、磁表面存储器基本原理，掌握存储体系构成；掌握寻址和指令系统；熟悉中央处理器组成、时序控制方法；熟悉系统总线和I/O系统。

（四）素质目标1、通过对计算机各部件的组成以及内部运行原理的学习，提高学生的逻辑思维能力。

2、通过对硬件系统原理的学习，提高学生实际动手能力。

四、课程的知识理论五、能力训练项目六、项目情境设计七、首次课及结课设计首次课设计：1、介绍本门课在专业课程中的地位和作用。

2、以微机启动过程为例，简要介绍微机各组成部分。

3、介绍本课程的主要内容以及学习方法。

结课设计：1、梳理本课程的主要知识点。

2、总结教学过程中存在的不足。

八、考核方案本门课程的考核方式可以采取形成性考核和终结性考核相结合，理论考核和实践考核相结合的方式。

形成性考核考核学生在平时学习过程中的态度，项目完成的程度等，成绩占总成绩的40%。

3CPU-2控制器-罗克露计算机组成原理课件(绝对与网上视频教程同步)

总线总线
RQ/GT
若干时钟
设备使用总线
若干时钟
CPU使用总线
设备请求 CPU响应，设备释放总线权总线权交设备总线权
CPU 设备 CPU 设备 CPU 设备 19
3.3.4 组合逻辑控制方式的优缺点及应用 1.组合逻辑控制方式
综合化简产生微命令的条件，形成逻辑式，用组合逻辑电路实现微命令发生器。
控制存储器 CM
（1）控制存储器CM
功能：存放微程序。
CM属于CPU，不属于主存储器。
23
IR PSW
微地址形成电路
微命令序列
译码器微命令字段微地址字段 µIR
PC
微地址寄存器
µAR
控制存储器 CM
（2）微指令寄存器 µIR
功能：存放现行微指令。
微命令字段：提供一步操作所需的微命令。 (微操作控制字段) 指明后续微地址的形成方式。微地址字段： (顺序控制字段) 提供微地址的给定部分。 24
但时间安排不合理。 13
④应用场合：
用于CPU内部、设备内部、系统总线操作(各挂接部件速度相近，传送时间确定，传送距离较近)。
（2）异步控制
①定义：各项操作按不同需要安排时间，不受统
一时序控制。
②特点：
✓ 无统一时钟周期划分； ✓各操作间的衔接和各部件之间的信息交换采用异步应答方式。
14
例.总线的异步传送操作
④应用场合：用于异步总线操作(各挂接部件速度差异大，传送时间不确定，传送距离较远)。
（3）同步方式的变化
①不同指令安排不同时钟周期数指令周期长度可变，时钟周期长度不变。 ②总线周期中插入延长周期经总线传送一次数据所用的时间(送地址、读/写)

计算机组成原理白中英

计算机组成原理白中英计算机组成原理是计算机科学与技术中的一门基础课程，它研究计算机硬件系统的结构和工作原理，涉及到计算机的各个层次，从底层的逻辑门电路到上层的指令集架构。

本文将从白中英的角度介绍计算机组成原理的相关内容。

一、什么是计算机组成原理？计算机组成原理是指研究计算机硬件系统的结构和工作原理的学科。

它包括计算机硬件的各个层次，从底层的逻辑门电路到上层的指令集架构。

计算机组成原理的研究对象是计算机的硬件，而不是软件。

它主要关注计算机的构造和工作原理，以及如何将计算机硬件设计得更加高效和可靠。

二、计算机组成原理的重要性计算机组成原理是计算机科学与技术的基础课程之一，它对于计算机专业的学生来说非常重要。

首先，通过学习计算机组成原理，可以了解计算机硬件的结构和工作原理，为进一步学习计算机体系结构和操作系统打下坚实的基础。

其次，计算机组成原理涉及到计算机的各个层次，可以帮助学生全面了解计算机系统的构成和工作方式，提高对计算机系统的整体把握能力。

最后，计算机组成原理的学习还可以培养学生的抽象思维能力和解决问题的能力，这对于日后的工作和研究都非常有帮助。

三、计算机组成原理的主要内容计算机组成原理的主要内容包括以下几个方面：1. 计算机的基本组成部分：计算机由中央处理器（CPU）、存储器和输入输出设备组成。

CPU负责执行指令和进行运算，存储器用于存储数据和指令，输入输出设备用于与外部环境进行交互。

2. 计算机的指令系统：计算机通过指令系统来执行各种操作。

指令系统包括指令的格式、操作码和地址寻址方式等内容。

不同的指令系统可以支持不同的运算和操作。

3. 计算机的运算方式：计算机通过运算单元对数据进行运算。

运算方式包括算术运算、逻辑运算和移位运算等。

计算机的运算方式直接影响到计算机的性能和功能。

4. 计算机的存储器层次结构：计算机的存储器按照层次结构划分，包括主存储器、高速缓存和辅助存储器等。

存储器层次结构的设计可以提高计算机的性能和可靠性。

计算机组成原理罗克露

选择器选择器
通用寄存器组
（2）控制器） 1）功能：产生控制命令(微命令，）功能：产生控制命令微命令)，微命令控制全机操作。控制全机操作。 2）组成：）组成：微命令序列微命令发生器
指令信息状态信息时序信号
微命令产生方式（指令执行控制方式）：微命令产生方式（指令执行控制方式）：组合逻辑控制方式：组合逻辑控制方式：由组合逻辑电路产生微命令微程序控制方式：微程序控制方式：由微指令产生微命令
（2）单总线结构）
系统总线
CPU M 接口 I/O 接口 I/O
（3）以M为中心的双总线结构）为中心的双总线结构
系统总线
CPU M 总线 M 接口 I/O 接口 I/O
（4）多级总线结构）
RAM CPU
总线控制逻辑
ROM
公共接口
局部总线
系统总线
M扩展板 I/O接口板 I/O接口板
第一章概论
主要内容：主要内容：
计算机的基本概念系统硬件组成（主要部件、系统结构）系统硬件组成（主要部件、系统结构）计算机的性能指标
第一节计算机的基本概念 1.1.1 冯 · 诺依曼思想
1. 用二进制代码表示程序和数据；用二进制代码表示程序和数据； 2. 计算机采用存储程序的工作方式；计算机采用存储程序的工作方式； 3. 计算机硬件由存储器、运算器、控制计算机硬件由存储器、运算器、器、输入设备和输出设备组成。输入设备和输出设备组成。
4. 数据传输率总线位数× 总线位数×总线时钟频率总线带宽 = 8
（B/S））
5. 处理功能（1）指令系统功能（寻址方式、指令）指令系统功能（寻址方式、类型）类型）（2）系统软件配置）

罗克露计算机组成原理课件-3CPU-1运算部件(06级)

1 1011
1 0110
（2）双符号位：
10 1100
11 0110
（3）移位规则
左移
右移
右移
1 1011
1 1101
左移
右移
右移
11 0110
11 1011
数符不变
（单：符号位不变；双：第一符号位不变）。
左移空位补0
（第二符号位移至尾数最高位）。
第三章 CPU子系统
运算部件
寄存器
寄存器
控制部件
运算器
控制器
CONTENTS
本章主要讨论：
运算器控制器数据通路结构与外部的连接
CPU工作原理
指令的执行过程
CPU组成
第一节运算器组织
独立结构
小型存储器结构
单口双口
寄存器组
独立R、双口RAM用多路选择器作为ALU的输入逻辑，单口RAM用锁存器作为ALU的输入逻辑。
0 1111
1 0110 1 1001
1. 硬件判断逻辑一（SA、SB与Sf的关系）
溢出=
SA
SB
Sf
SA
Sf
SB
2. 硬件判断逻辑二（Cf与C的关系）
溢出= Cf C
3. 硬件判断逻辑三（双符号位）
3.2.1.3 移位操作
逻辑移位
：数码位置变化，数值不变。
1. 移位类型
算术移位
X补=1 1101 Y补=1 1110
1 1011
（– 5补码）
1) X=3 Y=2
X补=0 0011 Y补=0 0010
0 0101
（+5补码）
4) X= –3 Y= 2

国家开放大学2022春《1254计算机组成原理》期末考试真题及答案-开放本科

国家开放大学2022年春季学期期末统一考试计算机组成原理试题答案及评分标准(供参考)2022年7月一、选择题(每小题3分，共36分)1.B2.C3.B4.D5.C6.A7.C8.B9.D 10.A11.A 12.B二、判断题(每小题3分，共15分)13. √ 14. × 15. ×16. √ 17. ×三、简答题(共29分)18.相对CISC指令系统，RISC指令系统有哪些优点?(7分)答：RISC系统的指令格式规范且种类少，使用的寻址方式简单，指令条数少，指令完成的操作功能简单。

19.硬连线控制器和微程序控制器各有哪些优缺点?(7分)答：硬连线控制器的优点是运行速度明显快，缺点是设计与实现较复杂。

微程序的控制器的优点是设计与实现较简单，易用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计，缺点是运行速度要慢一些。

20.什么是虚拟存储器?它有什么特点?(8分)答：虚拟存储器是计算机的存储区系统中用一部分硬盘空间实现扩展虚拟内存空间的技术，当实际的内存不足时，利用虚拟存储器技术能够使内存不足的问题得到缓解。

在计算机的存储器系统中，虚拟存储器属于主存-外存层次，它由存储器管理硬件和操作系统中存储器管理软件支持，借助于硬盘等辅助存储器，以透明方式向用户提供速度接近主存、容量和成本与辅存差不多的存储器。

21.同步通信与异步通信的主要区别是什么?说明通信双方如何联络。

(7分) 答：同步通信与异步通信的主要区别是前者有公共时钟，总线上的所有设备按统一的时序、统一的传输周期进行信息传输，通信双方按事先约好的时序联络。

后者没有公共时钟，没有固定的传输周期，采用应答方式通信。

四、计算题(每小题10分，共20分)22. (10分)(0.71)10=(0. 10110101)2=(0.B5)₆=(0.01110001)xp(1A9)16=(000110101001)2=(425)1o23. (10分)[X]m=010111101[Y]x=100101011[X]艹=010111101[Y]w=111010101[X-Y]排=011101000国家开放大学2022年春季学期期末统一考试计算机组成原理试题2022年7月一、选择题(每小题3分，共36分)1.已知[X]m=110100,[X]g=( )。

计算机组成原理课程介绍

《计算机组成原理第 2 版》（唐朔飞编著，高等教育出版社）是 “十一五” 国家级规划教材，自 2008 年 1 月出版至今，已印刷 5 次，共 90000 余册。
计算机组成原理课程
四、教学方法
填鸭似的灌入式学生参与思索的启发式激发学生主动探求答案积极性的激发式
老师授课时在每个章节处安排疑点在每一堂课的前后连接处提出悬念激发学生学习的兴趣和探索的欲望，引导学生主动思考
（10）控制单元的设计（4 学时）组合逻辑设计：组合逻辑控制单元框图、微操作节拍安排、组合逻辑设计举例。微程序设计：微程序控制单元框图及工作原理、微指令的编码方式、微指令地址的形成方式、微指令格式、微程序设计举例。
计算机组成原理课程
二、教材选择
选用普通高等教育 “十一五” 国家级规划教材《计算机组成原理第 2 版》（唐朔飞编著，高等教育出版社， 2008 年 1月）该教材是面向 21 世纪课程教材《计算机组成原理》的第 2 版。
计算机组成原理教学设计
哈尔滨工业大学唐朔飞
2009年10月30日
计算机组成原理教学设计
课程的内容体系教材选择课程讲授作业安排实验环节考题设计成绩评定
计算机组成原理教学设计
一、课程的内容体系
1．基本描述课程名称：计算机组成原理课程英文名称：Principles of Computer Organization 课程性质：计算机科学与技术专业必修的核心专业基础课总学时：68 讲课学时：52 实验学时：16 先修课程：计算机导论、数字逻辑设计、汇编语言程序设计后续课程：计算机接口技术、计算机系统结构、操作系统等
哈工大是国家 “985” 重点建设的大学，哈工大计算机科学与技术学科被认定为国家一级重点学科，我们的人才培养理念是 “研究型、个性化、精英式” 人才。

白中英计算机组成原理

号设备中断服务程序源程序条指令申请中断n1条指令1条指令1条指令iretiretintel8259中断控制器intaint中断屏蔽寄存器数据总线缓冲器ir0ir7控制逻辑级联缓冲器比较器rdwrcscas0csa1cas2spen控制逻辑intel8259的内部结构初始化命令寄存器组icwi操作命令寄存器组ocwi外设通过8259的int引脚向cpu发中断请求信号cpu执行完当前指令后发inta信号作为响应8259经数据总线向cpu输送一个8位的中断类型码中断结束命令eoi使isr中的对应位清零intel8259在pc系统中的应用两片8259的系统连接图
输入状态 N
状态就绪？
Y
数据交换
查询式传送的传输速度慢,CPU工作效率比较低.
传送流程
中断传送方式
外设通过接口向CPU 提出中断请求,CPU在开放自身中断的条件下 (IF=1),向接口发出中断响应信号,然后执行中断服务程序,完成数据传送.服务结束后,返回断点,继续执行原来的程序.外设与CPU并行工作.
Interrupt Handler X
Interrupt Handler Y
多中断(顺序)
Multiple Interrupts – Nested
User Program
Interrupt Handler X
Interrupt Handler Y
多级中断(嵌套)
DMA传送控制方式
CPU放弃对总线的控制权，整个传送过程由DMAC管理，直接进行存储器与外设之间、外设与外设之间的数据传送。 DMA传送方式对高速大批量数据传送特别有用。
九、 Intel 8259中断控制器
控制逻辑数据总线缓冲器读/写控制逻辑中断服务寄存器优先权判别电路中断请求寄存器 IR0 INTA INT

计算机组成原理存储系统电子工业出版社罗克露

2、速度匹配
由于CPU内部操作的速度快，而存储器的读写速度相对要慢，必须解决它们的速度匹配问题。有两种基本的方式：
动态RAM (DRAM)
（3）磁表面存储器磁盘、磁带、磁鼓、磁卡等
（4）光盘存储器
2、按存取方式分（1）随机存取存储器（RAM）（2）只读存储器（ROM）（3）顺序存取存储器（SAM）（4）直接存取存储器（DAM）
4.2 半导体存储单元与存储芯片
一、六管静态 MOS 存储元与芯片
（不能将各芯片的数据线串在一起连接） ----称之为 “位的并联”，而各芯片的片选线应连在一起，合用一个片选信号。
见下面的例子：用4片1K*4的2114芯片组成一个 1K*16 的存储器。
CS A9 A0
2114 4
10 （1K*4）
D15 4 4
4
D0
4
WE
2114 4
10 （1K*4）
2114 4
行选线（字线Z）（Ｘ地址）
.
Vcc
T3
T4
1、电路图如右：双稳触发器原理。 *状态“ 0”：
T1 导通、 T2截止（A=0，B=1）
*状态“ 1”：
T2 导通、 T1截止（A=1，B=0）
T5 A
T1
W
B T6
T2
数据线（位线）
W
T7
T8
列选线(Ｙ地址)
I/O
I/O
六管静态 MOS 存储元电路图
2、 DRAM 芯片举例（1） 2164芯片的内部结构图
128个读出放大器
128个读出放大器
A7
1/2
A6 A5 A4 A3
地址译码

罗克露计算机组成原理课件(一)

总清 Q Q R S FT D C
ST DT ET
DMA 请求？ DMA请求？ Y
N 中断请求？ Y N
1 FT
CPFT
DMAT
IT
2）流程图：M IR FT0 FT0： PC+1 PC 3）操作时间表： FT0 FT0：电位型微命令 M IR EMAR, R, SIR PC+1 PC PC A, A+1, DM A,A+1, A+1,DM 1 ST 或 1 DT 或 1 ET
与系统总线 MDR 的连接通过、MDR 实现。 MAR MAR、 MDR实现。
输入输出
) (打入打入) 从内总线输入 ) 置入) 输入 (置入从DB DB输入 DB 输出至输出至DB ALU 的B门输出至输出至ALU ALU的
内总线
移位器 ALU R0 R1
AB DB CB MAR MDR IR PC SP PSW 控制逻辑 M I/O 移位器 ALU
4）M
6） I/O 7） I/O
R I/O DB MDR M DMA方式： I/O
ALU 内打入 R0 M DB
内总线
移位器 ALU R0 R1
AB DB CB MAR MDR IR PC SP PSW 控制逻辑 M I/O 移位器 ALU
内总线
R0 R1
AB DB CB MAR MDR IR PC SP PSW 控制逻辑 M I/O
FT 1）取指周期）取指周期FT PC 。从M取出指令并译码；修改修改PC PC。公操作非R寻址 ) 取指结束时，按操作码和寻址方式 (R/ (R/非寻址) 转相应工作周期。 ST 2）源周期）源周期ST (非R寻址 )形成源地址，从按寻址方式按寻址方式( 寻址) M取出源操作数，暂存于 C。 DT 3）目的周期）目的周期DT (非R寻址 )形成目的地址，或从按寻址方式按寻址方式( 寻址) M取出目的操作数，暂存于 D。 ET 4）执行周期）执行周期ET 按操作码完成相应操作 (传送、运算、取转移地址 PC 、返回地址压栈保存送入送入PC PC、返回地址压栈保存 )；。后续指令地址送入 MAR MAR。

微机IO接口技术基础61页PPT

8
1）片内总线
2）片总线（又称为元件级总线或局部总线）：它是一台单板计算机或一块CPU插件板使用的板上总线，用于芯片一级的连接。它是微型机系统的重要总线，在将接口芯片与CPU连接时就要与这种总线打交道。它一般是CPU芯片引脚的延伸，与CPU的关系密切。
3）内总线（又称为微机总线或板级总线，一般称为系统总线）：它用于微机系统各插件板之间的连接，是微机系统最重要的一种总线。一般谈到微型机总线，指的就是这一种总线。
5）中断管理功能: 既做到微机系统对外界的实时响应，又使CPU与外设并行工作,提高了CPU的效率。
6）可编程功能: 在不改动硬件的情况下，只修改相应的驱动程序就可以改变接口的工作方式。
14
分析与设计接口电路的基本方法
1）分析接口两侧的情况: 找出两侧进行连接时存在的差异；针对要消除
两侧的这些差异，来确定接口应完成的任务； 2）进行信号转换: 要考虑作哪些信号变换 3）合理选用外围接口芯片: 选择什么样的元器件来进行这些变换 4）接口驱动程序分析。
1.2、I/O信息的传送方式
1.3、常用的I/O接口扩展芯片
11
I/O接口的定义与作用
所谓接口（Interface）就是微处理器或微机与外界的连接部件（电路），它是 CPU 与外界进行信息交换的中转站。
接口电路的作用，就是将计算机以外的信息转换成与计算机匹配的信息，使计算机能有效地传送和处理它
16
1. 统一编址
把外设接口与内存统一进行编址。各占据统一地址空间的不同部分。
在输出时，输出装置是否有空（Empty），若输出装置正在输出信息，则以忙（Buby）指示等。
3．控制信息（Control）控制输入／输出装置或接口的启动、停止等。