北航计算机组成原理课件04

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计算机组成原理(本全)课件

计算机组成原理(本全)课件
计算机组成原理(本 全)课件
目录
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出(I/O)系统 • 计算机的体系结构 • 计算机的软件系统
01 计算机系统概述
计算机的发展历程
第一代计算机
电子管计算机,20世纪40年代 中期至50年代末期,主要用于
军事和科学研究领域。
CPU每个时钟周期执行的指令数,是 衡量CPU性能的重要指标。
03 存储器系统
存储器的分类和作用
分类
根据存储器的功能和位置,可以分为内存和外存两大类。内存是计算机内部存储器,用 于存放运算数据和程序代码;外存则是计算机外部存储器,用于长期保存大量数据和程
序。
作用
存储器是计算机的重要组成部分,它负责存储程序运行过程中所需的数据、指令等信息 ,使得CPU能够快速、准确地读取和写入数据,从而完成程序的执行。
软件系统
包括系统软件和应用软件两大类。
操作系统
是计算机的软件系统中最基本、最重要的部分,负责 管理和调度计算机的软硬件资源。
计算机的工作原理
二进制数制
计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。
指令和程序
计算机按照程序中预定的指令序列进行自动执 行。
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部,根据指令从存储器中取出数据和指令进行运 算和传输。
内存的工作原理和组织结构
工作原理
内存由多个存储单元组成,每个单元可以存储一个二进制数 。当CPU需要读取或写入数据时,会通过地址总线发送地址 信号,内存控制器根据地址信号找到对应的存储单元,完成 数据的读取或写入操作。
组织结构
内存的组织结构通常采用线性编址方式,即将内存单元按照 一定顺序排列,每个单元都有一个唯一的地址。内存的容量 大小由地址总线的位数决定,地址总线位数越多,可访问的 内存单元数量就越多。

计算机组成原理第4章课件

计算机组成原理第4章课件

03
指令格式与操作码设计
指令格式概述及分类
指令格式定义
指令格式是指计算机指令的编码 方式,包括操作码、地址码等部
分。
指令分类
根据指令的功能和性质,指令可 分为数据处理指令、程序控制指
令、输入输出指令等。
指令格式的重要性
指令格式是计算机硬件与软件之 间的接口,直接影响计算机的性
能和功能。
操作码设计原则与方法
04
指令执行过程与流水线技术
指令执行过程剖析
01
指令周期
从取指到执行完毕所需的全部时间,包括取指、译码、执行、访存、写
回等阶段。
02 03
指令执行流程
控制器从存储器中读取指令,对指令进行译码,确定操作数地址和操作 类型,然后执行相应的操作,最后根据需要将结果写回到存储器或寄存 器中。
指令执行过程中的数据通路
操作码定义
操作码是指令中用于表示操作性质的部分,它指定了指令要执行 的操作。
操作码设计原则
操作码设计应遵循简短、易记、易扩展等原则,同时要考虑指令 系统的规整性和对称性。
操作码设计方法
常用的操作码设计方法包括固定长度操作码、可变长度操作码和 扩展操作码等。
典型指令格式举例分析
RISC指令格式
RISC(精简指令集计算机)采用简单的、长度固定的指令格式,以提 高处理速度。
02
寻址方式与数据表示
寻址方式介绍及分类
立即寻址
操作数就在指令中,紧跟在操作码后面,作 为指令一部分存放在内存的代码段中,该操 作数为立即数,这种寻址方式称为立即寻址 方式。
直接寻址
间接寻址
操作数所在内存单元的地址通过存储 器间接给出。
存储单元的有效地址EA(即操作数的 有效地址)直接由指令给出。

北航微机原理-第四章PPT课件

北航微机原理-第四章PPT课件
格式
定义宏:在代码段外定义 引用宏:在代码段内调用
举例:定义宏在引用宏之前 与子程序区别
调用方法不同:宏名 Vs. CALL指令 传递参数方式不同:实参/形参 Vs. R/M/堆栈 目标程序长度不同:宏展开 Vs. 同一目标程序段 执行速度不同:无需保存返回地址 Vs. 返回地址入栈出栈
100 DUP(?) 1,2,3 ‘ABCD’
汇编时,形成指令:
MOV CX, 100 MOV BL, 1 MOV AL, 1
MASM中的表达式
SEG, OFFSET
SIZE (SIZE = TYPE* LENGTH)
返回变量包含的总字节数 例如
MOV CX, SIZE M1
MOV BL, SIZE M2
目标文件 *.OBJ
LINK.EXE 链接
可执行文件 *.exe
程序错误 汇编错误—>MASM
运行错误—>调试工具Debug
汇编语言程序的执行
1、编写
使用文本编辑工具,以ASCII码的形式编写程序,程序文件后 缀名为.ASM
2、汇编
把源文件翻译成目标文件,.ASM->.OBJ,使用MASM命令, 如:C:\>MASM 文件名[.ASM];
START: PUSH DS XOR AX,AX
指令
PUSH AX
MOV AX, DATA
MOV DS, AX MOV DX, OFFSET X MOV AH, 9 INT 21H
由段组成 段定义伪指令格式
RET MAIN ENDP
由指令和伪指令组成
CODE ENDS
END MAIN
汇编语言程序分析
MOV AL, SIZE M3 汇编时,形成指令:

计算机组成原理(本全PPT)

计算机组成原理(本全PPT)
应用
用作固件存储,如BIOS、固件等。
外存储器
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
分类
机械硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD)。
外存储器
应用
作为计算机的主要存储设备。
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
外存储器
分类
CD、DVD和蓝光光盘等。
应用
用于数据备份和存储。
高速缓存(Cache)
址和控制信号。
总线按照传输信号类型可以分为 数据总线、地址总线和控制总线。
总线按照连接部件可以分为内部 总线和外部总线,内部总线连接 计算机内部各部件,外部总线连
接计算机与外部设备。
主板的结构与功能
主板的结构包括
处理器插座、内存插槽、扩展插槽、硬盘接口、电源接 口等。
主板的功能包括
提供各部件之间的连接,实现数据传输和控制信号传递 ;保障系统的稳定性和可靠性;提供系统扩展能力。
I/O数据传输方式
优点
CPU可以执行其他任务,适用于高速I/O 设备。
VS
缺点
需要设置中断控制器,实现起来较为复杂 。
I/O数据传输方式
优点
CPU不直接参与数据传输,适用于大数据块 传输。
缺点
需要设置DMA控制器,成本较高。
I/O设备控制方式
要点一
优点
简单、易于实现。
要点二
缺点
CPU效率低下,适用于慢速I/O设备。
计算机组成原理(本全ppt)
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出系统(I/O) • 总线与主板 • 计算机系统性能评价与优化
01
计算机系统概述
计算机的发展历程

2024版计算机组成原理ppt课件

2024版计算机组成原理ppt课件

计算机的定义与发展计算机的定义计算机的发展计算机经历了从机械计算机、电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机到超大规模集成电路计算机的五个发展阶段。

包括中央处理器、存储器、输入输出设备等,是计算机的物理基础。

硬件系统包括系统软件和应用软件,是计算机的功能基础。

软件系统是计算机处理的对象,包括数字、文字、图像、音频和视频等。

数据计算机系统的组成计算机的工作原理存储程序原理01二进制原理02指令周期原理03数制与编码数制的基本概念奇偶校验编码方式逻辑代数基础逻辑变量与逻辑函数示方法。

逻辑代数的基本公式和定理逻辑运算逻辑门电路基本逻辑门电路介绍与门、或门、非门等基本逻辑门电路的工作原理及实现方法。

复合逻辑门电路讲解与非门、或非门、异或门等复合逻辑门电路的工作原理及实现方法。

逻辑门电路的应用阐述逻辑门电路在组合逻辑电路和时序逻辑电路中的应用。

数值数据的表示定点数表示法浮点数表示法原码、反码和补码非数值数据的表示ASCII码汉字编码Unicode编码数据校验方法奇偶校验通过在数据位后面添加一位校验位,使得整个数据中1的个数为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)。

海明校验通过在数据位中插入多个校验位,利用这些校验位来检测和纠正一位或多位的错误。

循环冗余校验(CRC)通过对待发送的数据进行多项式计算,生成一个校验码附加在数据后面,接收方通过同样的多项式计算来验证数据的正确性。

定点数的表示方法定点数的加减运算定点数的乘除运算浮点数的表示方法浮点数的加减运算浮点数的乘除运算对阶、尾数加减、规格化、舍入处理阶码加减、尾数乘除、规格化与舍入处理IEEE 754标准(单精度、双精度)运算器的组成与设计运算器的基本结构运算器的设计原则运算器的实现技术运算器的性能指标01指令格式02寻址方式03指令周期指令格式与寻址方式概述指令的寻址过程与数据传送方式指令的寻址过程数据传送方式数据传送过程立即寻址操作数就在指令中,紧跟在操作码后面,作为指令一部分存放在内存的代码段中,该操作数为立即数,这种寻址方式称为立即寻址方式。

《计算机组成原理》课件

《计算机组成原理》课件
指令结束
将结果存回内存或寄存器 。
CPU的性能指标
速度
执行指令的速度,通常以MIPS(百万条 指令每秒)表示。
功耗
CPU在工作时的能耗。
集成度
CPU中晶体管的数量和密度。
可靠性
CPU在正常工作条件下无故障运行的概率 。
03
存储器
内存的分类与结构
分类
根据存储介质,内存可以分为RAM(随机存取存储器)和ROM(只读存储器)。RAM又可以分为DRAM(动态 随机存取存储器)和SRAM(静态随机存取存储器)。
谢谢您的聆听
THANKS
《计算机组成原理》ppt课件
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器 • 存储器 • 输入输出系统 • 总线系统 • 计算机系统可靠性及安全性
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
机械计算机时代
1946年第一台电子计算机ENIAC诞生,占地170平方米,重30吨,运算速度5000次/秒。
晶体管计算机时代
20世纪50年代中期至60年代,计算机体积缩小,运算速度提高,可靠性增强。
集成电路计算机时代
20世纪60年代末至70年代初,微处理器出现,个人电脑开始进入市场。
大规模集成电路计算机时代
20世纪70年代中期至今,计算机体积更小,性能更高,应用领域更广泛。
计算机系统的组成
硬件系统
包括中央处理器、存储器、输入输出设备 等物理部件。
结构
内存主要由存储单元阵列、地址译码器和数据输入/输出缓冲器组成。每个存储单元阵列负责存储数据,地址译 码器负责将地址码转换为相应的存储单元的地址,数据输入/输出缓冲器则负责数据的读写操作。
内存的工作原理

《计算机组成原理》ppt课件

《计算机组成原理》ppt课件

VS
挑战
在计算机组成原理的发展过程中,面临着 许多挑战和问题,如处理器的性能和功耗 问题、存储器的速度和容量问题、系统的 可靠性和安全性问题等。这些问题需要不 断研究和探索,以推动计算机组成原理的 持续发展。
THANKS
感谢您的观看
解释定点数与浮点数的表示方法,包括整数和实数的表示。
逻辑代数基础
1 2
逻辑变量与逻辑函数
引入逻辑变量和逻辑函数的概念,为后续的逻辑 运算打下基础。
基本逻辑运算
介绍与、或、非三种基本逻辑运算及其性质。
3
复合逻辑运算
阐述其他复合逻辑运算,如异或、同或等。
逻辑门电路
基本门电路
01
介绍与门、或门、非门等基本门电路的工作原理及实现。
01
03 02
I/O接口的功能和基本结构
数据传输寄存器
命令/状态寄存器
控制逻辑电路
I/O控制方式
优点
控制简单,易于实现
缺点
CPU利用率低,实时性差
I/O控制方式
优点
提高了CPU的利用率,实时性较好
缺点
中断次数多,开销大,数据丢失问题
I/O控制方式
优点
数据传输速度快,CPU干预少
缺点
需要专门的DMA控制器,硬件开销大
指令的执行过程
取指周期
从内存中读取指令,并放入指令 寄存器IR中。
中断周期
在执行过程中,如果出现中断请 求,则进入中断周期,保存现场 信息,并转向中断服务程序。
分析周期
对取回的指令进行分析,确定指 令的操作性质和操作数地址。
执行周期
根据分析结果,执行相应的操作 ,如算术运算、逻辑运算、数据 传输等。

计算机组成原理(本全)ppt课件(2024)

计算机组成原理(本全)ppt课件(2024)

I/O设备的分类
按数据传输方式可分为字符设备和块设备;按设备 共享属性可分为独占设备和共享设备。
I/O接口与I/O设备的连 接方式
包括并行接口和串行接口,其中并行接口传 输速度快,但传输距离短,而串行接口传输 速度慢,但传输距离长。
I/O控制方式与中断技术
I/O控制方式
包括程序查询方式、中断方式和DMA方式。程序查询方 式需要CPU不断查询I/O设备的状态,效率低下;中断方 式可以在I/O设备准备好数据后主动通知CPU,提高了 CPU的利用率;DMA方式则允许I/O设备与内存直接交 换数据,进一步提高了数据传输效率。
计算机的发展
计算机经历了从电子管、晶体管、集成电路到超大规模集成 电路等多个发展阶段,性能和体积不断得到优化和改进。目 前,计算机已广泛应用于各个领域,成为现代社会不可或缺 的工具。
计算机系统的组成
要点一
硬件系统
计算机硬件是计算机系统的物质基础,包括中央处理器、 内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等部分。其中 ,中央处理器是计算机的核心部件,负责解释和执行指令 ;内存储器用于暂时存储数据和程序;外存储器用于长期 保存数据和程序;输入设备用于将数据和信息输入到计算 机中;输出设备则将计算机处理结果以人们能够识别的形 式输出。
人们日常生活中最为熟悉的数制,每一位上的数码都是 0~9之间的数字。
十六进制表示法
在二进制基础上发展起来的一种数制,每一位上的数码由 0-9和A-F(对应十进制中的10-15)组成,常用于表示内 存地址和机器码等信息。
数的定点表示与浮点表示
定点表示法
小数点固定在某一位置的数制表示方 法,包括定点整数和定点小数,适用 于表示范围较小的数值。
总线技术

2024版计算机组成原理全ppt课件

2024版计算机组成原理全ppt课件
掌握总线仲裁算法,实现总线的分配和管理。
实验步骤
确定总线仲裁方案、设计仲裁电路、连接并测试总线系统。
THANKS
感谢观看
ABCD
PCI总线
一种高性能的局部总线标准,广泛应用于计算机 内部设备连接。
IEEE 1394总线
一种高速串行总线标准,主要用于音视频设备的 连接和数据传输。
07
输入输出(I/O)系统组织结 构和设备接口技术
I/O系统基本概念和组成要素
I/O系统的定义
I/O系统是指计算机与外部设备之间进行数据传输和控制的系统, 它是计算机系统的重要组成部分。
ARM指令系统
ARM是一种精简指令集(RISC)架构,具有简单的指令集 和较少的寻址方式,广泛应用于嵌入式系统和移动设备。
MIPS指令系统
MIPS也是一种精简指令集(RISC)架构,具有简单的指令 集和较少的寻址方式,被用作许多大学计算机组成原理课 程的教材。
05
中央处理器(CPU)组成与功 能实现
08
计算机组成原理实验项目指导
实验项目一:简单组合逻辑电路设计
实验目的
掌握组合逻辑电路的基本原理和 设计方法。
实验要求
使用逻辑门电路搭建,测试并验 证电路功能。
实验内容
设计并实现一个简单的组合逻辑 电路,如加法器、比较器等。
实验步骤
确定设计目标、列出真值表、化 简逻辑表达式、选择器件并搭建
电路、测试与调试。
请求分段存储管理
在分段系统的基础上,增加了请求调段和分段置换功能。当 要访问的段不在内存时,产生缺段中断,系统将外存中的段 调入内存
04
指令系统设计与寻址方式选择
指令格式及操作码编码方法
指令格式

计算机组成原理第四章ppt课件

计算机组成原理第四章ppt课件
EPROM是一种可擦除可编程只读存储器,用 户可以对其信息作任意次的改写。
采用紫外线进行擦除,擦除时间比较长(820分钟),但不能对个别需要改写的单元进行单 独擦除或重写。
可编辑课件PPT
36
2716 EPROM 的逻辑图和引脚
DO0 …
PD/Progr 控制逻辑
CS A10
数据缓冲区
……


Y 译码 A7 A6
X

码 A0

..
Y 控制
……
128 × 128
存储矩阵
… ………………
……………… ……
A7 1
24
A1 A0
DO0 DO1 DO2 VSS
2716 12 13
VCC A8 A9 VPP CS A10 PD/Progr DO7
DO3
PD/Progr 功率下降 / 编程输入端 读出时 为 低电平
可编辑课件PPT
5)与静态RAM比,集成度高,功耗低。
可编辑课件PPT
25
(1) 动态 RAM 基本单元电路
读选择线
T2
T1
T3 Cg
01
V DD
T4 预充电信号
10
无有电流 数据线
T
01
Cs
写选择线
字线
写数据线
读数据线
读出与原存信息相反
读出时数据线有电流 为 “1”
写入与输入信息相同 可编辑写课入件PP时T CS充电 为 “1” 放电 2为6 “0”
tC
刷新间隔 128 个读写周期
tC = tM + tR
无 “死区”
W/R REF
读写 刷新
可编(辑存课件取PPT周期为

北航计算机网络课件第4章.讲义

北航计算机网络课件第4章.讲义
第四章
4.1
4.2 4.3 4.4
数据链路层
线路规程 流量控制与差错控制 HDLC通信协议 数据链路层网络互连
数据链路层提供两个相邻的网络结点之间的
可靠通信。将不可靠的物理链路变为可靠的 数据链路。 数据链路层传输的信息单元是帧(Frame)
数据链路层传送的是帧
结点 A 网络层 数据 链路层 物理层 帧
1010… …0110
结点 B IP 数据报 取出 帧
1010… …0110
IP 数据报 装入
链路 (a) 结点 A 数据 链路层 发送 帧 接收 帧 结点 B
链路
(b)
数据链路层的主要工作:线路规程、差错控
制和流量控制。
4.1 线路规程
线路规程是监视链路的建立,以及在给定时
刻分配一个具体设备进行数据传送的权利。 线路规程可以两种方式实现: ①询问/应答(ENQ/ACK) ②轮询/选择(Poll / Select )
解: 实际的数据传输率:

8×1000÷(8×1000÷106 +45×10-3)=150kbps
信道利用率=150kbps÷106 =15%
3种可能出现的情况:
①没有应答; ②回答是否定; ③回答是肯定;
4.1.2 轮询/选择模式
轮询(Poll)/选择(Select)模式的使用场合在
多点连接系统。在这种环境下,不仅仅要确 定设备是否就绪,还要确定哪一个站点有权 使用信道。
①工作方式:主设备控制链路,主设备发命
流量控制是一组过程,这组过程是用来告诉
发送方在等待接收方的确认信号之前最多可 以传送多少数据。 流量控制有两个要点: ①数据流不能使接收方过载 ②接收方对数据进行确认

北航计算机组成原理课件

北航计算机组成原理课件

操作码
操作数地址
11010101 10000100 01010001 10100000 程序:在此特指一段机器指令序列。
完成一定的功能,采用某种算法,具备一定的流程; 计算机按照程序所规定的流程和指令顺序,一条一条地执行指令,达到 完成程序所规定的功能的目的。 计算机采用程序计算器(Program Counter)来决定指令执行的顺序。
微操作信号 发生器 A B ID GR 存储器
IR
MAR
指令的执行过程
总线
Instruction Fetch
AC 微操作控制信号 PC MBR AC: 累加器 ALU:算术逻辑运算单元 A,B:缓冲器 GR: 通用寄存器 IR: 指令寄存器 ID: 指令译码器 PC: 程序计数器 MAR:地址寄存器 MBR:数据寄存器
08H
0AH 0CH 0EH 10H 12H 14H 16H 18H
ST
04H
Example
Y=ax2+bx-c 假定a,b,c,x均为已知数,且存放在内存中,求y。
指令
ADD
LD SUB MUL ST
操作码
00H
01H 02H 03H 04H
说明
AC (AC)+Mem(Add) AC Mem(Add)
1946年,冯· 诺依曼与同事开始研制 IAS,虽直到
1952年仍未完成,但该机结构被公认为随后发展 起来的通用计算机的原型。
Examples – PC (单总线结构)
普通PC(PC/XT)的内部结构
Examples – PC (多总线结构)
普通PC(Pentium)的内部结构
PCI Slots
运算器+控制器=CPU(Central Process Unit)

计算机组成原理课件第四章

计算机组成原理课件第四章

字地址
低字节
0 3210 4 7654
字地址 为 低字节 地址
字地址
低字节
00123
44567
字地址 为 高字节 地址
11
4.2.1 操作数的类型和存储方式
三、数据对齐方式 1、在数据对齐存储方式下,要求一个数据字占据完整的一个字的存
储位置,而不是分为两部分,各占据一个字存储位置的一部分。 2、存储地址分属两个字,在两行中,是不对齐的,需要分两次进行
需要注意的是,在不同的计算机中,指令助记符的规 定是不一样的。因此,指令助记符还必须转换成与它们相 对应的二进制码。这种转换借助汇编程序可以自动完成, 汇编程序相当于一个“翻译”。
9
4.2 操作数的存储及其寻址方式 4.2.1 操作数的类型和存储方式
一、操作数类型 • 数值型数据:
(1)定点整数,用无符号数或符号数的补码表示 (2)浮点数分单精度和双精度 2 字符型数据:文本数据或字符串,用ASCII码表示 长度有单字节、双字节、字(四字节)、单精度是四字节、双 精度是八字节
2
4.1指令格式和指令编码
指令字(简称指令)即表示一条指令的机器字。 指令格式则是指令字用二进制代码表示的结构形式,
由操作码字段和地址码字段组成。
操作码字段
地址码字段
3
4.1.1操作码(OP)
指令系统中每一条指令对应一个操作码 操作码指定指令的操作类型,即指令要完成的操作 操作码的长度取决于指令系统的规模
10
4.2.1 操作数的类型和存储方式
二、操作数存储方式 1、当CPU访问存储器中一个字时,给定的是一个字的地址,实际访
问的是从这个地址起始的多个连续地址 2、在多字节的数据中,按照各个数据字节在存储器中的存储次序,
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14
4.1 Introduction
• How does the computer access a memory location corresponds to a particular address? • We observe that 4M can be expressed as 2 2 2 20 = 2 22 words. • The memory locations for this memory are numbered 0 through 2 22 -1. • Thus, the memory bus of this system requires at least 22 address lines.
10
4.1 Introduction
• Every computer contains at least one clock that synchronizes the activities of its components. • A fixed number of clock cycles are required to carry out each data movement or computational operation. • The clock frequency, measured in megahertz or gigahertz, determines the speed with which all operations are carried out. • Clock cycle time is the reciprocal of clock frequency.
9
4.1 Introduction
• In a master-slave configuration, where more than one device can be the bus master, concurrent bus master requests must be arbitrated. • Four categories of bus arbitration are:
The next slide shows a model bus configuration.
7
4.1 Introduction
8
4.1 Introduction
• A multipoint bus is shown below. • Because a multipoint bus is a shared resource, access to it is controlled through protocols, which are built into the hardware.
3
4.1 Introduction
• The computer’s CPU fetches, decodes, and executes program instructions. • The two principal parts of the CPU are the datapath and the control unit.
– Daisy chain: Permissions – Distributed using self-detection: are passed from the highestDevices decide which gets the bus priority device to the among themselves. lowest. – Distributed using collision– Centralized parallel: Each detection: Any device can try to device is directly connected use the bus. If its data collides to an arbitration circuit. with the data of another device, it tries again.
2
4.1 Introduction
• Chapter 1 presented a general overview of computer systems. • In Chapter 2, we discussed how data is stored and manipulated by various computer system components. • Chapter 3 described the fundamental components of digital circuits. • Having this background, we can now understand how computer components work, and how they fit together to create useful computer systems.
• Two types of buses are commonly found in computer systems: point-to-point, and multipoint buses. This is a point-to-point bus configuration:
6
4.1 Introduction
– We see that we can improve CPU throughput whቤተ መጻሕፍቲ ባይዱn we reduce the number of instructions in a program, reduce the number of cycles per instruction, or reduce the number of nanoseconds per clock cycle.
We will return to this important equation in later chapters.
12
4.1 Introduction
• A computer communicates with the outside world through its input/output (I/O) subsystem. • I/O devices connect to the CPU through various interfaces. • I/O can be memory-mapped-- where the I/O device behaves like main memory from the CPU’s point of view. • Or I/O can be instruction-based, where the CPU has a specialized I/O instruction set.
– An 800 MHz clock has a cycle time of 1.25 ns.
11
4.1 Introduction
• Clock speed should not be confused with CPU performance. • The CPU time required to run a program is given by the general performance equation:
– The datapath consists of an arithmetic-logic unit and storage units (registers) that are interconnected by a data bus that is also connected to main memory. – Various CPU components perform sequenced operations according to signals provided by its control unit.
• The arithmetic-logic unit (ALU) carries out logical and arithmetic operations as directed by the control unit. • The control unit determines which actions to carry out according to the values in a program counter register and a status register.
5
4.1 Introduction
• The CPU shares data with other system components by way of a data bus.
– A bus is a set of wires that simultaneously convey a single bit along each line.
4
4.1 Introduction
• Registers hold data that can be readily accessed by the CPU. • They can be implemented using D flip-flops.
– A 32-bit register requires 32 D flip-flops.
Chapter 4
MARIE: An Introduction to a Simple Computer
Chapter 4 Objectives
• Learn the components common to every modern computer system. • Be able to explain how each component contributes to program execution. • Understand a simple architecture invented to illuminate these basic concepts, and how it relates to some real architectures. • Know how the program assembly process works.
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