计算机组成原理(5)
计算机组成原理教案(第五章)
(1) I1: ADD R1，R2，R3 ； I2: SUB R4，R1，R5 ；
3.联合控制方式
此为同步控制和异步控制相结合的方式。 情况（1） 大部分操作序列安排在固定的机器周 期中，对某些 时间难以确定的操作则以执行部件的“回答”信号作为本次操 作的结束； 情况（2） 机器周期的节拍脉冲数固定，但是各条指令周期的 机器周期数不固定。
5.4 微程序控制器
5.4.1 微命令和微操作
控 制 字 段 判别测试字段
下地址字段
按照控制字段的编码方法不同，水平型微指令又分为三种：
I. 全水平型(不译法)微指令 II. 字段译码法水平型微指令 III. 直接和译码相混合的水平型微指令。
2.垂直型微指令
微指令中设置微操作码字段，采用微操作码编译法，由 微操作码规定微指令的功能 ，称为垂直型微指令。
下面举4条垂直型微指令的微指令格式加以说明。设微指 令字长为16位，微操作码3位。
(1)寄存器-寄存器传送型微指令 (2)运算控制型微指令
(3)访问主存微指令 (4)
3.水平型微指令与垂直型微指令的比较
(1)水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，垂直型微 指令则较差。
(2)水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行时间 长。
5.8.3 流水线中的主要问题
流水过程中通常会出现以下三种相关冲突，使流水线断流。
1. 资源相关
资源相关是指多条指令进入流水线后在同一机器时钟周 期内争用同一个功能部件所发生的冲突。
2. 数据相关
在一个程序中，如果必须等前一条指令执行完毕后，才能 执行后一条指令，那么这两条指令就是数据相关的。
5.8 流水CPU
5.8.1 并行处理技术
计算机组成原理-第五章测试
标记题目信息文本一、选择题题目1正确获得20.00分中的20.00分标记题目题干控制器的功能是（）选择一项：a. 执行语言翻译b. 向计算机各部件提供控制信号恭喜您回答正确！c. 支持汇编程序d. 完成数据运算反馈Your answer is correct.正确答案是：向计算机各部件提供控制信号题目2正确获得20.00分中的20.00分标记题目题干硬连线控制器是由以下部件组成（）选择一项：a. 程计数器PC、指令寄存器IR、控制信号产生部件，步骤标记b. 程序计数器PC、指令寄存器IR、控制信号产生部件，节拍发生器恭喜您回答正确！c. 指令寄存器IR、控制信号产生部件，节拍发生器d. 程序计数器PC、指令寄存器IR、控制信号产生部件反馈Your answer is correct.正确答案是：程序计数器PC、指令寄存器IR、控制信号产生部件，节拍发生器题目3正确获得20.00分中的20.00分标记题目题干微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是（）选择一项：a. 每一条机器指令由一条微指令来执行b. 一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行c. 一条微指令由若干条机器指令组成d. 每一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行恭喜您回答正确！反馈Your answer is correct.正确答案是：每一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行题目4正确获得20.00分中的20.00分标记题目题干微指令执行的顺序控制问题，实际上是如何确定下一条微指令的地址问题。
通常采用的一种方法是断定方式，其基本思想是（）。
选择一项：a. 用程序计数器PC来产生后继微指令地址b. 用微程序计数器uPC来产生后继微指令地址c. 通过微指令顺序控制字段由设计者指定或者由设计者指定的判别字段控制产生后继微指令地址恭喜您回答正确！d. 通过指令中指定一个专门字段来控制产生后继微指令地址反馈Your answer is correct.正确答案是：通过微指令顺序控制字段由设计者指定或者由设计者指定的判别字段控制产生后继微指令地址题目5正确获得20.00分中的20.00分标记题目题干利用时间重叠途径实现并行处理的是（）选择一项：a. 并行处理机b. 流水线处理机恭喜您回答正确！c. 相联处理机d. 多处理机反馈Your answer is correct.正确答案是：流水线处理机。
计算机组成原理 (5)
计算机组成原理姓名：［填空题］*1.指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是（）。
［单选题］A.实现存储程序和程序控制B.缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性（正确答案）C.可以直接访问外存D.提供扩展操作码的可能并降低指令译码难度2、立即寻址是指（）o ［单选题I*A.指令中直接给出操作数地址B.指令中直接给出操作数（正确答案）C.指令中间接给出操作数D.指令中间接给出操作数地址3、直接寻址是指（）o ［单选题］*A.指令中直接给出操作数地址（正确答案）B.指令中直接给出操作数C.指令中间接给出操作数D.指令中间接给出操作数地址4、间接寻址是指（）o ［单选题］*A.指令中直接给出操作数地址B.指令中直接给出操作数C.指令中间接给出操作数D.指令中间接给出操作数地址 15、变址寻址方式中，操作数的有效地址等于（）o ［单选题］*A.基址寄存器内容加上形式地址（位移量）B.堆栈指示器内容加上形式地址C.变址寄存器内容加上形式地址（正确答案）D.程序计数器内容加上形式地址6、基址寻址方式中，操作数的有效地址等于（）o ［单选题］*A.基址寄存器内容加上形式地址（偏移量）（正确答案）B.堆栈指示器内容加上形式地址C.变址寄存器内容加上形式地址D.程序计数器内容加上形式地址7、定点数补码加法具有两个特点：一是符号位（）；二是相加后最高位上的进位要舍去。
［单选题］*A.与数值位分别进行运算B.与数值位一起参与运算1正确答案）C.要舍去D.表示溢出8、长度相同但格式不同的2种浮点数，假设前者阶码长、尾数短，后者阶码短、尾数长，其他规定均相同，则它们可表示的数的范围和精度为（）o ［单选题］*A.两者可表示的数的范围和精度相同B.前者可表示的数的范围大但精度低（正确答案）C.后者可表示的数的范围大且精度高D.前者可表示的数的范围大且精度高9、在定点二进制运算器中，减法运算一般通过（）来实现。
［单选题］*A.原码运算的二进制减法器B.补码运算的二进制减法器C.补码运算的十进制加法器D.补码运算的二进制加法器（正确答案）10、在机器数（）中，零的表示形式是唯一的。
《计算机组成原理》5-指令系统
◆ CPU中设置程序计数器（PC）对指令的顺序号进行计 数。PC开始时存 放程序的首地址，每执行一条指令，PC 加”1”，指出下条指令的地址， 直到程序结束。
跳跃寻址 Leabharlann 转移指令指出AA22AA33
…
…
…
…
1111 1110 A2 A3
12 位操作码
1111 1111 0000 1111 1111 0001
AA33
…
…
…
…
1111 1111 1110 A3
16 位操作码
…
…
1111 1111 1111 0000 1111 1111 1111 0001 1111 1111 1111 1111
24
双字
28
双字（地址32）▲
32
双字
36
边界未对准
地址（十进制）
字( 地址2)
半字( 地址0)
0
字节( 地址7) 字节( 地址6)
字( 地址4)
4
半字( 地址10)
半字( 地址8)
8
5.2.2 数据类型
2、数据在计算机中存放方式
存储字长内部字节的次序
例： 12345678H如何存储？ 12 34 56 78H
5.3.1指令寻址
指令寻址----计算指令有效地址的方法
指令地址
指令
指令地址寻址方式
PC +1
0 LDA
11 ADD 22 DEC 33 JMP
4 LDA
5 SUB 6 INC
77 STA 88 LDA
计算机组成原理第5章 中央处理器
19
第二节 一、指令执行分析 任何一条指令的执行都要经过读取指令、分析 指令和执行指令三个阶段。指令执行过程一般可分 为：1）取指令 2 3 4 5
20
图5.5
流水处理
21
二、 计算机的功能是执行程序。执行程序时，计算 机操作由一系列指令周期组成，每个周期执行一条 机器指令，而每个指令周期又由若干个机器周期组 成，一种通常的办法是分解成取指、取操作数、执 行和中断，只有取指和执行周期总是必有的。 1 2 图
10
二、时序控制方式 计算机的基本任务是执行指令。执行一条指令 的过程是分为若干步来实现的，每一步对应某些微 操作。由于不同指令所对应的微操作及繁简程度大 不相同，因而每条指令和每个微操作所需的执行时 间也不相同，这就需要引入时序信号来对这些微操 作进行定时控制。时序控制方式，就是指微操作与 时序信号之间采取何种关系。按照同步或非同步的 关系，可将时序控制方式分为同步控制和异步控制
13
计算机从取指令到执行完指令所需要的时间称 为指令周期。不同的指令，其功能不同，其指令周 期长短也就可以不同。在系统中，通常不为指令周 期设置时间标志信号，因而也不将其作为时序的一 级。时序信号通常划分为三级，即机器周期、节拍
14
图5.2
时序系统结构框图
15
3) 异步控制方式中没有统一的时钟信号，各部件 按自身固有的速度工作，通过应答方式进行联络， 常见的应答信号有准备好（READY）或等待（ WAIT
16
图5.3 多级时序
17
图5.4
异步应答流程
18
在CPU中，控制器的任务是决定在什么时间、 根据什么条件、发什么命令、做什么操作。因此， 产生微命令的基本依据是时间、指令代码、状态、 外部请求等。这些信息或作为逻辑变量，经组合逻 辑电路产生微命令序列；或形成相应的微程序地址， 通过执行微指令直接产生微命令序列。按照微命令 的产生方式，可将控制器分为组合逻辑控制器和微
计算机组成原理第五版课后答案
计算机组成原理第五版课后答案1. 比较数字计算机和模拟计算机的特点。
答: （1）模拟计算机的特点: 数值由连续量来表示, 运算过程也是连续的。
同时用电压表示数据, 采用电压组合和测量值的方式来进行计算, 以及盘上连线的控制方式。
数字计算机的主要特点：按位运算, 并且不连续地跳动计算。
用数字 0 和 1 表示数据, 采用数字计数的计算方式, 程序控制的控制方式。
数字计算机与模拟计算机相比, 精度高, 数据存储量大, 逻辑判断能力强。
2. 数字计算机如何分类？分类的依据是什么？答: 数字计算机可分为专用计算机和通用计算机, 是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。
3. 数字计算机有哪些主要应用？答: 数字计算机的主要应用有: 科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器、人工智能。
4. 冯·诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？答: 冯·诺依曼型计算机的主要设计思想是: 采用存储程序的方式, 编制好的程序和数据存放在同一存储器中, 计算机可以在无人干预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务；在机器内部, 指令和数据均以二进制码表示,指令在存储器中按执行顺序存放。
主要组成部分有: 运算器、逻辑器、存储器、输入设备和输出设备。
5. 什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？答: （1）存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
（2）每个存储单元都有编号, 称为单元地址。
（3）如果某字代表要处理的数据, 称为数据字。
（4）如果某字为一条指令, 称为指令字。
6. 什么是指令？什么是程序？答: 计算机硬件可直接执行的每一个基本的算术运算或逻辑运算操作称为一条指令, 而解算某一问题的一串指令序列, 称为程序。
7. 指令和数据均存放在内存中, 计算机如何区分它们是指令还是数据？答：取指周期中从内存读出的信息流是指令流, 它流向控制器；而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流, 它流向运算器。
白中英《计算机组成原理》(第5版)笔记和课后习题详解
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 读书笔记
目录
02 内容摘要 04 作者介绍 06 精彩摘录
思维导图
关键字分析思维导图
原理
课程
第版
笔记
重难点
教学实验
设计
原理
教材
计算机 习题
运算器
笔记
笔记
概论
复习
运算
系统
第章
内容摘要
白中英所著的《计算机组成原理》（第5版，科学出版社）是我国高校采用较多的计算机专业优秀教材，也被 众多高校指定为计算机专业考研参考书目。作为该教材的辅导书，本书具有以下几个方面的特点：1．整理名校笔 记，浓缩内容精华。在参考了国内外名校名师讲授白中英《计算机组成原理》的课堂笔记基础上，本书每章的复 习笔记部分对该章的重难点进行了整理，同时对重要知识点进行点拨，因此，本书的内容几乎浓缩了配套教材的 知识精华。2．解析课后习题，提供详尽答案。本书参考大量计算机组成原理相关资料对该教材的重难点课（章） 后习题进行了详细的分析和解答，并对相关重要知识点进行了延伸和归纳。
9.2课后习题 详解
作者介绍
读书笔记
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精彩摘录
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目录分析
1.1复习笔记
1.2课后习题 详解
2.1复习笔记
2.2课后习题 详解
3.1复习笔记
3.2课后习题 详解
4.1复习笔记
纪禄平 - 计算机组成原理(第5版) - 1.3 概论-计算机系统的组织
硬件——是指构成计算机系统的实体和装
置之类的有形设备，是组成计算机系统的物 质基础。
软件——是指由硬件所表达的各种内在信
息，包括数据与控制程序。因为它们是无形 的东西，所以称为软件或软设备。
1/20
1.3.1 计算机的硬件系统组成
1、硬件系统的基本组成模型
系统总线
CPU
M 接口
能为多个部件分时共享的一组信息传送通路。
根据传送的信息不同，可分三类：
① 传送各种数据信息的数据总线(Data Bus); ② 传送各种地址信息的地址总线(Address Bus); ③ 传送各种控制信号的控制总线(Control Bus);
9/20
5. 接口
外设的种类、数量了变，为了将总线与各类外设 连接，须在两者之间设置一些部件，具有缓冲、 转换、连接等功能，这些部件就是接口。
13机柜 （576路由器）
计算节点
计算节点
计算
计算节点 计算节点
集群
（天河-2号，国防科技大学）
13/20
※天河-2号的计算节点剖析
单块主板2节点：
Phi 31S1P (61核)
GDDR5, 8GB
PCI-E
APU(5协处理器)
DDR3, 32GB DDR3, 32GB
E5-2692 (1E25核-2)692
DDR3 PCI-E
QPI
E5-2620
E5-2620
DDR3 PCI-E
DMI
上行SAS磁盘PCI-E
USB总线 SATA
SM总线 Super I/O
安全控制芯片 …
芯片组 (C600)
WIFI LAN PCI-E 传统音频
计算机组成原理第五章-有关cache的计算
计算机组成原理第五章-有关cache的计算计算机组成原理第五章主要讲述了计算机中的缓存（Cache）技术。
缓存是一种用于提高计算机性能的关键技术，它位于CPU和内存之间，用于存储最近访问的数据和指令。
当CPU 需要访问某个数据或指令时，首先会检查缓存中是否存在该数据或指令，如果存在，则直接从缓存中获取，否则从内存中获取并存入缓存。
有关cache的计算主要包括以下几个方面：1. 命中率（Hit Rate）：命中率是指CPU在访问数据时，能够直接从缓存中找到所需数据的概率。
命中率越高，说明缓存的使用效果越好。
计算公式为：命中率= 命中次数/ (命中次数+ 未命中次数)2. 缺失率（Miss Rate）：缺失率是指CPU在访问数据时，无法从缓存中找到所需数据的概率。
缺失率越低，说明缓存的性能越好。
计算公式为：缺失率= 未命中次数/ (命中次数+ 未命中次数)3. 平均访问时间（Average Access Time）：平均访问时间是指CPU访问数据所需的总时间除以访问次数。
平均访问时间越短，说明缓存的性能越好。
计算公式为：平均访问时间= (命中时间* 命中次数+ 缺失时间* 缺失次数) / (命中次数+ 缺失次数)4. 缓存容量（Cache Capacity）：缓存容量是指缓存中可以存储的数据量。
缓存容量越大，能够存储的数据越多，从而提高缓存的命中率。
但是，缓存容量的增加也会增加成本和功耗。
5. 缓存行大小（Cache Line Size）：缓存行大小是指每次从内存中读取的数据量。
缓存行大小越大，每次读取的数据越多，从而提高缓存的命中率。
但是，过大的缓存行大小会增加内存带宽的需求。
6. 替换策略（Replacement Policy）：替换策略是指在缓存已满的情况下，如何选择要被替换的数据。
常见的替换策略有随机替换、先进先出（FIFO）替换、最近最少使用（LRU）替换等。
不同的替换策略会影响缓存的性能和命中率。
计算机组成原理第五章(白中英版)PPT课件
取出CLA指令
算术逻辑单元
ALU
累加器AC
取指 控制
操作控制器
时序产生器
执行 控制
时钟
状态 反馈
c
+ 1
c
20 CLA 21 ADD 30 22 STA 40 23 NOP 24 JMP 21
30 000 006 31 40
指令译码器
CLA
c
CLA
c 指令寄存器IR
缓冲寄存器DR
数据总线DBUS
15
2
第5章 中央处理器 计算机组成原理
5.1 CPU的组成和功能 5.2 指令周期 5.3 时序产生器和控制方式 5.4 微程序控制器 5.5 微程序设计技术 5.6 硬布线控制器 5.7 传统CPU
5.8 流水CPU 5.9 RISC CPU 5.10 多媒体CPU 5.11 CPU性能评价
3
5.1 CPU的功能和组成
30 000 006 31 40
CLA
c
CLA
c 指令寄存器IR
缓冲寄存器DR
数据总线DBUS
16
5.2.3 ADD指令的指令周期
一个CPU周期 一个CPU周期 一个CPU周期
取指令 开始 PC+1
执行加 操作
取下条指 令PC+1
对指令 译码
送操作 数地址
取出操 作数
取指令阶段
执行指令阶段
17
取出并执行ADD指令
☼ 第一章 计算机系统概论 ☼ 第二章 运算方法和运算器 ☼ 第三章 存储系统 ☼ 第四章 指令系统 ☼ 第五章 中央处理器 ☼ 第六章 总线系统 ☼ 第七章 外围设备 ☼ 第八章 输入输出系统 ☼ 第九章 并行组织
计算机组成原理第五章答案
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8
16、判断以下三组指令中各存在哪种类型的数据相关？
① I1 LDA R1 , A ;M(A)R1 I2 ADD R2 , R1 ;(R2)+(R1)R2 写后读相关
② I3 ADD R3 , R4 ;(R3)+(R4)R3 I4 MUL R4 , R5 ;(R4) ×(R5) R4 读后写相关
第5章 中央处理机
2、参见图5.15的数据通路，画出存数指令STO R1，（R2） 的指令周期流程图，其含义是将寄存器R1的内容传送至 （R2）为地址的数存单元中。
指令 地址
数据单元 指令
数据 地址
数据
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2
存数指令STO R1，（R2）
取指周期
执行周期
PC0 G (PC)AR ARi
R/W=1 (M)DR
③ I5 LDA R6 , B ;M(B)R6
写后写相关
I6 MUL R6 , R7 ;(R6) ×(R7) R6
可编辑ppt
9
微指令的数目为80×3+1=241条； 微指令字长为32/8=4字节； 故，控制存储器的容量为 241×4=964字节
该容量为控制存储器的最小容量。
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6
13、指令流水线有取指（IF）、译码（ID）、执行 （EX）、访存（MEM）、写回寄存器堆（WB） 五个过程段，共有20条指令连续输入此流水线。
DR0 G
(DR)IR
IRi
R20 (R2)AR G
ARi
R10 (R1)DR G
DRi
DRMM R/W=0
译码
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3
3、参见图5.15的数据通路，画出取数指令LAD (R3)， R0的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址数存 单元的内容取至寄存器R0中。
计算机组成原理课后答案(高教版)5
5.图形显示和图像显示有何区别？
图形显示器是用点、线、面组合而成的平面或立体 图形。并可以做平移、比例变化、旋转、坐标变 换、投影变换、透视变换、透视投影、轴侧投影、 单点透视、两点或三点透视以及隐线处理等操作。 主要用于CAD和CAM等。图形显示器所显示的图 形是由计算机用一定的算法形成的点、线、面、 阴影等，它来自主观世界，因此又称主观图像或 叫做计算机图像。 图像显示器所显示的图像通常来自客观世界，故又 称客观图像。图像显示器是把由计算机处理后的 图像，以点阵列的形式显示出来。
2014-3-28
15
14. 在什么条件下，I/O设备可以向CPU提出中断请求？ 解：条件是：I/O接口中的设备工作完成状态为1（D=1）， 中断屏蔽码为0 （MASK=0），且CPU查询中断时，中断 请求触发器状态为1（INTR=1）。 15. 什么是中断允许触发器？它有何作用？ 解：中断允许触发器是CPU中断系统中的一个部件，他起 着开关中断的作用（即中断总开关，则中断屏蔽触发器可 视为中断的分开关）。 16. 在什么条件和什么时间，CPU可以响应I/O的中断请求？ 解：CPU响应I/O中断请求的条件和时间是：当中断允许状 态为1（EINT=1），且至少有一个中断请求被查到，则在 一条指令执行完时，响应中断。
2014-3-28 5
6. 字符显示器的接口电路中配有缓冲存储器和 只读存储器，各有何作用？ 解： (1) 缓冲存储器做为显示存储器，存放欲显示 的字符的ASII码，其容量与显示屏能显示的 字符个数有关，每个字符所在存储单元的地 址与字符所在荧光屏上的位置一一对应。 (2) 只读存储器做为字符发生器，将ASCII码转 变为一组光点矩阵信息ROM的个数与显示器 所能显示的字符种类有关。
计算机组成原理第五章答案
31. 假设某设备向CPU传送信息的最高 频率是40K次/秒，而相应的中断处理程序其 执行时间为40s，试问该外设是否可用程序 中断方式与主机交换信息，为什么？
解：该设备向CPU传送信息的时间间隔 =1/40K=0.025×103=25s < 40s
则：该外设不能用程序中断方式与主机
交换信息，因为其中断处理程序的执行速度 比该外设的交换速度慢。
直接控制适用于结构极简单、速度极慢的 I/O设备，CPU直接控制外设处于某种状态而无须 联络信号。
同步方式采用统一的时标进行联络，适用于 CPU与I/O速度差不大，近距离传送的场合。
异步方式采用应答机制进行联络，适用于 CPU与I/O速度差较大、远距离传送的场合。
4. 试比较程序查询方式、程序中断方式和DMA方式 对CPU工作效率的影响。 答：
I/O数据送BR 或(BR)送I/O
就绪
数据传送：
响应， 停止CPU
让出
总线 (AR)送
访存
MM(MAR)；
准备下 个数据
现 行 程
(AR)+1；R/W (BR)送MDR； WC减1；
序 等
B待
DMA请求就绪
I/O数据送BR
或(BR)送I/O C
D
CPU I/O
B D
现 行 程 序 等 待
DMAC
程序对I/O的控制包括了I/O准备和I/O传送两段时 间。由于I/O的工作速度比CPU低得多，因此程序 中要反复询问I/O的状态，造成“踏步等待”，严 重浪费了CPU的工作时间。
而程序中断方式虽然也是通过“程序”传送
数据，但程序仅对I/O传送阶段进行控制，I/O准 备阶段不需要CPU查询。故CPU此时照样可以运 行现行程序，与I/O并行工作，大大提高了CPU的 工作效率。
计算机组成原理第五章答案
10. 什么是I/O接口?它与端口有何区别？为 什么要设置I/O接口？I/O接口如何分类？ 解： I/O接口一般指CPU和I/O设备间的连 接部件； I/O端口一般指I/O接口中的各种寄存器。 I/O接口和I/O端口是两个不同的概念。一 个接口中往往包含若干个端口，因此接口地址 往往包含有若干个端口地址。
若为输出，除数据传送方向相反以外，其他操作 与输入类似。工作过程如下： 1）CPU发I/O地址地址总线接口设备选择 器译码选中，发SEL信号开命令接收门； 2）输出： CPU通过输出指令（OUT）将数据放 入接口DBR中； 3）CPU发启动命令 D置0，B置1 接口向设 备发启动命令设备开始工作； 4）CPU等待，输出设备将数据从 DBR取走； 5）外设工作完成，完成信号接口 B置0，D 置 1； 6）准备就绪信号控制总线 CPU，CPU可通 过指令再次向接口DBR输出数据，进行第二次传送。
2. 简要说明CPU与I/O之间传递信息可采用 哪几种联络方式？它们分别用于什么场合？ 答： CPU与I/O之间传递信息常采用三种联 络方式：直接控制（立即响应）、 同步、异步。 适用场合分别为： 直接控制适用于结构极简单、速度极慢的 I/O设备，CPU直接控制外设处于某种状态而无须 联络信号。 同步方式采用统一的时标进行联络，适用于 CPU与I/O速度差不大，近距离传送的场合。 异步方式采用应答机制进行联络，适用于 CPU与I/O速度差较大、远距离传送的场合。
启动
I/O准备 就绪
DMA请求
数据传送： 响应， 让出一个 MM周期
现行程序
准备下 个数据
现行程序 A
DMA请求 总线请求
就绪
D
B
CPU
DMAC
C
I/O
计算机组成原理第五章答案
第5章习题参考答案1．请在括号内填入适当答案。
在CPU 中：(1)保存当前正在执行的指令的寄存器是（ IR ）； (2)保存当前正在执行的指令地址的寄存器是（ AR ）(3)算术逻辑运算结果通常放在（ DR ）和（ 通用寄存器 ）。
2．参见图5.15的数据通路。
画出存数指令“STO Rl ，(R2)”的指令周期流程图，其含义是将寄存器Rl 的内容传送至(R2)为地址的主存单元中。
标出各微操作信号序列。
解：STO R1, (R2)的指令流程图及微操作信号序列如下：3．参见图5.15的数据通路，画出取数指令“LAD (R3)，R0”的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址主存单元的内容取至寄存器R2中，标出各微操作控制信号序列。
解：LAD R3, (R0)的指令流程图及为操作信号序列如下：4．假设主脉冲源频率为10MHz ，要求产生5个等间隔的节拍脉冲，试画出时序产生器的逻辑图。
解：5．如果在一个CPU 周期中要产生3个节拍脉冲；T l ＝200ns ，T 2=400ns ，T 3=200ns ，试画出时序产生器逻辑图。
解：取节拍脉冲T l 、T 2、T 3的宽度为时钟周期或者是时钟周期的倍数即可。
所以取时钟源提供的时钟周期为200ns ，即，其频率为5MHz.；由于要输出3个节拍脉冲信号，而T 3的宽度为2个时钟周期，也就是一个节拍电位的时间是4个时钟周期，所以除了C 4外，还需要3个触发器——C l 、C 2、C 3；并令211C C T *=；321C C T *=；313C C T =，由此可画出逻辑电路图如下：6．假设某机器有80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指令公用的。
已知微指令长度为32位，请估算控制存储器容量。
解：80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条公用微指令，所以总微指令条数为80? (4-1)+1=241条微指令，每条微指令32位，所以控存容量为：241?32位 7．某ALU 器件是用模式控制码M S 3 S 2 S 1 C 来控制执行不同的算术运算和逻辑操作。
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《计算机组成原理》的先修课程为信息论导论、数字 逻辑设计；后继课程为微机系统与接口、单片机应用技术 等系列课程。
谭乐婷
2010年9月
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2
组成原理的地位和对象
• 1.地位： • 核心课程（与系统结构、操作系统构成3
门专业核心课程） • 2.对象： • 计算机专业（科学与技术、软件工程、
网络工程） • 高年级课程
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20
二、微型计算机的出现和发展
1.1
微处理器芯片 1971年 存储器芯片
4位（intel4004）
8位 16位 32位 64位
256位 1K位 4K位 16K位 64K位
256K位
1M位 4M位
16M位
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64M位
1970年
21
Moore 定律
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7
第１章 概论
1.1 计算机的发展历史 1.2 计算机系统的硬件组成
1.3 计算机的软件系统
1.4 计算机系统的组织结构
1.5 计算机的特点和性能指标
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8
约翰·冯·诺依曼
John Von Neuman （1903－1957） 美藉匈牙利人
开创了现代计算机理论，于1945年提出 了“程序内存式”计算机的设计思想。这一 卓越的思想为电子计算机的逻辑结构设计奠 定了基础，已成为计算机设计的基本原则。
16
最快的五台超级计算机（截止到 2007.11） 1.1
3.SGI: SGI Altix ICE 8200
14 336个 CPU 最大平均速度 126 900 GFLOPS
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17
最快的五台超级计算机（截止到 2007.11） 1.1
4. HP : EKA - Cluster Platform 3000 BL460c
三
1965－1971
中小规模 集成电路
1 000 000
四
1972－1977
大规模 集成电路
10 000 000
五
1978－现在
超大规模 集成电路 100 000 000
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13
电子管
晶体管
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集成电路
14
最快的五台超级计算机（截止到 2007.11） 1.1
1. IBM: BlueGene/L - eServer Blue Gene
阿兰·麦席森·图灵
Alan Mathison Turing
（1912.6.23—1954.6.7）
英国数学家、逻辑学家
被视为计算机之父
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10
1.1 计算机的发展史
Hale Waihona Puke 一、计算机的产生和发展1946年 美国 ENIAC 1955年退役
十进制运算
18 000
多个电子管
1 500
多个继电器
150
千瓦
30
计算机组成原理
张功萱
主讲：谭乐婷
清华大学出版社
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1
《计算机组成原理》是计算机类学科本科教学中的一门 重要专业基础课。在专业教学计划中占有重要地位和作用。 它主要阐述构成一台计算机的基本原理，包括计算机的结 构组成、各个功能部件的作用、工作原理及设计方法。学 习本课程旨在建立计算机系统的整体概念，对培养设计开 发计算机系统的能力有重要作用。该课程为今后学习计算 机体系结构、计算机网络、计算机容错技术、计算机并行 处理、计算机分布式处理技术等课程打好基础。
1946年，冯·诺依曼开始研究程序编制 问题，他是现代数值分析——计算数学的缔 造者之一，他首先研究线性代数和算术的数 值计算，
冯·诺依曼逝世后，未完成的手稿于 1958年以《计算机与人脑》为名出版．他的 主要著作收集在六卷《冯·诺依曼全集》中， 1961年出版．
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9
在他短暂的生涯中，图灵在量子力学、数 理逻辑、生物学、化学方面都有深入的研究， 在晚年还开创了一门新学科—— 非线性力学。
8位 16位 16位 32位 32位 64位（准） 64位（准） 64位（准） 64位（准） 64位
1974年 1979年 1982年 1985年 1989年 1993年 1995年 1997年 1999年 2000年
吨
1 500
平方英尺
5 000
次加法／秒
用手工搬动开关和拔插电缆来编程
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11
1.1
世界上第一台电子计算机 ENIAC(1946)
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12
硬件技术对计算机更新换代的影响 1.1
代
时间
硬件技术 速度 /（次/秒）
一 1946－1957 电子管
40 000
二
1958－1964
晶体管
200 000
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3
知识结构
计算机
概论
整理课件
4
知识结构
计算机
存储器 I/O
系统总线
计算机系统的硬件结构
运算器 控制器
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5
知识结构
计算机
存储器 I/O
系统总线 运算器 控制器
ALU
运算器
内部互连
寄存器
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CPU
6
组成原理的主要内容
• 1.计算机信息表示（数据、指令） • 2.运算器的算法 • 3.存储器的结构及设计 • 4.控制器的原理及设计 • 5.I/O设备原理 • 6.总线的原理与设计
Solution
212 992 个 CPU 最大平均速度 478 200 GFLOPS
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15
最快的五台超级计算机（截止到 2007.11） 1.1
2.IBM: JUGENE - Blue Gene/P Solution
65 536个 CPU 最大平均速度 167 300 GFLOPS
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24岁提出图灵机理论，31岁参与 COLOSSUS的研制，33岁设想仿真系统，35 岁提出自动程序设计概念，38岁设计“图灵测 验”。这一朵朵灵感浪花无不闪耀着他在计算 机发展史上的预见性。
“图灵机”与“冯·诺伊曼机”齐名，被 永远载入计算机的发展史中。
为表彰他的贡献，专门设有一个一年一度 的“图灵奖”，颁发给最优秀的电脑科学家。
Intel 公司的缔造者之一 Gordon Moore 提出
微芯片上集成的 晶体管数目每三年翻两番
1.1
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22
Intel 公司的典型微处理器产品
8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium Pro Pentium Ⅱ Pentium Ⅲ Pentium Ⅳ
14 240个 CPU 最大平均速度 117 900 GFLOPS
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18
最快的五台超级计算机（截止到 2007.11） 1.1
5. HP : Cluster Platform 3000 BL460c
13 728个 CPU 最大平均速度 102 800 GFLOPS
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19
1.1
最权威的超级计算机排名的参考网址