计算机组成原理最新版
最新计算机组成原理第三章课件白中英版
3.1 存储器概述
❖ 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
计算机组成原理
6
计算机组成原理
8
3.2 随机读写存储器
SRAM（静态RAM：Static RAM）
T7 ，这样存储体管子增加不多，但是双向地址译码选择， 因为对Ｙ选择线选中的一列只是一对控制管接通，只有X选 择线也被选中，该位才被重合选中。
X选择线
V 位/读出线
BS0 读/写“0”
A T4
T5
T2
T0
T1
T6
位/读出线
B T3
BS1 读/写“1”
T7
I/O
Y选择线
I/O
6管双向选择MOS存储电路
（2）字结构是2度存储器：只需使用具有两个功能端的基本存储电路：字 线和位线
（3）优点：结构简单，速度快：适用于小容量M
（4）缺点：外围电路多、成本昂贵，结构不合理结构。
计算机组成原理
17
静态MOS存储器
BS0
BS1
FF
FF
FF
16 地址 选
W0
1
A0
地 字线
址
FF
FF
FF
译
……
A1
码 W1 器
：： A2
•以触发器为基本存储单元 •不需要额外的刷新电路 •速度快，但集成度低，功耗和价格较高
DRAM（动态RAM：Dynamic RAM）
•以单个MOS管为基本存储单元 •要不断进行刷新（Refresh）操作 •集成度高、价格低、功耗小，但速度较SRAM慢
(2024年)计算机组成原理全本
集成电路计算机 时代
超大规模集成电 路计算机…
早期计算机采用机械方式 进行计算，如帕斯卡计算 器。
采用真空电子管作为计算 元件，实现了电子化计算 。
晶体管替代电子管，提高 了计算机性能和可靠性。
集成电路技术使得计算机 体积缩小、功耗降低、性 能提高。
随着微处理器和存储技术 的发展，计算机性能得到 极大提升。
并行通信接口电路
如Centronics接口标准 ，用于实现打印机等并行 设备的连接。
USB接口电路
通用串行总线接口，支持 热插拔和即插即用功能， 广泛应用于各种计算机外 设的连接。
HDMI接口电路
高清多媒体接口，用于实 现高清音视频信号的传输 。
2024/3/26
36
THANK YOU
2024/3/26
应用于计算机内部连接。
04
Ethernet总线
以太网总线，是一种局域网总线 标准，用于连接计算机和网络设
备。
31
07
输入输出系统
2024/3/26
32
输入输出设备
2024/3/26
输入设备
键盘、鼠标、扫描仪、摄像头、 触摸屏等。
输出设备
显示器、打印机、音响、投影仪 等。
33
输入输出接口
接口的作用
2024/3/26
4
计算机系统组成
硬件系统
包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输 出设备等。
中央处理器（CPU）
是计算机的核心部件，负责执行指令和处理 数据。
2024/3/26
软件系统
包括操作系统、应用软件、编程语言等。
存储器
用于存储数据和程序，包括内存和外存。
5
最新《计算机组成原理》第2章习题答案
最新《计算机组成原理》第2章习题答案第⼆章习题解答1．设机器数的字长8位(含1位符号位)，分别写出下列各⼆进制数的原码、补码和反码：0，-0，0.1000，-0.1000，0.1111，-0.1111，1101，-1101。
解：2．写出下列各数的原码、补码和反码：7/16，4/16，1/16，±0，-7/16,-4/16,-1/16。
解：7/16=7*2-4=0.01114/16=4*2-4=0.01001/16=1*2-4=0.0001真值原码补码反码7/16 0.0111 0.0111 0.01114/16 0.0100 0.0100 0.01001/16 0.0001 0.0001 0.0001+0 O.0OOO O.0OOO O.0OOO-0 1.0OOO O.0OOO 1.1111-1/16 1.0OO1 1.1111 1.1110-4/16 1.0100 1.1100 1.1011-7/16 1.0111 1.1001 1.10003．已知下列数的原码表⽰，分别写出它们的补码表⽰：[X1]原=O.10100，[X2]原=l.10111。
解：[X1]补=0.10100，[X2]补=1.01001。
4．已知下列数的补码表⽰，分别写出它们的真值：[X1]补=O.10100，[X2]补=1.10111。
解： X1=O.10100， X2=-0.01001。
5．设⼀个⼆进制⼩数X≥0，表⽰成X=0.a1a2a3a4a5a6，其中a1～a6取“1”或“O”：(1)若要X>1/2，a1～a6要满⾜什么条件?(2)若要X≥1/8，a1～a6要满⾜什么条件?(3)若要1/4≥X>1/16,a1～a6要满⾜什么条件?解：(1) X>1/2的代码为：0.100001～0.111111。
a1=1,a2+a3+a4+a5+a6=1。
(2) X≥1/8的代码为：0.001001～0.111111(1/8～63/64)a1+a2=0,a3=1或a1=0，a2=1,或a2=1（3）1/4≥X>1/16的代码为：0.000101～0.01000（5/64～1/4）a1+a2+a3 =0, a4=1,a5+a6=1 或a1+a2=0,a3=1 或a2=1，a1+a3+a4+a5+a6=06．设[X]原=1.a1a2a3a4a5a6(1)若要X>-1/2，a1～a6要满⾜什么条件?(2)若要-1/8≥X≥-1/4,a1～a6要满⾜什么条件?解：(1) X>-1/2的代码为：1.000001～1.011111（-1/64～-31/64）。
最新计算机组成原理ThePrincipleofComputerppt课件
ThePrincipleofComputerppt 课件
第6章 控制系统与CPU
6.1控制器概述 6.2控制器的控制方式与时序系统 6.3CPU的总体结构 6.4模型机的总体结构 6.5组合逻辑控制器设计 6.6微程序控制器设计 6.7流水线处理技术 6.8CPU举例
计算机组成原理
西北工业大学计算机学院
与组合逻辑型本质相同，工艺不同；
用大规模集成电路(LSI)来实现。
计算机组成原理
西北工业大学计算机学院
13
6.2控制器的控制方式与时序系统
6.2.1控制方式 6.2.2时序系统
计算机组成原理
西北工业大学计算机学院
14
பைடு நூலகம்
6.2.1 控制方式
如何形成控制不同微操作序列的时序控制信号的方法， 称为控制器的控制方式。控制方式通常分为同步控制方式、 异步控制方式、同异步联合控制方式三类。
则，用逻辑门电路实现；速度快。
不规整，可靠性低，不易修改和扩充，造价高。
(2)存储逻辑型（微程序控制逻辑法）
将程序设计的思想方法引入控制器的控制逻辑；
将各种操作控制信号以编码信息字的形式存入控制存储
器中（CM）；
一条机器指令对应一道微程序，机器指令执行的过程就
是微程序执行的过程。
(3) 组合逻辑和存储逻辑结合型（可编程逻辑阵列(PLA)法）
优点：指令的运行效率高；
缺点：控制线路比较复杂。
异步工作方式一般采用两条定时控制线来实现。我们把这
两条线称为“请求”线和“回答”线。当系统中两个部件
A和B进行数据交换时，若A发出“请求”信号，则必须有
B的“回答”信号进行应答，这次操作才是有效的，否则
2024版《计算机组成原理》ppt课件
《计算机组成原理》ppt课件目录•计算机系统概述•数字逻辑基础•计算机各部件的功能和组成•指令系统•CPU的结构和功能•存储器的层次结构•计算机组成原理的应用和发展01计算机系统概述Part计算机的发展历程第一代计算机（1946-1957）电子管时代，采用电子管作为基本元件，体积大、功耗高、可靠性差。
第二代计算机（1958-1964）晶体管时代，采用晶体管作为基本元件，体积减小、功耗降低、可靠性提高。
第三代计算机（1965-1970）集成电路时代，采用中小规模集成电路，使得计算机体积更小、功耗更低、可靠性更高。
第四代计算机（1971年至今）大规模和超大规模集成电路时代，计算机性能得到极大提升，应用领域不断扩展。
计算机系统的层次结构微程序机器级微指令由硬件直接执行，微程序由微指令构成，用于描述机器指令。
高级语言级用高级语言编写程序，通过编译或解释程序翻译成机器语言程序或汇编语言程序。
传统机器级用微程序解释机器指令系统，提供传统机器级虚拟机器。
汇编语言级用汇编语言编写程序，通过汇编程序翻译成机器语言程序。
操作系统级通过系统调用实现操作系统功能，提供扩展机器。
计算机的性能指标机器字长指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
字长越长，数的表示范围越大，精度也越高。
存储容量包括主存容量和辅存容量。
主存容量通常以字节为单位，辅存容量通常以位为单位。
存储容量越大，系统能存储的信息就越多。
运算速度用每秒钟所能执行的指令条数来表示，单位通常用MIPS（百万条指令/秒）。
运算速度越快，系统处理任务的能力越强。
02数字逻辑基础Part数制与编码数制的基本概念介绍二进制、十进制、十六进制等数制的基本概念及转换方法。
编码方式详细阐述原码、反码、补码等编码方式及其在计算机中的应用。
数的定点与浮点表示解释定点数与浮点数的表示方法，包括整数和实数的表示。
1 2 3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。
2024年度计算机组成原理ppt课件
总线概念
总线是计算机内部各部件之间传输信息的公共通道，由一组导线和 相关的控制电路组成。
总线分类
根据传输数据的方式不同，总线可分为并行总线和串行总线；根据 连接部件的不同，总线又可分为内部总线和外部总线。
性能指标要求
总线的性能指标包括传输速率、总线宽度、总线时钟频率、总线负载 能力等。这些指标决定了总线的传输效率和稳定性。
操作码字段分割技术
Байду номын сангаас
3
将操作码字段分割成多个子字段，每个子字段表 示不同的指令信息，可以进一步提高指令系统的 扩展性和灵活性。
2024/2/3
22
05
中央处理器（CPU） 组成与工作原理
2024/2/3
23
CPU基本结构和功能单元划分
控制单元（CU）
负责解释指令、控制操作、时序控制等任务，是CPU的“大脑”。
2024/2/3
15
高速缓冲存储器（Cache）原理及应用
Cache原理
Cache是一种高速缓冲存储器，它位于CPU和内存之间，用于存储CPU最近访问过的数 据和指令。通过Cache技术，可以提高CPU访问内存的效率和速度。
Cache应用
Cache广泛应用于计算机系统中，包括CPU内部的L1 Cache、L2 Cache等，以及外部 设备如硬盘、光驱等中的缓存。
A 浮点数表示方法
介绍浮点数的表示方法，包括符号 位、指数位和尾数位等，并阐述浮
点数的范围及精度。
B
C
D
浮点数运算器的设计
阐述浮点数运算器的设计原理和实现方法 ，包括加法器、减法器、乘法器、除法器 和舍入单元等。
浮点数乘除运算
介绍浮点数的乘除运算方法，包括原码乘 除、补码乘除等算法，并阐述浮点数乘除 运算的特点和注意事项。
最新版计算机组成原理试题及答案a
最新版计算机组成原理试题及答案a《计算机组成原理》期末试卷A⼀、填空题：1、原码⼀位乘法中，符号位与数值位（）。
2、设X= —0.1011，则[X]补为（）。
3、在存储系统的Cache与主存层次结构中，常会发⽣数据替换问题，此时我们较常使⽤的替换算法有（）和（）等。
4、在多级存储体系中，Cache存储器的主要功能是（）。
5、在下列常⽤术语后⾯，写出相应的中⽂名称：PC( ), RISC( ), DMA( ), DRAM( )、EPROM（）。
6、为了实现CPU对主存储器的读写访问，它们之间的连线按功能划分应当包括（）、（）、（）。
7、从计算机系统结构的发展和演变看，近代计算机是以（）为中⼼的系统结构。
9、⼀条指令实际上包括两种信息即（）和（）。
10、在主存和CPU之间增加cache存储器的⽬的是（）。
⼆、单项选择题：1、在下列机器数中，零的表⽰形式是唯⼀的。
A、原码B、补码C、反码D、原码和反码2、下列数中最⼤的数是。
A、（10011001）2B、（227）8C、（98）16D、（152）103、有关Cache的说法正确的是（）。
A、只能在CPU以外B、CPU内外都可以设置CacheC、只能在CPU以内D、若存在Cache，CPU就不能再访问主存4、在浮点数编码表⽰中，（）在机器数中不出现，是隐含的。
A、基数B、尾数C、符号D、阶码B、从主存取出⼀条指令C、完成指令操作码译码D、从主存取出指令，完成指令操作码译码，并产⽣有关的操作控制信号，以解释执⾏该指令。
6、计算机系统的层次结构从内到外依次为（）。
A、硬件系统、系统软件、应⽤软件B、系统软件、硬件系统、应⽤软件C、系统软件、应⽤软件、硬件系统D、应⽤软件、硬件系统、系统软件7、32个汉字的机内码需要（）。
A、8字节B、64字节C、32字节D、16字节8、相联存储器是按（）进⾏寻址的存储器。
A、地址指定⽅式B、堆栈指定⽅式C、内容指定⽅式D、地址指定⽅式与堆栈存储⽅式结合9、状态寄存器⽤来存放（）。
计算机组成原理罗克露全原版
总线的特点
总线具有规范性、共享性和可扩展性 等特点，能够实现各功能模块之间的 信息传输和资源共享。
主板组成结构与功能模块
主板的基本组成
主板是计算机的核心部件，主要 由芯片组、处理器插座、内存插 槽、扩展槽、接口插座等组成。
器、 输入输出接口、总线控制器等， 这些模块共同实现了计算机的基 本功能。
主板新技术与发展趋势
主板新技术
随着计算机技术的不断发展，主板技术也在不断更新换代，出现了许多新的技术 和功能，如高速总线技术、多核处理器技术、固态硬盘技术等。
主板发展趋势
未来主板的发展趋势是更加集成化、智能化和绿色化，将更加注重性能和稳定性 ，同时也会更加注重节能和环保。
04
输入输出设备与接口
输入输出设备分类与特点
输入设备
鼠标、键盘、触摸屏、扫描仪等 ，用于向计算机提供数据和信息
。
输出设备
显示器、打印机、音响等，用于将 计算机处理后的数据和信息以某种 形式展现给用户。
特点
不同的输入输出设备具有不同的功 能和特点，可以满足用户不同的需 求。
输入输出接口组成结构
输入接口
计算机组成原理罗克露全原版
汇报人： 202X-12-22
• 计算机系统概述 • 运算器与控制器 • 存储器系统 • 输入输出设备与接口 • 总线系统与主板结构
01
计算机系统概述
计算机发展历程
01
02
03
机械计算机时代
以机械元件为主要计算元 件，主要用于科学计算和 工程设计。
电子计算机时代
以电子元件为主要计算元 件，开始应用于数据处理 、数值计算等领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
件之间的总线。 (2) 系统总线：CPU同计算机系统的其他高速功
能部件，如存储器、通 道等互相
连接的总线。 (3) I/O总线：中、低速I/O设备之间互相连接的
精品课总件 线。
1.
物理特性：指总线的物理连接方式，包括总线的
简单总线结构的不足之处在于： （1）CPU是总线上的唯一主控者。 （2）总线信号是CPU引脚信号的延伸，故总
线结构紧密与CPU相关，通用性较差 。
精品课件
精品课件
2. 当代总线: 下图所示为当代流行的总线内部结构。
它是一些标准总线，追求与结构、CPU、技术 无关的开发标准，并满足包括多个CPU在内的 主控者环境需求。
计算机系统的吞吐量是指流入、处理和流出系统
的信息的速率。它取决于信息能够多快地输入内存， CPU能够多快地取指令，数据能够多快地从内存取出或 存入，以及所得结果能够多快地从内存送给一台外围
设备。
精品课件
6.1.4 总线的内部结构
1. 早期总线:
早期总线的内部结构如下图所示。它实 际上是处理器芯片引脚的延伸，是处理器与I/O 设备适配器的通道。这种简单的总线一般由50～ 100条线组成，这些线按其功能可分为三类：地 址线、数据线和控制线。
Dr = D/T = D×1/T = D×f = 4B×33×1000000/s=132MB/s
(2) 64位=8B， Dr= D×f =
8B×66×1000000/s=52精8品M课B件/s
6.1.2 总线的连接方式
大多数总线都是以相同方式构成的，其不 同之处仅在于总线中数据线和地址线的数目， 以及控制线的多少及其功能。然而，总线的排 列布置与其它各类部件的连接方式对计算机系 统的性能来说，将起着十分重要的作用。根据 连接方式不同，单机系统中采用的总线结构有 三种基本类型：
精品课件
2. 总线的标准化
相同的指令系统，相同的功能，不同 厂家生产的各功能部件在实现方法上几乎没 有相同的，但各厂家生产的相同功能部件却 可以互换使用，其原因在于它们都遵守了相 同的系统总线的要求，这就是系统总线的标 准化问题。 总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速 率，它是衡量总线性能的重要指标，单位兆 字节每秒(MB/s)。
精品课件
2.最大存储容量
在单总线系统中，若采用相同的操作码访问主 存和外设，则主存的最大容量必须小于由计算机字长 所决定的可能的地址总数。
在双总线系统中，对主存和外设进行存取的判 断是利用各自的指令操作码。由于主存地址和外设地 址出现于不同的总线上，所以存储容量不会受到外围 设备多少的影响。
3. 吞吐量
精品课件
精品课件
3. 三总线结构
它是在双总线系统的基础上增加I/O总线形成 的。如下图所示。
在DMA方式中，外设与存储器间直接交换数据 而不经过CPU，从而减轻了CPU对数据输入输出的 控制，而“通道”方式进一步提高了CPU的效率。 通道实际上是一台具有特殊功能的处理器，又称 为IOP (I/O处理器)，它分担了一部分CPU的功能 ，以实现对外设的统一管理及外设与主存之间的 数据传送。显然由于增加了IOP，使整个系统的效 率大大提高。然而这是以增加更多的硬件代价换 来的。
精品课件
精品课件
6.1.3 总线结构对计算机系统性能的影响
在一个计算机系统中，采用哪种总 线结构，往往对计算机系统的性能有很大影 响。下面从三个方面来讨论这种影响。
1.指令系统
在双总线系统中，CPU对存储总线和系统 总线必须有不同的指令系统；在单总线系统 中，访问主存和I/O传送可使用不同的操作 码或相同的操作码。当使用相同的指令时， 应使用不同的地址区分是访问主存还是外设。
精品课件
【例1】 (1) 某总线在一个总线周期中并行传送4个
字节的数据，假设一个总线周期等于一个总线时钟周 期，总线时钟频率为33MHz，则总线带宽是多少? (2) 如果一个总线周期中并行传送64位数据，总线时钟频 率升为66MHz，则总线带宽是多少?
[解] (1) 设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期 用T=1/f表示，一个总线周期传送的数据量用D表 示，根据定义可得
第六章 总线系统
6.1 总线的概念和结构形态 6.2 总线接口 6.3 总线的仲裁、定时和数据传送模式 6.4 PCI总线 6.5 ISA总线和Futurebus＋总线
精品课件
6.1 总线的概念和结构形态
6.1.1 总线的基本概念
总线是构成计算机系统的互连机构，是多个系统功 能部件之间进行数据传送的公共通路。
根数，总线的插头、插座的形状，引脚线的排列 方式等。
功能特性：描述总线中每一根线的功能。 电气特性：定义每一根线上信号的传递方向及有
效电平范围。送入CPU的信号叫输入信号(IN)，从 CPU发出的信号叫输出信号(OUT)。
时间特性：定义了每根线在什么时间有效。规定
了总线上各信号有效的时序关系，CPU才能正确无 误地使用。
在当代总线结构中，CPU和它私有的 cache一起作为一个模块与总线相连。系统中 允许有多个这样的处理器模块。而总线控制 器完成几个总线请求者之间的协调与仲裁。
精品课件
精品课件
Hale Waihona Puke 整个总线分成如下四部分： (1) 数据传送总线：由地址线、数据线、控制
线组成 。 (2) 仲裁总线：包括总线请求线和总线授权线 。 (3) 中断和同步总线：用于处理带优先级的中
1. 单总线结构 2. 双总线结构 3. 三总线结构
精品课件
1. 单总线结构
在许多单处理器的计算机中，使用一条 单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备，
在单总线结构中，要求连接到总线上的 逻辑部件必须高速运行，以便在某些设备需 要使用总线时能迅速获得总线控制权；而当 不再使用总线时，能迅速放弃总线控制权。
精品课件
精品课件
2. 双总线结构
双总线结构保持了单总线系统简单、易 于扩充的优点，但又在CPU和主存之间专门 设置了一组高速的存储总线，使CPU可通过 专用总线与存储器交换信息，并减轻了系统 总线的负担，同时主存仍可通过系统总线与 外设之间实现DMA操作，而不必经过CPU。当 然这种双总线系统以增加硬件为代价。其结 构如下图所示。