计算机原理课件-5
《计算机原理》PPT课件_OK

•
这就是说,处在小数点左边第三位的2代表2×102;小数点左边第一位
的5代表5×100;小数点右边第二位的4代表4×10-2…… 这里,102、100和10-2
称为十进制位的权。一个数的值,就是该数每一位的数码与其权的乘积的和。
2021/8/30
20
• 我们不妨将小数点左边第一位定义为第0位,右边第一位定义为-1位,然 后依次类推。则十进制数第n位的权为10n。这里n是整数(可正可负),如下 表:
2021/8/30Βιβλιοθήκη 11.1 计算机概述
1.1.1 计算机的出现 1.1.2 冯.诺依曼原理 1.1.3 计算机的分类 1.1.4 计算机的组成 1.1.5 指令系统与程序
1.2 数据及编码
1.2.1 数制与数的表示 1.2.2 软件技术中的数制 1.2.3 二进制数的运算 1.2.4 计算机中数的表示 1.2.5 计算机数据编码
13
14 15
•
在某些混合使用不同数制的场合,我们需要有一个标识数的数制的方
法。例如,数值100如果不加标识,我们就不能确定它究竟是2进制数、8进制
数、10进制数,还是16进制数。标识数的数制的方法,在不同的场合有不同
的具体要求,我们需要随时了解并遵守。一般当我们在进行不同数制的数的
运算或转换时,常采用圆括号加下标的方式标明一个数的数制。例如:(100)2 表示一个二进制数;(100)8为8进制数;(100)10是10进制数;(100)16表示一个16 进制数。一般,10进制数是缺省的数制,所以有时候省略对10进制数的标注。
•
冯·诺依曼(19031957)
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6
• (2)计算机的计算程序必须存储在其存储器中。
计算机组成原理第五章时序产生器和控制方式
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➢ 时序信号产生电路简单
5、3、2、时序信号产生器
➢ 功能:产生时序信号
各型计算机产生时序电路不相同 大、中型计算机得时序电路复杂,微型计算机得
时序电路简单
➢ 构成:
时钟源:石英晶体振荡器 环形脉冲发生器 节拍脉冲与读写时序译码逻辑 启停控制逻辑
5、3、2、时序信号产生器
➢ 构成
5、3、2、时序信号产生器
➢ 时钟源----石英?
➢ 若在石英晶体上施加交变电场,则晶体晶格将产生 机械振动,当外加电场得频率与晶体得固有振荡频 率一致时,则出现晶体得谐振。由于石英晶体在压 力下产出得电场强度很小,这样仅需很弱得外加电 场即可产生形变,这一特性使压电石英晶体很容易 在外加交变电场激励下产生谐振。其振荡能量损 耗小,振荡频率极稳定。这些再加上石英优良得机 械、电气与化学稳定性,使它自40年代以来就成为 石英钟、电子表、电话、电视、计算机等与数字 电路有关得频率基准元件。
DBus->DR
DR->R0
➢ 在一个节拍电位中完成四个细节操作 ➢ 有时序关系得四个操作 ➢ 通过节拍脉冲确定先后次序
节拍 电位
节拍 脉冲
5、3、2、时序信号产生器
➢ 启停控制逻辑
开机后有连续节拍脉冲 必须按需约束 需要按照规则动作 上边:启停逻辑
• Cr决定控制就是否有效
下边:
• Cr触发器+RS触发器 • 完整节拍生成
5、3、3 时序控制方式
➢ 怎样实现时序控制?已知:
机器指令所包含得CPU周期个数反映了指令得复杂程 度
CPU周期内得操作信号得数目与出现得先后次序也不 相同。
➢ 控制方式:控制不同操作序列时序信号得方法。 ➢ 分为以下几种:
微型计算机原理与组成-第5章 储存系统
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· 读取CMOS-SRAM中的设备配置,确 定硬件运行环境。
· 系统引导、启动。
· 基本的输入输出控制程序。 · 存储一些重要的数据参数。 · 部分机器还含有硬化的部分操作系统。
ROM-BIOS一般为几十KB的容量,并 有逐渐加大的趋势,常为掩膜式ROM。 目前高档PC机已采用快速擦写存储器, 使ROM BIOS 的功能由软盘软件支撑升级。
5.4.5 页式虚拟存储器 页式虚拟存储器中的基本信息传送单 位为定长的页。
5.4.6 段页式虚拟存储器简介
段式虚拟存储器和页式虚拟存储器各有 其优缺点,段页式管理综合了两者的优点, 将存储空间仍按程序的逻辑模块分成段, 以保证每个模块的独立性及便于用户公用; 每段又分成若干个页。 页面大小与实存页相同,虚存和实存之 间的信息调度以页为基本传送单位。
2.CMOS-RAM 用于记录设备配置参数,如内存容量, 显示器类型,软硬磁盘类型及时钟信息等。 CMOS-RAM采用CMOS工艺制成,功耗很 少。
3.ROM-BIOS
ROM-BIOS用于存放基本的输入输出 系统程序,是操作系统驻留在内存中的最 基本部分,其主要用于以下几个方面。
· 开机后的自检。检测对象涉及计算机 系统的各主要功能部件包括CPU、ROM、 RAM、系统接口电路和键盘、软、硬磁 盘等外设。
5.1.1存储器的分类
1. 按存储介质分 按存储介质可以将存储器分为三种:半 导体存储器、磁表面存储器和光存储器。
2. 按存取方式分
按照存储器的存取可方式分为随机存取 (读写)存储器、只读存储器、顺序存取存 储器和直接存取存储器等。
计算机组成原理(本全PPT)
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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
《计算机组成原理》5-指令系统
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◆ 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
《计算机原理》幻灯片
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1.4 计算机的分类
计算机的分类:
• 按功能和用途,可将计算机分为通用计算机 (General Purpose Computer) 和 专 用 计 算 机 (Special purpose Computer)两大类。专用计算机 是为某种特殊用途而设计的,在这种特殊的用途下, 它显得高效、经济。通用计算机则可用于多种用途, 只要配备适当的软件和硬件接口,便可胜任各种工 作。
1.6.2 计算机的软件系统
计算机软件系统由系统软件(system software)和应用软件 (application software)两个局部构成。
系统软件是计算机生产厂提供的,为高效使用和管理计算机 而编制的软件。系统软件:操作系统(DOS、Windows)、 语 言 处 理 软 件 〔QBASIC 、 C++〕 、 数 据 库 管 理 系 统 〔FoxPro、Access〕、效劳程序。
网络化是对传统独立式计算机概念的挑战,网络技术将 分布在不同地点的计算机互连起来,在计算机上工作 的人们可以共享资源。
智能化是指开展能够模拟人类智能的计算机,这种计算 机应该具有类似人的感觉、思维和自学习能力。智能 计算机就是我们期待早日出现的第五代计算机。
1.6 计算机系统的组成
一台完整的计算机应包括硬件部分和软件部分。硬件和 软件的结合,才能使计算机正常运行、发挥作用,因此, 对计算机的理解不能仅局限于硬件部件,而应该将整个 计算机看作是一个系统,计算机系统中,硬件和软件都 有各自的组成体系,分别为硬件系统和软件系统。
计算机的硬件是指计算机中的电子线路和物理装置。它 们是看得见摸的着的实体,用集成电路芯片、印刷线路板、 接插件、电子元件和导线等装配成的CPU、存储器及外 部设备等。它们组成了计算机的硬件系统,是计算机的 物质基础,
计算机组成原理第五章ppt文档
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DRAM——速度慢,容量大
5.2.1 SRAM——静态存储器
利用触发器的两个稳定状态表示“0”和“1”,至少需 要 6个晶体管才能表示一个二进制位。SRAM功耗较大, 容量较小,存取速度较快,几乎是后面介绍的DRAM 的10倍。价格较高,不需要刷新。当CPU速度愈来愈 快的时候,SRAM就变得非常重要。因为DRAM跟不 上CPU的速度,所以只好就用SRAM来做沟通的桥梁 --这就是高速缓冲存储器(Cache)的概念。因此, SRAM主要的用途就是拿来作为Cache用。
使用这样的存储体系,从CPU看,存储速度接近于 最上层的,容量及成本却是接近最下层的,大大提高了 系统的性能价格比。
CPU芯片内
处理器 寄存器
速度 容量 价格/位
快小
高
高速缓冲存储器
主机内
主存储器 (SRAM,DRAM)
辅助存储器
外部设备
(磁盘存储器等)
大容量(海量)存储器 慢 大 低
(光盘、磁带存储器)
存取速度越高,每位价格就越高。随着所使用存储 容量的增大,就得使用速度较低的器件。
为什么引入计算机的层次结构? ◇用户需求:大容量、高速度、低成本 ←矛盾 ◇解决方案:访存局部性原理→层次结构 ◇层次结构组织: *相关问题: ①设置原则是什么?设置几层? ②各层间一次传输时数据大小是多少?
合理地分配容量、速度和价格的有效措施是实现分级存 储。这是一种把几种存储技术结合起来,互相补充的折 衷方案。下图是典型的存储系统层次结构示意图,这个 层次结构有如下规律(从上到下): 价格依次降低; 容量依次增加; 访问时间依次增长; CPU访问频度依次减小。
存储单元 主存储器
程序 数据 存储器 存储器
西安电子科技大学_计算机组成原理第5章中央处理器_课件PPT
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控制信号 指令译码 /控制器
F→IR
IR
总线B IR→B
设ALU的功能有: F = A + B (ADD), F = A - B (SUB), F = A + 1 (INC), F = A - 1 (DEC),
MAR F→MAR
ABUS
M
Read Write
DBUS
F→PC F→R0 F→R1
F→Rn-1
28
5了5条微指令I1~I5所发出的控制信号a~j。 设计微指令的控制字段,要求保持微指令本身的并 行性,需要最少的控制位数为______。
A. 6
B. 7
C. 8
D. 10
微指令
激活的控制信号
abcde f gh i j
I1 √
√√√
I2
√√
√√
I3
西安电子科技大学 计算机学院
计算机组成原理考研辅导
5 第 章 中央处理器
2021年9月3日 21:40:12
考研大纲
(一)CPU的功能和基本结构 (二)指令执行过程 (三)数据通路的功能和基本结构 (四)控制器的功能和工作原理
1. 硬布线控制器 2. 微程序控制器
微程序、微指令和微命令 微指令格式,微命令的编码方式 微地址的形成方式
水平型 垂直型 混合型
A1 A2 … An-1 An 判断测试字段 后续地址字段
操作控制
顺序控制
μOP 微操作码
Rd 目的地址
Rs 源地址
25
5.4 硬布线控制器和微程序控制器 二、微程序控制器 硬布线与微程序控制器的特点: 硬布线:速度快,不规整,修改及扩充困难 微程序:速度慢,规整,容易修改及扩充
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
计算机组成原理第五章(白中英版)PPT课件
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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
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3.2.2 存储器的组成
问题:
存储单元是8位的, 而数据总线为16
位的(字长为16位), 如何进行字/字节读写?
§3.4 8086 CPU的时序
时序:各种信号出现的先后顺序
一。
概述
1.时钟周期:时钟信号的周期,T状态
时钟频率:时钟信号的频率
2.总线周期:CPU完成一次访问存储器或IO端口的操
作所需时间,最少包含4个T(T1~T4)3.指令周期:执行一条指令所需时间,包含若干个总
线周期
第三章习题课
1。
8086CPU由_____、_____两大部分组成
2。
描述8086CPU BIU取指令的工作过程,BIU取指令应满足什么条件?
3。
8086CPU内部的4个寄存器是___、___、____、_____
4.8086CPU 的状态标志寄存器的6个状态标志是
______________________________
5.8086有_______根地址线,其内存最大容量是
_____ 字节
6。
8086CPU的地址允许锁存信号是______,工
作模式选择输入信号是______,存储器/IO端口访问信号是____
7。
8086CPU的堆栈指针寄存器为_____,
指令指针寄存器是______
8.计算6F23H+D0EFH,并根据结果设置SF,CF,ZF,OF,AF,PF
9。
一数据区从地址30000H开始的存储单
元中存放的内容依次是:34,12,AB,CD,20,D2,40,…,试问:
1)30000H单元中的字数据是_____,双
字是____
2) 30001H单元中的字节数据是____,字是_____
10.写出下列存储器地址的段地址、偏移地址、和物理地址
1)3B4C:0065 2)1234:000A
11。
8086内存管理中,每个段起始地址有何特点?
12。
已知现行数据段中一存储单元的物理地址为2F999H,若当前DS=2000H,则偏移地址为______,若当前DS=2100,则偏移地址为______
13。
设下一条要执行的指令的物理地址是30F00H,若当前IP=0E00H,则CS=______
14。
假定当前CS=A000H,试问现行代码段可寻址的存储空间的范围是多少?15。
假定现行数据段位于存储器的A1000H 到B0FFFH存储单元,试问DS段寄存器的内容是多少?
16。
假定数据段中有二个数据字1234H和 5678H,若已知当前DS=5AAOH,它们的偏移地址分别为245AH、3245H,试用图说明它们在存储器中的物理地址
17。
一数据区的起始地址是2000H:30F0H,它有十个字,写出这个数据区首末字的物理地址。
18。
已知某个段的起始物理地址为AF000H 则段基址为______
19。
设有两个段的段基址为1000H及1010H 问这两个段有多少个字节是重叠的?
并给出10101H单元在两个段中的逻辑地址
20。
8086系统中______芯片是时钟发生器 ______芯片是地址锁存器
21。
8086系统中为什么要用地址锁存器? 8282与8086如何连接?
22。
什么叫总线周期?一个总线周期至少包括几个时钟周期?。