计算机组成原理课程设计 杭州电子科技大学.ppt
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《计算机组成原理》ppt课件
输入输出系统
输入设备
将人类可读的信息转换为计算机 可识别的二进制代码，如键盘、 鼠标等。
I/O控制方式
程序查询方式、中断方式、DMA 方式和通道方式等，用于管理输 入输出操作。
输出设备
将计算机处理后的结果转换为人 类可读的形式，如显示器、打印 机等。
I/O接口
连接输入输出设备与主机，实现 数据缓冲、电平转换和信号匹配 等功能。
括通用寄存器、专用寄存 器等。
指令的执行过程
取指
从内存中读取指令，并将其放入指令寄存器 中。
执行
根据微操作命令序列，控制运算器、寄存器 等部件执行相应的操作。
译码
将指令寄存器中的指令翻译成微操作命令序 列。
写回
将执行结果写回到寄存器或内存中。
CPU的性能指标
主频
CPU的时钟频率，通常以MHz或 GHz表示，主频越高，CPU处理
运算器
执行算术运算和逻辑运算， 处理数据。
寄存器
暂存指令、数据和地址， 提高CPU的运算速度。
存储器
01
主存储器
存放程序和数据的主要区域，直接和CPU交换信息。
02
辅助存储器
长期保存信息，容量大、价格低、速度慢，需通过主存与CPU交换信息。
03
高速缓冲存储器（Cache）
位于CPU和主存之间，存取速度接近CPU，用于缓解主存速度瓶颈问题。
云计算和大数据的融合是未来发展的趋 势，通过云计算平台提供的大数据服务， 可以实现海量数据的存储、处理和分析。 计算机组成原理在云计算和大数据融合 中发挥着重要作用，为构建高效、稳定 的云计算和大数据平台提供了理论支持。
计算机组成原理的发展趋势和挑战
发展趋势
电子科技大学计算机组成原理计算机组成原理PPT课件
第21页/共62页
计算机的硬件
1.2.1 计算机的硬件系统组成CPU
（第3章） 控 制 器
运算器
高速缓存
总
（ 第
线
4 章
主存储器
和
）
输
入
虚拟存储器
输 出
(磁盘设备)
接 口
（第5章）
输入设备 （ 第 6 章
输出设备 ）
第22页/共62页
计算机的一般组成结构为： 运算器+存储器+控制器+输入/
输出设备。
输出结果
执行指令
存储程序
将程序转换为 指令序列
图 计算机的工作流程
第15页/共62页
1.1.2 信息的数字化表示
1. 在计算机中用数字代码表示各种信息 二进制代码
例1 用数字代码表示数据 5 表示为 0 101
- 5 表示为 1 101
第16页/共62页
例2 用数字代码表示字符
A 表示为 1000001
的辅助存储器。 如：磁盘存储器、光盘存储器等，其主要特
点是存储容量大，价格便宜，工作速度较慢。
第34页/共62页
/
………… …………
地 址 寄 存
译 码 器
器
存储体
控制线路
读
数
写 线
据 寄 存
路
器
讨论
存储单元读/写原理、存储器逻辑设计
第35页/共62页
/
………… …………
地 址 寄 存
译 码 器
B 表示为 1000010
例3 用数字代码表示命令、状态
启动
表示为 00
停止
表示为 01
正在工作 表示为 10
计算机的硬件
1.2.1 计算机的硬件系统组成CPU
（第3章） 控 制 器
运算器
高速缓存
总
（ 第
线
4 章
主存储器
和
）
输
入
虚拟存储器
输 出
(磁盘设备)
接 口
（第5章）
输入设备 （ 第 6 章
输出设备 ）
第22页/共62页
计算机的一般组成结构为： 运算器+存储器+控制器+输入/
输出设备。
输出结果
执行指令
存储程序
将程序转换为 指令序列
图 计算机的工作流程
第15页/共62页
1.1.2 信息的数字化表示
1. 在计算机中用数字代码表示各种信息 二进制代码
例1 用数字代码表示数据 5 表示为 0 101
- 5 表示为 1 101
第16页/共62页
例2 用数字代码表示字符
A 表示为 1000001
的辅助存储器。 如：磁盘存储器、光盘存储器等，其主要特
点是存储容量大，价格便宜，工作速度较慢。
第34页/共62页
/
………… …………
地 址 寄 存
译 码 器
器
存储体
控制线路
读
数
写 线
据 寄 存
路
器
讨论
存储单元读/写原理、存储器逻辑设计
第35页/共62页
/
………… …………
地 址 寄 存
译 码 器
B 表示为 1000010
例3 用数字代码表示命令、状态
启动
表示为 00
停止
表示为 01
正在工作 表示为 10
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
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》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
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文档
⒌可靠性：指在规定的时间内，存储器无故障读/写的概率。通 常用MTBF(Mean Time Between Failures)。可以理解为连续两次故 障之间的平均间隔。
⒍性能价格比C/S
C是指存储器价格： S是存储器的总容量。
4.1.4存储器系统的层次结构 存储大量数据的传统办法是采用如图4-3所示的层次存储结构。
⑴Cache-M•M层次 ⑵M•M-A•M层次
4.2 半导体存储器
半导体读写存储器简称RWM，也称为RAM。具有体积小、速度 快等到优点，按不同 的工艺半导体RAM分为双极型和MOS型 RAM两大类，主要介绍MOS型RAM。
4.2.1 半导体存储器的分类
1
1.RAM
由于随机存取存储器可读可写， 有时它们又被称为可读写存储器。 随机存取存储器分为三类：静态 RAM、动态RAM和非易失性RAM
4.1.3 存储器的主要性能指标
⒈存储容量S
存储容量：主存所能容纳的二进制信息总量。 对于字编址的计算机以字数与字长的乘积来表示容量。 例：某计算机的容量为64K16，表示它有64K个字，字长为16位。 若用字节表示，则可记为128KB。 1K=210=1024 1M=210K=220=1 048 576 1G= 210M=220K=230=1 073 741 824 1T=210G= 220M=230K=240=1 099 511 627 776
Ⅱ 是存储容量逐渐增大。
寄存器有128个字节就很合适； 高速缓存可以是几MB； 主存储器பைடு நூலகம்几十MB到数千MB之间； 磁盘的容量应该是几GB到几十GB； 磁带和光盘一般脱机存放，其容量只受限于用户的预算。
Ⅲ C/S即存储每位的价格逐渐减小。 主存的价格应该是每兆(M)字节几个美元， 磁盘的价格是每兆(M)字节几个美分， 磁带的价格是每吉(G)字节几个美元或更低一些。
⒍性能价格比C/S
C是指存储器价格： S是存储器的总容量。
4.1.4存储器系统的层次结构 存储大量数据的传统办法是采用如图4-3所示的层次存储结构。
⑴Cache-M•M层次 ⑵M•M-A•M层次
4.2 半导体存储器
半导体读写存储器简称RWM，也称为RAM。具有体积小、速度 快等到优点，按不同 的工艺半导体RAM分为双极型和MOS型 RAM两大类，主要介绍MOS型RAM。
4.2.1 半导体存储器的分类
1
1.RAM
由于随机存取存储器可读可写， 有时它们又被称为可读写存储器。 随机存取存储器分为三类：静态 RAM、动态RAM和非易失性RAM
4.1.3 存储器的主要性能指标
⒈存储容量S
存储容量：主存所能容纳的二进制信息总量。 对于字编址的计算机以字数与字长的乘积来表示容量。 例：某计算机的容量为64K16，表示它有64K个字，字长为16位。 若用字节表示，则可记为128KB。 1K=210=1024 1M=210K=220=1 048 576 1G= 210M=220K=230=1 073 741 824 1T=210G= 220M=230K=240=1 099 511 627 776
Ⅱ 是存储容量逐渐增大。
寄存器有128个字节就很合适； 高速缓存可以是几MB； 主存储器பைடு நூலகம்几十MB到数千MB之间； 磁盘的容量应该是几GB到几十GB； 磁带和光盘一般脱机存放，其容量只受限于用户的预算。
Ⅲ C/S即存储每位的价格逐渐减小。 主存的价格应该是每兆(M)字节几个美元， 磁盘的价格是每兆(M)字节几个美分， 磁带的价格是每吉(G)字节几个美元或更低一些。
计算机组成原理课程设计ppt课件
B-DA1--B-SP SR-B--SP-B J1– J5 M-W– CyNCn S3-S0 M Ci
7位 6位
7位
7位
7位
BTO
OTB
FUNC FS=1
FUNC FS=0
3位
3位
3位
M 23- M 21
M 20- M 18
3位
M 17- M 15
M 14
M 13- M 8
微
Q16-Q0 微 指 令 寄 存 器 µI R （ 1 7 位 ） C L R
H
08H
1
H 01H
控制台操作
KBKA=10
00H J3 散 转
08H KBKA=01
09H PC→ AR,
PC+1
0CH RAM→ DA1
0DH 0→ AR
0EH DA1→ LED
0AH 0→ AR
0FH IN→ DA1
1CH PC→ AR,
PC+1 1DH
DA1→ RAM
KBKA=00 0BH
01H
A6- A 0
WE
7位 三 态 缓 冲 器 E
7位 微地 址显 示灯
7位
MA6-MA0
Q6-Q0 微 地 址 锁 存 器 OE
D6-D0 CLK
MAK6-MAK0
MA6-MA0
T1 总 控 单 元
CLR开 关
② 微地址锁存器µAR
❖ µAR由一片74LS374（8位锁存器）构成，用 于锁存手动操作时由开关拨入的微地址 MA6～MA0，并提供给控存。
❖ 微指令译码器由两片74LS138和两片GAL芯 片组成，其功能是根据微指令的格式及各字 段的定义，将µIR送来的编码字段进行译码， 产生全机所需要的各种微操作控制信号，以 实现该条微指令功能。
杭州电子科技大学计算机组成原理课件(7)
② 异步控制方式：分散节拍法 异步控制方式又称可变时序控制方式或应答控制方 式。每条指令需要多少节拍，就产生多少节拍；当 指令执行完毕，发出回答信号；控制器收到回答信 号时，才开始下条指令的执行。采用不定长机器周 期。 优点：按需分配，指令的运行效率高； 缺点：控制器的电路比较复杂。
异步控制方式在计算机中得到广泛的应用。例如CPU 对内存的读写；I/O设备与内存的数据交换等都采用 异步控制方式，以保证高速度的执行。
• 微程序控制器：主要由存储逻辑电路构成
二、控制器的组成 7． 1．2 控制器的组成 4、时序信号产生器：负责提供时钟信号和机器周期
信号，以规定每个操作的时间。包括： • 脉冲源：产生一定频率的脉冲信号，为整个计算 机提供时钟基准。
• 时序信号产生及控制部件：以脉冲源为基准，产 生不同的计算机所对应的多级时序信号，用以控 制计算机的每一步微操作。 • 启停控制电路：负责控制时钟脉冲的送出与封锁， 从而实现计算机的启动与停止。
② 启停控制电路
是保证在适当的时刻准确可靠地开启或封锁计 算机工作时钟，以控制微操作命令序列的产生 或停止，从而启动或停止计算机的运行。
四、控制方式
讨论的问题：一条指令需要几个机器周期？每个机器 周期又有几个节拍？
定义：对于不同的微操作控制信号序列如何定时与同
步，并将信号序列衔接起来，从而保证计算机各功能 部件有节奏地依次执行规定的各种操作。
本课程研究对象：冯· 诺依曼体系结构的SISD的电子数字
计算机
CPU的基本功能
① 指令控制：确保计算机指令按程序的顺序执行。
② 操作控制：一条指令的功能通常由若干个操作信号
（微操作）组合起来实现，CPU控制这些微操作的产 生、组合、传送和管理。 ③ 时间控制：使各种微操作和指令的执行严格按照时间 序列进行。
异步控制方式在计算机中得到广泛的应用。例如CPU 对内存的读写；I/O设备与内存的数据交换等都采用 异步控制方式，以保证高速度的执行。
• 微程序控制器：主要由存储逻辑电路构成
二、控制器的组成 7． 1．2 控制器的组成 4、时序信号产生器：负责提供时钟信号和机器周期
信号，以规定每个操作的时间。包括： • 脉冲源：产生一定频率的脉冲信号，为整个计算 机提供时钟基准。
• 时序信号产生及控制部件：以脉冲源为基准，产 生不同的计算机所对应的多级时序信号，用以控 制计算机的每一步微操作。 • 启停控制电路：负责控制时钟脉冲的送出与封锁， 从而实现计算机的启动与停止。
② 启停控制电路
是保证在适当的时刻准确可靠地开启或封锁计 算机工作时钟，以控制微操作命令序列的产生 或停止，从而启动或停止计算机的运行。
四、控制方式
讨论的问题：一条指令需要几个机器周期？每个机器 周期又有几个节拍？
定义：对于不同的微操作控制信号序列如何定时与同
步，并将信号序列衔接起来，从而保证计算机各功能 部件有节奏地依次执行规定的各种操作。
本课程研究对象：冯· 诺依曼体系结构的SISD的电子数字
计算机
CPU的基本功能
① 指令控制：确保计算机指令按程序的顺序执行。
② 操作控制：一条指令的功能通常由若干个操作信号
（微操作）组合起来实现，CPU控制这些微操作的产 生、组合、传送和管理。 ③ 时间控制：使各种微操作和指令的执行严格按照时间 序列进行。
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PPT课件
图像处理软件
如Photoshop、GIMP等，用于编辑、处理 和美化图像。
游戏软件
提供娱乐和休闲功能，丰富人们的生活。
软件开发与维护
需求分析
对软件的功能需求进行详细分析，确 定软件的目标和功能。
02
设计阶段
根据需求分析结果，设计软件的架构、 模块和接口等。
01
03
编码阶段
根据设计文档，使用编程语言实现软 件的各个模块。
数据运算与逻辑运算
数据运算
加法、减法、乘法、除法等。
逻辑运算
与运算、或运算、非运算等。
运算器
加法器、乘法器、比较器等。
数据存储与访问方式
数据存储
内存、硬盘、闪存等。
访问方式
随机访问、顺序访问等。
存储结构
线性结构、树形结构、图形结构等。
06 计算机系统性能评价
计算机性能指标
运算速度
指计算机完成一项操作所需的时间， 包括CPU运算速度、内存存取速度等。
按用途
通用计算机和专用计算机。
计算机的应用领域
数据处理
企业、政府等组织 的数据存储、分析 和处理。
辅助设计
建筑设计、机械设 计、影视制作等领 域。
科学计算
天气预报、物理模 拟、工程设计等领 域。
自动控制
工业生产、交通管 理、智能家居等领 域。
网络通信
电子邮件、社交媒 体、在线会议等领 域。
02 计算机硬件组成
接口是连接设备与总线的桥梁，常 见的接口包括USB、HDMI等。
03 计算机软件组成
系统软件
操作系统ห้องสมุดไป่ตู้
是计算机系统的基本软件，负责管理计算机的硬件和应用程序，提供 计算机系统的控制、管理、维护等功能。
杭电计算机组成原理超前进位加法器设计 2
试验心得与小结
本次试验的超前进位加法器，更好的体现了，我们对于效率地的要求，对于以有些的地方我们可以采取一些手段改进自身的不足，超前进位的思想就是率先计算出我们的需要的进位
的值，然后在处理，解决了不同步的问题，真的很值得我们思考，这种类似的问题
指导教师
评议
成绩评定：指导教师签名：
实验环境
Xilinx ISE Design Suite 13.4
实验内容（算法、程序、步骤和方法）
（1）建立工程；
（2）编写超前进位电路代码；
（3）将全加器模块导入工程中；
（4）编写顶层模块代码；
（5）编写测试代码，进行软件仿真；
（6）生成bit文件并下载入FPGA，进行硬件测试并记录；
（7）得出结论。
O1(P[1],A[1],B[1]),
O2(P[2],A[2],B[2]),
O3(P[3],A[3],B[3]);
MainSection M(Co,G,P,Ci);
Add FA0(A[0],B[0],Ci,F[0]),
FA1(A[1],B[1],Co[1],F[1]),
FA2(A[2],B[2],Co[2],F[2]),
FA3(A[3],B[3],Co[3],F[3]);
Endmodule
4、测试代码：
module test;
// Inputs
reg [3:0] A;
reg [3:0] B;
reg Ci;
// Outputs
wire [3:0] F;
wire [4:1]Co;
// Instantiate the Unit Under Test (UUT)
assign C[2]=G[1]|(P[1]&G[0])|(P[1]&P[0]&Ci);
本次试验的超前进位加法器，更好的体现了，我们对于效率地的要求，对于以有些的地方我们可以采取一些手段改进自身的不足，超前进位的思想就是率先计算出我们的需要的进位
的值，然后在处理，解决了不同步的问题，真的很值得我们思考，这种类似的问题
指导教师
评议
成绩评定：指导教师签名：
实验环境
Xilinx ISE Design Suite 13.4
实验内容（算法、程序、步骤和方法）
（1）建立工程；
（2）编写超前进位电路代码；
（3）将全加器模块导入工程中；
（4）编写顶层模块代码；
（5）编写测试代码，进行软件仿真；
（6）生成bit文件并下载入FPGA，进行硬件测试并记录；
（7）得出结论。
O1(P[1],A[1],B[1]),
O2(P[2],A[2],B[2]),
O3(P[3],A[3],B[3]);
MainSection M(Co,G,P,Ci);
Add FA0(A[0],B[0],Ci,F[0]),
FA1(A[1],B[1],Co[1],F[1]),
FA2(A[2],B[2],Co[2],F[2]),
FA3(A[3],B[3],Co[3],F[3]);
Endmodule
4、测试代码：
module test;
// Inputs
reg [3:0] A;
reg [3:0] B;
reg Ci;
// Outputs
wire [3:0] F;
wire [4:1]Co;
// Instantiate the Unit Under Test (UUT)
assign C[2]=G[1]|(P[1]&G[0])|(P[1]&P[0]&Ci);
《计算机组成原理》课件
了解多种计算机体系结构的优缺点，分析 不同系统的适用领域，结合实际案例深入 理解计算机体系结构的实现原理和设计思 路
计算机组成基础理论
寄存器与缓存
探索计算机内部的寄存器和缓 存原理，了解不同级别寄存器 和缓存在计算机系统中的角色 和作用
主板与总线
深入了解计算机总线结构及数 据和控制流在总线上的传输方 式，了解与总线相关的概念和 术语
掌握计算机硬件与软件之间的交互、
学会优化计算机性能的技巧
2
协作机制及其适用领域
了解计算机性能优化的基本概念和方
法，并能熟练运用于实践中
3
应用计算机体系结构案例分析
了解计算机体系结构中重要的实用技 术及其应用案例，并以此为基础研究 计算机领域中的新技术Fra bibliotek课程大纲
1 计算机组成基础理论
2 计算机硬件设计
操作系统优化技术
了解操作系统的内部工作原理，学习操作系统性能优化的方法和技巧
硬件优化技术
研究不同硬件系统中的性能问题，了解针对硬件性能进行的优化和调整策略
计算机体系结构案例分析
大型机体系结构
了解大型机的体系结构和设计 原理，深入探索大型机的操作 系统和应用场景
小型机体系结构
了解不同小型机的体系结构和 优化方案，探索小型机领域的 设计和发展趋势
分布式计算体系结构
了解分布式计算的各种技术和 常用框架，学习相关开源软件 和系统的使用方法和技巧
评价与总结
在本课程中，我们深入探讨了计算机组成原理的各个方面，了解了计算机硬 件的基本原理、如何优化计算机性能、如何设计计算机体系结构等关键技能 和知识。
希望通过这门课程的学习，您能够对计算机系统有更深入的理解，并能更好 地应用相关技术和知识。谢谢！
计算机组成原理ppt课件
常见输入输出接口类型和特点比较
要点一
常见输入输出接口类型
要点二
特点比较
常见的输入输出接口类型包括PS/2接口、USB接口、HDMI 接口、DisplayPort接口、SATA接口等。
不同的输入输出接口类型具有不同的特点，如传输速度、支 持热插拔、连接方式等。例如，USB接口支持热插拔和即插 即用，而SATA接口则主要用于连接硬盘和光驱等存储设备。
定点数表示与运算方法
定点数表示方法
阐述定点数的表示方法，包括符号位、 数值位等，并介绍定点数的范围及精 度。
定点数加减运算
详细讲解定点数的加减运算方法，包 括补码加减运算等。
定点数乘除运算
介绍定点数的乘除运算方法，包括原 码乘除、补码乘除等算法。
定点数运算器的设计
阐述定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 和除法器等。
当中断发生时，计算机首先保存当前程序的执行状态，然后转去执行中断处理程序。中断处理程序执行完毕 后，计算机再返回原程序继续执行。这个过程需要由计算机的操作系统来管理和控制。
THANK YOU
指令系统设计原则和优化策略
有效性原则
指令系统应能有效地支持高级 语言的实现，提高程序执行效 率。
兼容性原则
新设计的指令系统应尽可能与 已有的指令系统保持兼容。
完备性原则
指令系统应满足程序设计的各 种需求，具备完备性。
规整性原则
指令系统应尽可能规整，简化 硬件实现和软件编程。
优化策略
采用流水线技术、超标量技术、 乱序执行技术等优化策略，提 高指令执行速度和效率。
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。
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GAL16V8 +5
M14 M8
2816
开关编 程控制
74LS374
T1
DIR E
MK1
B7 A7
B6 A6
MK8 B1 A1
---
---
74LS245
B0 A0
B2 A2
B3 A3
B4 A4
B5 A5
---
---
A10 I/O7
A9 I/O6
A8 I/O5
A7 I/O4
A6 I/O3
A5 I/O2
M17 Y0 M16 Y1 M15 Y2
Y3 Y4 Y5 Y6 FS Y7
B-DA1(T4) B-DA2(T4) B-IR(T3) B-DR(T4) B-SP B-AR(T3) B-PC(T4)
ALU-B 299-B SR-B DR-B SI-B SP-B PC-B PC+1 J1 J2 J3 J4 J5 CyCn CyNCn
D16-D0
CLK
T2
器 逻 辑
24位微 代码开关Βιβλιοθήκη 24位三态缓冲
24位
器E
17位
7位
24位
框
24位微
图
代码显
24位
示灯
D6-D0
CLR
T2
CLK 控存地址寄存
器CMAR
PRE
Q6-Q0
SE6-SE0
I/O23-I/O0 OE
控制存储器CM
（128×24位）
A6-A0
WE
7位三态缓冲器 E
7位 微地 址显 示灯
① 控制存储器CM
❖ 控存的地址端接有7个微地址显示灯，控存的 地址
可以由微地址锁存器µAR提供（手动“编程 PROM”或“校验READ”状态下）；
也可以由后继微地址修改逻辑来提供（“运行 RUN”状态下），或者由PC机控制送出（联机状 态下）。
❖ 控存中的24位微码，高16位送微指令寄存器 µIR保存并译码，低7位（下址字段）送散转 逻辑电路。
③ 微指令寄存器µIR
❖ 微指令寄存器µIR的功能是存放从控存CM中 读出的高16位的微码M23～M8（低7位M6～ M0是下址字段，M7为空）
❖ µIR由两片74LS273（8位寄存器）组成的。
清零端CLR# 接CLR开关，在总清时µIR清零。
数据输入端接控存CM的数据I/O端；
数据输出端，一面以排针M13～M8的形式直接 引出，另一面，M23～M14另送微指令译码器进 行译码。M23～M0的定义参见3.5.3微指令的格 式一节。
M-W(T3) M-R(T3) I/O-W(T3) I/O-R(T3) INT-R INT-E
S3 S2 S1 S0 M Ci
SE6
1SD
2SD
2CLK 2CD
1CLK 1CD
2Q
2D
7474SL
1Q
1D
Main Control Unit
① 控制存储器CM
❖ CM由3片2816（2K×8位）组成，存放24位 的微指令。3片2816的高位地址A10～A7均 接地，因此，控存的实际容量为128×24位， 即可以存放128条微指令。
④ 微指令译码器
❖ 微指令译码器由两片74LS138和两片GAL芯 片组成，其功能是根据微指令的格式及各字 段的定义，将µIR送来的编码字段进行译码， 产生全机所需要的各种微操作控制信号，以 实现该条微指令功能。
7位
MA6-MA0
Q6-Q0 微地址锁存器 OE
D6-D0 CLK
MAK6-MAK0
MA6-MA0
T1 总控单元
CLR开关
② 微地址锁存器µAR
❖ µAR由一片74LS374（8位锁存器）构成，用 于锁存手动操作时由开关拨入的微地址 MA6～MA0，并提供给控存。
❖ µAR的输入端以排针的形式引出，标记为 MA6～MA0，用以连接手动单元（MANUAL UNIT）的开关；输出端接至控存的地址输入 端；但µAR的输出使能OE#则同样由GAL芯 片控制产生。
+5
MK16 MK9
2CLK 2CD
1CLK 1CD
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
2Q
2D
7474SL
B0 A0 B1 A1 B2 A2 B3 A3 B4 A4 B5 A5 B6 A6 B7 A7 DIR E
+5
1Q
1D
MK24 MK17
SE4
SE5
1SD
2SD
2CLK 2CD
B-DA1--B-SP SR-B--SP-B J1–J5 M-W–CyNCn S3-S0 M Ci
7位 6位
7位
7位
7位
BTO
OTB
FUNC FS=1
FUNC FS=0
3位
3位
3位
M23-M21
M20-M18
3位
M17-M15
M14
M13-M8
微
Q16-Q0 微指令寄存器µIR（17位） CLR
控
计算机组成原理 课程设计
脱机方式下微码装入及 执行
实验六 脱机方式下微码装入及执行
❖ 一、相关单元介绍 Clock Unit, Ins Unit, Manual Unit, Main
Control Unit, ALU Unit, Reg Unit, Address Unit, Input/Output Device, Mem Unit
+5
---
---
---
MD23 MD16 MD15 MD8 MD7 MD0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
OE CLK
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
+5 CLR开关
E
DIR
A7
B7
A6
B6
-----
---
A5
B5
A4
B4
A3
B3
74LS245
A2
B2
A1
B1
A0
B0
SE0
SE1
1SD
2SD
2CLK 2CD
1CLK 1CD
2Q
2D
7474SL
1Q
1D
---
74LS245
+5
M16
M15
---
74LS138
+5
74LS138
M23 Y0
M22 M21
Y1 Y2 Y3
Y4
T4 Y5
T3 Y6
PC+1* Y7
C Y0 B Y1 A Y2
Y3 Y4 E1 Y5 E2 Y6 E3 Y7 C Y0 B Y1 A Y2 Y3 Y4 E1 Y5 E2 Y6 E3 Y7
A3 I/O0
A2 OE
A1 WE
A0
CE
74LS245
1CLK 1CD
2Q
2D
7474SL
1Q
1D
SE2
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
CLR CLK
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
CLR CLK
74LS273 T2
SE3
1SD
2SD
GAL16V8 M23
74LS273
2816
B0 A0 B1 A1 B2 A2 B3 A3 B4 A4 B5 A5 B6 A6 B7 A7 DIR E
A4 I/O1
A3 I/O0
A2 OE
A1 WE
A0
CE
A10 I/O7
A9 I/O6
A8 I/O5
A7 I/O4
2816
A6 I/O3
A5 I/O2
A4 I/O1
A3 I/O0
A2 OE
A1 WE
A0
CE
A10 I/O7
A9 I/O6
A8 I/O5
A7 I/O4
A6 I/O3
A5 I/O2
A4 I/O1