《计算机组成原理》第四版ppt课件剖析
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纪禄平-计算机组成原理(第4版)3(5)-CPU子系统-MIPS-4-多周期-3-控制系统PPT课件
3.5.4 多周期MIPS处理器
（组合逻辑与微程序）
-
1
※多周期CPU所需的控制信号
PCSrc[1:0]
01 00 10
PCWrite
PC
IorD MemWrite
存储器
0 1
Addr
RD
rst
WD
MemRead
IRWrite
<<2
U
RegDst RegWrite
RN1 RD1 A
operation 0 1
F
+4 00
MDR
1 0
WD
RD2 B
01 10
zero
MemtoReg
E
<<2
extend
11 AluSrc_B[1:0]
多路选择器: 4个+2个(2位/个)； ALU: 1组(4位)； 扩展器: 1个； 存储器: 2个； 寄存器堆: 1个； 专用寄存器: 2个； 共需13种控制信号, 共18位。
SC
Operation extend RegWrite IRWrite MemRead MemWrite PCWrite AluSrc_B AluSrc_A MemtoReg RegDst IorD PCSrc
2 1111 2 111 111 4 4
→00B08001H
-
2
24
❸ 整合所有指令的微程序并存储到Control Store √ T0中取指操作对应的微指令被全部指令共享 √各指令的其余微指令按顺序存储 √各指令的最末一条微指令中的顺序控制字段SC=10
写出各位的输出逻辑式：
PCsrc[1]=j_flag PCsrc[0]=beq_flag·zero PCWrite=FT_flag+beq_flag·zero+j_flag
（组合逻辑与微程序）
-
1
※多周期CPU所需的控制信号
PCSrc[1:0]
01 00 10
PCWrite
PC
IorD MemWrite
存储器
0 1
Addr
RD
rst
WD
MemRead
IRWrite
<<2
U
RegDst RegWrite
RN1 RD1 A
operation 0 1
F
+4 00
MDR
1 0
WD
RD2 B
01 10
zero
MemtoReg
E
<<2
extend
11 AluSrc_B[1:0]
多路选择器: 4个+2个(2位/个)； ALU: 1组(4位)； 扩展器: 1个； 存储器: 2个； 寄存器堆: 1个； 专用寄存器: 2个； 共需13种控制信号, 共18位。
SC
Operation extend RegWrite IRWrite MemRead MemWrite PCWrite AluSrc_B AluSrc_A MemtoReg RegDst IorD PCSrc
2 1111 2 111 111 4 4
→00B08001H
-
2
24
❸ 整合所有指令的微程序并存储到Control Store √ T0中取指操作对应的微指令被全部指令共享 √各指令的其余微指令按顺序存储 √各指令的最末一条微指令中的顺序控制字段SC=10
写出各位的输出逻辑式：
PCsrc[1]=j_flag PCsrc[0]=beq_flag·zero PCWrite=FT_flag+beq_flag·zero+j_flag
计算机组成原理ppt文档可修改全文
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。
（a） 集中刷新
②分散刷新： 将每个读写周期分为两段。前一段时间tM为正常读/写操作，后一 段时间tR为刷新操作。设每个读/写周期为0.5 s，则分散刷新方法 中的读/写周期为1s，虽然消除了死区，但速度降低一倍。2ms内 只能进行2000次读/写操作，同时进行2000次的刷新操作(过于频繁)， 没有充分利用2ms刷新周期的间隔。读/写次数比集中刷新少了1872 次。
计算机组成原理
图4-1 主存储器的基本组成
主存中可寻址的最小单位称为编址单位。
某些计算机是按字进行编址的，最小的可寻址信息单元是一个机 器字，连续的存储器地址对应于连续的机器字。 • 目前多数计算机是按字节编址的，最小可寻址单位是一个字节。 • 一个32位字长的按字节寻址的计算机，一个存储器字包含四个可 单独寻址的字节单元，由地址的低两位来区分。 • 地址寄存器
• 地址译码与驱动电路的作用 • 读写电路与数据寄存器的作用 • 时序控制电路 • 主存储器用于存放CPU正在运行的程序和数据，它和CPU的关系 最为密切。主存与CPU间的连接是由总线支持的，连接形式如图42所示。 • 存储器基本操作是读(取)和写(存)。
图4-2 主存与CPU间的连接
目前多数计算机采用同步方式，数据传送在固定的时间间隔内完 成，此时间间隔构成了存储器的一个存储周期。
FAMOS存储电路
⑶用电实现擦除的PROM(electrically erasable programmable ROM。EEPROM)
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。
（a） 集中刷新
②分散刷新： 将每个读写周期分为两段。前一段时间tM为正常读/写操作，后一 段时间tR为刷新操作。设每个读/写周期为0.5 s，则分散刷新方法 中的读/写周期为1s，虽然消除了死区，但速度降低一倍。2ms内 只能进行2000次读/写操作，同时进行2000次的刷新操作(过于频繁)， 没有充分利用2ms刷新周期的间隔。读/写次数比集中刷新少了1872 次。
计算机组成原理
图4-1 主存储器的基本组成
主存中可寻址的最小单位称为编址单位。
某些计算机是按字进行编址的，最小的可寻址信息单元是一个机 器字，连续的存储器地址对应于连续的机器字。 • 目前多数计算机是按字节编址的，最小可寻址单位是一个字节。 • 一个32位字长的按字节寻址的计算机，一个存储器字包含四个可 单独寻址的字节单元，由地址的低两位来区分。 • 地址寄存器
• 地址译码与驱动电路的作用 • 读写电路与数据寄存器的作用 • 时序控制电路 • 主存储器用于存放CPU正在运行的程序和数据，它和CPU的关系 最为密切。主存与CPU间的连接是由总线支持的，连接形式如图42所示。 • 存储器基本操作是读(取)和写(存)。
图4-2 主存与CPU间的连接
目前多数计算机采用同步方式，数据传送在固定的时间间隔内完 成，此时间间隔构成了存储器的一个存储周期。
FAMOS存储电路
⑶用电实现擦除的PROM(electrically erasable programmable ROM。EEPROM)
计算机组成原理(第四版)课件5
第五章中央处理器第五章中央处理器5.1CPU功能和组成5.2指令周期5.3时序产生器5.4微程序控制器及其设计5.5硬布线控制器及其设计5.6传统CPU5.7流水CPU5.8RISC的CPU5.9多媒体CPU5.1 CPU 的功能和组成1、CPU 的功能●指令控制（程序的顺序控制）●操作控制（一条指令有若干操作信号实现）●时间控制（指令各个操作实施时间的定时）●数据加工（算术运算和逻辑运算）执行指令取指令操作控制、时间控制−−−−−−→−2、CPU 的基本组成RD/WRLDDR LDIRPC+1LDPCLDAR2、CPU的基本组成（1）中央处理器CPU=运算器+控制器（2）运算器●ALU●累加器●暂存器2、CPU的基本组成（3）控制器控制器组成：程序计数器、指令寄存器、数据缓冲器、地址寄存器、通用寄存器、状态寄存器、时序发生器、指令译码器、总线（数据通路）●程序计数器PC(Programming Counter)用来存放正在执行的指令的地址或接着将要执行的下一条指令的地址。
顺序执行时，每执行一条指令，PC的值应加1要改变程序执行顺序的情况时，一般由转移类指令将转移目标地址送往PC ，可实现程序的转移。
●指令寄存器IR(Instruction Register)指令寄存器用来存放从存储器中取出的待执行的指令。
在执行该指令的过程中，指令寄存器的内容不允许发生变化，以保证实现指令的全部功能。
2、CPU的基本组成●指令译码器ID(Instruction Decoder)暂存在指令寄存器中的指令只有在其操作码部分经译码后才能识别出是一条什么样的指令。
译码器经过对指令进行分析和解释，产生相应的控制信号提供给时序控制信号形成部件。
●机器周期、工作节拍、脉冲及启停控制线路由脉冲源产生一定频率的脉冲信号作为整个机器的时钟脉冲●时序控制信号形成部件时序控制信号形成部件又称微操作信号发生器，真正控制各部件工作的微操作信号是由指令部件提供的操作信号、时序部件提供的时序信号、被控制功能部件所反馈的状态及条件综合形成的。
纪禄平-计算机组成原理PPT(第4版)3(5)-CPU子系统-MIPS-4-多周期-2-指令流程与微命令
T1 DT
执行
T2 ET
访存
F← A op B
F← A+E(offset)
F← A+E(offset)
A-B Zero=1: PC←F
F← A op E(imm)
T3 MT
Reg*rd+← F
MDR← Mem[F]
Mem*F+← B
Reg*rt+← F
写回寄堆
T4 RT
Reg*rd+← F
Reg*rt+← MDR
选通寄存器堆 WD的数据源 设置16→32位的 扩展模式
0
1 0 1 0 1
选通PC
选通暂存器F 选通暂存器F 选通暂存器MDR 0扩展(逻辑型) 符号扩展(数值型)
3/12
（续表）
信号名称 ALUsrc_A ALUSrc_B 用途
选择ALU的A端 口数据来源
选择ALU的B端 口数据来源
控制信号
0
T0 T1
T2
T3
T4
A-B: If zero==1, PC←F If zero==0, NOP
ALUSrc_A=1, ALUSrc_B=01, operation=0110 If zero==1: PCSrc=01, PCWrite=1
9/12
※ I型运算指令: op rt, rs, imm
时钟 周期 功能（微）操作 IR←Mem*PC+, PC←PC+4 直接控制信号（微命令） IorD=0,MemRead=1, IRWrite=1, ALUSrc_A=0, ALUSrc_B=00, operation=0010, PCSrc=00, PCWrite 时钟边沿触发，无其它控制信号 ALUSrc_A=1, extend=1, ALUSrc_B=10, operation Mem2Reg=0, RegDst=1, RegWrite=1
纪禄平-计算机组成原理PPT(第4版) 1-2 概论-计算机的诞生和发展
EDVAC阐述了电子计算机和程序设计的新思想，是计 算机发展史上一个划时代的文献，宣告电子计算机时代 即将来临。
EDVAC方案的意义： 催生了第1台严格意义上的电子计算机（ENIAC, 宾夕法尼亚大学，1946年2月）
2/46
1.2.1 冯 ·诺依曼体系
1.用二进制代码表示程序和数据；
任何复杂运算和操作都转换成用二进制代码表 示的指令，数据也用二进制代码来表示；
2.采用存储程序的工作方式
将程序和数据存储起来（存储程序），让计算 机自动地执行指令，完成各种复杂的运算操作 （核心思想）。
3/46
3. 新型的现代计算机硬件组成
✓存储器、 ✓运算器、 ✓控制器、 ✓输入设备和输出设备
冯 ·诺依曼体系 奠定了现代电子计算机的理论基础。
4/46
1.2.2 计算机的发展历程
速度高达GIPS乃至TIPS级，多 机系统和计算机网络迅速发展， 微型计算机出现；
5/46
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.2.3 未来的发展趋势
1、向巨型化方向 2、向微型化方向 3、向多媒体化方向 4、向网络化方向 5、向智能化方向
6/46
1.2 计算机的诞生和发展
中文：约翰·冯·诺依曼 外文：John Von Neumann 国籍：美籍匈牙利人 出生地：布达佩斯 出生日期：1903年12月28日 逝世日期：1957年2月8日 毕业院校：苏黎世大学、布达佩斯大学 称谓：计算机之父
1/46
冯·诺依曼思想的产生背景
1944年加入了美国军方ENIAC计算机研制项目，1945年 提出并发表了一个全新的“存储程序通用电子计算机” 方案—EDVAC（冯·诺依曼思想）。
类型 第1代 第2代 第3代
第4代
EDVAC方案的意义： 催生了第1台严格意义上的电子计算机（ENIAC, 宾夕法尼亚大学，1946年2月）
2/46
1.2.1 冯 ·诺依曼体系
1.用二进制代码表示程序和数据；
任何复杂运算和操作都转换成用二进制代码表 示的指令，数据也用二进制代码来表示；
2.采用存储程序的工作方式
将程序和数据存储起来（存储程序），让计算 机自动地执行指令，完成各种复杂的运算操作 （核心思想）。
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3. 新型的现代计算机硬件组成
✓存储器、 ✓运算器、 ✓控制器、 ✓输入设备和输出设备
冯 ·诺依曼体系 奠定了现代电子计算机的理论基础。
4/46
1.2.2 计算机的发展历程
速度高达GIPS乃至TIPS级，多 机系统和计算机网络迅速发展， 微型计算机出现；
5/46
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.2.3 未来的发展趋势
1、向巨型化方向 2、向微型化方向 3、向多媒体化方向 4、向网络化方向 5、向智能化方向
6/46
1.2 计算机的诞生和发展
中文：约翰·冯·诺依曼 外文：John Von Neumann 国籍：美籍匈牙利人 出生地：布达佩斯 出生日期：1903年12月28日 逝世日期：1957年2月8日 毕业院校：苏黎世大学、布达佩斯大学 称谓：计算机之父
1/46
冯·诺依曼思想的产生背景
1944年加入了美国军方ENIAC计算机研制项目，1945年 提出并发表了一个全新的“存储程序通用电子计算机” 方案—EDVAC（冯·诺依曼思想）。
类型 第1代 第2代 第3代
第4代
计算机组成原理PPTPPT课件
➢钱晓捷，微型计算机原理及应用，清华大学出版社， 2006
精选ppt课件2021
2
目录
☼ 第一章 计算机系统概论 ☼ 第二章 指令系统 ☼ 第三章 中央处理部件CPU ☼ 第四章 存储系统 ☼ 第五章 输入输出（I/O）系统
精选ppt课件2021
3
第一章 计算机系统概论
1.1 计算机的基本概念
如何正确理解“计算机”这个术语呢？ 凡是能完成以下三类工作的机器就是计算机： ①能接受程序和数据的输入，并存储起来； ②能按照存储的程序对输入的数据进行自动处理 并得出结果； ③能把结果输出。
特点：控制简单，译码时间短，编码浪费，n位操作码能表示2n条指令
操作码长度不固定：操作码分散在指令字的不同字 段内
特点：能有效压缩操作码的平均长度，控制复杂，指令译码、分析较难
精选ppt课件2021
17
现代计算机中多采用不等长操作码——不同类的 指令，其操作码的长度不同。
对于一部分不需要操作数的指令可以将指令操作 码扩展到操作数字段，操作码的长度随地址码的减少 而增加。
在不增加指令长度的情况下，能充分利用指令的 各个字段扩展操作码的长度，使它可以表示更多的指 令。
实现不等长操作码可以通过扩展操作码法实现。
精选ppt课件2021
18
操作码扩展实现方式 等长扩展
每次扩展的操作码的位数相同。例如：4-8-12扩展法、 3-6-9扩展法、4-6-8扩展法 不等长扩展
10010101 10100001
操作码用来表明本条指令要 求计算机完成的操作，如加 法，减法，取数等，CPU中有 专门的译码电路来识别解释 各操作码
地址码用来给出参加本次运算的操作数和 运算结果所在的地址，根据地址码个数， 指令格式分为零地址、一地址选ppt课件2021
精选ppt课件2021
2
目录
☼ 第一章 计算机系统概论 ☼ 第二章 指令系统 ☼ 第三章 中央处理部件CPU ☼ 第四章 存储系统 ☼ 第五章 输入输出（I/O）系统
精选ppt课件2021
3
第一章 计算机系统概论
1.1 计算机的基本概念
如何正确理解“计算机”这个术语呢？ 凡是能完成以下三类工作的机器就是计算机： ①能接受程序和数据的输入，并存储起来； ②能按照存储的程序对输入的数据进行自动处理 并得出结果； ③能把结果输出。
特点：控制简单，译码时间短，编码浪费，n位操作码能表示2n条指令
操作码长度不固定：操作码分散在指令字的不同字 段内
特点：能有效压缩操作码的平均长度，控制复杂，指令译码、分析较难
精选ppt课件2021
17
现代计算机中多采用不等长操作码——不同类的 指令，其操作码的长度不同。
对于一部分不需要操作数的指令可以将指令操作 码扩展到操作数字段，操作码的长度随地址码的减少 而增加。
在不增加指令长度的情况下，能充分利用指令的 各个字段扩展操作码的长度，使它可以表示更多的指 令。
实现不等长操作码可以通过扩展操作码法实现。
精选ppt课件2021
18
操作码扩展实现方式 等长扩展
每次扩展的操作码的位数相同。例如：4-8-12扩展法、 3-6-9扩展法、4-6-8扩展法 不等长扩展
10010101 10100001
操作码用来表明本条指令要 求计算机完成的操作，如加 法，减法，取数等，CPU中有 专门的译码电路来识别解释 各操作码
地址码用来给出参加本次运算的操作数和 运算结果所在的地址，根据地址码个数， 指令格式分为零地址、一地址选ppt课件2021
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。
计算机组成原理ppt课件
03
计算机中的数据表示
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
数值数据的表示
定点数表示法
使用固定的小数点位置来表示数值，分为定点整 数和定点小数两种。
浮点数表示法
使用科学计数法表示数值，即尾数和指数的形式， 可以表示很大或很小的数。
原码、反码和补码
计算机中使用二进制数表示数值，为了处理负数， 采用了原码、反码和补码三种编码方式。
通道是一个独立于CPU的专 管输入/输出控制的处理机， 它控制设备与内存直接进行 数据交换。这种方式进一步 减轻了CPU的负担，但需要
更多的硬件资源。
THANKS
感谢观看
寄存器组
包括通用寄存器、程序计数器 （PC）、指令寄存器（IR）等， 用于暂存数据和指令。
内部总线
连接CPU内部各部件，实现数据 传输。
CPU的设计方法与技术
微程序设计
将一条机器指令细分为一系列微操 作，由微指令进行描述，提高指令
执行效率。
分支预测技术
将一条指令的执行过程划分为若干 个阶段，每个阶段由不同的硬件部 件并行处理，提高CPU的吞吐率。
08
输入输出（I/O）系统
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
I/O系统的基本概念与组成
I/O系统的定义
是计算机与外部设备之间进行数据传输和控制的系统。
I/O系统的组成
包括输入设备、输出设备、I/O接口和I/O控制逻辑等部分。
I/O设备的分类
按数据传输方式可分为并行设备和串行设备；按信息交换 的单位可分为字符设备和块设备。
浮点数的加减运算
IEEE 754标准（单精度、 双精度）
纪禄平-计算机组成原理PPT(第4版)3(1)-CPU子系统-概述26页PPT
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
纪禄平-计算机组成原理PPT(第4 版)3(1)-CPU子系统-概述
11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠岩列。怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百虑，菊为制颓龄。 15、春蚕收长丝秋熟靡王税。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
纪禄平-计算机组成原理PPT(第4 版)3(1)-CPU子系统-概述
11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠岩列。怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百虑，菊为制颓龄。 15、春蚕收长丝秋熟靡王税。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
纪禄平-计算机组成原理PPT(第4版)3(1)-CPU子系统-概述共26页文档
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
纪禄平-计算机组成原理PPT(第4 版)3(1)-CPU子系统-概述
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
ห้องสมุดไป่ตู้
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
纪禄平-计算机组成原理PPT(第4版) 2-3 数据处理与存储
11/11
0 00100原 0 0010原 1 00101原 1 0011原 1 11011补 1 1110补 ② 末位恒置1（原码、补码）
［例］保留4位尾数：
0 00100原 1 00101原 1 11011补
0 0011原 1 0011原 1 1101补
6/11
3、数位扩展与压缩
（1）符号扩展
直接把符号位（0/1）填充到扩展位 000A 0000000A 800A FFFF800A
2.3 数据处理与存储
1/11
1、移位操作
(1)逻辑移位
：数码位置变化。
10001111 循环左移： 0 0 0 1 1 1 1 1
(2)算术移位 ：符号位不变、数码位置变化 算术左移：
1001111 1011 110
空位补0
(-15) (-30)
数值发生2n倍变化，n为 移动的位数
2/11
①正数补码\原码移位规则
※移位规则
数符不变 (单：符号位不变；双：第1符号位不变) 空位补0 (右移时第2符号位移至尾数最高位)
（1）单符号位 ： 0 0111 左移 0 1110 右移 0 0111 右移 0 0011
（2）双符号位： 00 0111 左移 00 1110 左移 01 1100 右移 00 1110 右移 00 0111
（2）0-扩展 高位均全补0 （针对无符号数）
002A F12C F12B800A 02A0F12C
0000002A 0000F12C
800A F12C
7/11
（3）位数压缩 弃高位、留低位
4、数据存储(按字节编址)
（1）小端模式/ Little-Endian
小地址单元存储数据的低位(即尾端)
0 00100原 0 0010原 1 00101原 1 0011原 1 11011补 1 1110补 ② 末位恒置1（原码、补码）
［例］保留4位尾数：
0 00100原 1 00101原 1 11011补
0 0011原 1 0011原 1 1101补
6/11
3、数位扩展与压缩
（1）符号扩展
直接把符号位（0/1）填充到扩展位 000A 0000000A 800A FFFF800A
2.3 数据处理与存储
1/11
1、移位操作
(1)逻辑移位
：数码位置变化。
10001111 循环左移： 0 0 0 1 1 1 1 1
(2)算术移位 ：符号位不变、数码位置变化 算术左移：
1001111 1011 110
空位补0
(-15) (-30)
数值发生2n倍变化，n为 移动的位数
2/11
①正数补码\原码移位规则
※移位规则
数符不变 (单：符号位不变；双：第1符号位不变) 空位补0 (右移时第2符号位移至尾数最高位)
（1）单符号位 ： 0 0111 左移 0 1110 右移 0 0111 右移 0 0011
（2）双符号位： 00 0111 左移 00 1110 左移 01 1100 右移 00 1110 右移 00 0111
（2）0-扩展 高位均全补0 （针对无符号数）
002A F12C F12B800A 02A0F12C
0000002A 0000F12C
800A F12C
7/11
（3）位数压缩 弃高位、留低位
4、数据存储(按字节编址)
（1）小端模式/ Little-Endian
小地址单元存储数据的低位(即尾端)
2024年《计算机组成原理》ppt课件x
I/O控制方式
程序查询方式
CPU通过程序主动查询 I/O设备状态，若设备 准备好则进行数据传输 。
中断控制方式
当I/O设备准备好后， 通过中断请求通知CPU 进行数据传输，提高 CPU利用率。
DMA控制方式
在主存和I/O设备之间 设置DMA控制器，实现 主存与I/O设备之间的 直接数据传送，减少 CPU干预。
设备驱动程序
用于连接和驱动各种硬 件设备，如打印机、显
示器等。
数据库管理系统
用于存储、检索、定义 和管理大量数据。
网络通信软件
实现计算机之间的数据 传输和通信。
应用软件
办公软件
如文字处理、电子表格、演示 文稿等。
图像处理软件
用于编辑、处理和优化图像。
多媒体处理软件
用于音频、视频等多媒体内容 的编辑和处理。
感谢观看
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07
计算机的输入/输出系统
I/O接口和I/O设备
1 2
I/O接口定义和功能
连接CPU和I/O设备，实现数据、控制信号和状 态信号的传输。
I/O设备分类
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。
3
I/O接口与I/O设备的连接
通过电缆、插头插座等物理连接实现信号传输。
计算机系统的层次结构
传统机器级
用微程序解释机器指令系统， 由微程序实现机器指令的功能 。
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。
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。
操作系统级
通过系统调用实现操作系统功 能，为用户提供程序运行环境 。
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。