[建筑]计算机组成2001年考研复习提纲.ppt

计算机组成原理 陈天洲 tzchen@ 大纲安排 计算机组成部件 数据表示 指令系统 运算方法与运算器 控制器设计 存储器 输入输出 计算机组成部件 计算机历史 特征 硬件系统、软件系统 计算机系统的层次结构 五（六）大组成部件 计算机组成部件1 四代计算机 电子管、晶体管、SSI与MSI、LSI与VLSI（ULSI, GSI) 每代计算机的硬件特点、软件特点 冯诺依曼机体系结构组成 计算机组成部件2 内存： ROM, RAM, DRAM, CACHE, SRAM, PROM, EPROM, EEPROM CPU ALU+控制器 I/O 键盘 鼠标 显示器 计算机组成部件3 微程序由硬件执行 微程序设计级 微程序 一般机器语言 操作系统 操作系统级 汇编程序 汇编语言 编译程序 高级语言 计算机组成部件4 性能计算 性能＝1/执行时间 两台计算机性能比 性能比＝1/执行时间比 Unix下执行一个执行程序 系统时间, 用户时间，执行时间 CPI：clock per instruction MIPS：百万指令每秒， (MFLOPS) 时钟频率，可执行程序执行的周期，执行时间的计算 数据表示 二进制数制及转化 定点数表示 浮点数表示 各种计算机中数据表示 数据表示1 数的二进制表示 机器数表示 正负极其表示范围 数的溢出处理 补码表示 反码表示 正负号表示 数制转换 取补 数据表示2 补码扩展技术 原码扩展技术 以上原理的证明 绝对值的表示 绝对值大小 BCD码表示 数据表示3——演算加法 0+0=0 1+0=1 1+1=10 溢出 数据表示4——运算 减法 加法（加法被加数的补码） Beq 如果等于，跳转到 Eg. Beq $1,$2,100 如果寄存器1等于寄存器2跳转到100 Bne 如果不等于，跳转到 数据表示5 Sll——Shift left Srl——shift right and——and or——or 逻辑运算 数据表示——逻辑运算实现 与门，或门，非门，多路开关 数据表示7 一位加法器 Carryout=(b*carryin)+(a*carryin)+a*b; 数据表示——有carryin的加法 Sum=(a*b*carryin)+(a*b*carryin)+(a*b*carryin)+(a*b*carryin) 带进位的加法器 数据表示 进行进位（串行进位） 先行进位（并行进位） zero=(result0＋result1;;;+result31) 先行进位的框图 ALU的简化表示 数据表示 四位加法器合成32加法器结构图 四位内串行 四位间并行 整数乘法 加法的叠加 乘法器的结构 乘法过程 带符号的乘法运算 Booth算法 当前位 右边位 操作 1 0 减去乘数 1 1 不操作 0 1 加乘数 0 0 不操作 除法器与带符号除法 除法器需要掌握的内容类似乘法 带符号除法 商与余数同号 浮点数表示 科学计数法 二进制下的科学计数法 IEEE754浮点表示 32bit的分布 1位符号位，8位指数位，23位有效数 （－1）S×（1＋有效数）×2（指数－127） 全0表示0 浮点运算 浮点加法 浮点乘法 浮点除法 指令系统 机器码 指令码 寻址方式 指令编码方式 指令类型 RISC指令系统 机器码与汇编 给定操作码及机器码规则，写机器码 MIPS汇编语言 寻址方式 A.??????? 立即寻址 B.???????? 隐含寻址 C.??????? 存储器间接寻址 D.??????? 直接寻址 E.???????? 寄存器寻址 F.???????? 寄存器间接寻址 G.??????? 变址寻址 H. 相对寻址 控制器 控制器功能 组合逻辑电路设计 单时钟周期控制器设计 时序电路设计 多时钟周期控制器设计 微程序设计 控制器基本部件 PC 存储器 寄存器 ALU 加法器 符号扩展单元 指令执行微操作序列 取指令 指令解码、寄存器取 执行、存储器地址计算，跳转结束 计算指令结束、存储访问 写回 单时钟周期控制器 在一个时钟周期内完成一条指令 控制器设计简单 给出一些控制器部件，连线 实现某个指令 计算题 给出单时钟周期实现的几种指令，每种指令需要的时间。计算时钟周期。 多时钟周期控制器设计 有限状态机控制器设计 微程序控制器设计 微指令 给出微程序原理 微程序跳转表的功能 自行编制微程序 CPU的控制方式 统一时序控制——同步方式 不统一时序——异步方式 存储器设计 RAM，ROM设计 Cache设计 虚拟内存设计 存储层次设计 存储器读写周期 存储层次 Cache 三种映射方式： 直接映射 全相联映射 组相联映射 直接映射是重点 硬件实现图 Cache容量计算 Cache