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计算机组成原理与系统结构课件.ppt

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1、复 习第1章概述1.计算机系统的基本组成及其层次结构 理解1.2计算机的系统结构、组成和实现 理解1.计算机发展进步与扩展应用的过程 一般了解 复 数字电路基础和计算机中的逻辑部件2.1数字电路基础 一般了解半导体材料和晶体二极管简介,2双极型三极管的结构及其伏安特性,MOS管道结构及其伏安特性2.2基本逻辑门和布尔代数知识基础 布尔代数知识基础2理解最基本的逻辑门电路.3组合逻辑电路及其应用 以基本逻辑门、三态门、数据选择器、译码器和编码器为例 2.4时序逻辑电路及其应用 重点掌握基本R\|S触发器,D型式触发器与寄存器、计数器件,时序逻辑电路应用例2.55现场可编程器件及其应用 一般了解现场可编程器件概述,一般可编程器件GAL20V28内部结构及其编程.六个特殊功能器件和存储芯片的引脚图 一般了解 复 数据表示、数据操作算法和逻辑。

2、电路实现3.数字信息编码概念和二进制编码知识 了解数字信息编码的概念,二进制编码和码制转换,检错纠错码 3.2数据表示-常用信息编码 关注逻辑类型数据、字符类型数据、数值类型数据的表示3.32进制数值数据的编码和算法 关注原码、反码、补码的定义,补码加减操作规则和电路实现、原码乘法算法和电路实现、原码除法算法和电路实现、补码乘法、除法等快速乘法除法实现思路 复 第四章计算机运算器部件4.1运算器部件概述 理解4.2定点运算器部件的功能、组成和设计 重点掌握定点运算器部件概述,运算器芯片芯片的位片结构Am2901,教学计算机运算器设计与实例4.浮点运算和浮点运算器 一般了解浮点数的操作规则,以浮点计算器为例 4.计算机中流行的计算器部件概述 一般了解 复 5.指令系统和汇编语言程序设计.1指令格式。

3.概述指令系统 重点掌握操作码的组织与编码,有关操作数的个数、来源、去向和地址安排,关于指令的分类5.2.搜索模式概述和应用实例 重点介绍基本寻址方法的概述,并举例5.指令系统和汇编语言程序设计示例 了解教学计算机指令系统的说明,教学计算机汇编程序设计示例 复 第六章计算机控制器部件6.1控制器的功能、组成和指令执行步骤 重点关注控制器部件的功能及其组成,指令执行步骤6.2连线控制器部件 重点介绍硬连线控制器的组成和运行原理,教学计算机硬连线控制器的组成、设计和实现实例6.3微程序控制器部件 重点掌握微程序控制器的基本组成和工作原理,在微程序设计中形成逻辑硬件技术,教学计算机微程序控制器的组成、设计和实现 复 多级结构的存储系统概述和主存储器7.多级结构存储系统概述 理解7.2主存储器部件的组成与设计 重点掌握主存储器概述和动态存储器记忆。

4.记忆原理和读写过程、静态存储器的存储原理和芯片内部结构7.3教学计算机内存实例 理解7.提高存储系统性能的可行途径 理解复 第八章高速缓冲存储器和虚拟存储器.1高速缓冲存储器 重点掌握高速缓冲存储器的运行原理,高速缓冲存储器的三种图像模式,使用高速缓冲存储器的几个问题8.2虚拟存储部件 重点关注虚拟存储器概述、段式存储管理,页面存储管理 复 第九章辅助存储设备和磁盘阵列技术9.1外部存储设备概述 理解9.磁盘设备的组成和运行原理 一般了解9.3光盘设备的组成和运行原理 一般了解9.4磁盘阵列技术和容错支持 一般了解 复 10章输入输出设备10.输入输出设备概述 了解设备简介,概述点阵设备的运行原理,10.2显示设备的组成和运行原理 关注显示设备概述,CRT阴极射线管的组成和运行原理,CRT字符显示器的组成和运行原理,CRT图形显示器,液晶显示器的组成和运输。

5.行原理,计算机终端10.3打印机设备的组成和运行原理 重点掌握针式打印机的组成及其打印过程,喷墨打印机的组成及其打印过程,激光打印机的组成及其打印过程10.计算机输入设备 重点关注计算机键盘的组成和运行。省略部分。存储器不仅可以字节访问,还可以。答: 用BE1, BE0信号区分高低字节,地址A9-A7.翻译后选片,地址A6-A1作为芯片的地址输入,如下图所示: 典型例题 计算机的主存容量为1MB,字长为32位,cache512字的容量。在下列情况下确定地址格式。 (1) 直接映象的cache,块长为1字 (2) 直接映象的cache,块长为8字 (3) 组相联图像cache,块长1字,组内4块答:主存字节地址长20位,字地址18位,cache字地址9位 (1) 字内地址2位,块内地址0位,块号9位,区号9位 (2) 字内地址2位,块内地址3位,块。

6、号6位,区号9位 (3) 字内地址2位,块内地址0位,块号2位,组号7位,区号9位 典型例题 一组相联图像Cache由64个存储块组成,每组包含4个存储块。主存储器包含4096个存储块,每个存储块由128字组成。访存地址为字地址。 (1) 求一个主存地址有多少位?一个cache有多少地址? (2) 在计算主存地址格式中,区号、组号、块号和块内地址字段的位数。答: (1) 因为主存包含40966=212个块,cache中包含64=26块,每块128块=27个字,所以主存字地址是12 7=19位,cache字地址为6 7=13位 (2) 区号为19-13=6位,组号为6-2=四位,块号为2位,块内地址7位 典型例题 有一个"Cache-主存"存储层次。主存共8块(0-7),Cache4块(0-3)采用组相联图像,组内块数为2块,替换算法为近期最低使用法(LRU)。主存共8块(0-7),Cache4块(0-3)采用组相联图像,组内块数为2块,替换算法为近期最低使用法(LRU)。 (1) 画出主存、C。

7、ache存储地址各字段对应关系; (2) 画出主存、Cache存储空间块的图像对应关系; (3) 对于以下主存块的地址流:1、2、4、1、3、7、0、1、2、5、4、6、4、7、2。Cache请随时列出Cache使用中各块; (4) 对于(3),指出块失效和块争用的时刻; (5) 对于(3),在此期间求出Cache之命中率。 典型例题答: (1) 典型例题答案:(2) 主存的第0和第1块图像cache第0和,第1块 主存的第2和第3块映象到cache第二和第三块 主存的第四和第五块形象cache第0和,第1块 主存的第6和第7块图像cache的第2和,第3块 典型例题 典型例题 两级存储系统中有八个磁盘上的虚拟页面需要映射到主存的四个页面框架中。程序生成以下访问存页号序列: 1, 0, 2, 2, 1, 7, 6, 7, 。

8、0, 1, 2, 0, 3, 0, 4, 5, 1, 5, 2, 4, 5, 6, 7, 6, 7, 2, 4, 2, 7, 3 绘制每个页号访问请求后存储在主存中的位置LRU替换策略,计算主存的命中率,假设主存是空的。答:命中率=13/30=43.3% 典型例题 计算机有10个指令,分别使用频率 0.35, 0.20, 0.11, 0.09, 0.08, 0.07, 0.04, 0.03, 0.02, 0.01 试着用霍夫曼编码编码他们的操作码,并计算平均代码长度。答: 编码结果如下: 00 10 010 110 0110 0111 1110 11110 111110 111111 还有其他类似的结果。 平均代码长度=0.01*6 0.02*6 0.03*5 0.04*4 0.07*4 0.08*4 0.09*3 0.11*3 0.20*2 0.35*2=2.7。

9、9 典型例题 一个简单的计算机指令系统有10个指令,每个指令的使用频率如下: I1 20%,I2 12%, I3 11%, I4 15%, I5 8% I6 3%,I7 2%, I8 18%, I9 10%, I10 1%(1) 这10个指令的操作码是用霍哈夫曼编码设计的,并计算操作码的平均长度;答:(1) 霍夫曼:霍哈夫曼编码结果如下: 11 001 011 010 101 100 0001 00001 000001 000000 平均代码长度=3.03 典型例题 16进制数据在8位寄存器中C5H,算术右移后会发生什么? 逻辑左移后会发生什么? 逻辑左移后会发生什么? 小循环右移后会发生什么? 大循环左移后会变成什么?答: 经过一次算术右移后变成E216,C=1.逻辑左移后变成C416,C=经过一次小循环右移,变成6216,C=经过一次大循环左移后,0变成。

10、C416。 典型例题 图5-1所示的单总线CPU结构,写出执行以下带有间接访存寻址方式的指令的执行过程。 (1) ADD R1,(mem)答:(1) PC→MAR,读 PC 1→PC DBUS→MDR MDR→IR IR(地址段)→MAR,读 DBUS→MDR MDR→MAR,读 DBUS→MDR MDR→Y R1 Y→Z Z→R1 典型例题 假设存储系统使用50MHz时钟,存储器以每周期一个字的速度传输8个字的访问请求,以支持块长为8个字cache,每字4字节。对于阅读操作,访问顺序为1个周期接收地址;3个周期延迟;8个周期用于传输8个单词。对于阅读操作,访问顺序为1个周期接受地址;3个周期延迟;8个周期用于传输8个单词。对于写作操作,访问顺序为1个周期接受地址;2个周期延迟;8个周期用于传输8个单词;3个周期恢复并写入纠错码。找出存储器的最大带宽: (1) 所有访问都是阅读操作 (2) 所有访问都是写作操作 (3) 65%的访问是阅读操作,35%的访问是。

11、写操作答: (1) Tm = (1 3 8)×20×10-9 = 240×10-9 (s) Bm = 8/Tm = 33.3MW/S = 133.3MB/S (2) Tm = (1 2 8 3)×20×10-9 = 280×10-9 (s) Bm = 8/Tm = 28.6MW/S = 114.4MB/S (3) Tm = (240×0.65 280×0.35)×10-9 = 254×10-9 Bm = 8/Tm = 31.50MW/S = 126.0MB/S 典型例题 设置磁盘的平均通道时间为20ms,传输速率是1MB/s,控制器费用为2ms,每分钟5400转。读写512字节扇区的平均时间。答: 平均旋转延迟 = 0.5/5400转/分 = 0.0056秒 = 5.6ms 平均磁盘访问时间 = 平均通道时间 平均旋转延迟 传输时间 控制器延时 = 20ms 5.6ms 0.5KB/1.0MB/s 2ms = 20 5.6 0.5 2ms = 28.1ms 典型例题 若计算机共有5级中断,从高到低中断响应的优先顺序是1→2→3→4→5.如果要将中断序改为1→4→5→2→3.设计各级中断处理程序的中断屏蔽位置。答: 结 束。

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