計算機(jī)組成原理

——知識串講關(guān)于考試2滿分：100分時間：120分鐘題型和分值：一、填空題：5個，10分二、選擇題：15個，30分三、判斷題：6個，6分四、簡答題：1個，5分五、計算題：3個，15分六、分析題：2個，18分七、設(shè)計題：1個，16分各章內(nèi)容所占分值3計算機(jī)系統(tǒng)概論10分?jǐn)?shù)據(jù)的表示和運(yùn)算22分存儲器層次結(jié)構(gòu)

27分

指令系統(tǒng)

10分中央處理器20分總線5分

輸入輸出系統(tǒng)

6分第1章

計算機(jī)系統(tǒng)概論1、計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（掌握）4

用編譯程序翻譯成匯編語言程序用匯編程序翻譯成機(jī)器語言程序用機(jī)器語言解釋操作系統(tǒng)用微指令解釋機(jī)器指令由硬件直接執(zhí)行微指令軟件硬件高級語言級M4匯編語言級M3操作系統(tǒng)級M2一般機(jī)器級M1微程序設(shè)計級M0第1章

計算機(jī)系統(tǒng)概論2、馮諾依曼計算機(jī)的特點(diǎn)（掌握）51.計算機(jī)由五大部件組成3.指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示4.指令由操作碼和地址碼組成6.以運(yùn)算器為中心2.指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲器，

可按地址尋訪5.存儲程序按順序存放第1章

計算機(jī)系統(tǒng)概論3、計算機(jī)的硬件框圖（了解）（1）典型的馮諾依曼計算機(jī)結(jié)構(gòu)6存儲器輸入設(shè)備運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備第1章

計算機(jī)系統(tǒng)概論3、計算機(jī)的硬件框圖（2）以存儲器為中心的計算機(jī)結(jié)構(gòu)7程序存儲器輸出設(shè)備輸入設(shè)備運(yùn)算器控制器數(shù)據(jù)結(jié)果計算第1章

計算機(jī)系統(tǒng)概論3、計算機(jī)的硬件框圖（3）現(xiàn)代計算機(jī)的組成8ALUCPU主機(jī)I/O設(shè)備CU主存第1章

計算機(jī)系統(tǒng)概論4、計算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)（掌握）（1）機(jī)器字長：CPU一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)，與CPU中的寄存器位數(shù)有關(guān)（2）存儲容量：存放二進(jìn)制信息的總位數(shù)兩種方法：存儲單元個數(shù)×存儲字長：64K×32位字節(jié)數(shù)：221

=256KB（3）運(yùn)算速度：主頻：指CPU的時鐘頻率，目前以GHz為主流。時鐘周期：計算機(jī)內(nèi)操作的最基本時間單位，數(shù)值上=主頻倒數(shù)。CPI：執(zhí)行一條指令所需的時鐘周期數(shù)。MIPS：每秒執(zhí)行百萬條指令。FLOPS：每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)。9第2章

數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算1、幾個概念（定義、求解、范圍、特點(diǎn)、區(qū)別）無符號數(shù)、有符號數(shù)、真值、機(jī)器數(shù)、原碼、反碼、補(bǔ)碼、移碼、階碼、尾數(shù)、基數(shù)、規(guī)格化2、定點(diǎn)整數(shù)、小數(shù)的表示及表示范圍3、浮點(diǎn)數(shù)的表示及表示范圍（最大/小正/負(fù)數(shù))4、浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化（1）原碼：尾數(shù)最高有效位為1（2）補(bǔ)碼：尾數(shù)最高有效位與符號位不同（3）若基數(shù)不同，則最高有效位做相應(yīng)變化。10r=2尾數(shù)最高位為1r=4尾數(shù)最高2位不全為0r=8尾數(shù)最高3位不全為0第2章

數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算5、算術(shù)移位運(yùn)算11符號位不變1右移

添1左移

添00反碼補(bǔ)碼原碼負(fù)數(shù)0原碼、補(bǔ)碼、反碼正數(shù)添補(bǔ)代碼碼制第2章

數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算6、邏輯移位12邏輯左移邏輯右移低位添0，高位移丟高位添0，低位移丟例如

01010011邏輯左移10100110邏輯右移00101001算術(shù)左移算術(shù)右移0010011000101001（補(bǔ)碼）7、補(bǔ)碼加減運(yùn)算(1)加法(2)減法整數(shù)[A]補(bǔ)+[B]補(bǔ)=[A+B]補(bǔ)（mod2n+1）小數(shù)[A]補(bǔ)+[B]補(bǔ)=[A+B]補(bǔ)（mod2）A–B=A+(–B

)整數(shù)[A

–B]補(bǔ)=[A+(–B

)]補(bǔ)=[A]補(bǔ)+[

–

B]補(bǔ)(mod2n+1)小數(shù)[A

–B]補(bǔ)=[A+(–B

)]補(bǔ)(mod2)連同符號位一起相加，符號位產(chǎn)生的進(jìn)位自然丟掉=[A]補(bǔ)+[

–

B]補(bǔ)第2章

數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算解：[A]補(bǔ)[B]補(bǔ)[A]補(bǔ)+[B]補(bǔ)+=0.1011=1.1011=10.0110=[A+B]補(bǔ)驗證【例】設(shè)A=0.1011，B=–

0.0101求[A+B]補(bǔ)0.1011–0.01010.0110∴A+B

=0.0110第2章

數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算設(shè)機(jī)器數(shù)字長為8位（含1位符號位）且A=15，B=24，用補(bǔ)碼求A

–B解：A=15=0001111B=24=0011000[A]補(bǔ)+[–

B]補(bǔ)+[A]補(bǔ)=0,0001111[–

B]補(bǔ)=1,1101000=1,1110111=[A

–

B]補(bǔ)[B]補(bǔ)=0,0011000∴A

–B=–1001=–9【例】8、溢出判斷(1)一位符號位判溢出參加操作的兩個數(shù)（減法時即為被減數(shù)和“求補(bǔ)”以后的減數(shù)）符號相同，其結(jié)果的符號與原操作數(shù)的符號不同，即為溢出。第2章

數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算(2)兩位符號位判溢出結(jié)果的雙符號位相同未溢出結(jié)果的雙符號位不同溢出最高符號位代表其真正的符號00,×××××11,×××××10,×××××01,×××××【例】已知x=+11/16，y=+7/16，用變形補(bǔ)碼求x+y解：因為x=+11/16=0.1011，y=+7/16=0.0111

所以[x]變補(bǔ)=00.1011，[y]變補(bǔ)=00.0111[x+y]變補(bǔ)=[x]變補(bǔ)=00.1011

+[y]變補(bǔ)=00.0111

01.0010符號位為“01”，表示溢出，因第1位符號位為“0”，表示結(jié)果的真正符號為正，“01”表示正溢出。9、乘法（了解）乘法運(yùn)算用加法和移位來實(shí)現(xiàn)。10、除法（了解）第2章

數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算第2章

數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算11、浮點(diǎn)加減運(yùn)算（1）對階：小階向大階看齊（2）尾數(shù)相加（3）尾數(shù)規(guī)格化：左規(guī)（00.0×××,11.1×××）右規(guī)（10.×××,10.×××）（4）舍入：0舍1入法恒置1法（5）溢出判斷：階碼符號出現(xiàn)01,×××?xí)r為上溢，需作溢出處理。17【例】x=0.1101×

210

y=0.1011×

201求x

+y（除階符、數(shù)符外，階碼取3位，尾數(shù)取6位）

解：[x]補(bǔ)=00,010;00.110100[y]補(bǔ)=00,001;00.101100①對階②尾數(shù)求和[Δj]補(bǔ)=[jx]補(bǔ)

–[jy]補(bǔ)

=00,01011,111100,001階差為+1∴Sy1,jy+1∴[y]補(bǔ)'=00,010;00.010110[Sx]補(bǔ)

=00.110100[Sy]補(bǔ)'

=00.010110對階后的[Sy]補(bǔ)'01.001010++尾數(shù)溢出需右規(guī)第2章

數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算③右規(guī)[x+y]補(bǔ)=00,010;01.001010[x+y]補(bǔ)=00,011;00.100101右規(guī)后∴x+y=0.100101×2114.舍入在對階

和右規(guī)過程中，可能出現(xiàn)尾數(shù)末位丟失引起誤差，需考慮舍入(1)

0舍1

入法

(2)

恒置“1”法第2章

數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算【例】x=(–—)×2-5

y=(—)×2-45878求x

–

y（除階符、數(shù)符外，階碼取3位，尾數(shù)取6位）解：[x]補(bǔ)=11,011;11.011000[y]補(bǔ)=11,100;00.111000①對階[Δj]補(bǔ)=[jx]補(bǔ)

–[jy]補(bǔ)

=11,01100,10011,111階差為–1∴Sx1,jx+

1∴[x]補(bǔ)'=11,100;11.101100x=(–0.101000)×2-101y=(0.111000)×2-100+第2章

數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算②尾數(shù)求和[Sx]補(bǔ)′=11.101100[–Sy]補(bǔ)=11.001000+110.110100③右規(guī)[x–

y]補(bǔ)=11,100;10.110100[x–

y]補(bǔ)=11,101;11.011010右規(guī)后∴

x

–

y=(–0.100110)×2-11=(–—)×2-31932第2章

數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算22第2章

數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算12、IEEE754標(biāo)準(zhǔn)單精度浮點(diǎn)數(shù)格式與十進(jìn)制真值的轉(zhuǎn)換（掌握）（1）把十進(jìn)制數(shù)100.25轉(zhuǎn)換成IEEE754短浮點(diǎn)數(shù)解：1、進(jìn)制轉(zhuǎn)換：

100.25＝1100100.01B

2、規(guī)格化：

1100100.01＝1.10010001×2110

3、計算階碼：

110+01111111（127）＝10000101

4、有效數(shù)（尾數(shù)）的符號位：0 階碼：10000101 尾數(shù)：10010001000000000000000綜合上述可得：100.25的浮點(diǎn)形式為：0100001011001000100000000000000023第2章

數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算12、IEEE754標(biāo)準(zhǔn)單精度浮點(diǎn)數(shù)格式與十進(jìn)制真值的轉(zhuǎn)換（掌握）（2）把IEEE754單精度浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)：1100000111001001000000000000解：1、浮點(diǎn)數(shù)1100000111001001000000000000分割成三部分 符號位：1 階碼：10000011 尾數(shù)：1001001000000000000 2、還原階碼：

10000011–01111111（127）＝100 3、該浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化形式：

1.1001001×24(其中前面的“1.”從隱含位而來) 4、該浮點(diǎn)數(shù)的非規(guī)格化形式：

11001.001 5、該浮點(diǎn)數(shù)的十進(jìn)制數(shù)為-25.125第2章

數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算13、算術(shù)邏輯單元ALU（了解）（1）功能：算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算（2）組成：做過實(shí)驗，更應(yīng)該了解其組成（3）串行進(jìn)位鏈（4）并行進(jìn)位鏈24第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)1、存儲器的分類（了解）（1）按存儲介質(zhì)分：半導(dǎo)體存儲器、磁表面存儲器、磁芯存儲器、光盤存儲器（2）按存取方式分：隨機(jī)存儲器、只讀存儲器、串行訪問（3）按在計算機(jī)的作用分：25磁盤、磁帶、光盤、磁盤陣列、網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)等高速緩沖存儲器（Cache）存儲器主存儲器輔助存儲器MROMPROMEPROMEEPROMRAMROM靜態(tài)RAM動態(tài)RAM第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)2、存儲器的層次結(jié)構(gòu)（掌握）三級存儲架構(gòu)：高速緩存，主存儲器，輔存存儲器26存儲器作用性能種類cache存儲當(dāng)前經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)高速存取指令和數(shù)據(jù)速度快容量小半導(dǎo)體主存存放當(dāng)前使用的程序和數(shù)據(jù)，能和cache交換數(shù)據(jù)和指令中間半導(dǎo)體輔存存放大量的后備程序和數(shù)據(jù)容量大成本低磁盤磁帶光盤第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)3、大端方式和小端方式（了解）27【例】按大端、小端方式將0x12345678存入存儲器字地址字節(jié)地址111098765478563412840字地址字節(jié)地址12345678840大端方式(BigEndian)：最高位字節(jié)存放在最低位地址，內(nèi)存從最低地址開始按順序存放（高位數(shù)字先寫）。小端方式(LittleEndian)：最低位字節(jié)存放在最低位地址，內(nèi)存從最低地址開始按順序存放（低位數(shù)字先寫）。第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)4、主存技術(shù)指標(biāo)（掌握）28(2)存儲速度(1)存儲容量(3)存儲器的帶寬主存存放二進(jìn)制代碼的總位數(shù)讀出時間寫入時間存儲器的訪問時間存取時間存取周期讀周期寫周期單位時間內(nèi)存儲器存取的信息量位/秒第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)5、半導(dǎo)體存儲芯片的基本結(jié)構(gòu)（掌握）29譯碼驅(qū)動存儲矩陣讀寫電路片選線讀/寫控制線地址線…數(shù)據(jù)線…芯片容量1K×4位地址線（單向）數(shù)據(jù)線（雙向）104片選線讀/寫控制線（低電平寫高電平讀）（允許讀）WE（允許寫）OECSCEWE第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)6、靜態(tài)RAM：雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（了解）7、動態(tài)RAM：電容（了解）8、動態(tài)RAM的刷新（掌握）（1）集中刷新（2）分散刷新（3）異步刷新30①集中刷新（存取周期為0.5

s

）“死時間率”為128/4000×100%=3.2%“死區(qū)”為0.5

s

×128=64

s

周期序號地址序號tc0123871387201tctctctc3999VW01127讀/寫或維持刷新讀/寫或維持3872個周期（1936

s）

128個周期（64

s）

刷新時間間隔（2ms）刷新序號??????tcXtcY??????以128×128矩陣為例第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)tC=tM

+tR讀寫刷新無“死區(qū)”②

分散刷新（存取周期為1

s

）(存取周期為0.5

s

+0.5

s

)以128

×128矩陣為例W/RREF0W/RtRtMtCREF126REF127REFW/RW/RW/RW/R刷新間隔128個存取周期…第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)③分散刷新與集中刷新相結(jié)合（異步刷新）對于128×128的存儲芯片（存取周期為0.5

s

）將刷新安排在指令譯碼階段，不會出現(xiàn)“死區(qū)”“死區(qū)”為0.5

s

若每隔15.6

s

刷新一行每行每隔2ms刷新一次第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)9、存儲器與CPU的連接（掌握）34用1K

×

4位存儲芯片組成1K

×

8位的存儲器？片(1)位擴(kuò)展（增加存儲字長）10根地址線8根數(shù)據(jù)線2片DD……D0479AA0???21142114CSWE第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)9、存儲器與CPU的連接35

(2)字?jǐn)U展（增加存儲字的數(shù)量）用1K

×

8位存儲芯片組成2K

×

8位的存儲器11根地址線8根數(shù)據(jù)線？片2片1K×8位1K×8位D7D0???????????????WEA1A0???A9CS0A10

1CS1第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)36(3)字、位擴(kuò)展用1K

×

4位存儲芯片組成4K

×

8位的存儲器8根數(shù)據(jù)線12根地址線8片A8A9A0...D7D0…A11A10CS0CS1CS2CS3片選譯碼……………………1K×41K×41K×41K×41K×41K×41K×41K×4WE第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)例4.1

解:

(1)寫出對應(yīng)的二進(jìn)制地址碼(2)確定芯片的數(shù)量及類型0110000000000000A15A14A13A11A10…A7…

A4A3…

A0…01100111111111110110100000000000…01101011111111112K×8位1K×8位RAM2片1K×4位ROM1片2K×8位(3)分配地址線A10~A0接2K

×

8位ROM的地址線A9~A0接1K

×

4位RAM的地址線(4)確定片選信號CBA0110000000000000A15A13A11A10…A7…A4A3…

A0…01100111111111110110100000000000…01101011111111112K

×

8位1片ROM1K

×

4位2片RAM2K

×8位ROM

1K

×4位

RAM1K

×4位

RAM………&PD/ProgrY5Y4G1CBAG2BG2A……MREQA14A15A13A12A11A10A9A0…D7D4D3D0WR…………例4.1

CPU與存儲器的連接圖………(1)高位交叉M0……M1……M2M3…………體內(nèi)地址體號體號地址000000000001001111010000010001011111100000100001101111110000110001111111順序編址10、多體交叉存儲器（掌握）第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)高位交叉結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：某個模塊進(jìn)行存取時，其他模塊不工作。優(yōu)點(diǎn)：某一模塊出現(xiàn)故障時，其他模塊可以照常工作，通過增添模塊來擴(kuò)充存儲器容量比較方便。缺點(diǎn)：各模塊串行工作，存儲器的帶寬受到了限制。第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)M0……M1……M2M3…………

體號體內(nèi)地址地址000000000001000010000011000100000101000110000111111100111101111110111111(2)低位交叉各個體輪流編址第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)低位交叉結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：連續(xù)地址分布在相鄰的不同模塊內(nèi)，同一個模塊內(nèi)的地址是不連續(xù)的。優(yōu)點(diǎn)：對連續(xù)字的成塊傳送可實(shí)現(xiàn)多模塊流水式并行存取，大大提高存儲器的帶寬。缺點(diǎn)：連續(xù)存取時各模塊都要工作。適用于成批數(shù)據(jù)的讀取。第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)低位交叉的特點(diǎn)在不改變存取周期的前提下，增加存儲器的帶寬時間單體訪存周期單體訪存周期啟動存儲體0啟動存儲體1啟動存儲體2啟動存儲體3第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)

設(shè)四體低位交叉存儲器，存取周期為T，總線傳輸周期為τ，為實(shí)現(xiàn)流水線方式存取，應(yīng)滿足T＝4τ。連續(xù)讀取4個字所需的時間為

T＋(4

－1)τ【例】設(shè)存儲器容量為32字，字長64位，模塊數(shù)m=4，分別用順序方式和交叉方式進(jìn)行組織。存儲周期T=200ns，數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線傳送周期=50ns。若連續(xù)讀出8個字和800個字，問順序存儲器和交叉存儲器的帶寬各是多少?解：(1)順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出x=8個字的信息總量是：

q=64bit×8=512bit順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出8個字所需的時間分別是：t順序=x×

T=8×200ns=1600ns=1.6×10-6s;t交叉=T+(x-1)τ=200ns+7×50ns=550ns=5.5×10-7s;

順序存儲器和交叉存儲器的帶寬分別是：W順序=q/t順序=512b÷(1.6×10-6)s=320×106b/s=320Mb/s;W交叉=q/t交叉=512b÷(5.5×10-7)s=931×106b/s=931Mb/s;第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)(2)順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出x=800個字的信息總量是：q=64bit×800=51200bit順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出800個字所需的時間分別是：t順序=x×T=800×200ns=160000ns=1.6×10-4s;t交叉=T+(x-1)τ=200ns+799×50ns=40150ns=4.015×10-5s;

順序存儲器和交叉存儲器的帶寬分別是：W順序=q/t順序=51200b÷(1.6×10-4)s=320×106b/s=320Mb/sW交叉=q/t交叉=51200b÷(4.015×10-5)s=1275.2×106b/s=1275.2Mb/s第3章

存儲器層次結(jié)構(gòu)第3章存儲器層次結(jié)構(gòu)11、cache的工作原理（掌握）（1）cache的基本結(jié)構(gòu)將Cache和主存分成若干大小相等的塊，每塊由若干字組成。因cache容量遠(yuǎn)小于主存，它保存的信息只是主存中部分塊的副本。設(shè)主存有2n個字，地址n位，將其分為M=2m塊（block），每塊B=2b個字。即主存地址n=m+b，高m位表主存塊地址，低b位表塊內(nèi)地址。Cache地址為（c+b），高c位是cache塊地址，cache總塊數(shù)C=2c，低b位是塊內(nèi)地址，每塊B=2b個字。Cache塊內(nèi)字?jǐn)?shù)與主存塊內(nèi)字?jǐn)?shù)相同。第3章存儲器層次結(jié)構(gòu)(2)主存和緩存的編址主存和緩存按塊存儲塊的大小相同B

為塊長~~~~……主存塊號主存儲器012m－1字塊0字塊1字塊M－1主存塊號塊內(nèi)地址m位b位n位M塊B個字緩存塊號塊內(nèi)地址c位b位C塊B個字~~~~……字塊0字塊1字塊C－1012c－1標(biāo)記Cache緩存塊號主存字塊標(biāo)記，用來表示當(dāng)前存放的是哪一個主存塊，該標(biāo)記的內(nèi)容相當(dāng)于主存塊的編號【例】CPU執(zhí)行一段程序時，Cache完成存取的次數(shù)為1900次，主存完成存取的次數(shù)為100次，已知Cache存取周期為50ns，主存存取周期為250ns，求Cache-主存系統(tǒng)的命中率、平均訪問時間、效率，以及采用Cache后存儲器性能提高多少？解：(1)命中率：1900/(1900+100)=0.95(2)平均訪問時間：50ns×0.95+250ns×(1-0.95)=60ns(3)效率：50ns/60ns=83.3%(4)性能提高：250ns/60ns-1=3.17倍第3章存儲器層次結(jié)構(gòu)(3)Cache的寫操作Cache的寫入通常有兩種方式：第一種方式是暫時只向cache寫入，并用標(biāo)志位（臟位dirty）加以說明，直到經(jīng)過修改的字塊被從cache中替換出來時才一次寫入主存，這種方式稱為寫回法（write-back）。第二種方式是每次寫入cache時也同時寫入主存，使cache和主存保持一致，稱寫直達(dá)法、全寫法（write-through）。第3章存儲器層次結(jié)構(gòu)(4)Cache-主存的地址映射常用的三種地址映射方式：直接映射、全相聯(lián)映射、組相聯(lián)映射第3章存儲器層次結(jié)構(gòu)假設(shè)：Cache：8塊=23，每塊4個字=22，地址：c+b=3+2主存：256塊=28，每塊4個字=22，主存地址：m+b=8+2主存分32區(qū)=25，每區(qū)8塊=23，主存地址：t+c+b=5+3+2主存塊標(biāo)記：主存高t位有效位：1位直接映射規(guī)則：將主存按cache塊數(shù)分區(qū)，各區(qū)中相同序號的塊只能映射到cache中相應(yīng)序號的塊中。Cache第0塊：可與32個區(qū)中的第0塊對應(yīng)（1vs32）主存第0塊：只能與cache的第0塊對應(yīng)（1Vs1）i=j

mod

8第i塊第j塊第3章存儲器層次結(jié)構(gòu)【例】假設(shè)主存容量為512KB，cache容量為4KB，每個字塊為16個字，每個字為32位。（1）cache地址有多少位？可容納多少塊？（2）主存地址有多少位？可容納多少塊？（3）在直接映射方式下，主存的第幾塊映射到cache中的第5塊（設(shè)起始字塊為第1塊）（4）畫出直接映射方式下的主存地址字段中各段的位數(shù)。第3章存儲器層次結(jié)構(gòu)【例】假設(shè)主存容量為512KB，cache容量為4KB，每個字塊為16個字，每個字為32位。（1）cache地址有多少位？可容納多少塊？【解】

（1）cache容量為4KB=212B，即cache地址為12位，c+b=12。每個字32位=4B，每個字塊為16個字，則每字塊16×4B=26B，則每個字塊的塊內(nèi)地址為6位，即b=6。c=12-b=6，C=26=64塊。第3章存儲器層次結(jié)構(gòu)【例】假設(shè)主存容量為512KB，cache容量為4KB，每個字塊為16個字，每個字為32位。（2）主存地址有多少位？可容納多少塊？【解】（2）主存容量512KB=219B，即主存地址為19位。m=19-b=13。M=213=8192塊。第3章存儲器層次結(jié)構(gòu)【例】假設(shè)主存容量為512KB，cache容量為4KB，每個字塊為16個字，每個字為32位。（3）在直接映射方式下，主存的第幾塊映射到cache中的第5塊（設(shè)起始字塊為第1塊）【解】（3）i=jmodCi是cache的字塊號，j是主存的字塊號，C為Cache的字塊數(shù)量為26=64塊，主存的字塊數(shù)量為213=8192塊。i=5，主存的字塊數(shù)分別是5，64+5，…，(27-1)26+5，共128個塊。第3章存儲器層次結(jié)構(gòu)【例】假設(shè)主存容量為512KB，cache容量為4KB，每個字塊為16個字，每個字為32位。（4）畫出直接映射方式下的主存地址字段中各段的位數(shù)。【解】m=13，c=6，b=6，即得到t=7位。主存地址為：主存字塊標(biāo)記Cache字塊地址字塊內(nèi)地址7位6位6位第3章存儲器層次結(jié)構(gòu)全相聯(lián)映射示意圖假設(shè)：Cache：8塊=23，每塊4個字=22，地址：c+b=3+2主存：256塊=28，每塊4個字=22，主存地址：m+b=8+2主存塊標(biāo)記：主存高m位有效位：1位全相聯(lián)映射規(guī)則：主存中任一個塊可映射到cache中任一塊的位置。Cache第0塊：可與256塊中的任一塊對應(yīng)（1vs256）主存第0塊：可與cache中的任一塊對應(yīng)（1Vs8）第3章存儲器層次結(jié)構(gòu)01234567組相聯(lián)映射示意圖組相聯(lián)映射規(guī)則：將主存按cache組數(shù)分區(qū)，各區(qū)中相同序號的塊能映射到cache中相應(yīng)序號的組中任意塊位置。Cache第0組任意塊：可與64個區(qū)中的第0塊對應(yīng)（1vs64）主存第0塊：只能與cache第0組內(nèi)的任一塊位置對應(yīng)（1Vs2）i=j

mod

4第i組第j塊假設(shè)：Cache：8塊=23，4組=22，每組2塊=21，每塊4字=22，地址：q+r+b=2+1+2主存：256塊=28，每塊4個字=22，主存地址：m+b=8+2主存分64區(qū)=26，每區(qū)4塊=22，主存地址：s+q+b=6+2+2主存塊標(biāo)記：主存高s位有效位：1位0123組第3章存儲器層次結(jié)構(gòu)第4章

指令系統(tǒng)1、指令格式（1）四地址指令（2）三地址指令（3）二地址指令（4）一地址指令（5）零地址指令2、指令格式分析和設(shè)計（參見課本P121、129、137的例題和習(xí)題）3、CISC和RISC的特點(diǎn)62第4章

指令系統(tǒng)4、指令尋址：順序、跳躍5、數(shù)據(jù)尋址(掌握）（1）立即數(shù)（2）直接尋址：EA=A（3）隱含尋址（4）間接尋址：EA=（A）（5）寄存器尋址：EA=R（6）寄存器間接尋址：EA=（R）（7）基址尋址：EA=（BR）+A（8）間址尋址：EA=（IX）+A（9）相對尋址：EA=（PC）+A（10）堆棧尋址63第5章中央處理器1、CPU中各寄存器的名稱及功能（1）指令寄存器IR（2）程序計數(shù)器PC（3）數(shù)據(jù)寄存器DR/MDR（4）地址寄存器AR/MAR（5）通用寄存器R2、指令周期概念CPU從內(nèi)存取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時間。64第5章中央處理器3、指令周期的數(shù)據(jù)流（1）取指周期（微操作及對應(yīng)功能說明）65MDRCUMARPCIR存儲器CPU地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線IR+1第5章中央處理器3、指令周期的數(shù)據(jù)流（2）間址周期（微操作及對應(yīng)功能說明）66MDRCUMARCPU地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線PCIR存儲器MDR第5章中央處理器3、指令周期的數(shù)據(jù)流（3）中斷周期（微操作及對應(yīng)功能說明）67MDRCUMARCPU地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線PC存儲器第5章中央處理器4、影響流水線性能的因素（1）結(jié)構(gòu)相關(guān)（2）數(shù)據(jù)相關(guān)（3）控制相關(guān)5、流水線性能指標(biāo)（1）吞吐率：單位時間內(nèi)流水線所完成指令數(shù)量（2）加速比：流水線的速度與非流水線的速度之比（3）效率：流水線各功能段的利用率（4）流水線時空圖：參見P17068第5章中央處理器6、控制器（1）取指、間址、執(zhí)行和中斷周期的微操作命令（2）指令周期、機(jī)器周期、時鐘周期、節(jié)拍的概念（3）機(jī)器指令、程序、微指令、微程序、控制存儲器、水平型微指令、垂直型微指令的概念（4）微指令的編碼方式（5）微程序控制器和硬連線控制器的優(yōu)缺點(diǎn)（6）操作控制字段的設(shè)計69第6章

總線1、總線的定義（掌握）

總線是連接各個部件的信息傳輸線，是各個部件共享的傳輸介質(zhì)，具有分時、共享的特點(diǎn)。2、總線分類（掌握）（1）片內(nèi)總線：芯片內(nèi)部的總線（2）系統(tǒng)總線：計算機(jī)各部件之間的信息傳輸線，根據(jù)系統(tǒng)總線傳輸信息的不同，分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。（3）通信總線：用于計算機(jī)系統(tǒng)之間或計算機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如控制儀表、移動通信等）之間的通信。70第6章

總線3、總線性能指標(biāo)（掌握）（1）總線寬度：數(shù)據(jù)線的根數(shù)（2）總線傳輸周