计算机导论2

1 TMC
1 C=—— W TMC

数据寄存器的宽度 （位数）
– 4．可靠性 存储器的可靠性用平均故障间隔时间MTBF来描述， 它可理解为两次故障之间的平均时间间隔。

二、半导体存储器
– （一）半导体存储器概述 1．半导体存储器的分类 按材料分：双极型（TTL）——速度快 单极型（MOS）——集成度高、成本低 按存取方式分：

算术逻辑单元
运算结果 运算结果特征 FLR 运算指令 ALU
运算数据A CBUS
运算数据B CBUS

标志寄存器
15 11 10 9 V 8 7 S 6 Z 4 2 P 0 C
C——进位标志位。进行加法或减法时，若最高位发生 进位或借位则C＝1，否则C＝0 P——奇偶标志位。逻辑运算结果中“1”的个数为偶数时 P＝1，否则P＝0 Z——零标志位。当运算结果为零时Z＝1，否则Z＝0 S——符号标志位。当运算结果的最高位为1时S＝1， 否则S＝0 V——溢出标志位。当算术运算结果超出了范围， 即溢出时V＝1，否则V＝0
MDR
读/写控制电路
RD / WE
来自ABUS的 地址信号
CS
要存取的数据 信息，来自/送 往DBUS
来自CBUS的 控制信息

基本操作
– 1、读操作过程 送地址——发读命令——读出数据
– 2、写操作 送地址——发写命令——写入数据

（二）主存储器的主要技术指标
– 1．存储容量——可以容纳的二进制信息量。 可以按“字节数”、“字数”、 “二进制位数”表示。 主存储器的容量——存储体所包含的存储单元数量。 通常地址寄存器的长度（位数i）与存储容量的关系为
W0
– R2 →B=1 – MOV=1 – add=1
W1
W2 m3
– Si →DB=1 – CP2=1

第三步：用组合逻辑电路实现上述表达式

AB AC=AB+AC
——P28

2．微程序逻辑控制
– 用一位数字l和0来代表某一微操作的“执行”和“不执
– – – – –
行”。这样就可以用一个字的不同位来表示不同的微操 作控制。 按此方式定义的字，其各位的值（1或0）将直接产生不 同的微操作信号，称这一控制字为一条微指令。 存放微指令的存储器，称为控制存储器。 用若干条微指令编制一段微程序，并通过对微程序的执 行来实现一条指令所要求的微操作。 微程序逻辑控制方式的设计思想与传统的组合逻辑控制 方式完全不同，它是建立在微程序设计技术的基础上。 每一条机器指令是用一段微程序来解释，而微程序由微 指令组成，每一条微指令可产生一个或多个可同时执行 的微操作。


二、控制器
– 功能：指挥控制各个部件按时序协调地工作。 ①取指令 ②分析指令——要做什么 ③执行指令——发出控制信号 程序计数器PC
指令部件
指令寄存器IR 指令译码器ID 地址形成器AGU
组成：
时序部件
时标发生器TGU 脉冲震荡器MF 组合逻辑控制 微程序逻辑控制
微操作部件

（一）指令部件
– 2、地址分配
– 3、总线连接
动画
第三节 辅助存储器

辅助存储器——外存
– 特点： 容量大 价格低 可靠 可长时间保存信息 – 常见的辅助存储器 磁带 磁盘（软盘、硬盘） 光盘

一、磁表面存储器的存储原理
– 1、磁表面存储——是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或
–
– –
– 2、分配地址，设计片选信号译码器。 – 3、实现总线（DBUS，ABUS，CBUS）连接。 – 4、解决存储器与CPU的速度匹配问题。

例如：用Intel2114组成一个4K*8位的存储器
– 1、芯片数目： – 用（m字节* n位）的芯片组成（M字节* N位）存储器时。 – 需要芯片数为=（M/m）*（N/n） = 4K*8 / 1K*4 = 8

三、磁盘存储器
– 1、磁盘机结构

2、磁盘机的主要技术指标
– （1）记录密度 磁道密度——单位长度内磁道的条数 位密度——单位长度内存储二进制信息的个数 – （2）存储容量 –
C=n * K * S * b
盘面数 磁道数 扇区数 字节数
– （3）寻址时间
– （4）数据传输速率

3、硬盘与软盘

四、光盘存储器
– 1、只读光盘存储器（CD－ROM） – 2、只写一次光盘存储器（CD －R） – 3、可重写光盘存储器（CD － RW） – 4、DVD光盘存储器（Digital Versatile Disk） – 特点：容量大 –
–
可靠 速度高
第四节 输入输出设备及其接口

一、输入设备
– （一）键盘
假定的微指令格式：

三、中央处理器举例
第二节

主存储器
一、主存储器概述
– （一）主存储器的基本组成及操作 – 组成： 存储体 地址寄存器 地址译码和驱动器 数据寄存器 读/写放大器
地 址 寄 存 器
MAR
地 址 译 码 和 驱 动 器
…… 存储体
读 / 写 放 大 器
数 据 寄 存 器
标志寄存器（FLR） 组成：触发器、门电路 作用：存放运算结果的特征
第一节 中央处理器
功能：
算术逻辑单元（ALU） 一、运算器 组成：加法器和进位链 作用：算术、逻辑运算
多路选择器（M1~M3） 组成：门电路 – 算术运算 作用：从多路输入中选择 – 一路输出 逻辑运算 通用寄存器组（R1~R4） 组成： 组成：触发器、门电路 作用：存放数据（16位） 数据总线（DBUS） 作用：传输数据信息 控制总线（CBUS） 作用：传输控制信息
双极型RAM RAM MOS型RAM 动态RAM 固定掩模ROM 静态RAM
ROM
PROM
EPROM

2．存储元件 存储原理：
– 1、用触发器作存储元件
–
——MOS型静态RAM存储元件
– 2、用电容器作存储元件 –
——MOS型动态RAM存储元件
– 3、用晶体管作存储元件 –
——ROM
• （1）MOS型静态RAM存储元件
– 1、程序计数器（PC） 组成——触发器和逻辑门电路 作用——指向将要执行指令 一般情况指令是按顺序执行的，当取出现行指令后， 程序计数器就自动加1，指向下一条指令在存储器 的存放地址。 当遇到转移指令时，控制器将把转移后的指令地址 通过送入程序计数器，使程序计数器指向跳转的目 的地的地址。这样，从存储器中取出的下一指令， 便改变了程序的执行顺序，实现了程序的转移。 程序计数器的位数（即所包含的触发器个数）取决 于指令在存储器中存放的地址范围。

二、磁带存储器
– 主要特点： 顺序存取、存取速度慢、容量大、价格低 – 主要技术参数： 带速:在磁带机初始加速之后，磁带以稳定的速度运 动，磁头可进行读/写操作，该速度称为磁带机的带 速。如高速磁带机的带速为4~5米/秒 记录密度：磁带每英寸所能记录的字节数，称为磁 带机的记录密度，单位是BPI。包括800 BPI 、1600 BPI 、3200 BPI 、6250 BPI 数据传输速率：磁带机在单位时间内所能传送信息 的数量，它是记录密度与带速之积。如某磁带机的 记录密度为1600BPI，带速为18.75英寸/秒,则数据传 输速率为1600*18.75=30000字节/秒
– 2、指令寄存器（IR） 组成——触发器 作用——存放执行的指令 格式——
15 …… 12 11 …… 9 8 …… 0
θ 操作码
x 寻址方式
d 形式地址
– 3．指令译码器（ID） 组成——门组合线路 作用——实现对指令操作码译码。
– 4．地址形成器（AGU） 组成——简单加法器及逻辑门电路 作用——实现程序计数器的内容自动加 1、转移地 址的形成、以及根据指令所提供的信息（寻址方式 和形式地址）形成操作数的有效地址。
– （二）鼠标器 – （三）其它输入设备

二、输出设备
– （一）打印机 – （二）显示器 – （三）绘图仪及其它输出设备

三、多媒体技术
– （一）多媒体的概念 – 让计算机把各种不同的电子媒质（文字、图形、
–
–
塑料表面作载磁体来存储信息。 磁盘存储器、磁带存储器均属于磁表面存储器。 2、磁头——是由软磁材料做铁芯绕有读写线圈的电磁铁。 3、磁性材料的物理特性（磁性材料的磁滞回线） 4、写操作——当写线圈中通过一定方向的脉冲电流时，铁 芯内就产生一定方向的磁通，载磁体就被磁化，线圈里通 入脉冲电流方向的对应“1”或“0”。 5、读操作——当磁头对载磁体作相对运动时，由于磁头铁 芯中磁通的变化，使读出线圈中感应出相应的电动势，电 势的方向的不同，经读出放大器放大鉴别，就可判知读出 的信息是“1”或“0”。

N=2i
– 2．取数时间和存储周期 取数时间（TA）——是指存储器从接受读命令到被读 出信息稳定在数据寄存器的输出端所需时间。 存储周期（TMC）——指两次独立的存取操作之间所 需的最短时间。 通常， TMC要比TA时间长。
– 3．存取速率 存取速率是指单位时间内主存与外部（如CPU）之 间交换信息的总位数。


通用寄存器组
多路选择器
15
0 1
0
CP DBUS
Di
CBUS

多路选择器
ALU
+
CBUS
选通信号
R1 R2 R3 R4
Ai=R1i(R1 → A)+R2i(R2 → A)+R3i(R3 → A)+R4i(R4 → A)