计算机组成原理与接口技术笔记 11 第十一周 第三章
计算机组成原理课件第三章资料
静态读写存储器(SRAM)：存取速度快 动态读写存储器(DRAM)：存储容量不如DRAM大。
信息工程学院软件工程系 2020/11/12
1、存储位元 2、三组信号线 地址线 数据线
行线 按存储介质分类：磁表面/半导体存储器 按存取方式分类：随机/顺序存取（磁带） 按读写功能分类：ROM，RAM
RAM：双极型/MOS ROM：MROM/PROM/EPROM/EEPROM
按信息的可保存性分类：永久性和非永久性的 按存储器系统中的作用分类：主/辅/缓/控
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目前存储器的特点是：
速度快的存储器价格贵，容量小； 价格低的存储器速度慢，容量大。
在计算机存储器体系结构设计时，我们希望存 储器系统的性能高、价格低，那么在存储器系统设 计时，应当在存储器容量，速度和价格方面的因素 作折中考虑，建立了分层次的存储器体系结构如下 图所示。
信息工程学院软件工程系 2020/11/12
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SRAM芯大多采用 双译码方式，以 便组织更大的存 储容量。采用了 二级译码：将地 址分成x向、y向 两部分如图所示
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存储体（256×128×8）
通常把各个字的同一个字的同一位集成在一个芯片 （32K×1）中，32K位排成256×128的矩阵。8个片子 就可以构成32KB。
门G1关闭，存储器 进行读操作。写操作时， WE=0，门G1开启，门G2 关闭。注意，门G1和G2是 互锁的，一个开启时另一个 必定关闭，这样保证了读时 不写，写时不读。
计算机组成原理-第3章总结
第三章 系统总线ღ®3-1总线：连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质(多个模块共享的信息通路)ღ3-2总线组成：传输线，总线接口逻辑，总线仲裁部件ღ3-3系统总线：CPU ，主存，I/O 设备(通过I/O 接口)各大部件之间的信息传输线 ღ3-4传输线：数据线，地址线，控制线数据线：传送数据的通路，双向，并行传送能力地址线：传送数据地址的通路，单向，由CPU 发出控制线：传送控制信号的通路，单向，命令。
响应，定时ღ3-5通信总线：按传输方式分为：串行通信/并行通信串行通信：数据在单条1位宽的传输线上，一位一位地按顺序分时传送 并行通信：数据在多条并行1位宽的传输线上，同时由源传送到目的地 ღ3-6总线的特性 ：机械特性，电气特性，功能特性，时间特性机械特性：总线在机械连接方式上的一些性能，如插头与插座使用的标准，几何尺寸、形状、引脚个数、排列顺序，接头处的可靠接触等电气特性(逻辑联系)：总线每一根传输线上信号的传递方向和有效的电平范围功能特性：总线中每根传输线的功能时间特性：总线中的任一根线在什么时间内有效ღ3-7总线性能指标：1. 总线宽度：通常指总线的根数，用bit 表示2. 总线带宽：总线的数据传输速率，即单位时间内总线上传输数据的位数，通常用每秒传输的字节数衡量，单位MBps3. 时钟同步/异步：总线上数据与时钟同步工作的总线称为同步总线，与时钟不同步工作的总线为异步总线4. 总线复用：一条信号线上分时传送两种信号5. 信号线数：地址总线、数据总线、控制总线三种总线数的总和6. 即插即用ღ3-8总线结构：单总线结构/双总线结构单总线结构：CPU 、主存、I/O 设备(通过I/O 接口)都挂在一组总线上 优：总线结构改变灵活/CPU 可访问所有设备/两设备间也可通信 缺：总线宽度(提高频率，增加宽度—有限)/冲突多总线结构：将速度较低的I/O 设备从单总线上分离出来，形成主存总线与I/O 总线分开的结构。
微型计算机原理和接口技术第三章课后答案
微型计算机原理和接口技术第三章课后答案本文回答了微型计算机原理和接口技术第三章的课后题目，涵盖了数字逻辑电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路和存储器等内容。
1. 数字逻辑电路1.1. 逻辑电路和数字逻辑电路的基本概念逻辑电路是由逻辑门（与门、或门、非门等）和触发器等基本逻辑元件组合而成的电路。
数字逻辑电路是逻辑电路在数字系统中的应用，主要用于实现数字信号的逻辑运算和信号的转换等功能。
1.2. 数字逻辑门电路的组合和简化数字逻辑电路中常见的逻辑门有与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）等。
这些逻辑门可以通过组合和简化来构造更复杂的逻辑电路，例如与非门（NAND）、或非门（NOR）等。
1.3. 数字逻辑电路的时序特性数字逻辑电路的时序特性主要包括延迟时间、上升时间和下降时间等。
延迟时间表示信号经过电路的传播所需的时间，上升时间和下降时间表示信号从一个逻辑状态到另一个逻辑状态所需的时间。
2. 组合逻辑电路2.1. 组合逻辑电路的定义和特点组合逻辑电路是由多个逻辑门组合而成的电路，输入信号直接决定输出信号，不涉及时钟信号和状态存储。
2.2. 组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路的设计方法主要有真值表法、卡诺图法和特征方程法。
真值表法通过列出输入输出的真值表来进行设计，卡诺图法通过画出卡诺图进行化简，特征方程法通过建立逻辑方程进行设计。
2.3. 组合逻辑电路的应用组合逻辑电路广泛应用于数字系统中，包括逻辑运算、数据选择、数据的编码和解码等功能。
3. 时序逻辑电路3.1. 时序逻辑电路的定义和特点时序逻辑电路是由触发器和组合逻辑电路组合而成的电路，通过时钟信号来控制触发器的状态转换。
时序逻辑电路具有状态存储的功能，可以实现存储和记忆功能。
3.2. 触发器和时序逻辑电路的设计方法触发器是时序逻辑电路的基本组件，常见的触发器包括SR 触发器、D触发器和JK触发器等。
时序逻辑电路的设计方法主要是通过状态转换图、状态转移表和重建方程等方法进行设计。
计算机组成原理第三章课件
A、电路图： 由两个MOS反相器交叉耦合而成的双稳态触发器。
字线
V
位/读出线 BS0 读/写“0” T2 T0 T1 A T4 T5 B T3 位/读出线 BS1 读/写“1”
6管MOS存储电路
静态MOS存储器
基本存储元—6管静态MOS存储元 B、存储元的工作原理
字线
①写操作。在字线上加一个正电压的字脉 冲，使 T2 、 T3 管导通。若要写“ 0”， 位/读出线 无论该位存储元电路原存何种状态， BS0 只需使写“ 0”的位线 BS0 电压降为地 电位（加负电压的位脉冲），经导通 读/写“0” T2 的Ｔ2 管，迫使节点Ａ的电位等于地电 位，就能使Ｔ1 管截止而Ｔ0 管导通。 写入1，只需使写1的位线BS1 降为地电 位，经导通的 T3 管传给节点Ｂ，迫使 T0 管截止而T1 管导通。 写入过程是字线上的字脉冲和位线上 的位脉冲相重合的操作过程。
静态MOS存储器
用静态MOS存储片组成RAM
字位同时扩展法： 一个存储器的容量假定为 M×N位，若使用l×k位的芯片（l＜M,k＜N）需 要在字向和位向同时进行扩展。此时共需要（M ／l）×（N ／k）个存 储器芯片。 其中， M ／ l 表示把 M×N 的空间分成（ M ／ l ）个部分（称为页或区）， 每页（N／k）个芯片。 地址分配： （A）用log2 l位表示低位地址：用来选择访问页内的l个字 （B ） 用log2 （M／l）位表示高位地址：用来经片选译码器产生片 选信号。
• 片选有效，才可以对芯片进行读/写操作 • 无效时，数据引脚呈现高阻状态，并可降低功耗
读控制（OE*）
• 芯片被选中有效，数据输出到数据引脚 • 对应存储器读MEMR*
《计算机组成原理》第三章课后题参考答案
《计算机组成原理》第三章课后题参考答案第三章课后习题参考答案1．有⼀个具有20位地址和32位字长的存储器，问：（1）该存储器能存储多少个字节的信息？（2）如果存储器由512K×8位SRAM芯⽚组成，需要多少芯⽚？（3）需要多少位地址作芯⽚选择？解：（1）∵ 220= 1M，∴该存储器能存储的信息为：1M×32/8=4MB（2）（1024K/512K）×（32/8）= 8（⽚）（3）需要1位地址作为芯⽚选择。
3．⽤16K×8位的DRAM芯⽚组成64K×32位存储器，要求：(1) 画出该存储器的组成逻辑框图。
(2) 设DRAM芯⽚存储体结构为128⾏，每⾏为128×8个存储元。
如单元刷新间隔不超过2ms，存储器读/写周期为0.5µS, CPU 在1µS内⾄少要访问⼀次。
试问采⽤哪种刷新⽅式⽐较合理？两次刷新的最⼤时间间隔是多少？对全部存储单元刷新⼀遍所需的实际刷新时间是多少？解：（1）组成64K×32位存储器需存储芯⽚数为N=（64K/16K）×（32位/8位）=16（⽚）每4⽚组成16K×32位的存储区，有A13-A作为⽚内地址，⽤A15A14经2：4译码器产⽣⽚选信号，逻辑框图如下所⽰：（2）根据已知条件，CPU在1us内⾄少访存⼀次，⽽整个存储器的平均读/写周期为0.5us，如果采⽤集中刷新，有64us的死时间，肯定不⾏；所以采⽤分散式刷新⽅式：设16K×8位存储芯⽚的阵列结构为128⾏×128列，按⾏刷新，刷新周期T=2ms，则分散式刷新的间隔时间为：t=2ms/128=15.6(s) 取存储周期的整数倍15.5s(0.5的整数倍)则两次刷新的最⼤时间间隔发⽣的⽰意图如下可见，两次刷新的最⼤时间间隔为tMAX＝15.5×2－0.5＝30.5 (µS)tMAX对全部存储单元刷新⼀遍所需时间为tR＝0.5×128=64 (µS)tR4．有⼀个1024K×32位的存储器，由128K×8位DRAM芯⽚构成。
计算机组成原理(唐塑飞)—笔记
1.冯·诺依曼计算机的特点✧计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成。
✧存放在存储器内，并可按地址访问。
✧✧✧✧机器已运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器来完成。
2.以存储器为中心的计算机结构框图:3.计算机组成框图：4.ALU和CU是CPU的核心部件。
✧ALU, Arithmetic Logic Unit〕简称算术逻辑部件，用来完成算术逻辑运算。
✧5.M,各种逻辑元件及控制电路等。
存储体由许多存储单元组成，每个存储单元又包含假设干个存储元件，每个存储元件能存放一位二进制代码“0〞，“1〞。
6.，即按地址访问存储器。
〔访存〕7.运算器〔ALU〕和控制器〔CU〕组成CPU,再加存储器〔主存和辅存〕构成主体，最后加上输入输出设备构成硬件。
8.MAR 与MDR✧存储器地址存放器，用来存放要访问的存储单元的地址，其位数对应存储单元的个数〔MAR为10位，那么有210=1024个存储单元〕✧存储器数据存放器，用来存放从存储体某单元取出的代码或者准备往某单元存入的代码，器位数和存储字长相等。
9.运算器最少包括3个存放器和一个算术逻辑单元〔ALU〕，其中ACC(Accumulator)为累加器，MQ〔Multiplier-Quotient Register〕为乘商存放器，X为操作数存放器。
10.✧11.控制器的三个阶段：✧。
✧✧12.✧✧。
IR中的操作码〔OP(IR)〕送至CU，记作OP(IR)→→MAR。
✧13.计算机硬件的主要技术指标：机器字长、存储容量和运算速度。
14.机器字长：✧CPU一次能处理数据的位数，通常和CPU的存放器位数有关。
它直接影响加法器，数据总线以及存储字长的位数。
15.存储容量：✧存储器的容量应该包括主存和辅存容量。
✧= 存储单元个数X 存储字长。
〔MAR的位数反映了存储单元的个数，MDR的位数反映了存储字长〕。
✧16.17.。
第二章计算机的开展和应用1.计算机的产生和开展：✧第一代电子管计算机〔Electrionic Numerial Integrator And Computer, ENIAC〕✧第二代晶体管计算机✧第三代集成电路计算机✧第四代大规模和超大规模集成电路第三章系统总线1. 计算机系统的五大部件之间的互联方式有两种：✧✧2.✧ 在某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。
计算机组成原理知识点笔记
计算机组成原理知识点笔记第一课时1、指令分为操作码和地址码，操作码指明了操作类型，地址码指明了对哪两个数进行操作。
2、CPU的时钟频率也即是CPU的主频。
3计算机系统结构：概念性结构和功能特性。
是指硬件子系统的概念性结构和功能特性。
由指令系统所规定的所有属性，所以也称指令集体系结构。
主要研究计算机系统软件和硬件的功能分配，以及如何最佳地实现分配给硬件的功能。
例如：指令系统中是否包括乘法指令？4、计算机组织：也称计算机组成：计算机主要部件的类型、数量、组成方式、控制方式和信息流动方式以及相互连接而构成的而系统。
主要研究数据和指令的组织，数据的存取、传送和加工处理。
数据流和指令流的控制方式基本运算的算法例如：如何实现乘法指令？5计算机实现：计算机功能的物理实现。
6、加法指令执行速度因为加法指令能反映乘除等运算，而其他指令的执行时间也大体与加法指令相当。
7、CPI，执行一条指令所需时钟周期数，是主频的倒数。
8、等效指令速度法9存储器不仅能存放数据，而且也能存放指令，两者在形式上没有区别，但计算机应能区分数据还是指令。
10 有时我们说某个特定的功能是由硬件实现的，但并不是说不要编写程序，如乘法功能可由乘法器这个硬件实现，但要启动这个硬件（乘法器）工作，必须先执行程序中的乘法指令。
11 指令译码器是译指令的操作码。
而是在读出之前就知道将要读的信息是数据还是指令了12 在计算机领域中，站在某一类用户的角度，如果感觉不到某个事物或属性的存在，即“看”不到某个事物或属性，则称为“对xxxx用户而言，某个事物或属性是透明的”。
13程序控制器：（PC）是执行指令的机器。
14 机器字长定义为CPU中在同一时间内一次能够处理的二进制数的位数，实际上就是CPU中数据通路的位数15 浮点运算器的数据通路要宽得多。
16所以一般把定点运算器的数据通路宽度定为机器字长。
因为机器字长与内存单元的地址位数有关，而地址计算是在定点运算器中进行的。
计算机组成原理第三章
3.3
PC/AT（ISA）总线
1. 16位数据线 2. 24位地址线可直接寻址的内存容量为16MB 3. I/O地址空间为0100H~03FFH 4. 最高时钟频率为8MHz 5. 最大稳态传输速率为16MB/s 6. 具有中断功能、DMA通道功能 7. 不支持总线仲裁
3.3
EISA总线
随着32位的80386处理器的推出，ISA总线已 经不能满足PC技术的发展需要，于是产生了 EISA总线。EISA总线在信号定义与物理电气连 接上完全与ISA总线兼容。其特点： 1. 具有32位的数据线，支持8位、16位或32位的 数据存取，支持数据突发式传输。 2. 在8MHz时钟频率下处理32位数据，带宽提高 了一倍，达到33MB/s 3. 地址总线扩充到32位 4. 具有即插即用功能 5. 主要应用在32位微处理器组成的微型计算机系 统中。
分离式通信特点
3.5
1. 各模块有权申请占用总线 2. 采用同步方式通信，不等对方回答 3. 各模块准备数据时，不占用总线 4. 总线被占用时，无空闲 充分发挥了总线的有效占用
I/O接口1 … I/O接口n
4. 独立请求方式
总
线
控
制
BG0
部
BR0
BG1 BR1
BG-总线同意 BR-总线请求
BGn BRn
3.5
数据线 地址线
件
I/O接口0 I/O接口1 … I/O接口n
排队器
二、总线通信控制
3.5
1. 目的 解决通信双方 协调配合 问题
2. 总线传输周期
申请分配阶段 主模块申请，总线仲裁决定
寻址阶段
主模块向从模块 给出地址 和 命令
传数阶段
主模块和从模块 交换数据
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算术运算与逻辑运算指令
主要是对无符号数的运算
无符号数的相加
ADD destination, source
ADC destination, source
ADC与ADD的区别，ADC把进位考虑进来了，ADC把CF标志寄存器的内容也加进来了，如果CF = 0，则两个指令运算完全一样，如果CF = 1，则ADC运算结果比ADD大1。
循环：
LOOP TO_LOOP
等价于：
DEC CX
JNZ TO_LOOP
无符号数的减法
通过补码加法来实现的
硬件实现：
1、求出减数的补码（源操作数）
2、把它加到被减数中（目标操作数）
3、进位取反（CF标志位取反）
借位AF要看相减是否产生借位，上面三个步骤只是中间步骤而已，不能用来判断AF 的值，要自己看相减是否产生借位。
SUB与SBB：
SBB考虑了借位，如果CF = 0，则SUB和SBB一样，如果CF = 1，则SBB运算结果比SUB 小1。
MOV AL, BYTE PTR DATA
读取DATA，按照一个字节（8位）来读取。
如果后面DATA变成DATA+1则是往后加一个字节
MOV AX, WORD PTR DATA
读取DATA，按照一个字长（16位）来读取。
如果后面DATA变成DATA+1则是往后加一个字节
注意内存单元是以字节为单位的，与指令定义字长无关，定义字长只是确定读出多少个内存单元的内容而已。
无符号数的乘法运算
MUL 操作数
只有一个操作数，其他操作数都是采用隐含寻址的方法。
这个操作数不能是立即数。
这个操作数是乘数，被乘数放在AL中，乘积放在AX中。
支持字节和字节相乘，字和字相乘，字和字节相乘。
字和字相乘：
被乘数放在AX中，乘积放在AX和DX中，DX是高16位，AX是低16位
字和字节相乘：
默认被乘数是8位的，放在AL中，乘数是16位的。
实际上还是用字和字相乘，做乘法之前要先把AH清零，这样就是做字和字节的乘法了SUB AH, AH
MUL DATA
乘积放在AX和DX中，DX是高16位，AX是低16位
无符号数的除法
DIV 除数
与MUL一样，只有一个操作数，是除数。
除法错误：
1、除0错误，会自动调用除法错误的中断
2、商大于存储商的范围
1、字节除以字节
字节存储在AL中，AH清零
商存储在AL中，余数存储在AH中
2、字除以字节
被除数存储在AX中
商存储在AL中，余数存储在AH中
3、字除以字
DX存储为0，AX存储被除数
商在AX中，余数在DX中
4、双字除以字
DX存储被除数高16位，AX存储被除数低16位
商在AX中，余数在DX中
逻辑运算指令
与运算：
AND destination, source
与ADD、SUB一样的寻址方式
位处理，对每个位都对应进行与运算
运算后，不会有进位和溢出，所以CF = OF = 0
用得最多的情况，设置位为零
与0与则为0，与1与则不变。
可以实现ASCII码与二进制数之间的转换
TEST
与AND一样，但是不会改变操作数的值，只改变了标志寄存器的值
NOT
按位取反
OR
OR destination, source
按位做或运算
较多用来设置某一位或者某些位为1。
XOR
XOR destination, source
按位做异或运算
对某一位的值进行取反
某一位和1异或之后则变成相反的值。
某一位和0异或之后不会改变它的值。
SHIFT
移位运算
逻辑移位：无符号数的移位
算术移位：有符号数的移位，移位后符号位不变
SHR destination, source
右移，高位补零
SHL destination, source
左移，低位补零
source代表移位的次数，destination代表移位的对象
最后一个移出去的位写入到了CF中。
CMP destination, source
做减法运算，不改变destination的值，只改变了标志寄存器的值。
JA(jump above)：等价于JNC，destination >= source
JB(jump below)：等价于JC，小于，destination < source
CMC：进位标志位取反
STC：CF = 1
CLC：CF = 0
STD：DF = 1
CLD：DF = 0
STI：IF = 1
CLI：IF = 0
标志寄存器的值的改变：
LAHF：把标志寄存器的低8位读出来放到AH中
SAHF：把AH中的值写到标志寄存器的低8位中
PUSHF：把标志寄存器的所有16位都压栈
POPF：把标志寄存器的值赋值为栈中的值
下面这三条指令可以把标志寄存器全设置为1。
MOV AX, 0FFFFH
PUSH AX
POPF
下面这2条指令可以把标志寄存器全读取到AX中。
PUSHF
POP AX
运算符：
$：返回当前指令的地址
SEG：返回所在段的地址
OFFSET：返回在当前段中的偏移量
TYPE：返回它占用的字节
LENGTH：返回用DUP定义的变量的数量
SIZE：返回用DUP定义的变量的占用的字节数
HIGH：返回高8位
LOW：返回低8位
BIOS
计算机启动之前要做一个自检。
其中包括检测CPU和寄存器能否正常工作。
标志寄存器全部设置为1，检测；全设置为0，检测。
通用寄存器的每一位全设置为1，检测，全设置为0，检测。
任何一步有问题，都不会启动系统，直接进入相应的错误处理程序。
BCD码
用二进制数表示0-9这10个数字。
用得最多的是8421编码。
用4位二进制数来表示。
一个字节可以表示2个BCD码，称为组合型BCD码（或者压缩型BCD码）。
如果用一个字节来表示1个BCD码，则称为非组合型BCD码，高4位全为0，低4位才是有效位。
越过A-F六个状态，加6就可以了。
ASCII码
从键盘输入的时候，接收到的是对应键的ASCII码，一个ASCII码在内存中占用一个字节。
从键盘输入两个数，然后进行运算。
运算前要先转换为二进制数，再运算，最后再转换为ASCII码来输出。
没有必要进行转换，直接用ASCII进行运算，再调整让它回到ASCII码。
旋转指令
就是循环移位
ROR ROL RCR RCL
如果是C，则CF会参与循环移位。
如果是RO，CF也会随着移动改变，每次移位移出去的位不仅会移动到相应的位置，还会被复制到CF中。