北邮计算机组成原理实验ppt
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22
二 双端口存储器原理实验
• 实验目的： • 了解双端口静态随机存储器IDT7132的工作
特性及使用方法。 • 了解半导体存储器怎样存储和读出数据。 • 了解双端口存储器怎样并行读写，产生冲突 的情况如何。
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15
一 运算器组成实验
• • • • •
实验目的: 1.熟悉双端口通用寄存器堆的读写操作。 2.熟悉简单运算器的数据传送通路。 3.验证运算器74LS181的算术逻辑功能。 4.按给定数据，完成指定的算术、逻辑 运算。
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2
实验系统简介
• 控制台； • 数据通路； • 控制器； • 用户自选器件试验区； • 时序电路； • 电源部分；
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3
实验系统简介
控制器 时序电路 数据通路 数 据 开 关
控制台开关
电路框图
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实验设备
• TEC-5计算机组成原理实验系统1台； • TDS1001数字存储示波器1台； • 逻辑测试笔1支。
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35
参考连线：
数据 通路
RS0 RS1 RD0
RD1 WR0 WR1 LDRi
37
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实验任务
• 分别将RAM的0AAH单元数据写入R0，55H
单元数据写入R1，0F0H单元数据写R2， 0FH单元数据写入R3。然后将R0~R3中的数 据读出，验证数据的正确性，并记录数据。
演示
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电路框图
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实验设备
• TEC-5计算机组成原理实验系统1台； • TDS1001数字存储示波器1台； • 逻辑测试笔1支。
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18
参考连线：
数据 通路 电平 开关 数据 通路 电平 开关 数据 通路 电平 开关
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7
时序发生器
• 单拍：DP=1，DB=0，TJ=0按下QD按钮产
生一组T1-T4节拍脉冲信号后停机，停在T4 。 • 单步：DP=0，DB=1，TJ=0按下QD按钮产 生一组W1~W3节拍电位信号后停机，停在 W3。 • 连续：DP=0，DB=0，TJ=0按下QD按钮产 生连续不断的节拍脉冲信号。 • TJ=1时，可使连续脉冲停止，时序停在T4 或W3。
节拍脉冲，利用单拍方式可完成一条微指 令的操作。 • 硬连线控制器执行一条机器指令需要3个节 拍电位。SKIP为空余W节拍的跳转信号。
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11
逻辑测试笔
• TTL/CMOS逻辑测试笔 • 测试TTL/CMOS逻辑高 (H)低(L)电平； • 测试连续脉冲( )； • 单次脉冲计数器(D)；
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31
实验要求
• 做好实验预习，掌握IDT7132双端口存储器
的功能特性及使用方法。 • 写出实验报告，内容： • 实验目的 • 实验任务的数据表格，检测结果。
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三 数据通路组成实验
WR0
WR1
RD0
RD1
RS0
RS1
LDRi
K0
LDDR1
K1
K2
S0
K3
S1
K4
S2
K5
S3
K6
M
LDDR2
K7
K7
K8
K9 K10 K11 K12
RS–BUS# Cn#
ALU–BUS#
SW–BUS#
K13
K14
K15
Vcc
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实验任务
• 1.按图要求,将运算器模块与实验台操作板上 •
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参考连线：
置DP=1,DB=0,编程开关拨到正常位置
数据 通路 电平 开关
LDAR# LDPC# CEL# LR/W# RAM– BUS# CER# SW– BUS#
K0
K1
K2
K3
K4
K5
K6
AR+1 和 PC+1 两个信号接地
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LDDR1
模拟 开关
数据 通路 模拟 开关 数据 通路 模拟 开关
K0
RS– BUS#
K1
SW– BUS#
K2
ALU– BUS#
K3
RAM– BUS#
K4
K5
LR/W#
K6
CEL#
K7
LDAR#
K8
K9
K10 Cn# Vcc
K11 M 地
K12 S0 地 S1 地
K13 S2 地
K14 S3 地
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电路框图
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实验设备
• TEC-5计算机组成原理实验系统1台； • TDS1001数字存储示波器1台； • 逻辑测试笔1支。
• 进一步熟悉计算机的数据通路； • 将双端口通用寄存器堆和双端口存储器模块
联机； • 掌握数字逻辑电路中故障的一般规律，以及 排除故障的一般原则和方法； • 锻炼分析问题与解决问题的能力，在出现故 障的情况下，独立分析故障现象并排除故障。
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33
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13
测量内容 静态测量
输入信号
低电平 高电平 中间态 高阻态
5MHz正脉冲 5MHz负脉冲 0.3MHz方波
显示结果
“L”灯亮 “H”灯亮 “L”、“H”灯都不亮 “D”灯亮
“L”、“∏”灯亮 “H”、“∏”灯亮
动态测量
“L”、“H”、“∏”灯都亮
5
LDRi T3 S3 S2 S1 S0
DBUS 7-0 C ALU 74LS181
数据通路总体框图
ALU-BUS# M
IBUS7-0 数据 指令 RAM IDT7132
RAM-BUS#
LR/W# T2 CEL# AR+1
A
B
Cn#
CER#
AR7-0
PC7-0
DR1 74LS273 LDDR1 T2 RD1 RD0 WR1 WR0 LDRi T3
20
74LS181 ALU算数/逻辑运算功能表
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实验要求
• 做好实验预习，掌握运算器的数据传输通路
及其功能特性，熟悉实验中所用模拟开关的 作用和使用方法。 • 写出实验报告，内容： • 实验目的 • 实验任务的数据表格，控制信号模拟开关值， 运算结果。
38
实验要求
• 做好实验预习，掌握实验电路的数据通路特
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12
逻辑测试笔使用说明
• 将黑色鱼夹接地(GND)，红色接被测设备的
Vcc(+5V)电源。
• 本产品寻找故障的方法有两种：一种是先用逻辑
笔检出关键信号（如时钟、起动、移位、复位） 丢失的地方，根据被测设备的逻辑原理把故障缩 小到一个较小的范围内，再对被怀疑的组件配合 脉冲笔进行脉冲注入—响应测试，判断组件的好 坏。另一种方法是先对某串电路进行脉冲注入— 响应测试，看信号能否从始端送到终端，用同样 方法检查每一串电路，直到把故找出来。
IR3-0
时序发生器
• 时钟源，时序脉冲产生和译码电路，时序
启停逻辑等 ； • 提供CPU周期所需的时序信号，取指并执 行指令。 • 提供500KHz、50KHz、5KHz固定时钟； • 提供数据通路和控制器各寄存器所需的节 拍脉冲信号T1、T2、T3、T4； • W1、W2、W3位节拍电位信号供硬连线控 制器使用。
DR2 74LS273 RS-BUS# LDDR2
AR PC PC+1 74LS163 74LS163 LDPC# T2
T2
LDAR# T2
A
RF ispLSI1016
B
RS1 RS0
控制信号 IR7-4 控制器
C SWC SWB SWA
74LS273
IR
LDIR T3
6
SW-BUS#
控制台
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的线路进行连接。 2.用开关SW7~SW0向通用寄存器堆RF内的 R0~R3寄存器置数。演示 然后读出R0~R3的内容，在数据总线DBUS 上显示出来。 演示 4.将R0写入DR1，将R1写入DR2 。演示 3.验证ALU的正逻辑算术运算，演示 逻辑运算功能。演示
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二 双端口存储器原理实验
• 实验目的： • 了解双端口静态随机存储器IDT7132的工作
特性及使用方法。 • 了解半导体存储器怎样存储和读出数据。 • 了解双端口存储器怎样并行读写，产生冲突 的情况如何。
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一 运算器组成实验
• • • • •
实验目的: 1.熟悉双端口通用寄存器堆的读写操作。 2.熟悉简单运算器的数据传送通路。 3.验证运算器74LS181的算术逻辑功能。 4.按给定数据，完成指定的算术、逻辑 运算。
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实验系统简介
• 控制台； • 数据通路； • 控制器； • 用户自选器件试验区； • 时序电路； • 电源部分；
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实验系统简介
控制器 时序电路 数据通路 数 据 开 关
控制台开关
电路框图
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实验设备
• TEC-5计算机组成原理实验系统1台； • TDS1001数字存储示波器1台； • 逻辑测试笔1支。
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参考连线：
数据 通路
RS0 RS1 RD0
RD1 WR0 WR1 LDRi
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实验任务
• 分别将RAM的0AAH单元数据写入R0，55H
单元数据写入R1，0F0H单元数据写R2， 0FH单元数据写入R3。然后将R0~R3中的数 据读出，验证数据的正确性，并记录数据。
演示
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电路框图
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实验设备
• TEC-5计算机组成原理实验系统1台； • TDS1001数字存储示波器1台； • 逻辑测试笔1支。
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参考连线：
数据 通路 电平 开关 数据 通路 电平 开关 数据 通路 电平 开关
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时序发生器
• 单拍：DP=1，DB=0，TJ=0按下QD按钮产
生一组T1-T4节拍脉冲信号后停机，停在T4 。 • 单步：DP=0，DB=1，TJ=0按下QD按钮产 生一组W1~W3节拍电位信号后停机，停在 W3。 • 连续：DP=0，DB=0，TJ=0按下QD按钮产 生连续不断的节拍脉冲信号。 • TJ=1时，可使连续脉冲停止，时序停在T4 或W3。
节拍脉冲，利用单拍方式可完成一条微指 令的操作。 • 硬连线控制器执行一条机器指令需要3个节 拍电位。SKIP为空余W节拍的跳转信号。
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逻辑测试笔
• TTL/CMOS逻辑测试笔 • 测试TTL/CMOS逻辑高 (H)低(L)电平； • 测试连续脉冲( )； • 单次脉冲计数器(D)；
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实验要求
• 做好实验预习，掌握IDT7132双端口存储器
的功能特性及使用方法。 • 写出实验报告，内容： • 实验目的 • 实验任务的数据表格，检测结果。
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三 数据通路组成实验
WR0
WR1
RD0
RD1
RS0
RS1
LDRi
K0
LDDR1
K1
K2
S0
K3
S1
K4
S2
K5
S3
K6
M
LDDR2
K7
K7
K8
K9 K10 K11 K12
RS–BUS# Cn#
ALU–BUS#
SW–BUS#
K13
K14
K15
Vcc
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实验任务
• 1.按图要求,将运算器模块与实验台操作板上 •
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参考连线：
置DP=1,DB=0,编程开关拨到正常位置
数据 通路 电平 开关
LDAR# LDPC# CEL# LR/W# RAM– BUS# CER# SW– BUS#
K0
K1
K2
K3
K4
K5
K6
AR+1 和 PC+1 两个信号接地
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LDDR1
模拟 开关
数据 通路 模拟 开关 数据 通路 模拟 开关
K0
RS– BUS#
K1
SW– BUS#
K2
ALU– BUS#
K3
RAM– BUS#
K4
K5
LR/W#
K6
CEL#
K7
LDAR#
K8
K9
K10 Cn# Vcc
K11 M 地
K12 S0 地 S1 地
K13 S2 地
K14 S3 地
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电路框图
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实验设备
• TEC-5计算机组成原理实验系统1台； • TDS1001数字存储示波器1台； • 逻辑测试笔1支。
• 进一步熟悉计算机的数据通路； • 将双端口通用寄存器堆和双端口存储器模块
联机； • 掌握数字逻辑电路中故障的一般规律，以及 排除故障的一般原则和方法； • 锻炼分析问题与解决问题的能力，在出现故 障的情况下，独立分析故障现象并排除故障。
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13
测量内容 静态测量
输入信号
低电平 高电平 中间态 高阻态
5MHz正脉冲 5MHz负脉冲 0.3MHz方波
显示结果
“L”灯亮 “H”灯亮 “L”、“H”灯都不亮 “D”灯亮
“L”、“∏”灯亮 “H”、“∏”灯亮
动态测量
“L”、“H”、“∏”灯都亮
5
LDRi T3 S3 S2 S1 S0
DBUS 7-0 C ALU 74LS181
数据通路总体框图
ALU-BUS# M
IBUS7-0 数据 指令 RAM IDT7132
RAM-BUS#
LR/W# T2 CEL# AR+1
A
B
Cn#
CER#
AR7-0
PC7-0
DR1 74LS273 LDDR1 T2 RD1 RD0 WR1 WR0 LDRi T3
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74LS181 ALU算数/逻辑运算功能表
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实验要求
• 做好实验预习，掌握运算器的数据传输通路
及其功能特性，熟悉实验中所用模拟开关的 作用和使用方法。 • 写出实验报告，内容： • 实验目的 • 实验任务的数据表格，控制信号模拟开关值， 运算结果。
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实验要求
• 做好实验预习，掌握实验电路的数据通路特
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12
逻辑测试笔使用说明
• 将黑色鱼夹接地(GND)，红色接被测设备的
Vcc(+5V)电源。
• 本产品寻找故障的方法有两种：一种是先用逻辑
笔检出关键信号（如时钟、起动、移位、复位） 丢失的地方，根据被测设备的逻辑原理把故障缩 小到一个较小的范围内，再对被怀疑的组件配合 脉冲笔进行脉冲注入—响应测试，判断组件的好 坏。另一种方法是先对某串电路进行脉冲注入— 响应测试，看信号能否从始端送到终端，用同样 方法检查每一串电路，直到把故找出来。
IR3-0
时序发生器
• 时钟源，时序脉冲产生和译码电路，时序
启停逻辑等 ； • 提供CPU周期所需的时序信号，取指并执 行指令。 • 提供500KHz、50KHz、5KHz固定时钟； • 提供数据通路和控制器各寄存器所需的节 拍脉冲信号T1、T2、T3、T4； • W1、W2、W3位节拍电位信号供硬连线控 制器使用。
DR2 74LS273 RS-BUS# LDDR2
AR PC PC+1 74LS163 74LS163 LDPC# T2
T2
LDAR# T2
A
RF ispLSI1016
B
RS1 RS0
控制信号 IR7-4 控制器
C SWC SWB SWA
74LS273
IR
LDIR T3
6
SW-BUS#
控制台
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的线路进行连接。 2.用开关SW7~SW0向通用寄存器堆RF内的 R0~R3寄存器置数。演示 然后读出R0~R3的内容，在数据总线DBUS 上显示出来。 演示 4.将R0写入DR1，将R1写入DR2 。演示 3.验证ALU的正逻辑算术运算，演示 逻辑运算功能。演示
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《计算机组成原理》PPT课件
在教学计算机已有监控程序，
串行口能正常运行，串行口的
端口地址:00(数据),01(状态)，
参照教材上已有的I/O程序例子，
设计用串口完成I/O操作的程序
精选ppt
10
（3）教学实验步骤
学懂教材中使用串行接口的程序，
学习查询串行口运行状态的方法，
用状态查询方式使用IN、OUT指令。
写出几个小的完成输入/输出操作
参照已有设计，完成你的设计：
指令格式、功能、执行步骤
所用节拍与各控制信号
写出逻辑表达式、写到GAL20V8中
进行调试,并用在你设计的程序中
精选ppt
5
2.内存储器教学实验
(1) 教学实验计算机介绍
整机为 8位字长，
组合逻辑控制器方案，
内存储器为 8位字长， 使用 16位的地址，
按字节访问。
精选ppt
精选ppt
19
怎样才能同时实现这些要求呢？
用多级结构的存储器系统
把要用的程序和数据，
按其使用的急迫和频繁程度，
分块调入存储容量不同、
运行速度不同的存储器中，
并由硬软件来统一管理与调度。
精选ppt
20
程序运行时的局部性原理
在一小段时间内，最近被访问过 的程序和数据很可能再次被访问 在空间上，这些被访问的程序和 数据往往集中在一小片存储区 在访问顺序上，指令顺序执行比 转移执行的可能性大 (大约 5:1 )
第三单元
精选ppt
运算器
第一单元
输入设备
输出设备
第四单元
15
第四章内容概要
存储器，三级连，局部、一致且包含 提速 主体 扩容量，缓存 主存 虚存 盘
字位扩展、体交叉，完全 直接 组相 联 段表、页表和快表精，选ppt 盘 带 阵列容错16
计算机组成原理(本全PPT)
应用
用作固件存储，如BIOS、固件等。
外存储器
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
分类
机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。
外存储器
应用
作为计算机的主要存储设备。
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
外存储器
分类
CD、DVD和蓝光光盘等。
应用
用于数据备份和存储。
高速缓存(Cache)
址和控制信号。
总线按照传输信号类型可以分为 数据总线、地址总线和控制总线。
总线按照连接部件可以分为内部 总线和外部总线，内部总线连接 计算机内部各部件，外部总线连
接计算机与外部设备。
主板的结构与功能
主板的结构包括
处理器插座、内存插槽、扩展插槽、硬盘接口、电源接 口等。
主板的功能包括
提供各部件之间的连接，实现数据传输和控制信号传递 ；保障系统的稳定性和可靠性；提供系统扩展能力。
I/O数据传输方式
优点
CPU可以执行其他任务，适用于高速I/O 设备。
VS
缺点
需要设置中断控制器，实现起来较为复杂 。
I/O数据传输方式
优点
CPU不直接参与数据传输，适用于大数据块 传输。
缺点
需要设置DMA控制器，成本较高。
I/O设备控制方式
要点一
优点
简单、易于实现。
要点二
缺点
CPU效率低下，适用于慢速I/O设备。
计算机组成原理(本全ppt)
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出系统(I/O) • 总线与主板 • 计算机系统性能评价与优化
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
用作固件存储，如BIOS、固件等。
外存储器
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
分类
机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。
外存储器
应用
作为计算机的主要存储设备。
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
外存储器
分类
CD、DVD和蓝光光盘等。
应用
用于数据备份和存储。
高速缓存(Cache)
址和控制信号。
总线按照传输信号类型可以分为 数据总线、地址总线和控制总线。
总线按照连接部件可以分为内部 总线和外部总线，内部总线连接 计算机内部各部件，外部总线连
接计算机与外部设备。
主板的结构与功能
主板的结构包括
处理器插座、内存插槽、扩展插槽、硬盘接口、电源接 口等。
主板的功能包括
提供各部件之间的连接，实现数据传输和控制信号传递 ；保障系统的稳定性和可靠性；提供系统扩展能力。
I/O数据传输方式
优点
CPU可以执行其他任务，适用于高速I/O 设备。
VS
缺点
需要设置中断控制器，实现起来较为复杂 。
I/O数据传输方式
优点
CPU不直接参与数据传输，适用于大数据块 传输。
缺点
需要设置DMA控制器，成本较高。
I/O设备控制方式
要点一
优点
简单、易于实现。
要点二
缺点
CPU效率低下，适用于慢速I/O设备。
计算机组成原理(本全ppt)
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出系统(I/O) • 总线与主板 • 计算机系统性能评价与优化
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
计算机组成原理实训优秀课件
2007.7.2
计算机组成原理实训优
20
图10－6 进位控制实训接线 （上图方格内竖线不需要）
2007.7.2
计算机组成原理实训优
21
（2）操作步骤
①按图10-6连接实验电路并检查无误。
②打开电源开关。
③用输入开关向暂存器DR1和DR2置数。操作
流程如图10-5所示。
④关闭数据输入三态门（SW-B=1），打开
计算机组成原理实训优
M=1（逻辑运算）
F=( ) F=( ) F=( ) F=( ) F=( ) F=( ) F=( ) F=( ) F=( ) F=( ) F=( ) F=( ) F=( ) F=( ) F=( ) F=( )
25
实训二 存储器
一、实训目的
1．熟悉存储器和总线组成的硬件电路。 2．掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读 写方法。
计算机组成原理实训优
15
c. 按动微动开关KK2（产生T4脉冲信号），与 LDDR1信号一起，将二进制数01100101置入DR1 中。
③输入开关向暂存器DR2置数，操作流程如图 10-5所示。
a. 拨动输入开关形成二进制数10100111（或 其它数值）。（数据显示灯亮为0，灭为1）。
b. 使SWITCH UNIT单元中的开关SW-B=0 （打开数据输入三态门）、ALU-B=1（关闭ALU输 出三态门）、LDDR1=0（关闭DR1输入）、 LDDR2=1（为打开DR2输入准备）。
b. 置S3、S2、S1、S0、M为11111，总线显 示灯则显示DR1中的数。
c. 置S3、S2、S1、S0、M为10101，总线显 示灯则显示DR2中的数。
2007.7.2
计算机组成原理实训优
《计算机组成原理》ppt课件
VS
挑战
在计算机组成原理的发展过程中，面临着 许多挑战和问题，如处理器的性能和功耗 问题、存储器的速度和容量问题、系统的 可靠性和安全性问题等。这些问题需要不 断研究和探索，以推动计算机组成原理的 持续发展。
THANKS
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解释定点数与浮点数的表示方法，包括整数和实数的表示。
逻辑代数基础
1 2
逻辑变量与逻辑函数
引入逻辑变量和逻辑函数的概念，为后续的逻辑 运算打下基础。
基本逻辑运算
介绍与、或、非三种基本逻辑运算及其性质。
3
复合逻辑运算
阐述其他复合逻辑运算，如异或、同或等。
逻辑门电路
基本门电路
01
介绍与门、或门、非门等基本门电路的工作原理及实现。
01
03 02
I/O接口的功能和基本结构
数据传输寄存器
命令/状态寄存器
控制逻辑电路
I/O控制方式
优点
控制简单，易于实现
缺点
CPU利用率低，实时性差
I/O控制方式
优点
提高了CPU的利用率，实时性较好
缺点
中断次数多，开销大，数据丢失问题
I/O控制方式
优点
数据传输速度快，CPU干预少
缺点
需要专门的DMA控制器，硬件开销大
指令的执行过程
取指周期
从内存中读取指令，并放入指令 寄存器IR中。
中断周期
在执行过程中，如果出现中断请 求，则进入中断周期，保存现场 信息，并转向中断服务程序。
分析周期
对取回的指令进行分析，确定指 令的操作性质和操作数地址。
执行周期
根据分析结果，执行相应的操作 ，如算术运算、逻辑运算、数据 传输等。
【北邮本科课件 计算机组成原理】第7章 IO设备
磁层上的存储元被磁化后，它 可以供多次读出而不被破坏。 当不需要这批信息时，可通过 磁头把磁层上所记录的信息全 部抹去，称之为写“0”。通常， 写入和读出是合用一个磁头， 故称之为读写磁头。每个读写 磁头对应着一个信息记录磁道。
14
磁盘的组成和分类
写入时，将计算机并行送来的 数据取至并串变换寄存器，变 为串行数据，然后逐渐位地由 写电流驱动器进行功率放大并 加到写磁头线圈上产生电流， 从而在盘片磁层上形成按位的 磁化存储元。
计算机学院体系结构中心
16
温彻斯特磁盘机
简称温盘（Winchester）
可移动磁头固定盘片的密封组合式的硬磁盘机。 即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写电路 等组装成一个不可随意拆卸的整体。工作时， 高速旋转在盘面上形成的气垫将磁头平稳浮起。 优点是防尘性能好，可靠性高，对使用环境要 求不高
计算机学院体系结构中心
可移动磁头固定盘片的磁盘机：一片或一组盘片固定在主 轴上，盘片不可更换。盘片每面只有一个磁头，存取数据 时磁头沿盘面径向移动。
可移动磁头可换盘片的磁盘机：盘片可以更换，磁头可沿 盘面径向移动。优点是盘片可以脱机保存，同种型号的盘 片具有互换性。
固定磁头磁盘机：磁头位置固定，磁盘的每一个磁道对应 一个磁头，盘片不可更换。优点是存取速度快，省去磁头 找道时间，缺点是结构复杂。
主要是存取速度较慢，机械结构复杂，对工作环境要求较高。
磁表面存储器由于存储容量大，位成本低，在计算机 系统中作为辅助大容量存储器使用，用以存放系统软 件、大型文件、数据库等大量程序与数据信息
11
磁性材料的物理特性
12
磁表面存储器的读写原理
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。
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磁盘的组成和分类
写入时，将计算机并行送来的 数据取至并串变换寄存器，变 为串行数据，然后逐渐位地由 写电流驱动器进行功率放大并 加到写磁头线圈上产生电流， 从而在盘片磁层上形成按位的 磁化存储元。
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温彻斯特磁盘机
简称温盘（Winchester）
可移动磁头固定盘片的密封组合式的硬磁盘机。 即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写电路 等组装成一个不可随意拆卸的整体。工作时， 高速旋转在盘面上形成的气垫将磁头平稳浮起。 优点是防尘性能好，可靠性高，对使用环境要 求不高
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可移动磁头固定盘片的磁盘机：一片或一组盘片固定在主 轴上，盘片不可更换。盘片每面只有一个磁头，存取数据 时磁头沿盘面径向移动。
可移动磁头可换盘片的磁盘机：盘片可以更换，磁头可沿 盘面径向移动。优点是盘片可以脱机保存，同种型号的盘 片具有互换性。
固定磁头磁盘机：磁头位置固定，磁盘的每一个磁道对应 一个磁头，盘片不可更换。优点是存取速度快，省去磁头 找道时间，缺点是结构复杂。
主要是存取速度较慢，机械结构复杂，对工作环境要求较高。
磁表面存储器由于存储容量大，位成本低，在计算机 系统中作为辅助大容量存储器使用，用以存放系统软 件、大型文件、数据库等大量程序与数据信息
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磁性材料的物理特性
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磁表面存储器的读写原理
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。
【北邮本科课件 计算机组成原理】第2章 运算方法与运算器b-p
= 2-1 ×(xy1+ xy2×2-1 +…… + xyn×2-n+1) = 2-1 ×(xy1+ 2-1 (xy2+ 2-1 (xy3+ ……+
2-1(xyn+0)) 令：z0=0
z1=2-1 (xyn+z0) z2=2-1 (xyn-1+z1) ……
zi=2-1 (xyn-i+1+zi-1) ……
第2章 运算方法和运算器b
2.3 定点乘法运算
1
2
乘除法运算的机器实现方法
1.完全软件实现
不设乘除法运算的硬件电路，而是由软件利用运算 器中的加法器和移位寄存器编程进行乘除法运算
2.加法器加上硬件辅助电路实现
利用运算器中的加法器硬件电路和移位寄存器，再 设计必要的扩展电路，可以用硬件通过加法和移位操 作实现乘除法运算
Ta是计算aibi的时间，为1T Tf是全加器的进位延迟，为2T
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14
例19
a4b0＝1 a3b0＝1 a2b0＝0 a1b0＝1 a0b0＝1 a4b1＝0 a3b1＝0 a2b1＝0 a1b1＝0 a0b1＝0 a4b2＝1 a3b2＝1 a2b2＝0 a1b2＝1 a0b2＝0 a4b3＝0 a3b3＝0 a2b3＝0 a1b3＝0 a0b3＝0 a4b4＝1 a3b4＝1 a2b4＝0 a1b4＝1 a0b4＝1
计算机学院体系结构中心
17
n+1位间接补码阵列乘法器
三个求补 器: 两个n位 算前求补 器
一个2n位 算后求补 器
n×n位不 带符号的 乘法阵列
计算机学院体系结构中心
18
3
例
2-1(xyn+0)) 令：z0=0
z1=2-1 (xyn+z0) z2=2-1 (xyn-1+z1) ……
zi=2-1 (xyn-i+1+zi-1) ……
第2章 运算方法和运算器b
2.3 定点乘法运算
1
2
乘除法运算的机器实现方法
1.完全软件实现
不设乘除法运算的硬件电路，而是由软件利用运算 器中的加法器和移位寄存器编程进行乘除法运算
2.加法器加上硬件辅助电路实现
利用运算器中的加法器硬件电路和移位寄存器，再 设计必要的扩展电路，可以用硬件通过加法和移位操 作实现乘除法运算
Ta是计算aibi的时间，为1T Tf是全加器的进位延迟，为2T
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例19
a4b0＝1 a3b0＝1 a2b0＝0 a1b0＝1 a0b0＝1 a4b1＝0 a3b1＝0 a2b1＝0 a1b1＝0 a0b1＝0 a4b2＝1 a3b2＝1 a2b2＝0 a1b2＝1 a0b2＝0 a4b3＝0 a3b3＝0 a2b3＝0 a1b3＝0 a0b3＝0 a4b4＝1 a3b4＝1 a2b4＝0 a1b4＝1 a0b4＝1
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n+1位间接补码阵列乘法器
三个求补 器: 两个n位 算前求补 器
一个2n位 算后求补 器
n×n位不 带符号的 乘法阵列
计算机学院体系结构中心
18
3
例
计算机组成原理(本全)ppt课件(2024)
I/O设备的分类
按数据传输方式可分为字符设备和块设备；按设备 共享属性可分为独占设备和共享设备。
I/O接口与I/O设备的连 接方式
包括并行接口和串行接口，其中并行接口传 输速度快，但传输距离短，而串行接口传输 速度慢，但传输距离长。
I/O控制方式与中断技术
I/O控制方式
包括程序查询方式、中断方式和DMA方式。程序查询方 式需要CPU不断查询I/O设备的状态，效率低下；中断方 式可以在I/O设备准备好数据后主动通知CPU，提高了 CPU的利用率；DMA方式则允许I/O设备与内存直接交 换数据，进一步提高了数据传输效率。
计算机的发展
计算机经历了从电子管、晶体管、集成电路到超大规模集成 电路等多个发展阶段，性能和体积不断得到优化和改进。目 前，计算机已广泛应用于各个领域，成为现代社会不可或缺 的工具。
计算机系统的组成
要点一
硬件系统
计算机硬件是计算机系统的物质基础，包括中央处理器、 内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等部分。其中 ，中央处理器是计算机的核心部件，负责解释和执行指令 ；内存储器用于暂时存储数据和程序；外存储器用于长期 保存数据和程序；输入设备用于将数据和信息输入到计算 机中；输出设备则将计算机处理结果以人们能够识别的形 式输出。
人们日常生活中最为熟悉的数制，每一位上的数码都是 0~9之间的数字。
十六进制表示法
在二进制基础上发展起来的一种数制，每一位上的数码由 0-9和A-F（对应十进制中的10-15）组成，常用于表示内 存地址和机器码等信息。
数的定点表示与浮点表示
定点表示法
小数点固定在某一位置的数制表示方 法，包括定点整数和定点小数，适用 于表示范围较小的数值。
总线技术
计算机组成原理实验ppt课件
排除故障、重复实验，直到得到预测结果或确信看到“新规律”。
9
三. 实验过程举例（3） 从这个例子中可以学到的知识：
1. 在这个实验中，人理解（分析）命令（自然语言形式）的含义，然后产生 控制总线上的信号，所以在这里人是“指令解码器或控制器”。
2. 在本接线形式下，完成这个操作的“机器命令”就是K2K1K0=010。若一 个计算机控制总线有16条，标记为C15～C0，而K2K1K0正好是控制总线的 C2C1C0，则这个操作的机器命令就是：
1111 1111 1111 1010。 3. 在本实验中，一个CK周期，或说一组控制总线信号，可以完成操作，称 为其为基本操作，（在微程序结构中称为微指令）。 4. 可见(微)指令的具体编码是由控制总线的布线决定的。 5. 显然：如果对一个器件输入这个操作的（某种形式的）（微）命令，这个 器件能输出对应的01编码（控制总线上的信号），这个器件就是这个机器的这条 （微）命令的译码器或称控制器。若一个器件能对一台计算机的所有基本操作产 生正确的控制总线信号，这个器件就是这个型号计算机的指令译码器——控制器。 目前常用的指令译码器有寄存器方式和组合逻辑方式两种。
将J3和J1连接。
第二步、接线：①关闭电源。②用8位扁平线把J3和J1连接。③用不同颜色的导 线分别把K0和SA、K1和SB、K2和RWR连接。④K15～K0全部放在1位， k23 ~k16放0位。⑤检查所有连线和电键位置，确信无误。
8
三. 实验过程举例（2）
第三步、实验： ① 注视仪器，打开电源，手不要远离电源开关，随时准备关闭电源，注意各
中
0 0 不变 内部值 当时钟不是上跳沿时，触发器保持内部数据不变
3
当OC=0时触发器的内部数据输出
9
三. 实验过程举例（3） 从这个例子中可以学到的知识：
1. 在这个实验中，人理解（分析）命令（自然语言形式）的含义，然后产生 控制总线上的信号，所以在这里人是“指令解码器或控制器”。
2. 在本接线形式下，完成这个操作的“机器命令”就是K2K1K0=010。若一 个计算机控制总线有16条，标记为C15～C0，而K2K1K0正好是控制总线的 C2C1C0，则这个操作的机器命令就是：
1111 1111 1111 1010。 3. 在本实验中，一个CK周期，或说一组控制总线信号，可以完成操作，称 为其为基本操作，（在微程序结构中称为微指令）。 4. 可见(微)指令的具体编码是由控制总线的布线决定的。 5. 显然：如果对一个器件输入这个操作的（某种形式的）（微）命令，这个 器件能输出对应的01编码（控制总线上的信号），这个器件就是这个机器的这条 （微）命令的译码器或称控制器。若一个器件能对一台计算机的所有基本操作产 生正确的控制总线信号，这个器件就是这个型号计算机的指令译码器——控制器。 目前常用的指令译码器有寄存器方式和组合逻辑方式两种。
将J3和J1连接。
第二步、接线：①关闭电源。②用8位扁平线把J3和J1连接。③用不同颜色的导 线分别把K0和SA、K1和SB、K2和RWR连接。④K15～K0全部放在1位， k23 ~k16放0位。⑤检查所有连线和电键位置，确信无误。
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三. 实验过程举例（2）
第三步、实验： ① 注视仪器，打开电源，手不要远离电源开关，随时准备关闭电源，注意各
中
0 0 不变 内部值 当时钟不是上跳沿时，触发器保持内部数据不变
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当OC=0时触发器的内部数据输出
北邮计算机组成原理实验ppt
TEC-5 北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室
13
测量内容 静态测量
输入信号
低电平 高电平 中间态 高阻态
5MHz正脉冲 5MHz负脉冲 0.3MHz方波
显示结果
“L”灯亮 “H”灯亮 “L”、“H”灯都不亮 “D”灯亮
“L”、“∏”灯亮 “H”、“∏”灯亮
动态测量
“L”、“H”、“∏”灯都亮
DR2 74LS273 RS-BUS# LDDR2
AR PC PC+1 74LS163 74LS163 LDPC# T2
T2
LDAR# T2
A
RF ispLSI1016
B
RS1 RS0
控制信号 IR7-4 控制器
C SWC SWB SWA
74LS273
IR
LDIR T3
6
SW-BUS#
控制台
TEC-5 北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室
TEC-5 北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室
28
参考连线：
置DP=1,DB=0,编程开关拨到正常位置
数据 通路 电平 开关
LDAR# LDPC# CEL# LR/W# RAM– BUS# CER# SW– BUS#
K0
K1
K2
K3
K4
K5
K6
AR+1 和 PC+1 两个信号接地
TEC-5 北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室
23
TEC-5 北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室
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TEC-5 北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室
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TEC-5 北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室
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测量内容 静态测量
输入信号
低电平 高电平 中间态 高阻态
5MHz正脉冲 5MHz负脉冲 0.3MHz方波
显示结果
“L”灯亮 “H”灯亮 “L”、“H”灯都不亮 “D”灯亮
“L”、“∏”灯亮 “H”、“∏”灯亮
动态测量
“L”、“H”、“∏”灯都亮
DR2 74LS273 RS-BUS# LDDR2
AR PC PC+1 74LS163 74LS163 LDPC# T2
T2
LDAR# T2
A
RF ispLSI1016
B
RS1 RS0
控制信号 IR7-4 控制器
C SWC SWB SWA
74LS273
IR
LDIR T3
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SW-BUS#
控制台
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TEC-5 北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室
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参考连线：
置DP=1,DB=0,编程开关拨到正常位置
数据 通路 电平 开关
LDAR# LDPC# CEL# LR/W# RAM– BUS# CER# SW– BUS#
K0
K1
K2
K3
K4
K5
K6
AR+1 和 PC+1 两个信号接地
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【北邮本科课件 计算机组成原理】第7章 IO设备
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技术指标（4）
数据传输率（Transfer rate）
磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数，叫数 据传输率
假设磁盘旋转速度为每秒n转，每条磁道容量为N个字节， 则数据传输率Dr=nN(字节/秒)。也可以写成Dr=D·v(字节/ 秒)，其中D为位密度，v为磁盘旋转的线速度。目前磁盘存 储器的数据传输率可达几百兆字节/秒
读操作：当磁头经过载磁体的磁化元时，由于磁头铁芯 是良好的导磁材料，磁化元的磁力线很容易通过磁头而 形成闭合磁通回路。不同极性的磁化元在铁芯里的方向 是不同的。当磁头对磁载体做相对运动时，读出线圈中 能感应出相应的电动势
13
记录方式的写读波形图
通过电磁变换，利用磁头写线 圈中的脉冲电流，可把一位二 进制代码转换成载磁体存储元 的不同剩磁状态；反之，通过 磁电变换，利用磁头读出线圈， 可将由存储元的不同剩磁状态 表示的二进制代码转换成电信 号输出。这就是磁表面存储器 存取信息的原理。
第7章 外围设备
1
本章内容
外围设备概述 磁盘存储设备 磁盘存储设备的技术发展 磁带存储设备 显示设备
计算机学院体系结构中心
2
7.1 外围设备概述
3
外设在计算机系统中的地位
计算机学院体系结构中心
4
外围设备的发展趋势
低成本、小体积、高速、大容量、低功耗 并行到串行 单一到多种类型 数字和字符到直观的图象和声音
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5
外围设备分类
输入/输出设备 外存设备 数据通信设备 过程控制设备
主要功能 完成人机交互功能。是电子、机械、光学、化 学等多学科的交叉
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6
外围设备一般功能