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1、计算机组成原理考研补习 总线CPU M 接口I/O设备 建立整 机概念两个层次两个方面CPU整机概念硬件系统整机概念 逻辑组成 工作机制主要内容： 1、CPU （1）逻辑组成寄存器传送级：微操作控制级 ：各类指令的流程微命令序列寄存器、ALU设置，数据通路结构 （2）工作机制指令的执 行过程微命令序列微命令产生方式时序控制方式：组合逻辑控制微程序控制 同步控制2、常用运算方法规则原码、补码一位乘法，原码、补码不恢复余数 除法，浮点运算法（1）基本概念 （2）半导体存储器的逻辑设计 芯片地址分配、片选逻辑、框图3、存储器4、总线 （1）基本概念 （2）系统总线：信号组成，时序控制方式5、接口 （
2、1）I/O传送的控制机制中断：基本概念、中断控制器与接口、中断过程（2）接口设计 接口组成、拟定命令字和状态字格式、扩展中断源6、常用外设原理（1）键盘：键码转换方法（2）CRT显示器：VRAM与屏幕显示的对应关系（ VRAM内容和容量、地址组织、信息转换、同步计数 器的设置）DMA：基本概念、DMA控制器与接口、 DMA过程（软件扫描）（3）打印机：信息转换、调用过程（中断方式） （4）磁盘：信息分布与寻址信息、磁记录方式、 调用过程（DMA方式）、速度指标和容量指标第一章 CPU组织1.1 逻辑组成（模型机） 1、CPU数据通路框图（寄存器级）2、结构特点 （1）寄存器 独立结构 可编程：
3、R0R3、PC、SP、PSW 非编程：C、D、IR、MAR、MBR（2）ALU部件 作为CPU内部数据传送通路的中心。输入选择器：选择操作数来源 ALU：运算处理 输出移位器：选择输出方式（3）內总线 单向数据总线（ALU总线），实现数据分配。（4）与系统总线的连接 由MAR、MBR实现连接。1.2工作机制用寄存器传送语言描述指令从读取到执行的整个流 程。1.2.1指令流程（寄存器传送级）拟定流程的关键：清楚了解数据通路结构熟练掌握基本寻址方式 1、基本寻址方式（模型机） 寄存器寻址 ：R 寄存器间址 ：（R） 自减型寄存器间址 ：(R)、(SP) (用于入栈操作) 自增型寄存器间址 ：(R)
4、+、(SP)+ (用于出栈操作) 立即寻址 ：(PC)+ 变址：(R) 相对寻址 ：(PC) 2、思路（2）分清源和目的，确定所采用的寻址方式 源在前，目的在后。 （3）按周期拟定分步流程（1）了解指令功能，具体完成什么操作 MOV：源数 目的地 ADD：结果 目的地 JMP：转移地址 PC RST：返回地址 PC JSR：子程序入口 PC，并保存返回地址 模型机允许：每一步完成一次从读出，并经数据通路传送的操作；或一次经数据通路传送的操作；或一次向写入的操作。3、例题 （1） MOV (SP)+ ，(R1)； （2） MOV (R2)，(SP)； （3） ADD (R0) ，(R3)； （4
5、） NEG R2； （5） JMP (R0)； （6） JSR (R1)+； （7） JMP (PC)； （8） AND (PC)+，(PC)；1.2.2 微命令的产生方式 1、组合逻辑控制方式 （1）基本思想 综合化简产生微命令的条件，形成相应逻辑式，用 组合逻辑电路实现。执行指令时，由组合逻辑电路 （微命令发生器）在相应时间发出所需微命令，控 制有关操作。 （2）优缺点 优点：速度快。 缺点：设计不规整，结构零乱，不易修改、扩充指令系统功能。 （3）应用 用于高速计算机及小规模机器中。2、微程序控制方式 （1）基本思想 1）将微命令以代码形式编成微指令，控制一步操 作； 2）若干微指令编成
6、一段微程序，解释执行一条机 器指令； 3）微程序事先存放在控制存储器（CM）中，执 行机器指令时再取出。 注意区分： 微指令：机器指令 ：产生微命令，控制完成机器指令功能的 一步操作。 实现指令系统功能所规定的一种操作。微程序： 工作程序 ：包含若干微指令，解释执行一条机器指令。 包含若干机器指令，完成某一特定任务 。CM： 主存：存放微程序，位于CPU内。 存放工作程序，位于CPU外。 （2）优缺点 优点：结构规整，设计效率高，性价比高，可靠性高，易于修改、扩展指令系统功能。 缺点：速度较慢，执行效率受影响。（3）应用用于速度要求不是很高、功能复杂的机器中，特别 适用于系列机。1.2.3 时
7、序控制方式掌握定义、特点、应用场合。 1、同步控制方式 （1）定义：各项操作与统一时序信号同步。操作与时序信号的关系同步控制方式 异步控制方式 （2）特点：1）有明显时序时间划分；3）各步操作的衔接、各部件之间的 数据传送受严格同步定时控制。2）时钟周期（节拍）时间固定；（3）应用场合：用于CPU内部、设备内部、总线操作（各挂接部件速度差异小、传送时间确定、传送距离较近）。2、异步控制方式 （2）特点：1）无严格时钟周期划分； 2）各操作间的衔接、各部件之间的 数据传送采取异步应答方式 。 （3）应用场合：用于异步总线操作（各挂接部件速度差异大、传送时间不确定、传送距离较远）。（1）定义：各项
8、操作按需要安排不同时间，不受统一时序约束。主设备： 从设备： 申请并控制总线的设备。 响应主设备请求的设备。 3、同步方式在实际应用中的变化 （2）总线周期中插入延长周期。（3）同步方式引入异步应答。（1）不同指令安排不同时钟周期数。（扩展同步方式）1.3 运算方法与运算器 1.3.1 运算方法 1、原码一位乘法 （1）原码运算 操作数和结果用原码表示，绝对值参加运算，符号 单独处理。 （2）算法规则 用乘数末位作判断位。 2、补码一位乘法 （1）补码运算 操作数和结果用补码表示，符号位参加运算。 （2）算法规则 乘数末位设置附加位，两位判断位。 3、原码不恢复余数除法 算法规则：根据余数的正
9、负决定上商及下一步操作 。4、补码不恢复余数除法 算法规则：根据余数与除数同号或异号决定上商及 下一步操作。6、浮点运算 加减法运算过程： （1）判操作数是否为0。 （3）尾数加/减 （2）对阶 原则：小阶向大阶对齐 操作：小阶增大，尾数右移（4）结果规格化 左规（尾数绝对值小于1/2）：尾数左移，阶码-1 右规（尾数绝对值大于1）：尾数右移，阶码+1 1.3.2 运算器1、硬件组成 运算器 全加器 串行移位器 ALU输入选择器 ALU部件 寄存器 并行加法器 加法器输入选择器 进位链 并行 分组2、进位逻辑 写出任一位Ci 的进位逻辑。 （1）串行进位 （2）并行进位 （3）分组、分级同时进位 （分段写，直至Ai、 Bi、C0 ）1.4 其他基本概念（1）溢出及判断方法、扩展操作码、地址结构、 隐地址、显地址等 显式 I/O指令（2）I/O指令的设置 隐式 I/O指令（3）I/O指令的功能扩展 I/O指令中留有扩展余地 用通用I/O指令或MOV指令访问接口中的 控制/状态寄存器 （4）主机对外设的寻址方式 单独编址（为接口寄存器分配端口地址） 统一编址（为接口寄存器分配总线地址）
