計算機組成原理概述(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 為0時則舍去移掉的數值。 ②末位恒1法：即右移時，丟掉移出的原低位上的值并將結果的最低位置1。階碼溢出判斷階碼無溢出 加減運算正常結束 階碼下溢 運算結果置為機器0 階碼上溢 置溢出標志[例] 設ｘ＝2010，ｙ＝2100(－)，求ｘ＋ｙ。[解:]假設兩數均以補碼表示，階碼采用雙符號位，尾數采用單符號位，則它們的浮點表示分別為[ｘ]浮＝00 010， [ｙ]浮＝00 100， 1 求階差并對階△E＝Eｘ－Eｙ＝[Eｘ]補＋[－Eｙ]補＝00 010＋11 100＝11 110（11 110補碼轉原碼 若是負數，則數值位取反＋1得原碼：11 010 故下一句說是－2）即△E為－2，ｘ的階碼小，應使Mｘ右移兩位，Eｘ加 2，[ｘ]浮＝00 100，(11)其中(11)表示Mｘ右移 2 位后移出的最低兩位數。2 尾數求和0. 0 0 1 1 0 1 1 0 (11)＋ 1. 0 1 0 1 0 1 0 0────────────────1. 1 0 0 0 1 0 1 0 (11)3規格化處理尾數運算結果的符號位與最高數值位同值，應執行左規處理，(10)，階碼為00 011。4舍入處理采用 0 舍 1 入法處理，則有1. 0 0 0 1 0 1 0 1＋ 1 ────────────────1. 0 0 0 1 0 1 1 05判溢出階碼符號位為 00，不溢出，故得最終結果為ｘ＋ｙ＝2011(－) 計算機硬件系統結構 計算機的硬件組成計算機硬件由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部件組成。 計算機硬件的典型結構 單總線結構以 CPU 為中心的雙總線組成結構以存儲器為中心的雙總線組成結構 計算機基本工作原理 中央處理機 CPU CPU 的組成(1) 運算器 運算器是對數據進行加工處理的部件，它主要完成算術運算和邏輯運算，完成對數據的加工與處理。不同的計算機，運算器的結構也不同，但最基本的結構都是由算術/邏輯運算單元（ALU）、 累加器 ACC、寄存器組、多路轉換器和數據總線等邏輯部件組成。(2) 控制器 計算機能執行的基本操作叫做指令，一臺計算機的所有指令組成指令系統。指令由操作碼和地址碼兩部分組成，操作碼指明操作的類型，地址碼則指明操作數及運算結果存放的地址。 控制器是由程序計數器（簡稱 PC）、指令寄存器、指令譯碼器、狀態條件寄存器、時序產生器、微操作信號發生器組成例：控制機器指令執行的微程序存放在_(52)__中。 (52)A．控制存儲器 B．指令寄存器 　C．內部存儲器　D．SRAM執行過程： 指令－》指令寄存器－》譯碼器（譯出微指令）－》微操作形成部件（控制存儲器） CPU 的功能(1) 程序控制(2) 操作控制(3) 時間控制(4) 數據處理 計算機體系結構計算機體系結構分類：（1） Flynn 分類法 按指令流和數據流的不同組織方式，把計算機體系結構分為如下四類：單指令流單數據流（SISD）；單指令流多數據流（SIMD）；多指令流單數據流（MISD）；多指令流多數據流（MIMD）。SISD:如流水線處理機(IS指令流,DS數據流,MM主存,PU處理單元,CU控制單元)SIMD： 并行處理機、陣列處理機、向量處理機、相聯處理機、超標量處理機、超流水線處理機、...MISD 幾條指令對同一個數據進行不同處理，實際上不存在MIMD 多處理機系統，包括：緊密偶合：IBM308IBM308UNIVAC1100/80松散偶合：D82Cmmp、CRAY2（2）馮式分類法1972 年馮澤云提出用最大并行度來對計算機體系結構進行分類。所謂最大并行度 Pm 是指計算機系統在單位時間內能夠處理的最大的二進制位數。 系統結構中并行性的發展（1）并行性 并行性包括兩個側面：同時性和并發性。同時性是指兩個或兩個以上的事件在同一時刻發生。 并發性是指兩個或兩個以上的事件在同一時間間隔內連續發生。充分利用并行性實現計算機的并行處理，從而提高計算機的處理速度（2）從計算機信息處理的步驟和階段的角度，并行處理可分為：? 存儲器操作并行；? 處理器操作步驟并行（流水線處理機）；? 處理器操作并行（陣列處理機）；? 指令、任務、作業并行（多處理機、分布處理系統、計算機網絡）。（3）并行性的發展 從上世紀八十年代開始，在計算機系統結構上有了很大發展，相繼出現了精減指令集計算機（RISC）、指令級上并行的超標量處理機、超級流水線處理機、超長指令計算機、多微處理機系統、 數據流計算機等。九十年代以來，最主要的發展是大規模并行處理（MPP），其中多處理機系統和多計算機系統 是研究開發的熱點。 存儲系統1. 存儲器的層次結構存儲體系結構包括不同層次上的存儲器, 通過適當的硬件、軟件有機地組合在一起形成計算機 的存儲體系結構。三級存儲結構是高速緩存（Cache）、主存儲器（MM）和輔肋存儲器（外存儲器）。2. 存儲器的分類(1)按存儲器所處的位置，可分為內存和外存(2)按構成存儲器的材料，可分為磁存儲器、半導體存儲器和光存儲器。(3)按工作方式可分為讀寫存儲器和只讀存儲器。只讀存儲器根據數據的寫入方式，這種存儲器又可細分為 ROM、PROM、EPROM、EEPROM、閃速存儲器等類型。(4) 按訪問方式可分為按地址訪問的存儲器和按內容訪問的存儲器。(5) 按尋址方式分類可分為隨機存儲器、順序存儲器和直接存儲器。① 隨機存儲器（Random Access Memory，RAM）這種存儲器可對任何存儲單元存入或讀取數據，訪問任何一個存儲單元所需的時間是相同的。② 順序存儲器（Sequentially Addressed Memory，SAM）訪問數據所需要的時間與數據所在的 存儲位置相關，磁帶是典型的順序存儲器。③ 直接存儲器（Direct Addressed Memory，DAM）介于隨機存取和順序存取之間的一種尋址方式。磁盤是一種直接存取存儲器，它對磁道的尋址是隨機的，而在一個磁道內，則是順序尋址。3. 相聯存儲器 相聯存儲器是一種按內容訪問的存儲器。其工作原理就是把數據或數據的某一部分作為關鍵字，將該關鍵字與存儲器中的每一單元進行比較，找出存儲器中所有與關鍵字相同的數據字。4. 高速緩存 Cache高速緩存 Cache 是用來存放當前最活躍的程序和數據，作為主存局部域的副本，其特點是：容 量一般在幾 KB 到幾 MB 之間；速度一般比主存快 5 到 10 倍，由快速半導體存儲器構成；其內容是主存局部域的副本，對程序員來說是透明的。 高速緩存的組成Cache 由兩部分組成：控制部分和 Cache 存儲器部分。Cache 存儲器部分用來存放主存的部分拷貝（副本）信息。控制部分的功能是：判斷 CPU 要訪 問的信息是否在 Cache 存儲器中，若在即為命中，若不在則沒有命中。命中時直接對 Cache 存儲器 尋址。未命中時，要按照替換原則，決定主存的一塊信息放到 Cache 存儲器的哪一塊里面。（2）高速緩存中的地址映像方法在 CPU 工作時, 送出的是主存的地址, 而應從 Cache 存儲器中讀寫信息。這就需要將主存地址 轉換成 Cache 存儲器的地址，這種地址的轉換叫做地址映像。Cache 的地址映像有三種方法。 Cache 的地址映象方法：主存中任一塊（頁）都可以映射到cache中的任一塊（頁）上。特點：1） 內存不用分區2） Cache塊內字節數＝內存塊內字節數3） Cache標記精確到主存的塊，若主存分2048塊，則需11位標記，（2的11次方） 這種方法可使主存的一個塊直接拷貝到 cache 中的任意一行上，非常靈活。 它的主要缺點是比較器電路難于設計和實現,因此只適合于小容量 cache 采用圖中CACHE8塊（頁），內存256塊（頁），每塊512字節主存： 8位 9位主存塊號