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《计算机组成原理》复习大纲计算机学院计算机系统q计算机系统是由计算机硬件系统、计算机软件系统 及通讯网络系统组成的一个整体系统q一台完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统计算机学院计算机硬件结构q计算机可由运算器、控制器、存储器、输入设备 、输出设备等五个部分组成，这就是著名的 Von.Neumann结构CPUI/O 1MEMI/O 2I/O n计算机学院一、数据编码与数据校验q定点、浮点数的表示和表示范围q海明码校验q奇偶校验计算机学院假设机器数为纯小数1、原码表示q原码的表示：正数的符号位用0表示，负数的符号位用1表示， 尾数用数值表示q原码的定义：[X]原＝ X 0=0,表示够减，商上“1”；如果ri+1 000.1110+[-y]补 11.0101 q2=100.0011 r2>000.0110+[-y]补 11.0101 q3=011.1011 r30计算机学院不恢复余数法q基本规则：(1) 被除数与除数同号，被除数减去除数；被除数与除数异号 ，被除数加上除数。

2) 余数与除数同号，商为“1”，余数左移一位，下次减除数 ；余数与除数异号，商为“0”，余数左移一位，下次加除数 3) 重复步骤(2)，包括符号位在内，共做n+1步q恢复余数法与不恢复余数法的区别：当余数ri为正时：恢复余数法为，+ri*2-y，商为“1”不恢复余数法为，+ri*2-y，商为 “1”当余数ri为负时：恢复余数法为，(-ri+y)*2-y=- 2ri+y,商为“1”不恢复余数法为，-ri*2+y，商为 “0”计算机学院例，X=0.1001,Y=0.1011,用不恢复余数法求X/Y=? [X]原＝[X]补=0.1001,[Y]原＝[Y]补＝0.1011,[-Y]补＝1.0101X/Y Q00.1001+[-Y]补 11.0101 q0=011.1110 r0000.1110+[-Y]补 11.0101 q2=100.0011 r2>000.0110+[-Y]补 11.0101 q3=011.1011 r30例 题计算机学院三、指令系统与控制器q指令格式与寻址方式q指令的操作流程q微指令格式设计q微程序设计的控制器计算机学院指令格式q指令由表示操作性质的操作码和表示操作对象的地址 码两部分组成。

q 操作码字段 地址码字段 计算机学院例 题1、指令字长为１6位，每个地址码为4位，采用扩展操作码 的方式，设计15条三地址指令、14条二地址指令、31条 一地址指令和16条零地址指令 ① 画出扩展图 ② 画出指令译码逻辑例题分析】 每个地址码为4位:三地址占12位，15条三地址指令的操作码为4位; 二地址占8位，14条二地址指令的操作码为8位; 一地址占4位，31条一地址指令的操作码为12位; 16条零地址指令的操作码为16位;计算机学院① 操作码的扩展如下： 计算机学院②指令译码逻辑如图所示 计算机学院寻址方式q直接寻址q存储器寻址q基址寻址q变址寻址q间接寻址q相对寻址q立即寻址q堆栈寻址计算机学院例 题q例1 某机主存容量为64k×l6位，采用单字长、单地址 指令，共有60条试采用立即、直接、寄存器、寄存器 间接、变址、变址间接、相对、相对间接这八种寻址方 式设计指令格式并说明每一种寻址方式的寻址范围及 有效地址计算方法 【【例题分析例题分析】】 q60条指令操作码字段(OP)至少需占用6位；寻址方式有 八种，所以寻址字段3位（其中I为间接特征，X为寻址 模式）；形式地址(D)7位。

q其指令格式如下： q 15 10 9 8 7 6 0 OP I X D计算机学院寻址模式定义、寻址方式的寻址范围如下： 计算机学院例 2指令格式如下所示，OP为操作码字段，试分析指令格式的特点解：（1）操作码字段为6位，可指定26 = 64种操作，即64 条指令 （2）单字长（32）二地址指令 （3）一个操作数在源寄存器（共16个），另一个操作数 在存储器中（由变址寄存器内容 + 偏移量来决定），所以 是RS型指令4）这种指令结构用于访问存储器计算机学院中央处理器的功能和组成1． 中央处理器的功能 中央处理器简称CPU，它具有如下四方面的功能： (1)程序的顺序控制2)操作控制 产生取出并执行指令的微操作信号，并 把各种操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按 指令的要求进行动作3)时间控制 对各种操作实施时间上的控制4)数据加工 对数据进行算术运算和逻辑运算处理计算机学院中央处理器的功能和组成2. 中央处理器的组成 中央处理器由控制器、运算器和总线组成 (1)控制器控制器是全机的指挥中心，其基本功能就是执行指令。

控制器由程序计数器PC、指令寄存器IR、地址寄存器(AR) 、数据寄存器(DR)、指令译码器、时序系统和微操作信 号发生器组成计算机学院中央处理器的功能和组成① 程序计数器PC 用以指出下条指令在主存中的存放地址，CPU根据PC的内 容去主存取得指令因程序中指令是顺序执行的，所 以PC有自增功能 ② 指令寄存器(IR): 用来保存当前正在执行的一条指 令的代码 ③ 地址寄存器(AR): 用来存放当前CPU访问内存单元的 地址 ④ 数据寄存器(DR): 用来暂存由内存储器中读出或写 如入内存的指令或数据计算机学院6.1 中央处理器的功能和组成⑤ 指令译码器: 分别对操作码字段、寻址方式字段、地 址码字段进行译码，向控制器提供操作的特定信号 ⑥ 时序部件: 用来产生各种时序信号，时序信号可分为 CPU周期信号、节拍周期信号和节拍脉冲信号，它们都 是由统一时钟CLOCK分频得到 ⑦ 微操作形成部件: 根据IR的内容(指令)、PSW的内容( 状态信息)以及时序线路三方面的内容，产生控制整个 计算机系统所需的各种控制信号其结构有组合逻辑型 和存储逻辑型计算机学院6.1 中央处理器的功能和组成(2)运算器 运算器由算术逻辑单元(ALU)、通用寄存器、程序状态字寄 存器、数据暂存器、移位器等组成。

它接收从控制器送来 的命令并执行响应的动作，负责对数据的加工和处理各组成部件的作用是： ① 算术逻辑单元(ALU): 用以进行双操作数的算术逻辑运算 ② 通用寄存器组: 用来存放操作数(包括源操作数、目的操 作数及中间结果)和各种地址信息等③ 暂存器: 用来暂存从主存储器读出的数据，这个数据 是不能存放在通用寄存器中，否则会破坏其原有的内容计算机学院6.1 中央处理器的功能和组成④ 程序状态字寄存器(PSW) 保留由算术逻辑运算指令或测试指令的结果建立的各种状态信息⑤ 移位器 在ALU输出端设暂存器用来存放运算结果，它具有对运算结果进行移位运算的功能计算机学院指令的执行指令的执行 (1)指令的执行过程 ① 取指令q根据指令计数器PC提供的地址从主存储器中读取现行 指令，送到主存数据缓冲器MDR中然后再送往CPU内 的指令寄存器IR中同时改变指令计数器的内容，使 之指向下一条指令地址或紧跟现行指令的立即数或地 址码计算机学院指令的执行② 取操作数 q如果是无操作数指令则可直接进入下一个过程如果 需要操作数则根据寻址方式计算地址，然后到存储器 中去取操作数如果是双操作数指令则需两个取数周 期； ③ 执行操作 q根据操作码完成相应的操作并根据目的操作数的寻址 方式存结果。

(2)指令之间的衔接方式 q 指令之间的衔接方式有：串行的顺序执行方式、 并行的重叠处理方式和流水执行方式计算机学院指令的执行q一个指令周期由若干个机器周期组成，每个机器周期又由 若干个时钟周期组成q一个机器周期内包含的时钟周期个数决定于该机器周期内 完成的动作所需的时间q一个指令周期包含的机器周期个数亦与指令所要求的动作 有关，如单操作数指令，只需要一个取操作数周期，而双 操作数指令需要两个取操作数周期例 2 CPU结构框图如图所示 写出以下几条指令的操作流程图 CLA ；清AC ADD I D ；I=0 为直接寻址， 即：（AC）+（D）→AC ；I=1为间接寻址， 即：（AC）+（（D））→AC STA I D ；I=0 为直接寻址， 即：（AC）→D ；I=1为间接寻址， 即：（AC）→（D） LDA I D ；I=0 为直接寻址， 即：（D）→AC ；I=1为间接寻址， 即：（（D））→AC JMP I D ；I=0 为直接寻址， 即： D→（PC） ；I=1为间接寻址， 即：（D）→（PC） 解： 指令的操作流程图如图所示计算机学院例3 已知CPU数据通路如图所示，线上标有控制信号。

1) 设计适合此数据通路的微指令 (2) 写出以下指令的操作流程图，并标出相应的微操作序列 有偏移量时为双字长指令，无偏移量时为单字长指令）①指令ADD (Rd), Rs的功能是：((Rd))+(Rs)→(Rd)②指令ADD Rd, @#disp的功能是：（Rd）+（disp）→Rd③指令ADD disp(Rs),Rd的功能是：（（Rs）+disp）+（Rd）→（Rs）+dispCPU数据通路如下图① ADD (Rd), Rs指令的操作流程如图② ADD Rd, @#disp指令的操作流程如图③ ADD Rd,（Rs + disp）指令的操作流程计算机学院微程序控制器 微程序控制概念 (1)微程序控制方式的基本思想 q ① 将机器指令分解为基本的微命令序列，用二进制 代码表示这些微命令，并编成微指令，多条微指令再形 成微程序每种机器指令对应一段微程序，在制造CPU时 固化在CPU中的一个控制存储器(CM)中执行一条机器指 令时，CPU依次从CM中取微指令，从而产生微命令 q ② 一条微指令包含的微命令，控制实现一个节拍的 操作；若干条微指令组成的一小段微程序解释执行一条 机器指令。

CM中的微程序能解释执行整个指令系统的所 有机器指令计算机学院微程序控制器(2)基本概念和术语 ① 微命令与微操作 q 微命令——控制完成微操作的命令例如：打开或关 闭某个控制门的电位信号，某个寄存器的打入脉冲等 微命令由控制器通过控制线向有关的部件发出 q 微操作——由微命令控制实现的最基本操作 ② 微指令与微周期 q 微指令——若干个微命令的组合，以编码形式存放在 控制存储器的一个单元中，控制实现一步操作计算机学院6.5 微程序控制器q微周期——通常指从控制存储器中读取一条微指令并 执行相应的微操作所需的时间 q若一个微周期的全部微命令用一个同步脉冲定时，则 这种微周期称为单周期； q若一个微周期内用一个以上的同步脉冲定时全部微命 令，则称多周期③ 机器语言程序与微程序 q一系列指令的有序集合称为机器语言程序 q一系列微指令的有序集合称为微程序，一条指令的功 能由一段微程序来实现计算机学院6.5 微程序控制器④ 主存储器与控制存储器 Ø主存储器用于存放程序和数据，在CPU外部，用RAM来实现 Ø控制存储器用于存放微程序，在CPU内部，用ROM来实现⑤ 地址寄存器AR与微地址寄存器μAR Ø地址寄存器AR用于存放主存的读/写地址； Ø微地址寄存器μAR用于存放控存的读/写微指令的地址；⑥ 指令寄存器IR与微指令寄存器μIR Ø指令寄存器IR用于存放从主存中读出的指令； Ø微指令寄。