计算机组成原理是广播电视大学计算机专业本科生核概要.ppt
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1、 计算机组成原理计算机组成原理是是广播电视大学计算机专业广播电视大学计算机专业本科生核心硬件课程,必本科生核心硬件课程,必修。修。本课程重点是讲授简本课程重点是讲授简单、单台计算机的基本组单、单台计算机的基本组成原理与内部运行机制。成原理与内部运行机制。课程内容的工程性、课程内容的工程性、技术性、实用性都比较强,技术性、实用性都比较强,因此,在传授计算机组成的因此,在传授计算机组成的原理性知识之外,还应有较原理性知识之外,还应有较多的设计与实验技能训练。多的设计与实验技能训练。完成教学实验和完成教学实验和平时的课外作业是可以进平时的课外作业是可以进入考试的入考试的先决条件先决条件之一,之一,这
2、两项成绩占课程总成绩这两项成绩占课程总成绩的的20%20%的比例,很重要。的比例,很重要。主教材是本课程最主要主教材是本课程最主要的教学媒体,是教学及考试的教学媒体,是教学及考试的基本依据。本课程教学大的基本依据。本课程教学大纲规定的具体内容,主要将纲规定的具体内容,主要将通过本教材体现出来。通过本教材体现出来。期末考试主要考核同学对该期末考试主要考核同学对该课程中原理性和技术方面的课程中原理性和技术方面的知识的掌握程度。考试只限知识的掌握程度。考试只限于第于第2 2到第到第5 5章内容。具体以章内容。具体以每章的每章的“本章主要教学内容本章主要教学内容”中叙述为依据。中叙述为依据。参照平时所
3、留作业题目参照平时所留作业题目和和“计算机组成原理计算机组成原理”试题试题类型及解答。要强调,注意类型及解答。要强调,注意力不应放在实例、线路的具力不应放在实例、线路的具体内容。要掌握组成的原理体内容。要掌握组成的原理知识,技术思路内容。知识,技术思路内容。附附 录录 计算机组成原理计算机组成原理 试题类型及解试题类型及解答答 数制转换,定点小数和数制转换,定点小数和整数的原、反、补码表示;整数的原、反、补码表示;补码加减运算,原码一补码加减运算,原码一位乘除运算,浮点数表示和位乘除运算,浮点数表示和运算等是重点内容。运算等是重点内容。一一(1010分)分)1 1 将将十十进进制制数数 +10
4、7/128+107/128 和和 5252化化成成二二进进制制数数,再再写写出出各各自自的的原原码码、反反码码、补补码码表表示示(符符号号位位和和数数值值位位共共8 8位位)。答案:答案:+107/128=0.1101011+107/128=0.1101011 52=52=110100110100 原码原码 01101011 01101011 1011010010110100 反码反码 01101011 01101011 1100101111001011 补码补码 01101011 01101011 1100110011001100考核的知识点:考核的知识点:(1 1)十进制的小数、整数)十进
5、制的小数、整数转换为二进制数转换为二进制数 (2 2)二进制的小数、整数)二进制的小数、整数的原码、反码、补码表示的原码、反码、补码表示 转换转换 +107/128+107/128 的巧性。的巧性。(1010分)分)3.3.设设 A=A=0.101101 0.101101 2 2-3-3,B=0.101001 B=0.101001 2 2-2-2,首先将首先将A A、B B表示为规格化表示为规格化的浮点数;的浮点数;要求阶码用要求阶码用4 4位位(含阶符号)移码表示,尾(含阶符号)移码表示,尾数用数用8 8位(含浮点数的符号)位(含浮点数的符号)原码表示;再写出原码表示;再写出A+BA+B的计
6、的计算步骤和每一步的运算结果。算步骤和每一步的运算结果。答案:答案:0.101101 0.101101 2 2-3-3的浮点数的浮点数的格式:的格式:1 0101 1011010 1 0101 1011010 101001 101001 2 2-2-2 的浮点数的的浮点数的格式:格式:0 0110 10100100 0110 1010010 计算计算A+BA+B:(1)(1)求阶差:求阶差:E E =0101 01010110 0110 =0001=0001(2)(2)对阶:对阶:A A变变 为为 1 1 0110 0110 0101101001011010(3)(3)尾数相加,用双符号位尾数
7、相加,用双符号位 11 10100110 11 10100110 +00 1010010 +00 1010010 00 0100101 00 0100101(4)(4)规格化:左规,尾数规格化:左规,尾数为为 0 1001010 0 1001010,阶码为,阶码为01010101(5)(5)无舍入操作,亦不溢出,无舍入操作,亦不溢出,故最的终浮点数格式故最的终浮点数格式的的 结果:结果:0 0101 10010100 0101 1001010,即即 +0.1001010+0.1001010 2 2-3 3。考核的知识点:考核的知识点:(1 1)补码加减法运算补码加减法运算(2 2)浮点数格式与
8、表示;浮点数格式与表示;(3 3)浮点数的加、减运算。浮点数的加、减运算。(4 4)规格化,隐藏位)规格化,隐藏位 数据编码的某些概念也数据编码的某些概念也该掌握,例如二该掌握,例如二-十进制编十进制编码(码(BCDBCD码),位权、有权码),位权、有权码与无权码,检错纠错码的码与无权码,检错纠错码的实现思路等。实现思路等。定点运算器的功能、组定点运算器的功能、组成、控制与使用办法应原理成、控制与使用办法应原理性的掌握,但并不要求记住性的掌握,但并不要求记住Am2901Am2901芯片这个具体运算器芯片这个具体运算器实例的有关内容;实例的有关内容;(1010分)分)2.2.按你的理解,按你的理
9、解,画出一个相对完整的定点运画出一个相对完整的定点运算器的示意组成框图,包括算器的示意组成框图,包括入出数据和基本的控制信号。入出数据和基本的控制信号。答案:(略)答案:(略)考核的知识点:考核的知识点:(1)(1)定点运算器功能与组成:定点运算器功能与组成:算逻运算部件算逻运算部件ALUALU,多累计器多累计器GRGR,乘商寄存器乘商寄存器(2)(2)运算器的控制与使用。运算器的控制与使用。对指令系统的要求,指对指令系统的要求,指令的功能安排,指令格式和令的功能安排,指令格式和寻址方式内容是重点。寻址方式内容是重点。控制器的功能与组成控制器的功能与组成(包括微程序的和组合逻辑(包括微程序的和
10、组合逻辑的控制器)的控制器)二二 (8 8分)分)1.1.举例说明举例说明计算机中常用的四种寻址方计算机中常用的四种寻址方式(寄存器寻址,寄存器间式(寄存器寻址,寄存器间接寻址,变址寻址,堆栈寻接寻址,变址寻址,堆栈寻址),从形式地址到得到操址),从形式地址到得到操作数的寻址处理过程。作数的寻址处理过程。答案:答案:(1 1)寄存器寻址,形式地)寄存器寻址,形式地址为寄存器名(或编号),址为寄存器名(或编号),寄存器中的内容为操作数;寄存器中的内容为操作数;(2 2)寄存器间接寻址,)寄存器间接寻址,形式地址为寄存器形式地址为寄存器名(或编号),寄存器中的名(或编号),寄存器中的内容为操作数的
11、地址,再读内容为操作数的地址,再读一次内存得到操作数;一次内存得到操作数;(3 3)变址寻址,形式地址)变址寻址,形式地址为变址寄存器名(或编号)为变址寄存器名(或编号)和变址偏移值,把变址寄存和变址偏移值,把变址寄存器中内容与变址偏移值相加器中内容与变址偏移值相加得到操作数的地址,再读一得到操作数的地址,再读一次内存得到操作数;次内存得到操作数;(4 4)堆栈寻址,通常形式)堆栈寻址,通常形式地址为将写入堆栈的、或接地址为将写入堆栈的、或接收堆栈读出内容的寄存器名收堆栈读出内容的寄存器名(或编号),指令中不直接(或编号),指令中不直接给出内存地址,用默认堆栈给出内存地址,用默认堆栈指针指针S
12、PSP,修改,修改SPSP操作。操作。考核的知识点:考核的知识点:(1)(1)指令格式与指令中指令格式与指令中的操作数地址表示;的操作数地址表示;(2)(2)形式地址与实际地形式地址与实际地址的概念;址的概念;(3)(3)寻址的处理过程。寻址的处理过程。指令的执行步骤等要确指令的执行步骤等要确实掌握,这在作业、实验、实掌握,这在作业、实验、模拟试题中有明确体现。包模拟试题中有明确体现。包括微程序的和组合逻辑的控括微程序的和组合逻辑的控制器中用到的一些重要部件制器中用到的一些重要部件的有关内容。的有关内容。(1010分)分)2 2原理性地说明原理性地说明 ADD R0,R1ADD R0,R1指令
13、、指令、条件相对转移指令的指条件相对转移指令的指令令格式和执行步骤。格式和执行步骤。答案:答案:ADD R0ADD R0,R1R1,指令格式和内容:指令格式和内容:指令中给出操作码和指令中给出操作码和R0R0、R1R1的编号;的编号;指令执行步骤:指令执行步骤:(1 1)程序计数器()程序计数器(PCPC)的)的内容送地址寄存器内容送地址寄存器(2 2)读内存,读出内容送)读内存,读出内容送指令寄存器(指令寄存器(IRIR););PCPC内容内容+1+1(增量);(增量);(3 3)R0R0、R1R1送送ALUALU,ALUALU执执行加运算,运算结果存回行加运算,运算结果存回R0R0寄存器;
14、寄存器;保存运算结果的保存运算结果的特征状态。特征状态。(4 4)检查有无中断请求,检查有无中断请求,有,则响应中断,无则转入有,则响应中断,无则转入下一条指令的执行过程。下一条指令的执行过程。条件相对转移指令,条件相对转移指令,指令中给出操作码和相对转指令中给出操作码和相对转移偏移值,条件转移要依据移偏移值,条件转移要依据的转移判断条件;指令的执的转移判断条件;指令的执行步骤:其中(行步骤:其中(1 1)、()、(2 2)步的取指和最后一步的判中步的取指和最后一步的判中断同前一条指令的处理;断同前一条指令的处理;(3 3)执行条件转移指令时,)执行条件转移指令时,要判别指定的条件,要判别指定
15、的条件,若为真,若为真,才执行:尚未修才执行:尚未修改的改的PCPC内容送内容送ALUALU,相对转,相对转移偏移值送移偏移值送ALUALU,ALUALU执行执行加操作,结果送入加操作,结果送入PCPC;否则顺序执行下条指令;否则顺序执行下条指令;考核的知识点:考核的知识点:(1 1)典型指令的指令格式典型指令的指令格式设计;设计;(2 2)典典型型指指令令的的执执行行步步骤骤设计;设计;(1212分)分)3 3说明计算机的组合逻说明计算机的组合逻辑控制器和微程序控制器在辑控制器和微程序控制器在组成和运行原理两个方面的组成和运行原理两个方面的同异之处,比较它们的优缺同异之处,比较它们的优缺点点
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