【正文】 PC,否則順序執(zhí)行下一條微指令(181。 W/R=0。cy2 = OP0cy2+減法指令…. 所以,“+”操作控制信號(hào)的邏輯表達(dá)式如下: “+”=加法指令cy2 。cy2 。cy2 。存儲(chǔ)器操作 W/R=cy1 。ALU→rd(運(yùn)算結(jié)果送寄存器rd)(三) 數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)CPU的數(shù)據(jù)通路是連接CPU內(nèi)部各個(gè)部件以及和CPU外部個(gè)部件之間的數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的連接關(guān)系圖. 數(shù)據(jù)通路的基本結(jié)構(gòu):(四) 控制器的功能和工作原理1. 硬布線控制器控制器控制信號(hào)的產(chǎn)生是采用邏輯電路,也稱組合邏輯電路控制方式. “時(shí)序控制信號(hào)形成部件”,需要幾十~幾百條指令,確定每條指令所需的機(jī)器周期,將情況相同的指令歸并在一起,列出表達(dá)式,畫出邏輯圖.(1)時(shí)序與節(jié)拍每一步由一個(gè)機(jī)器周期來完成,假設(shè)采用4個(gè)機(jī)器周期,總之,需要4個(gè)不同的信號(hào)輸出,代表4個(gè)不同的周期.(2)操作碼譯碼器 指令的操作碼部分指出本指令將執(zhí)行什么指令,如加法,采用不同的代碼表示.(3)操作控制信號(hào)的產(chǎn)生 以加法指令為例,加法指令的完成是由4個(gè)機(jī)器周期cy1,cy2,cy3,cy4組成,分別是取指,計(jì)算地址,取數(shù),計(jì)算4個(gè)機(jī)器周期.將所有的機(jī)器周期的操作控制信號(hào)的邏輯表達(dá)式全部寫出來,就會(huì)得到各個(gè)操作控制信號(hào)的所有表達(dá)式,再將這些表達(dá)式安每個(gè)操作控制信號(hào)組合起來,就得到某個(gè)操作控制信號(hào)的表達(dá)式.取指周期需要產(chǎn)生的操作控制信號(hào)如下: PC→AB=cy1 。PC＋1.②計(jì)算地址周期計(jì)算數(shù)據(jù)地址,將計(jì)算得到的有效地址送地址寄存器AR. 控制器發(fā)出的控制信號(hào):rsl→GR,(rsl)→ALU,disp→ALU(將rsl的內(nèi)容與disp送ALU)。訪問一次存儲(chǔ)器。或者某些外來請(qǐng)求,諸如磁盤上的成批數(shù)據(jù)需送存儲(chǔ)器或程序員從鍵盤送入命令等,此時(shí)由這些部件或設(shè)備發(fā)出: (1)“中斷請(qǐng)求”信號(hào).(2)DMA請(qǐng)求信號(hào).2．控制器的組成根據(jù)對(duì)控制器功能分析,得出控制器的基本組成如下:1)．程序計(jì)數(shù)器(PC)。采用 組合邏輯 實(shí)現(xiàn)控制器7)一般用高級(jí)語言編程,特別重視編譯優(yōu)化,以減少程序執(zhí)行時(shí)間.采用 優(yōu)化 的 編譯 程序(3)RISC的發(fā)展 1983年,一些中小型公司開始推出RISC產(chǎn)品,由于其高性能價(jià)格比,。指令 長度固定、指令格式種類少、尋址方式少 3)只有取數(shù)/存數(shù)指令(load/store)訪問內(nèi)存。若壓入兩個(gè)字節(jié),則減2,以此類推),然后把數(shù)據(jù)送人SP所指定的單元。(2)15條二地址指令的操作碼由8位操作碼從11110000～11111110給出,剩下一個(gè)碼點(diǎn)11111111用于把操作碼擴(kuò)展到A2,即從8位擴(kuò)展到12位。目前,動(dòng)態(tài)RAM的應(yīng)用比靜態(tài)RAM要廣泛的多：① 同樣大小的芯片中,動(dòng)態(tài)的RAM的集成度遠(yuǎn)高于靜態(tài)RAM,DRAM的基本單元電路為一個(gè)MOS管,SRAM的基本單元電路可為4~6個(gè)MOS管② DRAM行、列按先后順序輸送,減少了芯片引腳,封裝尺寸也減少③ DRAM的功耗比SRAM?、?DRAM的價(jià)格比SRAM的價(jià)格便宜DRAM也有缺點(diǎn)① 由于使用動(dòng)態(tài)元件(電容),因此它的速度比SRAM低② DRAM需再生,需配置再生電路,對(duì)比項(xiàng)目SRAMDRAM儲(chǔ)存信息觸發(fā)器電容破壞性讀出非是需要刷新非是行列地址同時(shí)送分兩次運(yùn)行速度快慢集成度低高發(fā)熱量大小存儲(chǔ)成本高低 (二) 存儲(chǔ)器的層次化結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器有3個(gè)重要的指標(biāo):速度,容量和每位價(jià)格,一般來說,速度越快,位價(jià)越高。2126當(dāng)余數(shù)為負(fù)時(shí),商上0,求下一位商的辦法,余數(shù)左移一位,再加上除數(shù).2定點(diǎn)補(bǔ)碼一位除法(加減交替法)1〉如果被除數(shù)與除數(shù)同號(hào),用被除數(shù)減去除數(shù)。Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)(－Y0 + 0. Y1 Y2… Yn )3布斯法“布斯公式”: 在乘數(shù)Yn后添加Yn+1=+1 ,Yn相鄰兩位的三種情況,其運(yùn)算規(guī)則如下:(1) Yn+1 ,Yn =0( Yn+1 Yn =00或11),部分積加0,右移1位。(1) 加法 整數(shù) [A]補(bǔ) + [B]補(bǔ)= [A+B]補(bǔ)(mod 2n+1)小數(shù) [A]補(bǔ) + [B]補(bǔ)= [A+B]補(bǔ)(mod 2)(2) 減法 整數(shù) [A]補(bǔ) [B]補(bǔ)= [A+(B)]補(bǔ)=[A]補(bǔ) + [B]補(bǔ)(mod 2n+1)小數(shù) [A]補(bǔ) [B]補(bǔ)= [A+(B)]補(bǔ)=[A]補(bǔ) + [B]補(bǔ)(mod 2)無需符號(hào)判定,連同符號(hào)位一起相加,符號(hào)位產(chǎn)生的進(jìn)位自然丟掉4)定點(diǎn)數(shù)的乘/除運(yùn)算(1)一位乘法1原碼定點(diǎn)一位乘法 兩個(gè)原碼數(shù)相乘,其乘積的符號(hào)為相乘兩數(shù)的異或值,數(shù)值兩數(shù)絕對(duì)值之積.設(shè) [X]原=X0 X1 X2 …Xn [Y]原=Y0 Y1 Y2 …Yn [X右移,絕對(duì)值縮小.算術(shù)移位規(guī)則符號(hào)位不變碼制添補(bǔ)代碼正數(shù)0負(fù)數(shù)原0補(bǔ)右移添0左移添1反1算術(shù)移位和邏輯移位的區(qū)別:算術(shù)移位:帶符號(hào)數(shù)移位。G(x)因此,所得CRC碼可被G(x)表示的數(shù)碼除盡.將收到的CRC碼用約定的生成多項(xiàng)式G(x)去除,如果無錯(cuò),余數(shù)應(yīng)為0,有某一位出錯(cuò),余數(shù)不為0. (二) 定點(diǎn)數(shù)的表示和運(yùn)算1. 定點(diǎn)數(shù)的表示1)無符號(hào)數(shù)的表示 無符號(hào)數(shù)就是指正整數(shù),機(jī)器字長的全部位數(shù)均用來表示數(shù)值的大小,相當(dāng)于數(shù)的絕對(duì)值. 對(duì)于字長為n+1位的無符號(hào)數(shù)的表示范圍為: 012)帶符號(hào)數(shù)的表示 (真值范圍n1n) ,一般規(guī)定二進(jìn)制的最高位為符號(hào)位,最高位為“0”表示該數(shù)為正,為“1”. 根據(jù)符號(hào)位和數(shù)值位的編碼方法不同,機(jī)器數(shù)分為原碼,補(bǔ)碼和反碼.(1)原碼表示法機(jī)器數(shù)的最高位為符號(hào)位,0表示正數(shù),1表示負(fù)數(shù),數(shù)值跟隨其后,. 原碼的定義:(2)補(bǔ)碼表示法機(jī)器數(shù)的最高位為符號(hào)位,0表示正數(shù),1表示負(fù)數(shù),其定義如下:(3)反碼表示法 機(jī)器數(shù)的最高位為符號(hào),0表示正數(shù),:原碼補(bǔ)碼反碼整數(shù) (mod ) (mod())小數(shù) (mod 2) (mod(2))0=====負(fù)數(shù)原碼求反+1負(fù)數(shù)每位求反移碼 移碼表示中零也是唯一的乘法運(yùn)算可用移碼和加法來實(shí)現(xiàn),兩個(gè)n位數(shù)相乘,總共要進(jìn)行n次加法運(yùn)算和n次移位運(yùn)算三種機(jī)器數(shù)的特點(diǎn)可以歸納為： 如相加之和大于或等于(1010)2,或者產(chǎn)生進(jìn)位,要進(jìn)行加6修正,如果有進(jìn)位,要向高位進(jìn)位.4. 字符與字符串在計(jì)算機(jī)中要對(duì)字符進(jìn)行識(shí)別和處理,必須通過編碼的方法,常見的編碼有ASCII碼,EBCDIC碼等.1)ASCII碼(American Standard Code for Information Interchange 美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼)ASCII碼用7位二進(jìn)制表示一個(gè)字符,總共128個(gè)字符元素,包括10個(gè)十進(jìn)制數(shù)字(09),52個(gè)英文字母(AZ和az),34專用符號(hào)和32控制符號(hào).2)EBCDIC碼為Extended Binary Coded Decimal Interchange Code的簡(jiǎn)稱,它采用8位來表示一個(gè)字符.3)字符串的存放向量存儲(chǔ)法:字符串存儲(chǔ)時(shí),字符串中的所有元素在物理上是鄰接的.串表存儲(chǔ)法:字符串的每個(gè)字符代碼后面設(shè)置一個(gè)鏈接字,用于指出下一個(gè)字符的存儲(chǔ)單元的地址.5. 校驗(yàn)碼Check Digit,是加進(jìn)一些冗余碼,使合法數(shù)據(jù)編碼出現(xiàn)某些錯(cuò)誤時(shí),就成為非法編碼. 這樣,可以提高發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的能力,或達(dá)到自動(dòng)改正錯(cuò)誤的目的. 碼距:碼距根據(jù)任意兩個(gè)合法碼之間至少有幾個(gè)二進(jìn)制位不相同而確定的,僅有一位不同,稱其碼距為1.1)奇偶校驗(yàn)碼(Parity Bit)WIKI (開銷最小,能發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)代碼中一位出錯(cuò)情況的編碼,常用于存儲(chǔ)器讀寫檢查或ASCII字符或其它類型的信息傳輸?shù)臋z查)P216它的實(shí)現(xiàn)原理,即由1變成0,原編碼n位,形成新的編碼為n+1 : 奇校驗(yàn):增加位的0或1要保證整個(gè)編碼中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè). 偶校驗(yàn):增加位的0或1要保證整個(gè)編碼中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)個(gè). 2)海明校驗(yàn)碼(Hamming Code)P100實(shí)現(xiàn)原理,在數(shù)據(jù)中加入幾個(gè)校驗(yàn)位,這不但可以發(fā)現(xiàn)出錯(cuò),還能指出是哪一位出錯(cuò),為自動(dòng)糾錯(cuò)提供了依據(jù). 假設(shè)校驗(yàn)位的個(gè)數(shù)為r,則它能表示2r個(gè)信息,用其中的一個(gè)信息指出“沒有錯(cuò)誤”,因此只有k=2r1r個(gè)信息能用于糾正被傳送數(shù)據(jù)的位數(shù),也就是說要滿足關(guān)系:2rk+r+1 3)CRC校驗(yàn)碼(Cyclic Redundancy Check 循環(huán)冗余校驗(yàn))P144,以如何從位k+r信息碼判斷是否出錯(cuò). 將帶編碼的k位有效信息位組表達(dá)為多項(xiàng)式: 式Ci中為0或1.若將信息位左移r位,則可表示為多項(xiàng)式M(x).,以便拼接r位校驗(yàn)位. CRC碼是用多項(xiàng)式M(x).xr除以生成多項(xiàng)式G(x),G(x)必須是r+1位.設(shè)所得的余數(shù)表達(dá)式為R(x),商為Q(x).將余數(shù)拼接在信息位組左移r位空出的r位上,就構(gòu)成了CRC碼,這個(gè)碼的可用多項(xiàng)式表達(dá)為:M(x)控制器用來控制,指揮程序和數(shù)據(jù)的輸入,運(yùn)行以及處理運(yùn)行結(jié)果諾依曼(von Neumann)在研究EDVAC機(jī)時(shí)提出了“儲(chǔ)存程序”:①計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器,控制器,存儲(chǔ)器,輸入和輸出五部分組成②指令和數(shù)據(jù)以同等的地位存放于存儲(chǔ)器內(nèi),并可按地址尋訪③指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制數(shù)表示④指令由操作碼和地址碼組成,操作碼用來表示操作的性質(zhì),地址碼用來表示操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的位置⑤指令在存儲(chǔ)器內(nèi)按順序存放⑥機(jī)器以運(yùn)算器為中心,輸入輸出設(shè)備與存儲(chǔ)器間的數(shù)據(jù)傳送通過運(yùn)算器完成圖中各部件的功能輸入設(shè)備用來將人們熟悉的信息轉(zhuǎn)換為機(jī)器識(shí)別的信息xr+R(x)=[Q(x)“.”(對(duì)于小數(shù))或“,”(對(duì)于整數(shù))隔開邏輯移位:無符號(hào)數(shù)移位。Y]原=[X]原(2) Yn+1 ,Yn =1( Yn+1 Yn =10) ,部分積加[X]補(bǔ),右移1位。若兩數(shù)異號(hào),否則,商上0,該商為結(jié)果的符號(hào)位.2〉,將除數(shù)左移一位后減去除數(shù)。() 為非規(guī)格化數(shù)符號(hào)位1到254之間(1)S容量越大,位價(jià)越低,容量大,:存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在緩存主存輔存這兩個(gè)存儲(chǔ)層次上,如下圖所示:緩存主存層次主要解決CPU和主存速度不匹配的問題 主存輔存層次主要解決存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量問題從CPU角度來看緩存主存層次的速度接近于緩存,高于主存；其容量和價(jià)位卻接近于主存,這就從速度和成本的矛盾中獲得了理想的解決辦法.主存輔存層次從整體分析,其速度接近于主存,容量接近于輔存,平均價(jià)位也接近于低速的、廉價(jià)的存儲(chǔ)價(jià)位,這又解決了速度、容量、成本這三者之間的矛盾.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)幾乎都具有這兩個(gè)存儲(chǔ)層次,構(gòu)成了緩存、主存、輔存三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng). (三) 半導(dǎo)體隨機(jī)存取存儲(chǔ)器1. SRAM存儲(chǔ)器的工作原理,即一個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)一位信息0或1.靜態(tài)存儲(chǔ)單元保存的信息比較穩(wěn)定,信息為非破壞性讀出,故不需要重寫或者刷新操作。(3)15條一地址指令的操作碼由12位操作碼從111111110000～111111111110給出,剩下的一個(gè)碼點(diǎn)111111111111用于把操作碼擴(kuò)展到A3,即從12位擴(kuò)展到16位。當(dāng)執(zhí)行彈出操作時(shí),首先把sp所指定的單元(即棧頂)的數(shù)據(jù)取出,然后根據(jù)數(shù)據(jù)的大小(即所占的字節(jié)數(shù))對(duì)SP增量.設(shè)計(jì)指令格式應(yīng)考慮的各種因素指令系統(tǒng)集中反映了機(jī)器的性能,又是程序員編程的依據(jù),高檔機(jī)必須能兼容低檔機(jī)的程序運(yùn)行,稱之為“向上兼容”.,在確定指令系統(tǒng)時(shí),必須從以下幾個(gè)方面綜合考慮.① 操作類型：包括指令數(shù)及操作的難易程度② 數(shù)據(jù)類型：確定哪些數(shù)據(jù)類型可以參加操作③ 指令格式：包括指令字長、操作碼位數(shù)、地址碼位數(shù)、地址個(gè)數(shù)、尋址方式類型、以及指令字長和操作碼位數(shù)是否可變等.④ 尋址方式：包括指令和操作數(shù)具體有哪些尋址方式.⑤ 寄存器個(gè)數(shù)：寄存器的多少直接影響指令的執(zhí)行時(shí)間.尋址方式詳情指令尋址順序?qū)ぶ讽樞驅(qū)ぶ房赏ㄟ^程序計(jì)數(shù)器PC加1自動(dòng)形成下一條指令的地址跳躍尋址跳躍尋址則通過轉(zhuǎn)移類指令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)尋址操作數(shù)本身設(shè)在指令字內(nèi),即形式地址A不是操作數(shù)地址而是操作數(shù)本身l 指令執(zhí)行階段不訪存l A的位數(shù)限制了這類指令所能表述的立即數(shù)的范圍指令中的形式地址A就是操作數(shù)的真實(shí)地址EA,即EA=A l 執(zhí)行階段訪問一次存儲(chǔ)器l 缺點(diǎn)在于A的位數(shù)限制了操作數(shù)的尋址范圍而且必須修改A的值才能修改操作數(shù)的地址指令字中不明顯給出操作數(shù)的地址,其操作數(shù)的地址隱含在操作碼或某個(gè)寄存器中l(wèi) 由于隱含尋址在指令字中少了一個(gè)地址,因此,這種尋址方式的指令有利于縮短指令字長倘若指令字中的形式地址不直接指出操作數(shù)的地址,而是指出操作數(shù)有效地址所在的存儲(chǔ)單元的地址,也就是說,有效地址是由形式地址間接提供的,即為間接地址,即EA=(A)優(yōu)點(diǎn)1. 與直接尋址相比,擴(kuò)大了操作數(shù)的尋址范圍,因?yàn)锳的位數(shù)通常小于指令字長,而存儲(chǔ)字長可與指令字長相等2. 它便于編制程序缺點(diǎn)l 指令的執(zhí)行階段需要訪存兩次(一次間接尋址)或多次(多次間接尋址),致使指令執(zhí)行時(shí)間延長在