案例研究：教案-计算机组成原理(DOC)(2)

笔算乘法的优化迭代式的计算，将除法演变成移位和乘法实现。 原码一位乘运算规则，运算举例，硬件配置，控制流程 原码两位乘原码两位乘的预测，运算规则，运算举例，原码两位乘与原码一 补码一位乘补码一位乘运算规则计算：乘数为正的状况，乘数为负的情况， Booth 算法 运算规则 运算举例 硬件配置 控制流程 补码两位乘运算规则，运算举例 原码除法恢复余数法：运算规则，运算举例 加减交替法：运算规则，运算举例，硬件配置，控制流程 补码除法补码加减交替法运算规则 运算举例 控制步骤 四、浮点数运算 尾数求和按字节规则进行定点小数加减运算 规格化处理左规，右规，注意同时阶数的减 溢出判断上溢处理，下溢处理 阶码运算阶码进行加减运算，乘法阶码相加，除法阶码相减 尾数运算按定点小数运算规则进行除法运算 浮点运算的软件配置五、算术逻辑单元 ALU电路 串行进位链串行进位链的形成，串行进位链的优缺点 并行进位链单重分组跳跃进位：逻辑式转换，进位链电路，优缺点 双重分组跳跃进位：各小组的更高位进位表达式，大组进位链 第七章指令系统 内容简介: 机器指令构成，操作数类型与操作类型，寻址模式，指令格式设 教学目标：理解指令的格式； 了解操作的类别和操作数的种类； 理解各种寻址模式； 掌握指令格式设计的方式跟方法。

教学重点、难点： 各种寻址模式，指令格式设计。 教学媒体跟教学方法： 使用幻灯片在多媒体教室进行教学； 教学中引入讲授与探讨相结合的方式； 课堂练习。 教学过程： 一、机器指令 指令码操作码定长 操作码不定长 扩展操作码 地址码地址字段的数目对访存数量跟寻址范围的妨碍。 2.指令字长 影响指令字长的原因； 定长指令字； 不定长指令字。 二、操作数类型和操作类型 操作数类型地址，数字，字符，逻辑数据 数据在存储器中的储存形式边界指向与界限不瞄准 数据传送寄存器与寄存器，寄存器与传输单元，存储单元与内存单元 算术逻辑操作算术运算：加，减，乘，除，增1,减1,求补 逻辑运算：与，或，非，异或 位操作 移位算术移位，逻辑移位，循环移位 转移无条件转移，条件转移，跳转，过程调用与返回，陷阱 其他三、寻址模式 指令寻址顺序寻址，跳跃寻址 指令的基本格式方式地址，有效地址计算，寻址特征位的确认 各种寻址方法立即寻址 直接寻址 隐含寻址 间接寻址 寄存器寻址 寄存器间接寻址 基址寻址 变址寻址 相对寻址 堆栈寻址 四、指令格式举例 设计指令格式要考量的各类原因操作种类 数据类别 指令格式 寻址方式 寄存器个数 2.指令格式举例 指令格式设计例子教材P323~P326 的例7.4 至例7.7 五、RISC技术 RISC的形成跟发展 RISC的主要特点 RISC与CISC 的非常 第八章 CPU的结构跟功能 内容简介： CPU的结构，指令周期，指令流水，中断系统。

教学目标： 理解组成CPU 的各个构成个别的作用； 了解构成指令周期的各部份及各个周期的数据流； 理解指令流水实现、 改进及妨碍指令流水因素； 掌握中断服务的步骤。 教学重点、难点： 指令流水的推动模式，改进的流水线技术。 教学媒体跟教学方法： 使用幻灯片在多媒体教室进行教学； 教学中引入讲授与探讨相结合的方式； 课堂练习。 教学过程： 一、CPU 的结构 CPU的功用 运算器功能进行算术和逻辑运算 控制器功能取指令 分析指令 执行指令 控制输入和输出 用户可见寄存器用户可见的含义 通用寄存器 数据寄存器 地址寄存器 条件码解释器 指令周期的基本概念构成指令周期的四个子周期 四个控制子周期的触发器 指令周期的数据流取指周期的数据流 间址周期的数据流 中断周期的数据流 指令流水的原理由串行工作方式向并行工作方式的优化 流水线级别与指令分段的关系 结构相关由于不同指令争用同一功能组件而形成的制约。 米用分类存储、预取指令技术等。 数据相关指令重叠可能改变对操作数的读写访问顺序而导致影响。 采取后推法、定向技术等解决。 控制相关由转移指令造成的。 可选用尽早判别、预取两个方向目标指令、加快和提前形成条件 流水线性能吞吐率，加速比，效率 流水线中的多发技术超标量技术 超流水线技术 超长指令字技术 流水线结构指令流水线结构 运算流水线 四、中断系统 引起中断的各类原因人为设定的中止 程序性事故 硬件故障 I/O设备中断 外部事件 中断系统需解决的难题如何强调中断请求 如何确认优先响应哪个中断请求 什么条件、什么时间、以何种形式响应中断 如何保护现场 如何推动转移 如何修复现场和返回 中断响应如何处置新的中止请求 中断请求标记中断标记触发器 中断判优逻辑硬件排队 软件排队 中断服务程序入口地址的寻找中断向量法 软件查询法 中断响应响应中断的条件 响应中断的时间 中断隐指令 保护现场与修复现场程序断点的保护 CPU外部寄存器内容的保护 恢复现场与中止返回 屏蔽技术屏蔽触发器与屏蔽字 屏蔽技术可以改变优先等级 屏蔽技术的其它应用 多重中断的断点保护断点可以储存在堆栈中或特定的储存单元中 多级时序系 MDR 第九章控制单元的功能 内容简介： 微操作命令，指令周期的预测，控制单元的外特性, 控制方法。

教学目标： 理解微操作命令的涵义及用途； 了解指令周期的各个阶段的微操作； 了解控制单元的外特性； 了解多级时序系统； 了解控制单元的控制方法。 教学重点、难点： 指令周期的微操作。 教学媒体跟教学方法： 使用幻灯片在多媒体教室进行教学； 教学中引入讲授与探讨相结合的方式。 教学过程： 一、微操作命令的预测 取指周期取指周期的几个操作： 现行指令地址送到存储器地址寄存器 向硬碟发送读命令，启动主存作读操作 将MAR所指的主存单元中的内容经数据总线读到 MDR 将MDR的内容送到IR指令的操作码送到CU 译码 形成下一条指令的地址 间址周期间址周期的详细操作： 将指令的地址码部分送到存储器地址寄存器 向硬碟发送读命令，启动主存读操作 将MAR所指的主存单元中的内容经数据总线读到 将有效地址送到指令寄存器的地址字段 执行周期不同指令执行周期的微操作是不同的。 非访存指令举例： 清除累加器指令CLA 累加器取反指令COM 算术右移指令一位指令SHR 循环左移一位指令CSL 停机指令STP 访存指令举例： 加法指令ADD 寻找中断服务程存数指令STA 转移类指令举例： 无条件转移指令JMP 中断周期在中止周期，由中断隐指令自动完成保护断点、 地址及硬件关中断的操作。

二、控制单元的功能 输入讯号时钟 指令寄存器 标志 来自系统总线的控制信号 输出讯号CPU内的控制信号 送到平台总线的信号 不采取CPU外部总线的方法 同步控制模式引入定长的机器周期 采用不定长的机器周期 采用中央控制和局部控制相结合的方法 人工控制模式复位键 连续或单条执行转换开关 符合停机开关 第十章控制单元的设计 内容简介： 组合逻辑控制单元框图，微操作的节拍安排，组合逻辑设计方法, 序设计思想，微程序控制工作原理，微指令格式。教学目标： 理解组合逻辑控制单元的框图； 理解微节拍安排的体系； 了解控制单元组合逻辑设计的流程； 理解微程序设计观念跟原理； 了解微指令格式。 教学重点、难点： 微操作的节拍安排，微程序设计观念。 教学媒体跟教学方法： 使用幻灯片在多媒体教室进行教学； 教学中引入讲授与探讨相结合的方式。 教学过程： 一、组合逻辑设计 微操作的节拍安排注意的疑问： 有些微操作的次序是不容改变的，要留意微操作的先后顺序； 凡是被 控制对象不同的微操作，尽可能安排在同一个节拍内； 如果有些微操作所占的时间不长，尽可能安排在一个节拍内完 执行周期微操作的节拍安排非访存指令 访存指令 转移类指令 画出微操作命令的逻辑图二、微程序设计 工作原理取指阶段 执行阶段