【教师招聘】计算机组成原理教案（数字媒体专业）(2)

两位乘法的规则，运算示例4.除法运算（1）笔算除法解析（2）原码除法恢复余数法：运算规则，运算示例加减交替法） ：运算规则，运算例子，硬件配置，控制流程（3）补除法补加减法运算规则运算例子控制流程四、浮点数运算1.浮点加减运算（ 1）求阶差，对阶（2）尾数求和，根据补码规则，定点小数加减法（3）左右刻度的归一化处理，注意顺序减1或加1的操作（4）四舍五入为0）round 1法，常数集1法（5）溢出判断溢出处理g、下溢处理（6）控制流程2.浮点乘除运算（1）指令码运算）执行加减运算、乘法指令的加法、除法指令的减法运算（2）@ >尾数运算按照定点小数运算规则进行乘除运算（3）归一化（4）舍入）（5）溢出判断（6）控制流程3.浮点运算的硬件配置五、算术逻辑单元1.ALU电路2.快速进位链（1）并行加法器）（2）串行进位链形成串行进位链，优缺点串行进位链的（3）并行进位链单组跳跃进位：逻辑转换，进位链电路，优缺点双组跳跃进位：每组的最高阶进位表达式，大组的进位链第7章指令系统介绍：机器指令组合离子，操作数类型和操作类型，寻址方式，指令格式设计。教学目标：了解教学格式；了解操作和操作数的类型；了解各种寻址模式；掌握指令格式设计的方法和步骤。

教学重点和难点：各种寻址方式、指令格式设计。教学媒体和教学方法：在多媒体教室中使用幻灯片教学；讲授与讨论相结合的教学；课堂练习。教学过程：一、机器指令 1、指令的一般格式（1）指令码操作码定长操作码不定长扩展操作码（2）地址码地址域个数的影响） 2.指令字长影响指令字长的因素；长指令字；不定长指令字。二、操作数类型和操作类型 1.操作数类型地址, 数字, 字符, 逻辑数据 2. 数据在内存中的存储方式 边界对齐和边界错位3 ． 操作类型(1）数据传输寄存器和寄存器, 寄存器和存储单元, 存储单元和存储单元(2） @>算术逻辑运算算术运算：加、减、乘、除、加1、减1，补逻辑运算：AND、OR、NOT、XOR、过程调用和返回、陷阱（5）输入和输出（ 6）其他三、寻址方式1 .指令寻址顺序寻址，跳转寻址 2.数据寻址（1）指令基本格式地址，有效地址计算，寻址特征位确定（2）各种寻址方式立即寻址直接寻址隐式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 2. 命令格式示例（1）几个典型模型的命令格式设计（2）命令格式设计实例教材P323~P326示例7.@ >4 举例7.@​​ >7五、RISC 技术 1. RISC 的产生与发展 2. RISC 的主要特点 3. RISC 与CISC 的比较 第八章 CPU 结构与功能介绍：CPU 结构，指令周期、指令流水线、中断系统。

教学目标：了解构成CPU的各个部件的功能；了解构成指令周期的各个部分以及每个周期的数据流向；了解指令流水线的实施、改进和影响因素；中断服务的过程。教学重点和难点：指令流水线的实现机制，改进的流水线技术。教学媒体及教学方法：在多媒体教室中使用幻灯片教学；讲授与讨论相结合的教学方法；课堂练习。教学过程：一、CPU的结构 1.CPU的功能（1）算术和逻辑运算的计算器功能（2）控制器功能，取指令分析指令执行指令控制输入2．CPU结构框图 3．CPU寄存器（1）用户可见寄存器，用户可见含义，通用寄存器，数据寄存器，地址寄存器，条件码寄存器（2）控制和状态寄存器（3）几个CPU）寄存器组织示例四、控制单元和中断系统二、指令周期1、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翻转-flops 2.数据流 取指周期 指令周期 数据流 数据流 数据流 数据流 中断周期 数据流 数据流 中断周期三、指令流水线 1. 原理指令流水线由串行工作改进g 模式到并行工作模式 流水线级别和指令分段之间的关系 2. 影响指令 流水线性能的因素（1）由于同一功能单元的不同指令争用而导致的结构相关影响。使用分类存储、预取指令等技术。（2）数据相关的指令重叠可能会改变对操作数的影响）会受到读写访问顺序的影响。采用后向法、定向技术等来解决。 （3）控制相关是转移指令引起的。提前判别，预取目标指令的两个方向，提速和提前形成都可以。条件码，提高转移方向的猜测率等等。3 . 流水线性能 吞吐率、加速比、效率 4. 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 5. 流水线结构指令 流水线结构 操作流水线 四、中断系统 1. 中断系统

概述（1）造成中断的各种因素 人为设置中断 程序性事故 硬件故障 I/O设备中断 确定哪个中断请求优先响应什么条件，什么时间，以什么方式响应中断, 如何保护场景, 如何实现传输, 如何恢复场景并返回中断响应, 如何处理新的中断请求 2. 中断请求标志和中断仲裁逻辑(1）Interrupt Request Marker中断标记触发（2）中断仲裁逻辑硬件排队软件排队3.中断服务程序入口地址搜索中断向量方法软件查询方法4.中断响应响应中断条件响应中断时间中断隐藏指令5.保护场景与恢复场景程序断点保护 CPU 内部寄存器内容保护 恢复场景和中断返回 6. Interr upt 屏蔽技术（1）多重中断的概念（2）多重中断的实现） 条件（3）屏蔽技术 屏蔽触发器和屏蔽字 屏蔽技术可以改变优先级 屏蔽技术的其他应用（4）多中断的断点保护断点可以存储在堆栈中，也可以存储在特定的内存中）在单元中。第9章控制单元的功能介绍：微操作命令，指令周期分析，控制单元的外部特性、多级顺序系统、控制方法。教学目标：了解微操作指令的含义和作用；了解指令循环各个阶段的微操作；了解控制单元的外部特性；了解多级顺序系统；了解控制单元的控制方法。教学重点与难点：指令周期的微操作。

教学媒体及教学方法：多媒体教室使用幻灯片教学；教学中采用讲授与讨论相结合的方式。示教过程：一、微操作命令解析 1.取指令周期 取指令周期中的几个操作：将当前指令的地址送入内存地址寄存器，将读指令送入主存，并且主存储器被激活用于读取操作。解码形成下一条指令的地址 2.中间地址循环的具体操作：指令的地址码部分送入内存地址寄存器，向主存发送读命令，主存读操作开始传输 MAR 指向的主存。 The content in the unit is read into the MDR through the data bus, and the effective address is sent to the address field of the instruction register 3. The micro-operations of the execution cycle of different instructions are different. (1）Non-memory access instruction example: clear accumulation Instructions CLA Accumulator Inversion Instruction COM Arithmetic Right Shift Instruction One Bit Instruction SHR Rotate Left One Bit Instruction CSL Stop Instruction STP (2） Memory Access Instruction Example: Addition Instruction ADDX Store Instruction STAX Fetch Instruction LDAX ( 3）Example of transfer instructions: unconditional transfer instruction JMPX conditional transfer instruction BANX4. The interrupt cycle is in the interrupt cycle, and the interrupt hidden instruction automatically completes the protection breakpoint, Find the address of the interrupt service routine and the operation of the hardware to turn off the interrupt. 二、The function of the control unit 1. External characteristics of the control unit (1） input signal clock command register mark control signal from the system bus (2） output signal CPU control signal sent to the system bus signal 2. Examples of control signals (1）@ > does not use the method of CPU internal bus (2） uses the method of CPU internal bus 3. Multi-level sequential system (1） machine cycle (2） clock cycle (3） Multi-level sequential system 4. Control mode (1）Synchronous control mode adopts fixed-length machine cycle, indeterminate length machine cycle adopts the combination of central control and local control (2）Asynchronous control mode (2） @3）Joint control mode (4）Manual control mode reset button continuous or single execution transfer switch conforms to shutdown switch Chapter 10 Control Unit Design Contents Introduction: Combination logic control unit block diagram, micro-operation rhythm arrangement, combination Logic design steps, micro-program design ideas, working principle of micro-program control, micro-instruction format.

Teaching objectives: understand the block diagram of the combinational logic control unit; understand the mechanism of micro-beat arrangement; understand the combinational logic design of the control unit understanding of micro-programming design ideas and principles; understanding of micro-instruction format. Teaching key points and difficulties: rhythm arrangement of micro-operations, micro-programming design ideas. Teaching media and teaching methods: use slides to teach in multimedia classrooms; The method of combining teaching and discussion. Teaching process: 一、Combination logic design 1. Combination logic control unit block diagram 2. Micro-operation rhythm arrangement Notes: The order of some micro-operations cannot be changed, and attention should be paid to The sequence of operations; all micro-operations with different objects to be controlled should be arranged in the same beat as much as possible; if some micro-operations do not take a long time, they should be arranged in one beat as much as possible. (1） take Refers to the rhythm arrangement of periodic micro-operations (2） refers to the rhythm arrangement of periodic micro-operations (3） executes the rhythm arrangement of periodic micro-operations) Interrupt cycle micro-operation beat arrangement (5） Micro-operation beat arrangement example 3. Combinatorial logic design steps (1） List the operation schedule of the micro-operation command (2） Write out the micro-operation The simplest logical expression of the command (3）Draw the logic diagram of the micro-operation command二、Microprogramming 1. The generation of microprogramming ideas (1）Wilkes’ point of view ( 2）The advantages of microprogramming 2. The block diagram and working principle of the microprogram control unit (1）The microprogram corresponding to the machine instruction (2）The basic block diagram of the microprogram control unit (3）@ >Working principle fetching stage Execution stage 3. Microinstruction format (1）Horizontal microinstruction (2）Vertical microinstruction (3）Comparison of two microinstruction formats 4.Microinstruction Design example (1）Write the micro-operation and rhythm arrangement corresponding to the machine instruction ( 2）Determine the microinstruction format (3）Write microinstruction code points