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1、计算机组成原理第一章DOC 计算机组成原理第一章三、计算机的发展 1、19461958年 电子管时代 2、19581964年 晶体管时代 3、19651972年 集成电路时代 4、19711986年 微型机时代 5、1986年以后 巨大规模集成电路时代 结构： 运算器 控制器 存储器 输入设备 输出设备输入设备:将用户输入的原始数据和程序变为计算 机能识别的二进制存入到内存中。输出设备：将内存的数据和程序的处理结果转变 成人们能接受的形式输出。主频/时钟周期：f= 1/TCPU执行时间：表示CPU执行一段程序所占用的CPU时间 CPU执行时间=CPU时钟周期数CPU时钟周期CPI：每条指令周期

2、数，即执行一条指令所需要的平均时钟 周期数。 CPI=执行某段程序所需要的CPU时钟周期数 程序所包含的指令条数MIPS：每秒百万指令数，即单位时间内执行的指令数 MISP=指令数（程序执行时间106)MFLOPS:每秒百万次浮点操作次数1、微机A，B采用不同频率的CPU芯片，片内逻辑电路完全相同，若A机的CPU主频为8MHZ，B机的为12MHZ（1）A机的CPU时钟周期数为多少？（2）若A机的平均指令执行速度为0.4MIPS,那么A机的平均 指令周期为多少?（3）B机的CPU时钟周期数为多少？解：（1）A机的CPU周期=18MHZ=0.125s（2）A机的平均指令周期=10.4MIPS=2.

3、5s（3）B机的CPU周期=112MHZ=1/12s1、用于科学计算的计算机中，标志系统性能的主要参数是( D )。 A、主频 B、主存容量 C、MIPS D、MFLOPS2、对计算机的软件资源和硬件资源进行管理是由(C )完成的。 A、用户程序 B、语言处理程序 C、操作系统 D、数据库管理程序3、通常划分计算机发展时代的标准是（ A ）。 A、电子器件 B、运算速度C、计算机结构 D、所用语言4、计算机的硬件能直接识别的语言是（ C )。 A、自然语言 B、高级语言 C、机器语言 D、汇编语言5、完整的计算机系统应该包括（ D )。 A、运算器 存储器 控制器 B、外部设备和主机 C、主机

4、和应用程序 D、配套的硬件设备和软件系统证明: 2.1 数据与文字的表示方法-数据格式数据格式 1.定点数：(小数点的位置固定) 纯小数： x0.x1x2x3xn 纯整数： x0x1x2xn.正： x0=0, 0x2n-1 掌握:字长为n的定点数的表示范围负： x0=1, -( 2n-1)x02.浮点数： N=2e（M） 记阶表示法 Es E1 Em Ms M1Mn浮点数举例:设字长为8位，前3位为阶码，后5位为尾码 11.01 = 0.11012+10 = 11010002-101 0 10 0 1101-0.01101 = - 0.11012-01 = -11012-1011 01 1 1

5、101将3.25转换为二进制浮点数格式010 01101定点数与浮点数范围比较定点： n8时， 定点数所能表示的范围 0.00000010.1111111浮点： 1、阶码3位，尾数5位2-110.00012110.1111 1/1287.52、阶码4位，尾数4位：21110.00121110.111 1/10241123、阶码5位,尾数3位 211110.01211110.11 1/262144536870912 *由此可知在浮点数中：*阶码决定浮点数的范围；尾数决定浮点数的精度。 三、浮点数的规格化 根据范围和精度要求合理分配阶码和尾数，为了使尾数的有效数字不会丢失，要求尾数的最高位为非0数

6、码。 正数：0.1 负数：1.0 保证符号位与最高数值位相异(补码)例题1：写出x0.0001101B浮点数规格化形式，要求：阶码用为4位补码表示， 尾数用8位原码表示。 解： x0.11012-3=0.11010002-011 阶码：1 101 尾码：0 11010001 101 0 1101000例题2：写出x101.1101B的规格化表示形式,要求：阶码用4位补码表示，尾数 用8位原码表示。解： x1.101110123 阶码： 0 011 尾数： 1 10111010 011 1 1011101例题1：若浮点数x的754标准存储格式为(41360000)H，求其浮 点数的十进制数值。解

7、： 0100 0001 0011 0110 0000 0000 0000 0000e=阶码-127=1000001001111111=00000011=31.M=1.011 0110 0000 0000 0000 0000=1.011011X=(-1)s 1.M 2e=+(1.011011) 23=1011.011=11.375例题2：将数（20.59375）转换成754标准的32位浮点数的 二进制存储格式。解: 20.59375=10100.10011=1.01001001124 e=4S=0 E=4+127=131 =10000011 M=01001001132位格式位:0100 0001

8、 1010 0100 1100 0000 0000 0000 =(41A4C000H)一、定点加减运算1、补码加法 x补y补x+y补(1)x0,y0,则x+y0 x补y补x+y=x+y补 (mod 2)2) x0,y0或x+y0， 2+(x+y)2，进位2 丢失，又因为x+y0，所以 x补y补x+y=x+y补 (mod 2)若x+y0， 2+(x+y)2，又因为x+y0，所以 x补y补2+（x+y）=x+y补 (mod 2)（3）x0, 则x+y0或x+y0 (证明略)4）x0,y0, 则x+yNm，设tc为命中时cache的访问时间，tm为未命中时主存的访问时间，则cache/主存系统的平均

9、访问时间tatchtm（1h）设e为访问效率4、举例-1 CPU执行一段程序时,cache 完成存取的次数是1900次,主存完成存取的次数为100次,已知cache存取周期为50ns,主存存取周期为250ns,求cache/主存系统的效率和平均访问时间。4、举例-2 设有三个处理机，A,B,C，它们各有一个高速缓冲存储器CA,CB,CC，和主存MA,MB,MC。假定三个处理机，指令系统相同，指令执行时间和存储器的平均存取时间成正比，如执行程序时，取指令和数据在缓存中的概率p0.6，问： （1）三个处理机的速度由快到慢的顺序？ （2）若p0.75呢？若p0.95呢？ （3）p=?时，A和B的速度接近，p？时，B和C的速度接近。 CA CB Cc MA MB MC存储容量 8KB 8KB 8KB 2MB 2MB 2MB存储周期 60ns 80ns 100ns 1s 0.9S 0.8s解：1、 p0.6时 TA=0.660+0.41000=43