计算机组成原理-25年春

李潇雯、聂铖

目录

  • 1 第1章 系统概述——精诚团结显神威
    • 1.1 微课视频
      • 1.1.1 视频1.1 计算机系统组成
      • 1.1.2 视频1.2 五大部件
      • 1.1.3 视频1.3技术指标
    • 1.2 预习与测验
    • 1.3 课件与教学活动
    • 1.4 作业与真题
    • 1.5 拓展阅读
    • 1.6 思政入心
    • 1.7 计算机之美
    • 1.8 第1章 总结复习
  • 2 第2章 发展与应用——日新月异包万象
    • 2.1 微课视频-发展与应用
    • 2.2 预习与测验
    • 2.3 课件与教学活动
    • 2.4 作业与真题
    • 2.5 拓展阅读
    • 2.6 第2章 总结复习
  • 3 第3章 总线——协调高效共享线
    • 3.1 微课视频
      • 3.1.1 视频3.1 基本概念与分类
      • 3.1.2 视频3.2 性能与结构
      • 3.1.3 视频3.3 总线控制
    • 3.2 预习与测验
      • 3.2.1 预习测验3.1-3.3
      • 3.2.2 预习测验3.4-3.5
    • 3.3 (一)总线概念与分类
      • 3.3.1 课件与教学活动(一)
      • 3.3.2 作业与真题(一)
      • 3.3.3 拓展阅读(一)
    • 3.4 (二)总线性能与结构
      • 3.4.1 课件与教学活动(二)
      • 3.4.2 作业与真题(二)
      • 3.4.3 拓展阅读(二)
    • 3.5 (三)总线控制
      • 3.5.1 课件与教学活动(三)
      • 3.5.2 作业与真题(三)
      • 3.5.3 拓展阅读(三)
    • 3.6 第3章 总结复习
  • 4 第4章 存储器——大度能容细分层
    • 4.1 微课视频
      • 4.1.1 视频4.1-存储器概述
      • 4.1.2 视频4.2-主存
      • 4.1.3 视频4.3-Cache
      • 4.1.4 视频4.4-辅存
    • 4.2 预习与测验
      • 4.2.1 概述
      • 4.2.2 主存
      • 4.2.3 Cache
      • 4.2.4 辅助存储器
    • 4.3 (一)存储器概述
      • 4.3.1 课件与活动(一)
      • 4.3.2 作业与真题(一)
      • 4.3.3 拓展阅读(一)
    • 4.4 (二)主存储器
      • 4.4.1 课件与活动(二)
      • 4.4.2 作业与真题(二)
      • 4.4.3 拓展阅读(二)
    • 4.5 (三)Cache
      • 4.5.1 课件与教学活动(三)
      • 4.5.2 作业与真题(三)
      • 4.5.3 拓展阅读(三)
    • 4.6 (四)辅助存储器
      • 4.6.1 课件与教学活动(四)
      • 4.6.2 作业与真题(四)
      • 4.6.3 拓展阅读(四)
    • 4.7 第4章 总结复习
  • 5 第5章 人机交互显神通——输入输出系统
    • 5.1 微课视频
      • 5.1.1 视频5.1 I/O设备
      • 5.1.2 视频5.2 I/O接口
      • 5.1.3 视频5.3 查询方式
      • 5.1.4 视频5.4 中断方式
      • 5.1.5 视频5.5 DMA方式
    • 5.2 预习与测验
      • 5.2.1 预习测验1-3
      • 5.2.2 预习测验4-6
    • 5.3 课件与教学活动
      • 5.3.1 课件-设备与接口
      • 5.3.2 课件-控制方式
      • 5.3.3 分组任务-探究/O设备
    • 5.4 作业与真题
    • 5.5 扩展阅读
      • 5.5.1 拓展阅读(一)I/O设备与接口
      • 5.5.2 拓展阅读(二)
    • 5.6 第5章 总结复习
  • 6 第6章 运算器-01世界巧计算
    • 6.1 微课视频
      • 6.1.1 视频6.1 无符号数和有符号数
      • 6.1.2 视频6.2 数的定点表示和浮点表示
      • 6.1.3 视频6.3 定点运算
    • 6.2 预习与测验
    • 6.3 课件与教学活动
    • 6.4 作业与真题
    • 6.5 拓展阅读
    • 6.6 第6章 总结复习
  • 7 第7章 指令系统-令行禁止有章法
    • 7.1 微课视频
      • 7.1.1 视频7.1 指令的一般格式
      • 7.1.2 视频7.2 操作数类型和操作类型
      • 7.1.3 视频7.3 寻址方式
      • 7.1.4 视频7.4 指令格式举例和RISC技术
    • 7.2 预习与测验
    • 7.3 课件与教学活动
    • 7.4 作业与真题
    • 7.5 拓展阅读
      • 7.5.1 机器指令
      • 7.5.2 操作数类型和操作类型
      • 7.5.3 寻址方式
      • 7.5.4 指令格式举例
      • 7.5.5 RISC技术
    • 7.6 第7章 总结复习
  • 8 第8章 CPU-精思巧控主心骨
    • 8.1 微课视频
      • 8.1.1 CPU的结构
      • 8.1.2 指令周期
    • 8.2 预习与测验
    • 8.3 课件与教学活动
    • 8.4 作业与真题
    • 8.5 拓展阅读
      • 8.5.1 CPU的结构
      • 8.5.2 指令周期
      • 8.5.3 指令流水
    • 8.6 第8章 总结复习
  • 9 第9+10章控制器-运筹帷幄巧调度
    • 9.1 预习与测验
    • 9.2 微课视频
    • 9.3 课件与教学活动
      • 9.3.1 控制器功能-课件
      • 9.3.2 控制器设计-课件
    • 9.4 作业与真题
    • 9.5 拓展阅读
      • 9.5.1 微操作命令的分析
      • 9.5.2 控制单元的功能
      • 9.5.3 组合逻辑设计
      • 9.5.4 微程序设计
    • 9.6 第9+10章 总结复习
      • 9.6.1 第9章 复习
      • 9.6.2 第10章 复习
  • 10 绝知此事要躬行——实验项目
    • 10.1 实验1_认识实验箱
      • 10.1.1 实验一-视频
      • 10.1.2 教学内容
      • 10.1.3 实验1测验
    • 10.2 实验2_运算器实验
      • 10.2.1 74181介绍
      • 10.2.2 74LS系列芯片介绍
      • 10.2.3 实验要求
    • 10.3 实验3_存储器实验
      • 10.3.1 实验内容
      • 10.3.2 实验电路图
    • 10.4 实验4_数据通道
  • 11 信创耀中华——国产计算机
    • 11.1 学生讲解
  • 12 课程知识测一测——学生命题
    • 12.1 综合复习
  • 13 我知你不知——学生展示
    • 13.1 知识点讲解
    • 13.2 实验报告
  • 14 拓展学习
    • 14.1 推荐视频
    • 14.2 推荐书籍
    • 14.3 学术论文
  • 15 组成原理-课程结项资料
    • 15.1 校级精品课程申报书
    • 15.2 申报支撑材料
    • 15.3 10分钟说课视频
    • 15.4 40分钟课堂实录
  • 16 课程介绍
    • 16.1 一流课程申报书
    • 16.2 40分钟课堂实录视频
    • 16.3 教学样例
    • 16.4 最近一学期课程教案
    • 16.5 其他支撑材料
(三)总线控制

总线的三种判优控制方式:串行链接、定时查寻和独立请求。


1.串行链接方式


在串行链接方式下,总线使用权的分配通过三根控制线来实现:总线可用总线请求总线忙信号线

所有的功能部件经过一条公共的总线请求信号线向总线控制器发出要求使用总线的请求

控制器收到总线申请后,先检查总线忙信号线,只有当总线处于空闲状态时,总线请求才能被总线控制器响应

此时,送出总线可用的回答信号,该信号串行地通过每个部件。

未发出总线请求的部件在接收到总线可用信号时将其传送给下一个功能部件;(没请求的人不搭理可用信号)

发出请求的部件在收到总线可用信号后就停止传送该信号,并开始建立总线忙信号,并去除总线请求信号,开始总线操作。

在数据传送期间,总线忙信号维持总线可用信号的建立。

完成数据传送后,部件除去总线忙信号,总线可用信号也随之去除。

此后若有总线请求,则再次开始总线分配过程。

        可见,这种方式使使用总线的优先次序完全由总线可用线所接部件的物理位置来决定

离总线控制器越近的部件其获得总线使用权的优先级别越高,越远的部件优先级别越低。

串行链接方式的主要优点

总线裁决算法很简单,用于控制总线分配的线数很少,而且与挂接在总线上的部件的数量无关,易于扩充设备。

缺点

但这种方式由于优先级是固定的,灵活性较差,不能由软件改变优先级

如果级别高的部件频繁使用总线时,优先级低的部件可能很久也得不到响应。

又由于总线可用信号串行地通过各个部件,这限制了总线分配的速度;

在总线可用信号传输的过程中,如果第I个部件发生故障,在其后的所有部件将主永远得不到总线的使用权

即对硬件的失效很敏感。

在总线上增加、去除或移动部件也要受总线长度的限制。


2.定时查询方式


采用查询方式的集中式总线控制方式

查询方式的原理是在总线控制器中设置一个查询计数器

由控制器轮流地对各部件进行测试,看其是否发出总线请求。

当总线控制器收到申请总线的信号后,计数器开始计数,如果申请部件编号与计数器输出一致,则计数器停止计数,

该部件可以获得总线使用权,并建立总线忙信号,然后开始总线操作。

使用完毕后,撤消总线忙信号,释放总线,若此时还有总线请求信号,控制器继续进行轮流查询,开始下一个总线分

配过程。


计数器的值可以每次从“0”开始计数,这时部件的优先级类似于串行链接方式;

如果计数器的值每次从上次的中止点开始计数,则是一种循环优先级,每个部件获得总线使用权的机会均相等;

计数器的值还可以通过程序的方法来改变,在每次总线分配前赋予计数器一个起始值

同样,部件号也可以由程序置定,这样部件的优先级有较灵活的改变


查询方式是用计数查询线代替了串行链接方式的总线可用信号线

这样不会因某一部件的故障而引起其他部件获得总线的使用权,故可靠性比较高。

但查询线的数目限制了总线上可挂接的部件数目,扩充性较差,而且控制较为复杂

总线的分配速度取决于计数信号的频率和部件数,速度仍然不会很高。


3.独立请求方式


每个部件都有各自的一对总线请求和总线允许线,各部件可以独立地向控制器发出总线请求

总线已被分配信号线是所有部件公用的

当部件要申请使用总线时,送总线请求信号到总线控制器

如果总线已被分配信号线还未建立,即总线空闲时,总线控制器按照某种算法对同时送来的请求进行裁决,

确定响应哪个部件发来的总线请求,然后返回这个部件相应的总线允许信号,

部件得到总线允许信号后,去除其请求,建立总线已被分配信号,这次的总线分配结束,

直至该部件传输完数据,撤消总线已被分配信号,经总线控制器去除总线准许信号,

可以接受新的申请信号,开始下一次的总线分配。


这种方式的总线分配速度快,各模块优先级的确定灵活,

既可以采用优先级固定法,也可通过程序改变优先次序,还可通过屏蔽禁止某个请求,

也能方便地不响应来自己知失效或可能失效的部件发出的请求,

但这是以增加总线控制器的复杂性和控制线的数目为代价的。


[练习题] 

总线控制机构为解决N个部件使用总线时优先次序的裁决,集中式定时查询,需另外增加控制线根数为( )。

A. 3                        B. 2N十1
C. 2十「
log2N」   D. N十2


参考答案:  C

 

[练习题] 

总线的控制方式分为(1)(2)

参考答案:(1)集中式控制 (2)分布式控制


[练习题] 

总线总裁算法有:静态优先级算法、(1)、动态优先级算法和先来先服务算法。

参考答案:(1)固定时间片算法

 

[练习题] 

总线控制方式有哪3种?各需要增加几根用于总线控制的控制线?总线控制优先级的灵活性如何?

参考答案:

总线控制方式有串行链接、定时查询和独立请求3种。

串行链接需增加3根控制线,优先级线连固定,无灵活性;

定时查询需增加2十「log2N」根控制线,优先级可用程序改变,灵活;

独立请求需增加2N+l根控制线,优先级可用程序改变,灵活。


链式查询bs+br+bg 3根   计数查询┌log2n┐+br+bs根          
Bus Request,总线请求线BR
Bus Grant ,总线响应线BG
Bus State ,总线状态线BS