计算机导论课件.ppt

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1、第三章计算机体系结构本章要点：◆掌握数字逻辑与数字系统◆了解数据的机器表示◆了解存储系统组织结构◆了解输入输出系统◆了解计算机系统体系结构3.1数字逻辑与数字系统3.1.1基本逻辑关系及逻辑门1.“与”逻辑关系及“与”门:运算符号可以是“·”、“∧”、“∩”或“AND”。逻辑函数：F＝A·B“与”门的逻辑符号：2.“或”逻辑关系及“或”门：运算符号可以是“＋”、“∨”、“∪”或“OR”。逻辑函数：F＝A＋B“或”门的逻辑符号：3.“非”逻辑关系及“非”门逻辑函数：F＝“非”门的逻辑符号：4.“异或”逻辑关系及“异或”门逻辑函数：F＝“异或”门的逻辑符号：3.1数字逻辑与数字系统

2、3.1.2逻辑代数与逻辑函数逻辑变量与函数：逻辑函数由逻辑变量A、B、C、…和算子“·”、“＋”、“－”及括号、等号等构成的一个表达式。例如：F=A+BG=A·B基本逻辑运算：“与”运算、“或”运算、“非”运算。3.逻辑代数的定理及常用公式（1）公理系统公理1交换律对于任意逻辑变量A、B，有A＋B＝B＋AA·B＝B·A公理2结合律对于任意逻辑变量A、B、C，有（A＋B）＋C＝A＋（B＋C）（A·B）·C＝A·（B·C）公理3分配律对于任意逻辑变量A、B、C，有A＋（B·C）＝（A＋B）·（A＋C）A·（B＋C）＝A·B＋A·C公理40—1律对于任意逻辑变量A，有A＋0＝A　　A

3、·l＝AA＋1＝1　　　A·0＝0公理5互补律对于任意逻辑变量A，存在唯一的，使得（2）基本定理P66（3）逻辑代数的重要规则对偶规则如果将逻辑函数表达式F中所有的“·”变成“＋”，“＋”变成“·”“0”变成“1”，“1”变成“0”，而逻辑变量保持不变，则所得到的新逻辑表达式称为函数F的对偶式，记作F’。[例]3.1数字逻辑与数字系统反演规则如果将逻辑函数表达式F中所有的“·”变成“十”，“＋”变成“·”，“0”变成“1”，“1”变成“0”，原变量变成反变量，反变量变成原变量，则所得到的新函数表达式为原函数F的反函数。已知：根据规则得：代入规则代入规则是指任何一个含有变量A的逻

4、辑等式，如果将所有出现A的位置都代之以同一个逻辑函数F，则等式仍然成立。4.逻辑表达式的化简代数化简法运用逻辑代数的公理、定理和规则对逻辑函数进行化简。[例]==卡诺图化简法最小项之和3.2数据的机器表示3.2.1数据的机器级表示操作码：规定CPU执行什么操作；地址码：指出源操作数从哪里取，结果送往什么地方以及下一条指令从哪里取操作码　　　地址码3.2.2数据的汇编级表示介于机器语言和高级语言之间的计算机编程语言，是将机器语言符号化的一种语言。特点：汇编代码效率高，编程复杂，可移植性差。3.3存储系统组织结构3.3.1存储器与存储系统概述1.存储器的作用存储器存储程序信息和数据

5、信息。3.3存储系统组织结构2.存储器分类（1）按存储介质分：半导体存储器、磁存储器和光存储器（2）按工作方式分：随机存储器、只读存储器、顺序存储器、直接存取存储器（3）按信息的可保存性：易失性存储器、非易失性存储器（4）按作用：主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器3.3存储系统组织结构3.存储器的主要性能指标存储容量存储器中可以容纳的存储单元总数称为存储容量。2）存储周期处理机可以连续二次启动该存储器所需的最小时间间隔。3.3存储系统组织结构存储访问时间存储器收到有效地址到其输出端出现有效数据的时间间隔4）性价比性能与价格的比值是衡量存储器经济性能好坏的综合性指标。5）功耗存

6、储器耗电的多少，也相应地反映了发热的程度。6）可靠性在规定的时间内存储器正常工作的概率。3.3存储系统组织结构3.3.2存储系统组织结构1.二级结构：主存储器、辅助存储器2.三级结构：高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器(三级结构的存储器系统的运行原理，是建立在程序运行的局部性原理之上的。)3.程序运行局部性原理：（1）时间局部性原理:在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问。（2）空间局部性原理:最近被访问过的程序和数据往往集中在一小片存储区域中。（3）指令执行顺序的局部性原理:指令顺序执行比转移执行的可能性要大。注意：三级存储系统中，存储的信息必须满足信息一

7、致性原则和信息包含性原则。3.3存储系统组织结构3.3.3高速缓冲存储器Cache是一种存储空间较小而存取速度却很高的一种存储器。是一种放置在CPU和主存储器之间的存取速度快、而规模较小的存储器。3.3存储系统组织结构3.3.4虚拟存储器虚拟存储器用于“主存一辅存”层次，它能使计算机具有辅存的容量，接近于主存的速度。它使程序员能够在比主存大得多的空间编制程序，即按虚存空间编址。3.3存储系统组织结构3.3.4虚拟存储器主存－辅存层次与Cache－主存层次的比较：联系：主存-辅存层次与Cach