2022年2022年计算机组成原理知识点整理- .pdf

一、计算机系统概述本章主要是一些计算机专业常识类的概念，非常基础， 也非常重要 （不仅仅针对考试） 。计算机系统；理解层次结构的计算机系统；硬件（只能理解机器语言） 、 第一级虚拟机 （汇编语言）、第二级虚拟机 （高级语言）；理解计算机是一个层次结构的系统，对于大家理解硬件与软件之间的关系，理解高级语言是怎样被计算机执行的，理解组成原理涉及的知识与操作系统、编译软件、高级语言编写的应用软件之间的关系，都很重要， 希望大家真的能够理解这种层次结构。冯.诺依曼机的特点、核心思想，对应的计算机系统的硬件框图，与现代计算机不同的地方。理解计算机硬件各部件的作用；衡量计算机性能的主要指标- 机器字长、主频、CPI 、MIPS、FLOPS等等二、系统总线什么是总线？总线的特点？总线的分类（按照连接对象分类：片内总线、系统总线、通信总线） ；系统总线的组成；数据线、控制线、地址线；数据线的根数有什么意义，地址线的根数有什么意义。总线的性能指标总线宽度、总线带宽、总线复用、时钟同/异步、控制方式；总线带宽（总线数据传输率）= 总线时钟频率 总线宽度 （结合课后练习）总线标准理解总线标准的意义，看看你知道主板上的几种标准总线，AGP、PCI、PCI Express、USB、SATA 、IDE、RS-232等等；理解多级总线结构的设计原则因为总线的共享特性，某一时间， 总线上只能有一个设备进行数据的发送，这样，速度不同的设备挂接在同一条总线上，速度快的设备因为等待使用总线，而丧失了效率，因此有了多总线结构。原则：速度相近的设备挂接在同一条总线上；速度越快的总线距离CPU越近。总线控制 -仲裁名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 为什么要进行总线控制？主设备、从设备，总线控制的几种仲裁方式的仲裁过程、特点、用于仲裁的连接线的数量。总线控制 -通信对存储器的读/写操作是一种基于系统总线同步通信，想想这个过程，看看时序图，理解什么是同步通信方式，它和异步通信的最大不同在哪里？三、存储器存储器的分类按存储介质、按照访问方式分类（RAM/ROM 各自的特点和分类） 、按在计算机中的作用分类计算机的层次结构（三级存储体系）程序局部性访问原理的思想、结构图、 Cache-主存层次和主存-辅存两个层次各自的作用。主存储器?主存储器的性能指标（存储容量、存储速度（存取周期和存取时间）、存储器带宽） ；?CPU与存储器的连接（存储器扩展）半导体芯片的管脚：地址线/数据线和容量之间的关系、片选信号的作用；字扩展 /位扩展 /字位同时扩展的实施过程：芯片的挑选、地址空间的划分、片选逻辑的设计，以及最后CPU与各芯片之间的连接图。?DRAM 的刷新问题（为什么要刷新？各种刷新方式及比较）；?提高访存速度的措施 多体交叉存储器（高位/低位多体交叉的地址在体间的分布、应用特点）高速缓冲存储器Cache ?程序访问的局部性原理?命中率 /缺失率（计算方法）?影响命中率的因素- Cache容量、 Cache 的块长?理解带有Cache的存储系统的读操作过程?Cache的三种映像机制主存地址和Cache地址的划分问题、命中率的计算方法。?Cache的替换方式名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - FIFO/LRU ，学过操作系统的同学都会，替换过程和页管理一样。辅助存储器?磁表面存储器（磁盘）的性能指标道密度、位密度、道容量、存储容量、平均访问时间、平均找道时间、平均等待时间四、输入输出系统外部设备的分类（常识）显示设备的指标（分辨率，灰度级，帧存储器的大小）IO 编址方式（端口地址空间与存储器存储空间关系）为什么要使用IO 接口？IO 接口的功能与内部寄存器结构IO 控制方式 程序查询方式?IO 查询程序的流程?查询方式的特点IO 控制方式 程序中断方式?IO 中断方式与IO 查询方式进行比较?中断服务程序的流程（单重中断/多重中断）?关于中断技术本身的相关知识点，放在CPU一章说明IO 控制方式 DMA 方式?什么是 DMA？?DMA 与 CPU分时使用主存（系统总线）的三种方法；比较死区问题?DMA 接口的组成与各部件的功能?DMA 传送过程及各阶段对CPU的占用情况?选择型 DMA 接口与多路型DMA 接口（在数据传输率的计算方面不同）?DMA 与中断技术的比较五、计算机的运算方法编码?定点编码求编码由十进制真值求原/反/补码；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 由补码求相反数的补码；补码与移码之间的转换关系；求表示范围一定长度的机器码，原/反、补 /移的表示范围；原、反、补、移码的零的表示；?浮点编码 概念什么是规格化？给定一个浮点数，判断是否为规格化；明确浮点数的精度和范围分别取决于尾数的长度和阶码的长度；求规格化的浮点表示形式给定十进制真值，指定阶码和尾数的编码方式，求规格化的浮点表示；求 IEEE754 标准格式的浮点表示；高级语言中的数据类型以及类型转换灵活考查定点和浮点编码知识的运用能力，结合高级语言中各种不同数据类型的长度，要求能够求出给定数据的机器表示。类型转换的主要方式有：长转短（截低位），短转长（扩展高位，视有符号数和无符号数扩展内容不同），整型转浮点（没有问题） ，浮点转整型（丢精度） 。运算?定点运算 补码移位运算明确移位运算的意义；能够正确的求给定补码移位运算后的结果；明确高级语言C 中，移位运算符及相应操作的方式。补码的加减法及溢出判断方法。 乘法（注意需要描述运算过程）原码一位乘（不带符号运算）；补码一位乘Booth 算法； 除法（注意需要描述运算过程）原码不恢复余数法（加减交替法）；补码的不恢复余数法；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 明确 N 位数值位，进行各种乘法/除法运算，需要的加法和移位的次数；?浮点运算浮点加减运算运算器快速进位链?快速进位原理。?用 4 位并行加法器74181 和并行进位链芯片74182 构成多位并行加法器的方法。六、指令系统概念?机器指令与指令系统；?指令字长、机器字长、存储字长；?操作数在存储器中的存放-边界对准原则；?什么是寻址方式？寻址方式?操作数寻址要求， 明确各种寻址方式的物理地址表达式，寻址过程， 寻址范围，需要 访存的次数。指令格式的设计?操作码扩展技术+寻址方式 ；七、CPU 的结构与功能（概念都很重要。 ，不仅仅就考试而言）CPU功能与结构?CPU的功能，简单的说就是取指令，分析指令，执行指令。?CPU的组成， ALU,CU ，寄存器?CPU内部寄存器，需要清楚各种用户不可见的，用于状态/控制的寄存器。指令周期?四个机器周期,及其顺序。指令流水?并行性的四个级别。?指令流水的原理和指令流水的理想性能。?影响指令流水性能的因素和解决方法。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - ?流水线性能指标的计算-吞吐率、加速比、效率。中断系统?中断源，中断请求标记寄存器。?中断请求优先级的分配原则。?中断判优方法，硬件判优和软件判优。?中断服务程序入口地址的寻找方法，硬件向量法和软件判优对应的跳转方法。?中断响应：响应时间，响应条件，响应后中断周期所作的操作中断隐指令。?中断现场的保护和恢复，中断现场包括的内容。?多重中断系统和单重中断系统，定义，中断服务流程的区别，形成中断嵌套的条件。?中断屏蔽技术，中断屏蔽寄存器，中断屏蔽技术的意义八、控制单元 CU CU的功能名词理解微操作、微命令（微操作控制信号）、微指令、微程序理解微程序，微指令，微命令之间的关系多级时序时序信号的作用？多级时序系统中时钟周期、机器周期、指令周期三个时序信号，以及它们之间的关系。微操作分析指令的取指周期、间址周期、执行周期、中断周期，分别需要完成什么操作？相应地， CU 需要发出什么样的控制信号序列，才能完成这些操作。根据给定CU框图，能够写出完整的微操作序列。（很简单的一句话，还是请大家根据教材P380 图 9.3,9.4,9.5,自己尝试写出一条指令处理过程的完整的微操作序列）理解组合逻辑的CU设计思路微程序结构CU 的内部结构框图，核心器件微指令格式设计（参考教材P412 例 10.5 10.6）?操作控制字段有哪些编码方式？直接编码和字段直接编码两种方式各自的优缺点名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - ?下一条微指令的地址有哪些形成方式？?下地址字段指出?机器指令的操作码形成什么时候用到？?分支转移?由硬件产生微程序入口地址 什么时候用到？理解水平型微指令和垂直型微指令实际是由操作控制字段的编码方式决定比较水平型微指令和垂直型微指令的特点。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -