计算机组成原理复习要点.doc

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1、优质文本计算机组成原理复习要点一、 题型分布选择题 20分；填空题 30分；判断题 10分；计算题 20/25分；简答题 20/15分二、 每章重点内容第一章 概述1、什么是计算机组成计算机组成逻辑组成物理组成设备级组成版块级组成芯片级组成元件级组成设备级组成存放器级组成2、诺依曼体系结构计算机的特点1硬件由五大部份组成运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。2软件以2#表示。3采用存储程序 所有的程序预先存放在存储器中,此为计算机高速自动的根底； 存储器采用一维线性结构； 指令采用串行执行方式。 控制流指令流驱动方式；4非诺依曼体系结构计算机数据流计算机多核(芯)处理机的计算机3、计算机

2、系统的层次结构1从软、硬件组成角度划分层次结构2从语言功能角度划分的层次结构虚拟机：通过软件配置扩充机器功能后，所形成的计算机，实际硬件并不具备相应语言的功能。第二章 数据表示1、各种码制间的转换及定点小数和定点整数的表示范围1原码：计算规那么：最高位表示符号位；其余有效值局部以2#的绝对值表示。如：+0.1011原=0.1011; -0.1001原=1.1001+1011原 = 01011; -1001原 =11001 注意：在书面表示中须写出小数点，实际上在计算机中并不表示和存储小数点。原码的数学定义假设定点小数原码序列为X01X2共1位数，那么： X原 当 1 X0 X原=11 当 0X

3、-1假设定点整数原码序列为X0X1X2共1位数，那么： X原 当 2n X0 X原=22 当 0X-2n说明：在各种码制包括原码的表示中需注意表示位数的约定，即不同的位数表示结果不同，如：以5位表示，那么-0.1011原=1.1011以8位表示，那么-0.1011原=1.10110000的原码有二种表示方式： 小数：+0.0000原=0.0000，-0.0000原=1.0000 整数：+00000原 =00000， -00000原=10000符号位不是数值的一局部，不能直接参与运算，需单独处理。约定数据位数的目的是约定数据的表示范围，即： 小数：-1 X 1 整数：-2n X X0 X反=2-

4、2 当 0X-1假设定点整数反码序列为X0X1X2共1位数，那么： X反 当 2n X0 X反= 2n -1 当 0X- 2n3补码：计算规那么：正数的补码与原码同；负数的补码是反码的最低加1。如：正数: (+0.1011)原=(+0.1011)反=(+0.1011)补=0.1011; 负数： (-0.1001)原=1.1001 (-0.1001)反=1.0110 (-0.1001)补=1.0111数学定义 X补 M 其中：M表示模，即容器的最大容量。假设定点小数补码序列为X01X2共1位数，那么 2；假设定点整数补码序列为X0X1X2共1位数，那么 21 2、为什么计算机中数值类型的数据以补

5、码表示补码的符号位是数值的一局部，可以参与运算。0的补码表示具有唯一性。补码的表示范围比原码、反码大。3、常见寻址方式的特点1寻址方式：获得指令或操作数的方式。2指令寻址：由程序计数提供即将要执行的指令的地址。3操作数寻址：与具体的寻址方式有关。操作数寻址方式应说明是源操作数还是目标操作数的寻址方式。4、采用多种寻址方式的目的缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性缩短指令长度,扩大寻址空间,提高编程的灵活性。5、如何减少指令中地址数的方法采用隐地址隐含约定可以简化指令地址结构，即减少指令中的显地址数。6、外设的编址方式在任何一种方式每个外设都有一个独立的地址1与主存统一编址，即是看作是主存

6、的延伸。2与主存单独编址： 编址到设备级，即一个只有一个地址。 编址到存放级，即一个有多个地址。7、指令系统优化的趋势、1(复杂指令系统计算机)从编程角度出发，希望指令系统中包含的指令尽可能多，每条指令中的操作信息尽可能多。该类指令系统一般包含300-500指令。为提高机器效率，采用了向量化、超标量、超长指令字等技术。2指令系统的开展趋势早期：面向用户编程，采用技术现代：面向系统、向高级语言靠近，采用技术3实际上和均是当前的开展(优化)趋势 第三章 存储器1、 存储器的按工作原理和存取方式的分类1物理原理分类：A、磁芯 B、半导体存储器C、磁外表存储器D、光盘存储器E、其它存储器2存取方式的划

7、分：A、随机存取存储器B、只读存储器C、顺序存取存储器D直接存取存储器2、 存储器的三级层次结构及各层次的功能1主存:根本要求：随机访问、工作速度快、具有一定容量； 功能：存放当前执行的指令和数据。2外存:根本要求：容量大、本钱低、一定的速度 功能：长期保存数据；作为主存的外援存储器。 外存也可采用多级存储结构。3:根本要求：速度足够快、一定容量 功能：与主存的缓冲，匹配主存与的速度。 内容：是当前主存中最活泼数据的副本。 内容形成的依据： 程序局部性原理：时间和空间局部性。3、 静态与动态存储器间的区别、动态存储器为什么还需要刷新及刷新有分类1根据信息表示方式分为：动态存储器():以电容中的

8、电荷表示信息,需动态刷新；静态存储器():以双稳态信息。2需动态刷新：因为动态存储器是依靠电容上的存储电荷暂存信息，而电容上存储的电荷会逐渐减变弱所以需要刷新。3刷新的分类：A、集中刷新B、分散刷新C、异步刷新。 4、 校验码：奇偶、循环校验码计算（1） 奇/偶校验： 奇/偶校验：使校验码中“1的个数和为奇/偶数,主要用于主存校验。 例：有效信息：01101011，那么 奇校验码：011010110 偶校验码：0110101112循环校验码A、编码原理： 现假设有： 有效信息：M ； 除数G生成多项式 有： 此时，可选择R作为校验位，那么即为校验码。B、校验原理： 0 说明：以接收到的校验码除

9、以约定的除数，假设余数为0，那么可认为接收到的数据是正确的。例：有效信息1101，生成多项式样1011，求循环校验码解： 有效信息1101(4)，即M(x)320 生成多项式1011(1=4,即3),即G(x)310 M(x)x3653，即1101000对1101左移三位 M(x)x3(x)=1101000/1011=1111+001/1011 即1010的是：1101001 循环校验码的来源余数与出错序号间处理存在对应模式，该模式只与只与码制和生成多项式有关，与具体的码字无关。生成多项式满足的条件：任一位发生错误都应使余数不为0；不同的位发生的错误余数应不同。用的生成多项式：G(x)1615

10、2+1：G(x)16125+15、 存储器的扩展(1)位扩展：例：2K4芯片组成2K8特点： (1)片选信号连接在一起，二个芯片分别提供上下位的数据； (2)芯片的地址线直接与按位连接。(2) 字扩展例：2K4芯片组成4K4特点：高位地址通过译码形成芯片的片选信号；低位地址通过译码连接芯片的低位地址；(3) 综合扩展 例：4K4芯片组成16K86、 数据传输率的计算(单位)7、 提高存储性能速度、容量的措施 A、双端口存储器、并行主存系统C、高速缓存D、虚拟存储E、相联存储技术等。8、 高速缓存的功能及替换算法1高速缓存的功能：提供的是与内存的一个缓存。2替换算法：1先进先出算法()2近期最少

11、使用算法()p命中率=9、与内存在直接映像方式中怎样将内存地址转换为地址A、直接映像B、全相联映像C、组相联映像。10、虚拟存储器的分类A、页式虚存储器B、段式虚拟存储器C、段页式虚拟存储器。第四章1、为什么会产生溢出、及溢出的解决方法、正负溢出的概念1产生溢出的原因：需表示的数据或运算结果超出了正常表示范围2溢出的解决方法：多符号位；3正溢出：两个正数相加而绝对值超出允许的表示范围；4负溢出：两个负数相加而绝对值超出允许的表示范围。2、补码加减法的依据X补补=()补 和 X补补补+()补。3、串行和并行加法的原理串行加法原理如下：C1= G1 1C0 ；其中C0=0 C2= G2 2C1 1

12、 1并行加法原理如下:C1 = G1 1C0 C2 = G2 2C1= G2 2G1 2P1C0 C3 = G3 3C2= G3 3G2 3P2G1 3P2P1C0 C4 = G4 4C3 = G4 4G3 4P3G2 4P3P2G14P3P2P1C0 而 1 .4、一位原码乘法的计算及运算特点(1)数学原理： 两个原码数相乘,其乘积的符号为相乘两数符号的异或值,数值等于两数绝对值之积。 假设 X原01X2 ， Y原01Y2，那么有： XY原= (X0Y0).(X1X2)(Y1Y2)(2)算法：假设01X2 ，01Y2，即均为正纯小数 X X01Y2 = X2-1Y1+2-2Y2211+2 =

13、 X22112-2Y2+2-1Y1 = (.(0+ X)2-11X)2-1)+.)2X)2-1)1X)21) 根据上述计算过程，可得算法如下： A0=0 A1=A0)2-1 A2=A11X)2-1 . 1=22X)2-1 =11X)2-1 积X (3)运算特点符号位和绝对值分别独立运算。5、主机与外设间的连接方式1辐射型2总线型3通道型6、数据传送方式（1） 以打印机为例说明中断方式数据的传输过程（2） 方式的特点及应用方式的特点：传送速率快，操作简单；应用：高速外部设备与主存储器之间的简单批量数据传送。中断的响应过程、区别中断处理与中断效劳7、 中断的响应过程、区别中断处理与中断效劳（1）

14、中断的响应过程 置位中断优先级有效触发器，即关闭同级和低级 中断： 调用入口地址，断点入栈，相当于指令； 进入中断效劳程序。2中断处理就是执行中断效劳程序，从中断入口地址开始执行，直到返回指令()为止。此过程一般包括三局部内容，一是保护现场，二是处理中断源的请求，三是恢复现场。3中断效劳是要完成处理的事务，用户根据需要编写中断效劳程序，程序中要注意将主程序中需要保护的存放器内容进行保护8、 控制器的功能内部控制功能的存放器及相应的功能硬件系统时序层次的划分及各层次次的含义控制器的分类及各自的优缺点指令流程和运算类双操作数指令微程序控制器的根本思想9、 内部控制功能的存放器及相应的功能（1） ：

15、程序计数器，用来指示指令在存储器中的存放位置。（2） ：指令存放器，用来存放当前正在执行的指令，它的输出包括操作信息、地址信息等。（3） ：程序状态存放器，用来记录现行程序的运行状态和指示程序的工作方式。10、 硬件系统时序层次的划分及各层次次的含义（1） 指令周期：执行一条指令所需的时间，一般由假设个个机器周期工作周期组成，是从取指令、分指令到执行指令完所需的全部时间。（2） 工作周期：完成一个阶段性的任务所需时间。（3） 时钟周期：完成一个根本操作所需时间。（4） 定时脉冲：启停控制逻辑的时钟脉冲。工作脉冲：决定一个周期的长短11、 控制器的分类及各自的优缺点（1） 组合逻辑控制A、 优点

16、：思路简单、可用于实现任一指令系统。B、 缺点：*控制器的核心零乱、繁琐，设计效率低，检查调试困难。*不易扩展和修改。（2） 微程序控制A 、优点： *用规整的存储逻辑结构代替硬连逻辑，有利于设计自动化。 *易于修改与扩展，灵活，通用性强。 *适用性作素列机的控制器。 *可靠性高，易于诊断与维护。B、缺点： *速度慢，效率低。 *由于增加了相关的微程序控制部件，本钱较高。12、 指令流程和运算类双操作数指令13、 由目的操作数的寻址方式确定的指令流程：假设目的数在内存中，那么将目的数的地址送到；假设目的数在R中，那么省略。 4、由源操作数、目的操作数的寻址方式及操作码共同确定的指令流程。源数可

17、在R中()或内存中();目的数可在R中()或内存中()。由源数和目的数的位置可以有以下四种类型：2双操作数指令包括：、。双操作数指令的和的流程与指令完全相同。下面只描述及的指令流程。1、由目的操作数的寻址方式确定的指令流程：假设目的数在内存中，那么将目的数送到D；假设目的数在R中，那么省略。 2、由源操作数、目的操作数的寻址方式及操作码共同确定的指令流程。源数可在R中()或内存中();目的数可在R中()或内存中()。由源数和目的数的位置可以有以下四种类型。其中： 表示源存放器； 表示目的存放器。13、 微程序控制器的根本思想1机器指令由微程序解释；微程序由微指令组成，每条微指令中可包含多个微命

18、令；微命令控制实现微操作。2微指令以代码(微码)存储在中，该称为控制存储器。9、 系统1、总线的分类及接口的分类 1总线的分类A、按据传送格式分类：串行总线；并行总线 B、按时序控制方式分类：同步总线；异步总线2接口的分类A、按数据传送格式划分并行接口：接口与系统总线及间均以并行方式传送数据。串行接口：接口与间以串行方式，而与系统总线间以并行方式传送数据。B、按时序划分同步接口：与同步总线连接的接口，接口与系统总线间的数据传送由统一的时序信号(由或专门的系统总线时序信号)控制。异步接口：与异步总线连接的接口，接口与系统总线间的传送采用异步应答的工作方式。C、按信息的传送控制方式划分中断接口、接

19、口、磁盘存储接口等。*接口的根本功能(1)寻址：将地址信息译码为或接口中的存放器的选中信号。(2)数据传送与缓冲(速度匹配)(3)数据格式变换、电平变换等预处理(4)控制逻辑：接口对主机发送的命令字进行解释，并将产生的操作命令发送给；将及接口的状态信息送回。如在中断接口中有中断请求信号产生、中断屏蔽、优先排队等部件。2、总线的概念及分时共享的含义、总线的组成总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束， 按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构，它是、内存、输入、输出

20、设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。3、总线的仲裁方式当多个设备竞争总线时，由总线仲裁器进行仲裁，在微机中就是南北桥芯片组。仲裁方式分集中和竞争二种方式。1集中式仲裁：分配原那么是：优先级高的设备可以剥夺优先级低的设备的总线使用权。当仲裁器接收到总线请求时，就发出总线授权信号。设备的优先级由设备和仲裁器的逻辑距离决定。当设备较多时，可采用分级仲裁方式。2竞争式仲裁分配原那么：优先级不同的设备同时申请总线，那么分配

21、给高优先级的设备；先来先占用：谁先抢占总线，只要该设备没有释放总线，那么其它优先级高的设备不能强行占用总线。4、中断接口的模型及工作过程中断接口的模型1设备选择电路 是一个译码器，用于选择接口中的某一个存放器。2命令字存放器 用于接收发送的命令字，一般用于初始化接口，如数据的输入/出方向、工作方式(R或W)等。3状态字存放器 用以记录、反映设备与接口的运行状态，作为执行程序的依据。4数据缓冲存放器 作为主机与间数据传送的缓冲。 其容量称为缓冲深度。假设对缓冲深度要求较高，那么可采用半导体存储器作为缓冲区。 5其它控制逻辑 接口不同，那么该逻辑不同，属接口中不规整的局部，一般有如下局部： A、中

22、断请求的产生 B、与主机间的应答逻辑 C、控制时序，包括振荡电路、分频电路。 D、面向设备的某些特殊逻辑。如对机电性的设备所需的电机的启动、停止、正转、反转、加速，数据格式的转换，电平信号的转换等 E、智能控制器。功能复杂的接口，常使用通用的微处理器、单片机或专用控制器等芯片，与半导体存储器构成可编程的控制器。6中断控制器 现通常采用8259A芯片。*模型接口的抽象工作过程： 1初始化接口与中断控制器：调用程序或系统初始化时完成 2启动外设：通过专门的启动信号或命令字，使接口状态为1、0。 3设备向中断控制器提出中断请求：设备准备好或完成一次操作(数据传送)，使接口状态为：0、1，据此形成中断

23、请求信号。 4中断控制器向提出中断请求：送中断控制器8259A，经屏蔽优先，向发出公共请求，同时形成中断类型码。 5响应：经中断判优后向8259A发回响应信号，从取回中断类型码。 6在中断周期执行中断隐指令操作，转入中断效劳程序。第六章设备1、键盘对按键识别方式的分类软件扫描、硬件扫描2、显存容量的计算显存容量应该能保证一帧图像的存储。下面以例说明： 例：显示器在字符方式下：分辨率25行80列，颜色256种。显示字符集有256个字符；在图形方式下分辨率10241024，颜色216种 解：(1)字符方式下： 256个字符集中的每个字符需8位(1B)表示，256种颜色需8位(1B)表示，那么： 根

24、本缓存：25808/8=2000B，2 属性缓存：21=2 显存容量至少：4 (2)图形方式下： 颜色216种需用16位2B表示 显示屏上共有：10241024=220个点 每个点所属性需2B表示 那么所需的属性显存：22022212 显存容量至少：2M 注意：在图形方式下无根本显存三、计算题的例题1、原码的一位乘法见上面复习重点的第四章的第4点2、循环校验码见上面复习重点的第三章存储器的第4点3、将内存地址转入高速缓存现有一个，其容量为1，其页大小为128B，假设与内存的地址映像方式为直接映像，且内存编址方式为字节，现有一内存单元地址为1a2b3，假设该单元数据已调入，试问：该单元在中的地址(页号和页内地址)。