計算機組成原理復習提綱.doc

計算機系統(tǒng)概述1、 建立整機概念、理解Von Neumann 計算機體系結構思想，以及按此思想設計的計算機組成部件和功能計算機由運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備五大部件組成2、 怎樣區(qū)分存儲器中存儲的是數據還是指令？通過不同的時間段來區(qū)分指令和數據，即在取指令階段（或取指微程序）取出的為指令，在執(zhí)行指令階段（或相應微程序）取出的即為數據。通過地址來源區(qū)分，由PC提供存儲單元地址的取出的是指令，由指令地址碼部分提供存儲單元地址的取出的是操作數。3、 理解指令與程序的基本概念。程序是指令組成的，指令是指揮計算機執(zhí)行各種操作的命令數據表示與運算器1. 常用的進位計數制及其相互轉換 P2942. 真值和機器數（原碼、補碼、反碼、移碼），正數與負數的各種機器碼表示方法、特別是0的表示方法 3. 定點數（定點整整、定點小數）的表示范圍 P2284. 浮點數的表示范圍，特別是按照IEEE754標準的浮點數表示范圍 P230例1 某浮點數字長32位，其中階碼8位，以2為底，補碼表示，尾數24位（含1位數符），補碼表示?，F有一浮點數（AC5A3E00），請問它所表示的二進制真值是多少？以及該浮點數格式表示的最大正數為多少？最大負數為多少？1010 1100 0101 1010 0011 1110 0000 0000；2278；-2(-278)5. 定點數的加、減運算，特別是減法運算，將被減數變化為補碼后進行加法運算。6. 溢出的判斷（上溢、下溢）以及檢驗方法7. 定點數的乘法運算。（原碼一位乘法、原碼兩位乘法、補碼一位乘法、補碼兩位乘法）8. 定點數的除法運算。（原碼一位除法【恢復余數法、不恢復余數法】、補碼一位除法）9. 浮點數的加減（對階、尾數加減、規(guī)格化后舍入）、乘除運算10. 校驗技術：奇偶校驗、海明校驗、CRC（循環(huán)冗余校驗）11. ALU的設計（串行進位、先行進位）存儲器1. 存儲器的分類及其相關概念存儲器在計算機中的作用分類：Cache、主存、輔存存儲方式分類：RAM、ROM、SAM、DAM存儲介質分類：半導體存儲器、磁表面存儲器、光存儲器2. 半導體隨即存儲器的工作原理，特別是靜態(tài)存儲器與動態(tài)存儲器的工作原理及其比較。靜態(tài)存儲器SRAM（緩存）依靠觸發(fā)器的兩個穩(wěn)定狀態(tài)存儲信息，多用來作為小容量的高速緩沖存儲器，不需要刷新電路即能保存它內部存儲的數據。動態(tài)存儲器DRAM（主存）是依靠電容上的存儲電荷來保存信息，為了保持數據,所以必須隔一段時間刷新一次,DRAM是由許多基本存儲元按照行和列來組成的常用作大容量的主存儲器。SRAM具有較高的性能，但集成度較低。價格高，速度快，功耗大3. 動態(tài)存儲器的各刷新機制（集中刷新、分散刷新、異步刷新）的優(yōu)缺點。集中：在最大刷新間隔時間內，集中安排一段時間進行刷新，存在CPU訪存死時間。分散：在每個讀/寫周期之后插入一個刷新周期，無CPU訪存死時間。異步：是集中式和分散式的折衷。4. SRAM的組成結構（存儲體、讀寫電路、地址譯碼器、控制電路）及其工作過程5. 存儲器的擴展（位擴展、字擴展、字位全擴展）位擴展：增加存儲字長字擴展：增加存儲器字的數量 字位全擴展：即增加存儲字的數量又存儲字長 6. 存儲器的地址分配與片選邏輯（與CPU的連接）7. Cache的基本工作原理以及與主存之間的映射方式（全相聯(lián)映射、直接映射、組相聯(lián)映射）8. Cache 的主存塊的替換算法以及寫策略9. 虛擬存儲器（頁式、段式、段頁式）例題1 一個16K X 32位的存儲器，其地址線與數據線的總和是_14+32=46根例題2 某計算機字長為32位，它的存儲容量為256KB，按字編址，它的尋址范圍是_（256*1024*8）/32=64*1024=64KB例題3 某8位機采用單總線結構，地址線16根，雙向數據線8根，控制總線中與主存有關的/MREQ（允許訪存，低電平有效），/RW）高電平為讀命令，低電平為寫命令）主存地址空間分配為-0-8191為系統(tǒng)程序區(qū)，8192-32767為用戶程序區(qū)，最后（最大地址）2K地址空間為系統(tǒng)程序工作區(qū)，按照字節(jié)編碼?，F有如下存儲器：ROM： 8K*8位RAM：16K*1位、2K*8位、4K*8位、8K*8位譯碼器：3:8譯碼器74LS138請從上述芯片中挑出合適的設計該計算機的主存儲器，畫出與cpu相聯(lián)圖系統(tǒng)程序區(qū)選ROM 8K*8位1塊用戶程序區(qū)選RAM 8K*8位3塊最后2K選擇2K*8位1塊指令系統(tǒng)1、 什么是指令、什么是指令系統(tǒng)（完整的指令系統(tǒng)包括：數據傳送類指令、數據運算類指令、程序控制類指令）指令就是規(guī)定計算機執(zhí)行某種操作的指示與命令。指令系統(tǒng)就是CPU能夠執(zhí)行的所有機器指令的集合。2、 指令的格式（操作碼、源操作數地址、目的操作數地址、下一條指令地址），地址碼按照操作數的地址數量分：零地址、一地址、二地址、多地址；指令按照長度分為：半字長指令、單字長指令、雙字長指令3、 指令的尋址方式：指令尋址（順序尋址和跳躍尋址）和操作數尋址（數據尋址）（常見的9種尋址方式：立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器直接尋址、寄存器間接尋址、變址尋址、基址尋址、相對尋址、堆棧尋址）例題：已知某小型計算機字長為16位。其雙操作數指令的格式為： 0 5 6 7 8 15OPRD其中OP為操作數、R為通用寄存器地址、試說明在下列情況下能訪問的最大主存區(qū)為多少個機器字？D為直接操作數D為直接主存地址D為間接地址D為變址的形式地址，假定變址寄存器為R1（字長為16位）中央處理器1、 CPU的功能：控制程序的順序執(zhí)行、產生完成每條指令所需的控制命令、對各種操作實施時間上的控制、對數據進行算術與邏輯運算、對計算機中出現的異常情況進行處理2、 CPU的基本結構：運算器（算術運算、邏輯運算）與控制器（IR、PC、DR、AR、AC、PSW、指令譯碼器、時序產生器）控制器組成：程序計數器、指令寄存器、數據緩沖器、地址寄存器、通用寄存器、狀態(tài)寄存器、時序發(fā)生器、指令譯碼器、總線3、 什么是指令周期？什么是機器周期？什么是時鐘周期？指令周期是CPU取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時間，即完成一條指令的時間。機器周期是所有指令執(zhí)行過程中的一個基準時間，通常以存取周期作為機器周期。時鐘周期是機器主頻的倒數，也可稱為節(jié)拍，它是控制計算機操作的最小單位時間。一個指令周期包含若干個機器周期，一個機器周期又包含若干個時鐘周期，每個指令周期內的機器周期數可以不等，每個機器周期內的時鐘周期數也可以不等。4、 熟悉幾條常用指令周期（ADD指令、STA指令、LDA指令、JMP指令、CLA指令）5、 控制器的功能：對指令流與數據流在時間與空間上的實施正確的控制6、 控制器的組成：寄存器、指令譯碼器、地址形成部件、時序產生器等7、 什么是微命令？什么是微操作？什么是微指令？什么是微程序？微命令：控制部件向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令叫作微命令，它是構成控制序列的最小單位微操作：是微命令的操作過程微指令：把在同一CPU周期內并行執(zhí)行的微操作控制信息，存儲在控制存儲器里，稱為一條微指令微程序：一系列微指令的有序集合就是微程序8、 微程序控制器的組成：控制存儲器、微指令寄存器、微地址形成部件、微地址寄存器9、 微程序控制器的工作過程10、 微指令的格式：操作控制字段和順序控制字段（選擇域和地址域）以及微地址的形成11、 微指令編碼方法：直接控制閥、字段直接編碼法、字段間接編碼法12、 硬布線控制器的設計方法以及與微程序控制器的比較13、 什么叫指令流水線？什么叫超標量流水線？指令流水：就是改變各條指令按順序串行執(zhí)行的規(guī)則，使機器在執(zhí)行上一條指令的同時，取出下一條指令，即上一條指令的執(zhí)行周期和下一條指令的取指周期同時進行。超流水線：超流水線技術是將一些流水線寄存器插入到流水線段中，好比將流水線再分道，提高了原來流水線的速度，在一個時鐘周期內一個功能部件被使用多次?？偩€與輸入輸出系統(tǒng)1、 總線的作用以及結構（單總線與多總線） 總線是各個部件的信息傳輸線，是各個部件共享的傳輸介質。借助于總線連接，計算機在各系統(tǒng)功能部件之間實現地址、數據和控制信息的交換，并在爭用資源的基礎上進行工作結構：單總線，多總線2、 總線的分類：數據總線、地址總線、控制總線3、 總線的仲裁：集中仲裁（鏈式查詢、計數器定時查詢、獨立請求）和分布仲裁總線仲裁：總線仲裁即總線判優(yōu)，主要解決在多個主設備申請占用總線時，由總線控制器仲裁出優(yōu)先級別最高的設備，允許其占用總線4、 總線標準（ISA、PCI等）5、 I/O接口的基本功能：實現主機與外設的通訊控制、進行地址譯碼與設備選擇、實現數據格式轉換與傳遞、傳遞控制命令與狀態(tài)信息6、 主機訪問I/O設備的控制方式：