计算机体系复习要点.ppt

复习要点,第一章计算机系统概论,计算机的技术指标，至少3个：机器字长、存储容量、运算速度等各自的概念现代计算机都是冯诺依曼计算机冯诺依曼计算机的工作特点：数据与指令都采用二进制表示、由五大部件组成、存储程序控制、按地址访问并顺序执行指令计算机软硬件的逻辑等价性计算机的层次结构，P20CPU与内存构成主机，其他部件称为外围设备，完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统。指令和数据都以二进制存放在计算机内部，CPU如何区分？（从时间和空间两方面）,第二章数据的表示和数据校验,计算机采用二进制主要是由器件的物理性能决定的二进制与十六进制、十进制、八进制之间的转换、大小比较；所有进位计数制中，其整数部分最低位的权都是1原码、反码、补码和移码表示，其中补码和移码表示中0是唯一的，移码表示能直接判断大小定点整数与定点小数的取值范围，浮点数的表示分阶码、基和尾数三部分，阶码用移码或补码表示；为什么要规格化？（使数据的表示唯一，提高精度）浮点数的取值范围由阶码的位数决定，精度由尾数的位数决定。在定点计算机中如何进行浮点数的运算？如何获得奇偶校验、海明码校验、CRC码校验，奇偶校验能发现奇数个错误，但不能定位；海明码、CRC码校验校验能发现并纠正一位错误。字符信息是符号数据，属于处理非数据领域的问题。国际上采用的字符系统是7位二进制的ASCII码，用一个字节表示时，最高位为0；汉字在内存中用两个字节表示，最高位为1。,第三章运算方法和运算器件,定点加、减运算及其溢出判断方法，其中减法运算是通过补码加法运算实现的。什么时候将会发生溢出？判断方法是取双符号位，用异或电路实现，结果为00或11就没有溢出，01是正溢出，10是负溢出。在计算机中，所表示的数会发生溢出，其根本原因是计算机的字长有限。定点原码乘法采用数值位用绝对值相乘，符号位单独处理；补码乘法采用Booth算法；定点原码加减交替除法：仅当最后一步余数为负时，做恢复余数的操作浮点运算分阶码部件和尾数部件来实现，阶码用移码表示，其部件只进行阶码相加、相减和比较操作。浮点数加减运算的步骤运算器应执行算术、逻辑运算；74181ALU可完成16种算术运算和16种逻辑运算功能，并行进位链的4个进位信号C1C2C3C4的表达式；运算器由ALU、累加器与通用寄存器等部件组成。,第四、七章存储器系统,存储系统的层次结构、原理，Cache层次与虚拟存储器层次的异同，（相同点：都利用局部性原理。不同点：Cache层次是在CPU与主存之间物理上增加Cache存储器，具有接近Cache的速度，主存的容量，接近主存的每位价格，信息在这一存储层次中的调动全部由硬件实现，解决主存与CPU速度不匹配的问题。虚拟存储器层次是把外存储器当作主存来使用，具有接近主存的速度，外存的容量，接近外存的每位价格，物理上不存在这样的存储器，是依靠操作系统与硬件共同配合实现的，解决主存容量不够的问题）内存的4个性能指标及其含义（P100表4.1）SRAM与DRAM都是易失性半导体存储器，它们的区别(构成、集成度、速度、功耗、价格、用途、是否需要刷新)；SRAM用6个MOS管组成双稳态触发器来存储信息；DRAM由于采用电容存储电荷的方式来存储信息，所以必须要刷新，即再生。常用的刷新方式由三种：集中式、分散式、异步式。1M*8位的内存，加电源和接地端，至少需要多少引脚内存与CPU的地址线、数据线、控制线的连接,相联存贮器按内容进行寻址，多体交叉存储器主要解决速度问题，字、位扩展解决容量问题Cache的读写过程，命中率、平均访问时间及效率的计算，三种地址映射方式：直接映像、全相联和组相联外存与内存相比，速度慢、价格低、容量大，硬盘的工作原理、计算（磁盘存储容量、据传输率等）；写入硬盘时，若一个文件的长度超过一个磁道的容量，则继续写入同一柱面的相邻面的磁道中。在虚拟存储器中，常将存储空间按程序模块划分为段或页。注意哪些存储器是CPU能直接访问的？哪些是不能直接访问的？闪速存储器能提供高性能、低功耗、高可靠性以及瞬间启动能力，为现有的存储器体系结构带来巨大变化，因此作为固态盘用于便携式电脑中。,用16K16位的SRAM芯片构成64K32位的存储器。要求画出该存储器的组成逻辑框图。所需芯片总数（64K32）（16K16）=8片因此存储器可分为4个模块，每个模块16K32位，各模块通过A15、A14进行2：4译码,第五章指令系统,指令的格式是指指令用二进制表示的形式，通常由指令码和操作数的地址码两部分组成，操作数有一地址、二地址和多地址之分；对双操作数指令，若采用单地址寻址，另一操作数采用什么寻址？指令码有定长与不定长之分；指令系统是表征一台计算机性能的重要因素，它的格式和功能不仅直接影响到机器的硬件结构而且也影响到系统软件。不定长指令的编码方法：主要根据指令的使用频率，频率高的分配短码，频率低的分配长码，短码中要留一种或多种编码用于扩展长码给定指令系统的指令条数，但各指令的执行频率不同，分别采用定长和不定长方式来编操作码，计算指令的平均长度。为何要采用多种寻址方式：缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性。各寻址方式的操作数的有效地址的计算办法RISC与CISC的含义、各自特点,指令格式如下所示，其中OP为操作码，试分析指令格式特点：1510976430OP源寄存器目标寄存器（1）操作数字段OP可以指定64种基本操作（2）单字长（16位）二地址指令（3）源寄存器和目标寄存器都是通用寄存器（各指定16个），所以是RR型指令，两个操作数均在通用寄存器中（4）这种指令结构常用于算术/逻辑运算类运算指令，执行速度最快。,第六章控制器,控制器的功能（P174）、组成（PC、IR、AR、DR、指令译码器、控存等以及各自的功能），各部件的连接情况，简述取指令、取数据的数据通路指令周期、节拍电位和工作脉冲(机器周期一般用主存中读取一个指令字的最短时间、时钟周期)构成三级时序系统同步控制由统一时序信号控制，异步控制的概念硬布线控制器依靠组合逻辑电路产生微命令，产生控制信号的条件：指令的操作码、时序信号、程序状态信息与标志位、外部请求信号。微程序控制器采用存储微程序的方式，从控存中取出微指令，发出相应的微命令，速度较硬布线控制器慢。微指令包含微命令和下址两部分内容；微命令采用直接编码和字段直接编码，相斥的信号用字段直接编码。相容与相斥信号的概念。机器指令与微程序的关系、微指令的编码。注意PC+1在不同机器中的含义，如8位字长、16位指令和16位字长、16位指令微处理器的概念,CPU的功能、结构、性能指标，决定计算机精度的指标是机器字长多媒体CPU是带有MMX技术的处理器，当今的CPU芯片除了包括定点运算器和控制器外，还包括Cache、浮点运算器和存储管理等部件。流水线的概念，流水CPU是一种非常经济而实用的时间并行技术，影响流水线性能的因素：访存冲突和相关问题,第八章系统总线,系统总线的结构有单总线和多总线之分，功能有数据线、地址线和控制线之分，其中地址线（控制线）的功能：提供主存、I/O接口设备的地址（控制信号、响应信号）。计算机系统中，根据应用条件和硬件资源不同，数据传输方式可采用串行传送、并行传送、复用传送。总线仲裁主要采用集中式，分链式查询、定时查询和独立请求三种，其中链式查询对电路故障最敏感总线协议有同步通信和异步通信两种SCSI接口中，一块主适配器可以连接715台具有SCSI接口的设备。总线冲突的含义,第九章I/O系统,I/O接口的编址方式有统一编址和独立编址两种（优缺点）程序查询控制方式中断方式：中断隐指令完成的操作有保护程序断点、寻找中断服务程序的入口地址和关中断；发生中断请求的条件是一条指令执行的结束时刻；中断响应的条件：CPU开放中断，执行完一条指令；中断请求的条件：I/O操作的开始与结束、机器内部发生故障、DMA操作的开始与结束等；多重中断与判优，需要堆栈(栈底保持不变)）；中断优先级、中断屏蔽字DMA方式：主要采用周期挪用方式，优先级比中断高，每传送一个数据就要用一个存储周期,外围设备的I/O控制方式分类及特点：程序查询方式：CPU的操作和外围设备的操作能够同步，而且硬件结构比较简单。程序中断方式：一般适用于随机出现的服务，且一旦提