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计算机组成原理与汇编语言课程教学大纲第一部分 大纲说明一、课程性质与任务计算机组成原理与汇编语言是计算机应用专业(专科)的一门必修课程。通过学习本课程，能了解计算机一般组成原理与内部运行机理，初步掌握汇编语言程序设计的有关基本知识和程序设计的能力，为学习本专业后继课程和进行与硬件有关的技术工作打好基础。二、先修课要求先修课程为计算机电路基础（1）。三、课程的教学基本要求使学生通过对计算机各功能部件的逻辑组成、工作机制、程序设计的学习及实验，建立完备的单台计算机整机概念。使学生通过汇编语言程序设计的学习，了解所用计算机硬件及使用软件扩大功能的实现方法，并为后继课程及今后工作中解决实际问题，打下一个良好的基础。通过实验课的学习，使学生受到软硬件实验的初步训练，实验操作能力得到提高。掌握编程的基本方法，培养分析和解决问题的能力，以及掌握使用计算机的基本技能。四、教学方法和教学形式建议整个教学过程由面授辅导、自学、实验、作业四个环节组成。作业与实验未完成者不得参加考试。作业、实验成绩与期末考试成绩共同评定为课程总成绩（其中作业和实验成绩占20%学分，期末考试占80%学分）。五、课程教学要求的层次1掌握：要求学生能够全面、深入理解和熟练掌握所学内容，并能够用其分析、初步设计和解答与应用相关的问题，能够举一反三。2理解：要求学生能够较好地理解所学内容，并且能够进行简单分析和判断。3了解：要求学生能够一般地了解所学内容。第二部分 多种媒体教材一体化总体设计初步方案一、学时分配课程教学总学时数为 90学时，5学分，其中课内学时68，实验学时22教学内容课内学时实验学时第一单元、自学导论第二单元、绪论4学时第三单元、数据的表示方法3学时第四单元、指令系统8学时第五单元、中央管理器16学时6学时第六单元、汇编语言6学时第七单元、程序设计基本技术8学时12学时第八单元、存贮系统8学时2学时第九单元、主机与外部设备的信息交换7学时第十单元、外部设备6学时第十一单元、计算机硬件系统示例2学时2学时第十二单元、计算机系统组织与结构的发展（讲座）二、多种媒体的教材1文字教材为主要教学媒体，包括主教材、实验指导书。文字教材力求系统、完整而又深入浅出，适合自学。2录像教材为文字教材的辅助媒体。按专题讲授课程的重点、难点和期末复习指导，以及新技术讲座。3软盘为文字教材的辅助媒体。主要提供学生自测学习进度的手段。4CAI课件作为文字教材的辅助媒体，主要用于网络自主学习。第三部分 教学内容和教学要求第一单元：自学导论1为什么要学习本课程2学习内容简介3如何学习本课程4学习媒体的使用第二单元：绪论 4学时教学内容:一、计算机的基本概念1计算机的基本组成与各部件的基本功能2存贮程序工作方式3信息的数字化表示（数据流与控制流）二、计算机系统的组成与层次结构1硬件系统2软件系统3计算机的层次结构三、计算机的工作过程1处理问题的步骤（系统分析，建模，应用程序，目标代码，硬件执行）2解题过程举例（程序示例，执行过程）3指令执行过程（取指，取数，运算，后继指令）四、数字计算机的特点与主要性能指标五、计算机的发展与应用教学要求:一、计算机的基本概念掌握：计算机的基本组成与各部件的基本功能掌握：存贮程序工作方式理解：信息的数字化表示（数据流与控制流）二、计算机系统的组成与层次结构掌握：硬件系统掌握：软件系统理解：计算机的层次结构三、计算机的工作过程理解：处理问题的步骤（系统分析，建模，应用程序，目标代码，硬件执行）理解：解题过程举例（程序示例，执行过程）理解：指令执行过程（取指，取数，运算，后继指令）四、数字计算机的特点与主要性能指标理解：数字计算机的特点掌握：主要性能指标五、计算机的发展与应用了解：计算机的发展与应用第三单元：数据的表示方法（3学时）教学内容：一、进位计数制1常用进位计数制2进位计数制的转换二、带符号数的表示1原码、补码、反码的表示2定点表示与浮点表示三、字符的表示1ASCII编码2汉字编码四、数据的校验1奇偶校验教学要求:一、进位计数制掌握：常用进位计数制掌握：进位计数制的转换二、带符号数的表示掌握：原码、补码、反码的表示掌握：定点表示与浮点表示三、字符的表示理解：ASCII编码了解：汉字编码四、数据的校验掌握：奇偶校验第四单元：指令系统（8学时）教学内容:一、指令系统的基本概念1指令格式2寻址方式3指令类型二、8086/8088指令系统1寻址方式2指令类型教学要求:一、指令系统的基本概念掌握：指令格式掌握：寻址方式了解：指令类型二、8086/8088指令系统掌握：寻址方式理解：指令类型第五单元：中央处理器（16学时）教学内容：一、运算部件（2学时）1全加器2并行全加器及其进位结构3多功能算术逻辑运算部件（SN74181）4运算器组织二、运算方法（4学时）1补码定点加减运算（运算方法、溢出判断、逻辑实现）2移位3浮点加减运算4十进制数的加减运算5原码一位乘法及其逻辑实现6原码一位除法三、CPU模型的组成及其数据通路（2学时）1基本组成2数据传送四、同步控制方式及时序系统（2学时）1指令的分步执行与时序划分2同步控制方式五、指令的执行（4学时）1模型机指令系统2指令流程（寄存器传送级）六、微命令的产生方法（2学时）1微命令的基本形式（电位、脉冲）2组合逻辑控制方式（以取指令为例说明微命令）3微程序控制方式（基本思想、微指令简介）七、提高CPU性能的一些措施（重叠技术、流水线方式、超标量方式、RISC技术）教学要求：一、运算部件掌握：全加器理解：并行全加器及其进位结构理解：多功能算术逻辑运算部件（SN74181）掌握：运算器组织二、运算方法掌握：补码定点加减运算（运算方法、溢出判断、逻辑实现）理解：移位了解：浮点加减运算理解：十进制数的加减运算掌握：原码一位乘法了解：逻辑实现掌握：原码一位除法三、CPU模型的组成及其数据通路理解：基本组成理解：数据传送四、同步控制方式及时序系统理解：指令的分步执行与时序划分理解：同步控制方式五、指令的执行了解：模型机指令系统理解：指令流程（寄存器传送级）六、微命令的产生方法掌握：微命令的基本形式（电位、脉冲）理解：组合逻辑控制方式（以取指令为例说明微命令）理解：微程序控制方式（基本思想、微指令简介）了解：提高CPU性能的一些措施（重叠技术、流水线方式、超标量方式、RISC技术）第六单元：汇编语言（6学时）教学内容：一、汇编语言语句1语句类别2语句格式3表达式用运算符与操作符二、汇编语言伪指令1符号定义伪指令2数据定义伪指令3段结构伪指令4过程定义伪指令5其他伪指令三、汇编语言程序结构1源程序的一般结构2段寄存器的装填四、宏操作伪指令五、汇编语言程序的开发1编辑2汇编3链接4调试与运行教学要求：一、汇编语言语句掌握：语句类别掌握：语句格式掌握：表达式用运算符与操作符二、汇编语言伪指令掌握：符号定义伪指令掌握：数据定义伪指令掌握：段结构伪指令掌握：过程定义伪指令了解：其他伪指令三、汇编语言程序结构掌握：源程序的一般结构掌握：段寄存器的装填四、宏操作伪指令了解：宏操作伪指令五、汇编语言程序的开发掌握：编辑掌握：汇编掌握：链接掌握：调试与运行第七单元：程序设计基本技术（8学时）教学内容：一、顺序程序设计（含程序正确返回DOS问题）二、分支程序设计1转移指令2分支程序设计举例三、循环程序设计1循环控制指令2循环控制结构4循环控制方法四、子程序设计1调用与返回2子程序设计方法3子程序设计举例五、系统功能子程序的调用六、运算方法的软件实现示例教学要求：一、顺序程序设计（含程序正确返回DOS问题）掌握：顺序程序设计二、分支程序设计掌握：转移指令理解：分支程序设计举例三、循环程序设计掌握：循环控制指令掌握：循环控制结构掌握：循环控制方法四、子程序设计掌握：调用与返回掌握：子程序设计方法理解：子程序设计举例五、系统功能子程序的调用理解：系统功能子程序的调用六、运算方法的软件实现示例理解：运算方法的软件实现示例第八单元：存贮系统（8学时）教学内容：一、半导体存贮器芯片1半导体静态存贮器举例（含时序概念）2半导体动态存贮器举例3半导体只读存贮器举例（含快擦存贮器）二、主存贮器的组织与工作原理1主存贮器的组织（含逻辑设计）2主存贮器与CPU的连接（地址复用、通路宽度）三、存贮系统的组织1三级存贮体系（含各级存贮器的功能、存取方式、类型）2高速缓存3虚拟存贮器4并行存贮系统四、主存贮器的主要技术指标1存贮容量2存取周期3读写时间4可靠性5存贮器芯片使用应注意的问题教学要求：一、半导体存贮器芯片理解：半导体静态存贮器举例（含时序概念）理解：半导体动态存贮器举例理解：半导体只读存贮器举例（含快擦存贮器）二、主存贮器的组织与工作原理理解：主存贮器的组织（含逻辑设计）理解：主存贮器与CPU的连接（地址复用、通路宽度）三、存贮系统的组织理解：三级存贮体系（含各级存贮器的功能、存取方式、类型）理解：高速缓存了解：虚拟存贮器了解：并行存贮系统四、主存贮器的主要技术指标掌握：存贮容量掌握：存取周期掌握：读写时间理解：可靠性理解：存贮器芯片使用应注意的问题第九单元：主机与外部设备的信息交换（7学时）教学内容：一、接口与总线1接口的功能与分类2总线的功能与分类3外部设备与主机的连接二、主机与外部设备的信息传递方式1程序查询方式2程序中断方式3DMA方式三、系统总线1概述2总线的组成3总线的操作时序（同步，异步、应答关系）4典型总线举例教学要求：一、接口与总线理解：接口的功能与分类了解：总线的功能与分类理解：外部设备与主机的连接二、主机与外部设备的信息传递方式理解：程序查询方式掌握：程序中断方式了解：DMA方式三、系统总线理解：概述理解：总线的组成了解：总线的操作时序了解：典型总线举例第十单元：外部设备（6学时）教学内容：一、概述1外部设备的分类与功能2使用外设时应注意的问题二、键盘1工作原理（软件逐行扫描）2触摸屏简介三、打印机1点阵打印技术概述与技术指标2打印机简介（针式、喷墨式、激光式）四、显示器1工作原理（扫描成像、对应关系）2技术指标3显示适配器举例五、磁盘存贮器1工作原理2技术指标3磁盘适配器举例六、光盘存贮器1工作原理2技术指标七、调制解调器1工作原理2技术指标教学要求：一、概述理解：外部设备的分类与功能了解：使用外设时应注意的问题二、键盘理解：工作原理（软件逐行扫描）了解：触摸屏简介三、打印机理解：点阵打印技术概述与技术指标了解：打印机简介（针式、喷墨式、激光式）四、显示器理解：工作原理（扫描成像、对应关系）了解：技术指标了解：显示适配器举例五、磁盘存贮器理解：工作原理了解：技术指标了解：磁盘适配器举例六、光盘存贮器了解：工作原理了解：技术指标七、调制解调器了解：工作原理了解：技术指标第十一单元：计算机硬件系统示例（2学时）教学内容：1系统连接2用I/O指令实现I/O操作3中断方式传送操作4DMA方式传送操作（磁盘调用过程）教学要求：理解：系统连接理解：用I/O指令实现I/O操作了解：中断方式传送操作了解：DMA方式传送操作（磁盘调用过程）第十二单元：计算机系统组织与结构的发展（讲座）教学内容：一、精简指令系统计算机二、多机系统三、并行处理技术四、流水线技术五、共享存贮器结构六、智能计算机系统七、计算机网络【实验内容】一、计算机组成原理实验：必做： 1中央处理器实验 6学时2半导体存储器实验 2学时3CPU取指令与执行指令实验 2学时选做： 一台模型机的设计与调试 （自行安排学时）二、汇编语言程序设计实验：1顺序程序实验 3学时2分支程序实验 3学时3循环程序实验 3学时4子程序设计实验 3学时计算机组成原理实验设备：JYS-2、JYS-3教学实验计算机汇编语言程序设计实验设备：微型机课程实施方案一、课程概况 计算机组成原理与汇编语言是全国电大计算应用专业专科生的基础课程之一。其先修课为计算机电路基础（1）等。该课程主要讲解计算机各功能部件的逻辑组成与工作机制，以及计算机的整机概念。汇编语言程序设计的基本知识及有关编程的基本方法。本课程最终要达到的目的是： 1使学生通过对计算机各功能部件的逻辑组成、工作机制、程序设计的学习及实验，建立完备的单台计算机整机概念。 2使学生通过汇编语言程序设计的学习，了解所用计算机硬件及使用软件扩大功能的实现方法，并为后继课程及今后工作中解决实际问题，打下一个良好的基础。 3通过实验课的学习，使学生受到软硬件实验的初步训练，实验操作能力得到提高。掌握编程的基本方法，培养分析和解决问题的能力，以及掌握使用计算机的基本技能。二、课程教材 1计算机组成原理与汇编语言，俸远祯主编，中央广播电视大学出版社(2001年3月发行) 。 2. 计算机组成原理与汇编语言实验，何晓新等编写，中央广播电视大学出版社(2001年3月发行)。三、其它媒体：配套28学时录相四、教学特点（有关指导思想） 1应强调在了解各个功能部件的逻辑组成和工作机制的基础上，掌握计算机整机的工作原理，特别是典型指令的执行流程。 2强调掌握汇编语言程序设计的基础知识学习，也应注意实际掌握最基本的汇编语言程序设计方法。五、教学要求（见教学大纲和教材中的有关部门说明）六、教学进度该教学安排按照一学期18周进行，每周4学时周 次教 学 内 容教 学 实 验1第1章 绪论2第2章 计算机中的信息表示3第3章 中央处理器原理运算器实验（2学时）4（同上）数据通路实验（2学时）5（同上）控制器实验（2学时）6第4章 典型CPU7（同上）8第5章 汇编语言程序设计汇编语言程序设计实验（12学时）9（同上）10（同上）11（同上）12第6章 存储系统存贮器实验（2学时）13（同上）14第7章 主机与外部设备的信息交换15（同上）16第8章 I/O设备17第9章 计算机硬件系统示例整机设计实验（2学时）18总复习七、教学辅导1直播课堂 主讲：何晓新、刘小星 7月上旬：期末复习2BI播出 主持教师 何晓新 3月上旬：课程介绍、教学大纲、教学安排 4月中旬：第12章重点、难点辅导 5月中旬：第34章重点、难点辅导 6月中旬：第56章重点、难点辅导 6月下旬：第79章重点、难点辅导 7月上旬：考核说明 7月中旬：期末复习3教学信息 主持教师 何晓新 3月上旬：课程介绍、教学大纲、教学安排 3月中旬：第1章重点、难点辅导 4月上旬：第2章重点、难点辅导 4月中旬：第3章重点、难点辅导 5月上旬：第4章重点、难点辅导 5月中旬：第5章重点、难点辅导 6月上旬：第6章重点、难点辅导 6月中旬：第79章重点、难点辅导 7月上旬：考核说明 7月中旬：期末复习 计算机组成原理与汇编语言程序设计复习指南 俸远祯 徐洁 为了帮助同学们复习，本文首先阐明本课程的教学目标与考核说明，这是总复习的指导思想。在重点与难点的剖析中，则首先突出需熟练掌握的部分，然后再讨论一些需掌握、理解的概念和方法，其间插入一些典型题例。由于汇编语言程序设计有其自身的体系和特点，我们将它作为专门的一节讨论。一、 教学目标与考核要求 本课程的教学目标是：在学完本课后能建立起整机概念，它可分为两级： (1) CPU级，它包含三个方面：CPU基本组成、指令流程、汇编语言级程序设计方法。(2) 系统级，它包含两个方面：如何通过系统总线与接口将CPU、主存、I/O设备(含外存)连接成整机，对输入/输出的三种基本控制机制。 相应地，考核也将紧紧围绕这一基本教学目标。一套规范的试卷应能体现出与整机概念相关的核心内容，如：CPU如何执行程序(指令流程)，如何组成一个半导体存储器，总线与接口的基本组成，中断方式的定义、特点、应用、过程，DMA方式的定义、特点、应用、过程，同步控制与异步控制，阅读、分析程序段，用常用汇编语句编写程序段(教材例题和录像教学中使用的汇编语句基本上就属于常用的)等。 教材在每章开头的“学习目标”中，分别用几种层次表明考核要求：熟练掌握，这是重之重、必考内容，可能占有较大比重。掌握。理解。属于“了解”的内容一般不直接考核，即或涉及到一些，其比重也很小。 试题类型大致分为：单项选择题多项选择题改错题(原题均有错)。在这三种试题中都给出一些似是而非的提法或结论，要求考生能正确理解有关概念，能选择或给出正确的结论。注意，对改错题的改正并不是将原来的提法简单地颠倒就行的，也不要偏离题意。简答题，要求正面回答、阐述。有时也要求对可比性概念进行比较分析，例如同步控制与异步控制、组合逻辑控制与微程序控制、中断与DMA等。分析题，如阅读一段用汇编语言书写的程序段，然后回答问题。设计题，如拟定指令流程、设计半导体存储器、编写程序段等。设计题通常是重点所在，请大家务必注意，本文也将重点分析。二、 需熟练掌握的内容 教材在三处采用了“熟练掌握”的提法：CPU基本组成与指令流程，用存储芯片构成某一容量的存储器，中断方式与DMA方式。这些知识点涉及到建立整机概念的核心问题：CPU如何执行指令，计算机如何存储信息，如何控制输入/输出。1CPU基本组成 教材3.3.1节给出了一种简化的CPU内部组成模型，它是拟定指令流程的基础，大家应该记住它。在理解它的组成时需要抓住几点：(1) ALU部件，以及它的输入与输出方式。(2) 用于运算的一组寄存器R0R3及暂存器C、D、Z。(3) 用于控制的一组寄存器：指令寄存器IR，程序计数器PC，程序状态字寄存器PSW。(4) 与访存相关的一组寄存器：存储器地址寄存器MAR，存储器数据寄存器MDR，堆栈指针SP。(5) 内部总线的连接方式，如何向它发送信息，它又如何输出信息。(6) CPU如何通过系统总线与主存、I/O设备相连接。2拟定指令流程 指令流程体现了计算机工作原理中一个核心内容：CPU究竟怎样执行程序指令?大家务必要熟练掌握。考核方式一般是给出一条特定的指令，以模型机CPU内部组成为背景，用寄存器传送级语句描述其读取与执行流程。关键是要熟练掌握几种基本寻址方式的实现过程，分清谁是源地址、谁是目的地址，操作码是什么。设计题：拟出指令MOV-(SP)，x(R0)的读取与执行流程。PCMAR 取指令地址MMDRIR，PC+1PC 取指令PCMARMMDRD，PC+1PC 取形式地址D+R0Z 变址计算ZMAR 送有效地址MMDRC 读源操作数SP-1ZZMAR、SP 修改栈顶地址CMDRMDRM 压栈 本题的操作码MOV是一条传送指令，意味着从源地址读取一个操作数，送入目的地。按模型机指令格式，源寻址方式助记符x(R0)表明是采用变址方式，即：从紧跟现行指令的下一个存储单元中读取形式地址，送入暂存器D；变址寄存器R0的内容(变址量)与形式地址相加，获得有效地址，暂存在Z中；再按该有效地址从主存中读取源操作数，送入暂存器C。目的地寻址方式助记符-(SP)表明采用堆栈寻址方式，将源操作数压入堆栈；先修改堆栈指针SP，使它指向新栈顶(待存的空单元)。最后，将暂存于C中的源操作数经MDR送入主存(即压入堆栈)。 采用了两种相对复杂一些的寻址方式，常用的寻址方式还有：寄存器寻址方式R、寄存器间址方式(R)，自减型寄存器间址方式-(R)，自增型寄存器间址(R)+，直接寻址方式DI等，大家务必要掌握。3存储器设计 CPU加上主存，习惯上称为主机。在构建某个计算机应用系统中，常需自行设计半导体存储器，即用若干存储芯片构造一定容量的存储器。所以这是必须熟练掌握的核心内容。设计题：用1K4/片的存储芯片构成一个4KB存储器，地址总线A15A0(低)，数据总线D7D0(低)，R/W控制读写。请画出芯片级逻辑框图，注明各信号线，写出片选逻辑式。 教材已经完整地讲解了设计方法与设计过程，本文在这里仅强调一些需要注意的地方。若本题的题分为10分，则评分标准往往是：芯片数量及其组合1分；芯片地址是哪几位，3分；片选逻辑，4分；数据线1分；读写控制1分。在完成设计并画出逻辑图后，应当从上述几方面检查一下。存储器逻辑的核心是寻址逻辑，因此芯片地址、片选逻辑这两项在评分标准中占有主要份量。为此需要掌握存储容量与相应地址位数之间的对应关系：1K容量需要10位地址，2K容量需要11位地址。本题的地址分配关系如下：不用片选芯片地址 A15 A14 A13 A12片选地址 A11 A10芯片地址 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0片选逻辑式：CS0A11 A10 CS1A11 A10 CS2A11 A10 CS3A11 A104中断方式 为了将主机与I/O设备连接成一台计算机系统，需要通过系统总线与各种接口实现连接，还要能够选择实现三种基本的I/O控制机制之一。这是由CPU级发展到系统级整机概念的关键，其中有关中断方式和DMA方式的概念最为重要，也相对复杂些，因此被列为必须熟练掌握的核心内容之一。(1) 定义：当CPU接到某个随机的中断请求信号后，暂停执行当前的程序，转去执行相应的中断处理程序，为该随机事态服务，服务完毕后自动返回并继续执行原程序。这一过程称为中断，采用这种方式控制I/O操作或处理随机事件，称为中断方式。(2) 特点：通过执行程序处理，具有随机性。(3) 应用：抽象地说，中断方式主要应用于管理中低速I/O操作、处理复杂的随机事件。具体的应用实例如：故障处理、中低速I/O控制、通信、实时处理、人机对话等。(4) 中断过程：中断请求信号的产生与传送，屏蔽与判优，CPU响应(保存断点、转向中断处理程序入口)，中断处理(执行处理程序)，返回。(细节见教材)(5) 向量中断：这是现代计算机广泛采用的一种获取中断处理程序入口的方式。事先将系统各个中断处理程序的入口地址作为中断向量，组织成一个中断向量表，存放在主存的特定区域中；当CPU响应中断请求并发出批准信号后，提出该请求的中断源(如某个中断接口)向CPU送出自己的向量编码(如中断类型码)，CPU将它转换成向量地址；据此访问主存中的中断向量表，从中读取相应的中断处理程序入口地址，从而转去执行处理程序。5DMA方式 作为三种I/O控制机制之一，DMA方式是一种重要的数据传送方式。(1) 定义：DMA方式是直接依靠硬件实现主存与I/O设备之间数据直接传送的一种方式，在传送过程中不需CPU程序干预。(2) 特点：直接依靠硬件实现数据传送(不是依靠执行程序)，具有随机性。(3) 应用：抽象地说，DMA方式适用于高速的简单数据批量传送。具体的应用实例如：读写磁盘、光盘、磁带等外存储器时的数据传送、网络通信、动态刷新等。(4) 典型过程：一次完整的调用过程包含三个阶段：ADMA初始化。CPU执行初始化程序：预置DMA控制器的工作方式，并向它送出传送方向、主存缓冲区首址、交换数据量等信息；向I/O设备接口送出读写命令、设备寻址信息，然后启动设备工作。BDMA传送。当需要传送时，接口向DMA控制器提出DMA请求，然后DMA控制器向CPU申请总线控制权，获得批准后由DMA控制器接管总线(送出总线地址和读写命令)，接口和主存之间通过数据总线直接传送。C结束处理。批量传送结束后，接口向CPU提出中断请求，CPU执行中断处理程序进行结束处理。简答题：何谓中断方式?举出两种应用实例。简答题：比较并说明中断方式与DMA方式的主要异同。改错题：DMA方式是直接依靠硬件实现主机与I/O设备之间的数据直传。注意，主机包括CPU与主存，而DMA方式正是要绕过CPU。三、 需要掌握、理解的内容(部分) 虽然我们先突出了最重要的一些内容，但为了建立整机概念还需要全面复习教材。限于篇幅，本文只能对其中的部分重点与难点进行剖析，并给出一些题例，起到示范作用。注意，不能将本文视为考试范围，复习时一定要以考核大纲为准。1存储程序工作方式：事先编写程序，事先存储程序，自动连续执行程序。2计算机的特点。基于存储程序工作方式和数字化信息表示，计算机具有下述特点：能在程序控制下自动连续地工作，运算速度快，运算精度高，具有很强的信息存储能力，通用性强。3数制转换单选题：(195)10(B)2A11001101 B100111C1001101 D1100101014码制转换单选题：若X-01100100，则X补(D)A01100100 B11100100C10011011 D100111005定、浮点数的表示范围、分辨率、典型值。关键是掌握它们的典型值，由此可知其表示范围和分辨率。单选题：某定点整数16位，含1位符号位，补码表示，则所能表示的绝对值最大负数的十进制真值为(A)A-215 B-216 C-(215-1) D-(216-1)6I/O编址方法 CPU访问I/O设备是通过接口中的寄存器进行的，目前广泛采用的有两种I/O编址方法：(1) 单独编址。为I/O接口中的有关寄存器分配I/O端口地址，一般由地址总线若干低位提供I/O端口地址，从而选择某个接口寄存器进行读/写。(2) 统一编址。将I/O接口中的有关寄存器与主存单元统一编址，一般将总线地址码中高端(地址值大)的一段区域分配给I/O端口。7运算部件的构成 运算分为算术运算与逻辑运算，算术运算以加法器为核心。多位全加器加上进位链构成并行加法器，加法器加上输入选择逻辑成为多功能的算术逻辑运算部件ALU，ALU加上移位逻辑可实现乘除运算，而浮点运算可分解为定点整数的阶码运算和定点小数的尾数运算。在简单的CPU中可能只有一个ALU和一个移位器，而复杂的CPU中可能包含多个、多种运算部件。8原码运算与补码运算 简答题：指出原码运算与补码运算的主要区别。 原码运算主要用于乘除法，取尾数(绝对值)运算，符号位单独处理；其绝对值运算又称为无符号数运算。补码运算包括加减乘除，其主要特点是符号位作为数的一部分直接参与运算，又称为带符号数运算。9组合逻辑控制器 它通过组合逻辑电路产生微命令，产生微命令的输入信号有：指令代码(操作码、寻址方式码等)，时序信号(工作周期、时钟周期、工作脉冲)，程序状态(PSW中的标志位)，外部请求等。输出为微命令(电位型、脉冲型)。优点：速度快。缺点：设计较凌乱，不易修改扩充。应用于快速CPU中。10微程序控制器 简答题：简述微程序控制方式的基本思想(1) 产生微命令的方法：将所需的微命令以代码形式编成若干条微指令，在制造CPU时将它们存入CPU内的一个控制存储器(ROM型)。CPU执行指令时，从控制存储器中读出微指令，即可获得所需的微命令。(2) 微程序与工作程序之间的对应关系：一条微指令包含的微命令控制实现一步(一个时钟周期)机器操作；若干条微指令组成一小段微程序，解释实现一条机器指令；控制存储器中的微程序能解释实现全部指令系统。简答题：简述微程序控制方式的优缺点优点：设计比较规整，易于修改扩充。缺点：速度较组合逻辑控制器稍慢。应用于对速度要求不是特别高的CPU中，例如Intel的8086系列。11同步控制方式 同步控制方式是这样一种时序控制方式：各项操作都由统一的时序信号同步定时，它的主要特征是有固定的时钟周期划分。这意味着什么时间执行什么操作是事先安排好的，一项基本操作占用一个时钟周期(节拍)，某个操作发生的时刻由相应的脉冲边沿定时。 在CPU内部及各设备内部一般都采用同步控制方式；在传送距离较短、各设备速度差异不很大、传送时间可大致预估的系统中，其系统总线也广泛应用同步控制方式，称为同步总线。12异步控制方式 在异步控制方式中，数据传送及各项操作之间的衔接采用应答方式实现；所需时间视实际需要而定，能短则短，需长则长；其主要特征是没有固定的时钟周期划分，由一组应答信号定时。在传送距离较长、系统内各设备差异较大、传送时间不易预先估计的系统中，其系统总线常采用异步控制方式，称为异步总线。13总线及其分类 总线是一组可由多个部件分时共享的传送信息的公共线路。它可连接多个部件(共享)，某一时刻只能有一个部件可通过总线发送数据(分时)，但可将该数据传送至一个或同时传送至多个部件。 按数据传送格式，总线可分为串行总线与并行总线。按时序控制方式，总线可分为同步总线与异步总线，或再细分出一种同步扩展总线。按所处的位置和功能，可分为CPU内部总线、系统总线以及各种部件内部总线。按传送信息类型，可分为地址总线、数据总线、控制总线。14系统总线的信号组成 典型的系统总线大致包括下述类型的信号：电源与地，地址，数据，同步定时信号或异步应答信号，数据传送控制信号，中断请求与批准信号，总线请求与批准，系统复位等。15I/O接口的定义与分类 I/O接口是位于系统总线与I/O设备之间的逻辑部件，它提供了主机与I/O设备之间进行信息传送的界面和控制逻辑。 按数据传送格式，接口可分为串行接口与并行接口。注意，接口的一侧面向系统总线，另一侧面向I/O设备。对于并行接口，它与系统总线以及与I/O设备之间都是并行。而对于串行接口，它与系统总线之间仍为并行，与设备之间则是串行。因此在串行接口中需进行串-并转换，比并行接口复杂。 按时序控制方式分类，接口可分为同步接口与异步接口。 按I/O控制机制分类，接口可分为直接程序控制方式接口、中断接口、DMA接口。16中断接口的基本组成及功能(1) 端口地址译码电路与读写控制。它决定是否访问本接口，选择接口的哪个寄存器，读出还是写入。(2) 命令字及状态字寄存器。CPU采用输出指令通过数据总线向接口写入命令字，其代码将产生某些具体的操作命令。CPU采用输入指令通过数据总线从接口读取状态字，以判别接口及设备的工作状态。(3) 数据缓冲寄存器/存储器。它转发输入、输出数据，实现缓冲使主机与I/O设备之间达到速度匹配，及可能需要的串并格式转换。(4) 与设备特性及中断机制有关的控制逻辑。通常将其中的公共部分(各接口公用)集中在中断控制器中，它包含：暂存中断请求信号、屏蔽、判优、中断类型码、向CPU提出请求及接受批准信号等。而某个设备的中断信号产生电路，以及与该设备操作相关的控制逻辑，则位于该I/O接口中。简答题：简述I/O接口的基本功能(1) 地址译码，选取接口寄存器。(2) 接收控制命令，提供工作状态信息。(3) 数据缓冲(速度匹配)，格式转换。(4) 控制逻辑，如中断、DMA控制逻辑，设备操作等。17三级存储体系 常见的三级存储体系(从CPU往外)是：Cache、主存、外存。 主存储器用来存放需CPU运行的程序和数据。用半导体RAM构成，常包含少部分ROM。可由CPU直接编程访问，采取随机存取方式，即：可按某个随机地址直接访问任一单元(不需顺序寻找)，存取时间与地址无关。存储容量较大，常用字节数表示，有时也用单元数位数表示。速度较快，以存取周期表示。 Cache位于CPU与主存之间(有些Cache集在CPU芯片之中)，用来存放当前运行的程序和数据，它的内容是主存某些局部区域(页)的复制品。它用快速的半导体RAM构成，采取随机存取方式。存储容量较小而速度最快。 外存储器用来存放暂不运行但需联机存放的程序和数据。用磁盘、光盘、磁带等构成，磁盘用于需频繁访问场合，光盘目前多用于提供系统软件，而磁带多用于较大系统的备份。CPU不能直接编址访问外存，而是将它当作外围设备调用。磁带采取顺序存取方式。磁盘与光盘采取直接存取(半顺序)方式，先直接定位到某个局部区域，再在其中顺序存取。外存容量可以很大，以字节数表示。由于外存的存取时间与数据所在位置有关，所以不能用统一的存取周期指标来表示。例如磁盘的速度指标可按其工作过程分成三个阶段描述：平均寻道时间平均旋转延迟(等待)时间数据传输率。18静态RAM 静态RAM依靠双稳态电路(内部交叉反馈)存储信息，即一个双稳态电路单元存放一位二进制信息，一种稳态为0，另一种稳态为1。只要电源正常就能长期保存信息，不需动态刷新，所以称为静态存储器。一旦断电则信息将会丢失，属于易失性(挥发性)存储器。与动态RAM相比，静态RAM的速度更快，功耗较大，集成度较低，常用于容量较小的存储器中。改错题：静态RAM的“静态”二字含意是：在工作中它的内容静止不变。19动态RAM 动态RAM依靠电容暂存电荷来存储信息，电容充电至高电平为1，放电至低电平为0。由于暂存电荷会逐渐泄漏，需要定期补充电荷来维持为1的存储内容，这种方法称为动态刷新。由于需要动态刷新，所以称为动态存储器。在电源正常并采取动态刷新的条件下，可以长期保存信息。一旦断电则信息丢失，也属于易失性存储器。与静态RAM相比，动态RAM功耗较小，集成度较高，但速度稍慢一些。常用来构成容量较大的存储器。20动态刷新 在动态存储器中，定期对原存信息为1的电容补充电荷，称为动态刷新。动态刷新的方法是：存储器中各存储芯片同时按行地读出重写。全部刷新一遍所允许的最大时间间隔称为最大刷新周期，一般为2ms。动态刷新的安排方式有三种：集中刷新、分散刷新、异步刷新，目前广泛采用后一种，或是利用DMA方式实现，或是设置专门的刷新逻辑，或是将刷新逻辑集成在存储芯片内部。21磁盘存储器 对磁盘存储器，要求大家掌握的内容是：磁盘中的信息组织方法、在访问磁盘时应给出的寻址信息、能结合磁盘调用阐述DMA方式(如二、5所述)。 在软件组织这一层次，信息是以文件的形式进行组织并存放于磁盘之中，用户只需按文件名进行存取。在物理层次中，一个文件分成若干个数据块，一个数据块包含若干字节，常见的作法是每个数据块的字节数固定(例如512B)，称为定长数据块。相应地，磁盘中的信息分布也分为几个层次，以硬盘为例：一个硬盘驱动器中有一个盘组，包含若干盘片/记录面；每个记录面上分为若干磁道，呈同心圆状；每个磁道按一定磁道格式划分为若干扇区，每个扇区可存放一个数据块；在扇区内，数据按位串行记录。 相应地，从物理操作层次看，在调用磁盘时驱动程序需向适配卡送出如下一些寻址信息：台号(驱动器号)，圆柱号(磁道号)，记录面号(磁头号)，扇区号(数据块号)。如果一个文件中的各数据块是顺序存放，则寻址信息中还给出一项：交换量。如果文件中的各数据块不是顺序存放而是随机存放，则每次都应给出其扇区号。 因此磁盘驱动器的工作过程分为几个阶段：寻道。盘片等速旋转，磁头沿径向移动以寻找(定位)信息存取位置所在磁道。寻找扇区。寻道完成后，磁头不动，盘片旋转，等待扇区头部经过磁头。连续读/写。当扇区头到经过磁头时开始连续读出或写入，此时盘片连续旋转而磁头不动，直到需转入另一圆柱面的磁道时才重新移动磁头。22键盘 键盘上的键被连接成行列矩阵，每个键位于某行与某列的交点位置，即该键的一端连接到某根行线(i)，而另一端连接到某根列线(j)。因此识别按键的基本方法是依序扫描，查找按键所处行列位置(i，j)，称为扫描码，再查表将行列位置转换为该按键的键码(一般是ASCII码)。广泛使用的是软件扫描，其中比较简单、易于理解而又具有实用价值的是软件逐行扫描法。简答题：简述键盘的软件逐行扫描法答：如图(本文略)所示，当有键按下时，键盘产生中断请求，CPU执行键盘扫描子程序。CPU通过数据线输出代码至各行线，从第0行开始，逐行为0，其余各行为1。将列线输出送CPU进行判断，判别其中是否有一位为0，哪一位为0。假定扫描至第i行为0时发现第j列输出为0，则按键位置为(i，j)。查表，将行列码(i，j)转换为ASCII键码。23CRT显示器 为了掌握显示器的基本原理，关键是理解屏幕显示与显示缓存之间的一组对应关系(存储容量、信息转换、地址组织、同步控制)。从存储器角度看，在主存中开辟有显示输出缓冲区，在显卡(适配器)上有相应的显示缓存(VRAM)。利用屏幕回扫消隐时间，驱动程序将待显示的信息(字符码或位象代码)从主存输出到显卡上的缓存。在屏幕正程扫描显示期间，显示缓存中的信息(或经信息转换)送往屏幕显示。从屏幕显示角度，分为字符显示、图像显示两大类。对于字符显示方式，从显示缓存中读出的是字符编码，需经过字符发生器转换为字符点阵代码，按点阵成象原理在屏幕上形成字符图形。如果是图形方式，从显示缓存中读出的是位象编码，例如按光栅扫描顺序，每8位像点代码为一个字节。简答题：若字符显示规格为80列25行，则显示缓存的基本容量应不小于多少?答：80252000字节。注意，为了获得丰富的显示效果，显示信息中除字符编码外还有彩色/灰度、显示属性等，因此实际的缓存容量要远大于上述最小值。简答题：若图形显示规格为800600，则显示缓存的基本容量应不少于多少?答：(800600)860000字节。简答题：字符显示规格为80列25行，若要在第1行第3列显示一个A，该字符编码应存放在基本缓存第几个单元?答：(180)+383注意，行号与列号都是从0开始。地址组织与扫描顺序相应，扫描顺序自左向右、自上而下，地址码自0开始增加。四、 汇编语言程序设计 学习汇编语言程序设计的目的，一是能读懂程序，二是编写程序段。相应地考核题型也就是这两种，前者称为分析题，后者纳入设计题。按照学时比例，这部分约占总分的五分之一左右。第四章内容虽不是直接考核对象，但它们是完成程序设计题的基础，大家应当按教材的学习目标进行复习。 由于程序设计部分内容的特点，我们无法像前面那样复述主要的概念与结论，只能逐个说明各部分的考核内容与要求，在最后给出示范考题供参考。18086/8088的寄存器、存储器和堆栈 重点是：理解标志寄存器各状态标志位的含意。掌握堆栈压入指令PUSH和弹出指令POP的功能，特别是对堆栈指针SP的操作。2寻址方式 要求掌握六种常用的寻址方式：寄存器寻址方式、立即数寻址方式、直接寻址方式、寄存器间址方式、变址寻址和基址寻址方式、基址变址寻址方式。主要是通过阅读程序和编写程序来掌握这些寻址方式的应用，对存储器中的操作数可使用不同的寻址方式进行存取，编程时应根据需要选择合适的寻址方式。例如连续访问一维数组中的各元素，可用寄存器间址或变址(基