计算机组成原理复习提纲.doc

计算机系统概述1、 建立整机概念、理解Von Neumann 计算机体系结构思想，以及按此思想设计的计算机组成部件和功能计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成2、 怎样区分存储器中存储的是数据还是指令？通过不同的时间段来区分指令和数据，即在取指令阶段（或取指微程序）取出的为指令，在执行指令阶段（或相应微程序）取出的即为数据。通过地址来源区分，由PC提供存储单元地址的取出的是指令，由指令地址码部分提供存储单元地址的取出的是操作数。3、 理解指令与程序的基本概念。程序是指令组成的，指令是指挥计算机执行各种操作的命令数据表示与运算器1. 常用的进位计数制及其相互转换 P2942. 真值和机器数（原码、补码、反码、移码），正数与负数的各种机器码表示方法、特别是0的表示方法 3. 定点数（定点整整、定点小数）的表示范围 P2284. 浮点数的表示范围，特别是按照IEEE754标准的浮点数表示范围 P230例1 某浮点数字长32位，其中阶码8位，以2为底，补码表示，尾数24位（含1位数符），补码表示。现有一浮点数（AC5A3E00），请问它所表示的二进制真值是多少？以及该浮点数格式表示的最大正数为多少？最大负数为多少？1010 1100 0101 1010 0011 1110 0000 0000；2278；-2(-278)5. 定点数的加、减运算，特别是减法运算，将被减数变化为补码后进行加法运算。6. 溢出的判断（上溢、下溢）以及检验方法7. 定点数的乘法运算。（原码一位乘法、原码两位乘法、补码一位乘法、补码两位乘法）8. 定点数的除法运算。（原码一位除法【恢复余数法、不恢复余数法】、补码一位除法）9. 浮点数的加减（对阶、尾数加减、规格化后舍入）、乘除运算10. 校验技术：奇偶校验、海明校验、CRC（循环冗余校验）11. ALU的设计（串行进位、先行进位）存储器1. 存储器的分类及其相关概念存储器在计算机中的作用分类：Cache、主存、辅存存储方式分类：RAM、ROM、SAM、DAM存储介质分类：半导体存储器、磁表面存储器、光存储器2. 半导体随即存储器的工作原理，特别是静态存储器与动态存储器的工作原理及其比较。静态存储器SRAM（缓存）依靠触发器的两个稳定状态存储信息，多用来作为小容量的高速缓冲存储器，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。动态存储器DRAM（主存）是依靠电容上的存储电荷来保存信息，为了保持数据,所以必须隔一段时间刷新一次,DRAM是由许多基本存储元按照行和列来组成的常用作大容量的主存储器。SRAM具有较高的性能，但集成度较低。价格高，速度快，功耗大3. 动态存储器的各刷新机制（集中刷新、分散刷新、异步刷新）的优缺点。集中：在最大刷新间隔时间内，集中安排一段时间进行刷新，存在CPU访存死时间。分散：在每个读/写周期之后插入一个刷新周期，无CPU访存死时间。异步：是集中式和分散式的折衷。4. SRAM的组成结构（存储体、读写电路、地址译码器、控制电路）及其工作过程5. 存储器的扩展（位扩展、字扩展、字位全扩展）位扩展：增加存储字长字扩展：增加存储器字的数量 字位全扩展：即增加存储字的数量又存储字长 6. 存储器的地址分配与片选逻辑（与CPU的连接）7. Cache的基本工作原理以及与主存之间的映射方式（全相联映射、直接映射、组相联映射）8. Cache 的主存块的替换算法以及写策略9. 虚拟存储器（页式、段式、段页式）例题1 一个16K X 32位的存储器，其地址线与数据线的总和是_14+32=46根例题2 某计算机字长为32位，它的存储容量为256KB，按字编址，它的寻址范围是_（256*1024*8）/32=64*1024=64KB例题3 某8位机采用单总线结构，地址线16根，双向数据线8根，控制总线中与主存有关的/MREQ（允许访存，低电平有效），/RW）高电平为读命令，低电平为写命令）主存地址空间分配为-0-8191为系统程序区，8192-32767为用户程序区，最后（最大地址）2K地址空间为系统程序工作区，按照字节编码。现有如下存储器：ROM： 8K*8位RAM：16K*1位、2K*8位、4K*8位、8K*8位译码器：3:8译码器74LS138请从上述芯片中挑出合适的设计该计算机的主存储器，画出与cpu相联图系统程序区选ROM 8K*8位1块用户程序区选RAM 8K*8位3块最后2K选择2K*8位1块指令系统1、 什么是指令、什么是指令系统（完整的指令系统包括：数据传送类指令、数据运算类指令、程序控制类指令）指令就是规定计算机执行某种操作的指示与命令。指令系统就是CPU能够执行的所有机器指令的集合。2、 指令的格式（操作码、源操作数地址、目的操作数地址、下一条指令地址），地址码按照操作数的地址数量分：零地址、一地址、二地址、多地址；指令按照长度分为：半字长指令、单字长指令、双字长指令3、 指令的寻址方式：指令寻址（顺序寻址和跳跃寻址）和操作数寻址（数据寻址）（常见的9种寻址方式：立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器直接寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、基址寻址、相对寻址、堆栈寻址）例题：已知某小型计算机字长为16位。其双操作数指令的格式为： 0 5 6 7 8 15OPRD其中OP为操作数、R为通用寄存器地址、试说明在下列情况下能访问的最大主存区为多少个机器字？D为直接操作数D为直接主存地址D为间接地址D为变址的形式地址，假定变址寄存器为R1（字长为16位）中央处理器1、 CPU的功能：控制程序的顺序执行、产生完成每条指令所需的控制命令、对各种操作实施时间上的控制、对数据进行算术与逻辑运算、对计算机中出现的异常情况进行处理2、 CPU的基本结构：运算器（算术运算、逻辑运算）与控制器（IR、PC、DR、AR、AC、PSW、指令译码器、时序产生器）控制器组成：程序计数器、指令寄存器、数据缓冲器、地址寄存器、通用寄存器、状态寄存器、时序发生器、指令译码器、总线3、 什么是指令周期？什么是机器周期？什么是时钟周期？指令周期是CPU取出并执行一条指令所需的全部时间，即完成一条指令的时间。机器周期是所有指令执行过程中的一个基准时间，通常以存取周期作为机器周期。时钟周期是机器主频的倒数，也可称为节拍，它是控制计算机操作的最小单位时间。一个指令周期包含若干个机器周期，一个机器周期又包含若干个时钟周期，每个指令周期内的机器周期数可以不等，每个机器周期内的时钟周期数也可以不等。4、 熟悉几条常用指令周期（ADD指令、STA指令、LDA指令、JMP指令、CLA指令）5、 控制器的功能：对指令流与数据流在时间与空间上的实施正确的控制6、 控制器的组成：寄存器、指令译码器、地址形成部件、时序产生器等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：控制部件向执行部件发出的各种控制命令叫作微命令，它是构成控制序列的最小单位微操作：是微命令的操作过程微指令：把在同一CPU周期内并行执行的微操作控制信息，存储在控制存储器里，称为一条微指令微程序：一系列微指令的有序集合就是微程序8、 微程序控制器的组成：控制存储器、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过程10、 微指令的格式：操作控制字段和顺序控制字段（选择域和地址域）以及微地址的形成11、 微指令编码方法：直接控制阀、字段直接编码法、字段间接编码法12、 硬布线控制器的设计方法以及与微程序控制器的比较13、 什么叫指令流水线？什么叫超标量流水线？指令流水：就是改变各条指令按顺序串行执行的规则，使机器在执行上一条指令的同时，取出下一条指令，即上一条指令的执行周期和下一条指令的取指周期同时进行。超流水线：超流水线技术是将一些流水线寄存器插入到流水线段中，好比将流水线再分道，提高了原来流水线的速度，在一个时钟周期内一个功能部件被使用多次。总线与输入输出系统1、 总线的作用以及结构（单总线与多总线） 总线是各个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质。借助于总线连接，计算机在各系统功能部件之间实现地址、数据和控制信息的交换，并在争用资源的基础上进行工作结构：单总线，多总线2、 总线的分类：数据总线、地址总线、控制总线3、 总线的仲裁：集中仲裁（链式查询、计数器定时查询、独立请求）和分布仲裁总线仲裁：总线仲裁即总线判优，主要解决在多个主设备申请占用总线时，由总线控制器仲裁出优先级别最高的设备，允许其占用总线4、 总线标准（ISA、PCI等）5、 I/O接口的基本功能：实现主机与外设的通讯控制、进行地址译码与设备选择、实现数据格式转换与传递、传递控制命令与状态信息6、 主机访问I/O设备的控制方式：