计算机原理复习资料.doc

第一章 计算机中数据的表示方法1.数据的最小单位称为位（bit），存储容量的最基本单位是字节（Byte），CPU处理数据的基本单位是字（word）数据按处理方式可分为数值和非数值类（如汉字），按传输形式分为数字数据（离散）和模拟数据（连续）2.ASCII码：美国标准信息交换代码，7位，最高位为0，共128个，A为41H（65），a为61H（97），扩展ASCII码256个3.汉字编码：输入码（外码，分音码/形码/音形码等）、内码（高位置1）、字形码（字模码，分为点阵、矢量、轮廓TTF）、交换码（国标码）4.区位码（16进制）+2020H=国标码，国标码+8080H=机内码，如某字区位2590，国标397AH，机内B9FAH5.BCD码与十进制互换(4位对1位），点阵码的存储空间=点阵/8（字节），如8000个16*16点阵汉字库需256KB6.国标GB2312-80基本字符集有94区，每区有94位，一级汉字3755个按拼音排列，二级汉字3008个按部首排列，其他字符集有GBK、GB18030、CJK等7.十进制非十进制：整数部分除R取余，小数部分乘R取整。十进制小数不一定能转换成二进制8.非十进制十进制：乘权求和，二进制与十六进制（八进制）互换。多种数制比较可统一转成十或二进制9.机器数（数的符号位数字化，分原/反/补）、真值（一个数的实际本身）、原码、反码、补码的区别，正数的原码、反码、补码相同，负数的原码为符号位1加数值位，反码为符号位1加数值位取反，补码为符号位1加数值位取反+1，0的原码、反码均有两个，0的补码只有一个。引入补码的实质是实现求补相加，将减法运算转化为加法10.数的表示有定点和浮点，定点数分为定点整数和定点小数，8位定点整数的原码范围是-127+127，补码范围是-128+127，8位定点小数的原码范围是-(1-2-7)(1-2-7)，补码范围是-1(1-2-7)；浮点数的组成：阶符，阶码，数符，尾数，其中阶码决定了数的大小，尾数决定了数的精度，两个浮点数进行加减运算时先要对阶，0.5=|尾数|1称为规格化(补码表示时数符与尾数最高位相异)11.加法运算的溢出：最高位和次高位有且只有一项有进位第二章 计算机系统的组成1.计算机发展：第一台ENIAC于1946年美国；第一代电子管，用定点数、低级语言；第二代晶体管，出现高级语言；第三代集成电路，半导体作内存，出现ARPANET；第四代大规模和超大规模集成电路，出现数据库、分布式操作系统、网络软件。趋势:巨型.微型.网络.智能2.微机发展：1971年INTEL4004问世（4位），经历8088（准16位）、80286（16位）、80386（32位）、80486（32位）、Pentium（32位）、奔四进入64位3.计算机特点：运算速度快，计算精度高，具有记忆功能和逻辑判断功能，具有数据传输和通信能力，具有自动控制能力4.计算机工作原理：存储程序控制，由冯.诺依曼提出，也是与其他计算工具的不同之处5.按功能计算机分为通用和专用，按原理分为数字、模拟、混合，按规模分为巨、大、中、小、微、单6.计算机应用：科学计算（最早）、数据处理（最广泛，也称信息处理）、过程控制（实时控制）、计算机辅助系统（CAD，CAM，CAI，CAT，CAE，CIMS）、智能模拟7.计算机系统由硬件系统和软件系统组成。硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备组成。软件是实现算法的程序和相关文档，由系统软件和应用软件组成。系统软件包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统和服务程序等。计算机资源含硬件、软件、数据三类8.微机性能指标：字长（内部数据总线的宽度）、速度（主频：CPU时钟频率，单位为MHz；存取速度：用存取周期和存取时间描述；运算速度MIPS即每秒百万条指令）、内存容量、可靠性（平均无故障时间MTBF）、可维护性（平均故障修复时间MTTR）9.计算机启动：加电自检自举引导运行操作系统，自检自举程序在ROM-BIOS第三章 中央处理器1.中央处理器也称CPU,主要有控制器和运算器组成。若从功能上看，CPU包含控制器、运算器和寄存器三部分2.控制器是计算机指令的执行部件，主要包括：指令指针寄存器（也称程序计数器PC，存待取指令地址，有自动加1功能）、指令寄存器（存正在执行指令）、指令译码器（分析解释操作码并产生控制信号）、时序控制信号形成部件（接受译码产生控制信号并按一定时间顺序发出）3.运算器是计算机中负责算术运算（加、减、乘、除）和逻辑运算（与、或、非、异或和比较）的部件，主要包括：算术逻辑单元ALU（算术、逻辑、移位、求补）、累加器（暂存操作数和运算结果的寄存器，无累加功能）、状态寄存器（又称标志寄存器，存放状态信息如进位等，每一位均可单独使用）4.寄存器分成：数据寄存器、地址寄存器、控制寄存器、状态寄存器和其他寄存器5指令：计算机能够识别和执行的操作命令，由操作码和地址码组成。指令的执行分为取指阶段和执行阶段，取指过程包括取指令、分析指令及产生控制信号，指令执行过程是指令经译码器分析译码后，产生相应控制信号并由时序控制信号形成部件发出，在该信号控制下完成相应操作。6.时序：计算机的时间控制。时序的产生：同步（统一的时钟信号）和异步（应答）7.时钟周期：主频的倒数，最基本的时间周期。机器周期：完成一个基本操作所需时间，也称总线周期或CPU周期。指令周期：CPU执行一条指令所需时间。一个指令周期由若干机器周期组成，一个机器周期由若干时钟周期组成。8.指令从内存取出，经数据总线、数据寄存器、指令寄存器、指令译码器，发出控制信号。产生控制信号的方法：组合逻辑电路实现法、微程序控制法。9.一条指令的执行分成若干机器周期，一个机器周期定义为一条微指令，微指令由控制部分和下址组成，微指令的有序集合称为微程序，一段微程序对应一条指令，微程序存于ROM10.流水线技术：将执行指令的若干子操作并行处理，首次在486使用，实现一个时钟周期完成一条指令。超流水线：流水线周期短，时钟频率高，时间换空间。超标量：重点设置大量的处理单元，一条以上流水线，每个时钟周期完成一条以上指令，空间换时间11.复杂指令系统CISC(兼容，指令只加不减，如Petium系列)，精简指令系统RISC的特点有：指令数目少，指令长度固定、种类少、寻址方式少，大多在一个机器周期完成，通用寄存器数量多12.其他CPU技术：分支预测技术，MMX,3DNOW,SSE,多CPU技术等第四章 指令系统1.指令格式：零地址、一地址、二地址、三地址2.指令寻址方式：顺序执行（PC+1）、改变执行顺序（直接寻址，间接寻址，相对寻址，中断寻址）操作数寻址方式：立即寻址，直接寻址，寄存器寻址，间接寻址，寄存器间接寻址，变址寻址，页面寻址，基址寻址，其他寻址（位寻址、块寻址、堆栈寻址）3.指令操作码的编码格式：固定式（操作码长度不变，用于大、中型机）和可变式（根据使用频率变化，适于微型机）4.指令按功能分为四类：数据传送指令（传送MOV、堆栈PUSH和POP、输入输出I/O），数据处理指令（算术、逻辑、移位），程序控制指令（转移、子程序调用和返回），处理器控制指令（空操作、停机）。其中停机是转入下一任务而非关机，特权指令用于系统资源的分配和管理，应用于多任务、多用户计算机，单任务不必要第五章 存储系统1.按存储介质，存储器可分为半导体、磁表面、光盘。按存取方式可分为RAM(随机存取、易失)和ROM(只读、非易失)2.主存的指标：存储容量、存取速度（存取周期、存取时间），容量末地址-起始地址+13.RAM所用元件有双极型（速度快、集成度低、价格高，用于CACHE）和MOS。MOS型有静态SRAM和动态DRAM，SRAM由双稳态触发器组成，不断电信息不丢失，DRAM根据电容的电荷量存储信息，需动态刷新（集中刷新、分散刷新、异步刷新）4.ROM的基本存储单元是一个固定的开关电路，分为掩膜ROM、PROM、EPROM、EEPROM5.CACHE采取双极型存储器组成，实现CPU与主存速度上的匹配，基本操作有读、写（直写或回写），特点是：容量小、速度快，其内容是主存的副本，地址映像和替换算法由硬件实现6.ROM-BIOS采用EEPROM，存放CMOS参数的芯片属于RAM7.CACHE-主存层次结构解决速度与成本的矛盾。主存辅存层次结构解决大容量与低成本矛盾，扩大了编程空间，称为虚拟存储器。8.半导体存储芯片容量计算：地址线n决定了字数，数据线决定了字长，容量2n*数据线/8(字节)。存储容量的扩展有位扩展（加大字长）、字扩展（增加芯片数量）、字位扩展第六章 总线系统1.总线是一种在多于二个模块间传送信息的公共通路，能被各模块分时共享2.按连接部件总线分为内部总线（同一部件内）、系统总线（部件之间）、外部总线（通信总线，与外设之间）。按信息传送格式分为并行、串行（成本低、速度慢）。按信息传送方式分为单向总线、双向总线3.常见总线结构有单总线（系统总线）、双总线（+存储总线）、多总线（+I/O总线）4.系统总线由数据总线、地址总线、控制总线组成。数据总线用于传送数据（含指令），双向，并行，同步，其位数为计算机字长。地址总线用于存储器操作和I/O操作，单向，并行，其位数决定可直接寻址的内存容量，地址线N与可直接寻址地址单元数M的关系：M2N 。控制总线用于传送各类控制/状态信号5.常见的微机总线标准有ISA、VESA、PCI等。PCI局部总线与CPU异步工作，支持多主控设置，即插即用。AGP是图形加速接口，图形内存与系统内存一体。总线为33M时，32位系统PCI传输速率为132MB/s，AGP1x为264MB/s第七章 输入/输出系统1.接口是把外围设备同计算机连接起来实现数据传送的控制电路，介于I/O设备和总线之间2.接口功能：实现主机和外设的通信，实现数据缓冲，接受主机命令3.根据接口与外设的数据传送格式，接口分为串行和并行。目前广泛的接口标准有IDE/EIDE/SCSI接口、IEEE1394/RS-232C接口、USB接口等4.端口是接口中的寄存器，分成数据端口、状态端口、控制端口5.I/O设备的信息交换方式：程序查询方式（软件为主、串行、效率低），程序中断方式（并行、高效），DMA方式（内存与外设建一条数据传输通道，由DMAC控制，与CPU无关，硬件实现），通道方式（有自己指令，在CPU指挥下工作），外围处理机方式（将I/0操作和外设管理权交给某一部件管理，适于大型机）6.中断作用：分时操作，处理事故，实时操作7.根据中断源（发出中断请求的对象）的不同，中断可分为：内中断（硬件故障或程序出错），软中断（事先安排的中断指令），外中断（由I/O设备、定时钟引起）8.根据受理中断的方式，中断分成屏蔽中断和不可屏蔽中断，屏蔽为拒绝响应中断请求9.中断系统的功能：中断处理和中断控制。中断处理包括发现中断请求、中断响应、中断处理与中断返回。中断控制是实现中断优