计算机组成原理总复习.ppt

第一章计算机系统概论 1 计算机系统 计算机硬件和计算机软件 计算机 指硬件 应由运算器 控制器 存储器 总线和输入 输出设备五大功能部件组成 运算器和控制器合称为中央处理器 运算器是对信息进行处理和运算的部件 经常进行的运算是算术运算和逻辑运算 所以运算器又称为算术逻辑运算部件 控制器是整个计算机的指挥中心 它的主要功能是按照人们预先确定的操作步骤 控制整个计算机的各部件有条不紊地自动工作 存储器是用来存放程序和数据的部件 它是一个记忆装置 也是计算机能够实现 存储程序 程序控制 的基础 常见的三级存储系统是 cache 主存储器和外存储器 外围设备是指除了CPU和内存以外的其它设备 1 2 2 了解冯 诺依曼型计算机的基本工作原理 存储程序 按地址顺序执行 3 了解计算机的层次结构 P14 3 第二章运算方法和运算器 1 数制及其转换2 数据表示格式3 定点数的表示方法及数的表示范围 定点加法 减法 乘法 除法运算 溢出的概念及检测方法 4 4 数值数据的编码 有符号数的表示原码表示法补码表示法反码表示法移码表示法补码运算变形补码判溢出 5 码制表示法小结 X 原 X 反 X 补用 0 表示正号 用 1 表示负号 X 移用 1 表示正号 用 0 表示负号 如果X为正数 则 X 原 X 反 X 补 如果X为0 则 X 补 X 移有唯一编码 X 原 X 反有两种编码 移码与补码的形式相同 只是符号位相反 6 数据的四种机器表示法中 移码表示法主要用于表示浮点数的阶码 由于补码表示对加减法运算十分方便 因此目前机器中广泛采用补码表示法 在这类机器中 数用补码表示 补码存储 补码运算 也有些机器 数用原码进行存储和传送 运算时改用补码 还有些机器在做加减法时用补码运算 在做乘除法时用原码运算 7 5 定点数的加 减运算串行进位补码加 减法器的逻辑图 6 逻辑运算7 机器中的浮点表示 浮点数的规格化表示 8 7 浮点运算方法和浮点运算器浮点加法 减法运算完成浮点加减运算的操作过程大体分为五步 1 0操作数的检查 2 比较阶码大小并完成对阶 3 尾数进行加或减运算 4 结果规格化并进行舍入处理 5 溢出处理 9 浮点乘法 除法运算浮点数的乘除运算大体分为五步 1 0操作数检查 2 阶码加 减操作 3 尾数乘 除操作 4 结果规格化及舍入处理 5 溢出处理8 了解浮点运算流水线的基本概念 10 第三章内部存储器 1 存储器概念及分类 半导体存储器的分类ROM RAM SRAM DRAM 11 2 存储器的分级 对存储器的要求是容量大 速度快 成本低 但在一个存储器中要求同时兼顾这三方面是困难的 为了解决这方面的矛盾 目前在计算机系统中 通常采用多级存储器体系结构 即使用高速缓冲存储器 主存储器和外存储器 CPU能直接访问cache和主存储器 CPU不能直接访问外存储器 外存储器的信息必须调入内存储器后才能为CPU进行处理 Cache的作用是解决CPU和主存的速度不匹配问题 12 3 主存储器的技术指标4 存储器容量的扩充问题 要求 会计算存储容量 所需芯片的个数 能完整地画出逻辑图 5 并行存储器 双端口存储器 多模块交叉存储器6 了解cache基本原理 地址映射方式 替换策略和写操作策略等 7 了解虚存的基本概念及其作用 13 问题 计算机系统的存储器子系统为什么要采用层次结构 都有哪些类型的存储器 CPU要执行的程序和要处理的数据放在什么存储器中 Cache的作用是什么 14 问题 假设某CPU有16条数据线 16条地址线 典型的16位机 那么该给这个CPU配置多大的主存储器 单位为字节 如果只有16K 16的主存储器芯片 则需要多少片 你能画出这些主存储器芯片和该CPU之间的逻辑连接图吗 15 第四章指令系统 1 指令格式分类 三 二 一 零地址二地址指令格式中 从操作数的物理位置来说 又可归结为三种类型 存储器 存储器 SS 型指令寄存器 寄存器 RR 型指令寄存器 存储器 RS 型指令 16 2 指令字长度指令字长度 一个指令字中包含二进制代码的位数 机器字长 计算机能直接处理的二进制数据的位数 决定了计算机的运算精度 机器字长通常与主存单元的位数一致 单字长指令 指令字长度等于机器字长度的指令 半字长指令 指令字长度等于半个机器字长度的指令 双字长指令 指令字长度等于两个机器字长度的指令 17 3 指令的寻址方式顺序寻址方式跳跃寻址方式4 操作数寻址方式隐含寻址 指令中不是明显地给出操作数的地址 而是在指令中隐含着操作数的地址 立即寻址 操作数直接在指令字中给出 直接寻址 在指令的操作数地址字段直接给出操作数在存储器中的地址 18 寄存器寻址方式 在指令字中直接给出操作数所在的通用寄存器的编号 寄存器间接寻址方式 在寄存器中给出的不是一个操作数 而是操作数地址 操作数在存储器中 间接寻址 指令地址字段的形式地址不是操作数的真正地址 而是操作数地址的地址 相对寻址 是指把程序计数器PC的内容加上指令字格式中给出的形式地址 称为相对寻址偏移量 而形成指令的有效地址 19 基址寻址 是指把在指令字中给出的一个数值与一个特定的寄存器 称为基地址寄存器 的内容相加之和作为操作数的地址 变址寻址 指把在指令字中给出的一个数值 称为变址偏移量 与指定的一个寄存器 称为变址寄存器 的内容相加之和作为操作数的地址 20 问题 从某种程度上来说 计算机系统的核心就是其指令系统 因为指令系统连接着计算机系统的软件子系统和硬件子系统 指令系统设计的性能好坏 直接影响着计算机系统的性能好坏 请回答 一个完善的指令系统应包括哪些类型的指令 应满足哪4方面的性能要求 就你理解而言 一个指令系统应该支持哪些基本的寻址方式 21 第五章中央处理器 1 CPU的功能指令控制操作控制时间控制数据加工2 控制器的功能 22 3 CPU中的主要寄存器数据缓冲寄存器DR指令寄存器IR程序计数器PC数据地址寄存器AR通用寄存器 R0 R3 状态条件寄存器PSW4 操作控制器硬布线控制器微程序控制器 23 5 指令周期 取出一条指令并执行这条指令所需的时间 指令周期常常用若干个CPU周期数来表示 6 CPU周期 一个机器周期一般完成一个基本操作 通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期 也叫总线周期 一个CPU周期时间又包含有若干个时钟周期 7 时钟周期 通常称为节拍脉冲或T周期 它一般是处理操作的最基本单位 8 掌握各指令周期是如何实现的 9 针对指令周期的执行过程给出CPU的逻辑组成及各部分的功能 24 25 10 要求会画指令周期流程图 方框图 操作序列图 11 微程序控制器微程序控制原理微程序控制器原理框图微命令和微操作微操作可分为相容性和相斥性 26 27 机器指令与微指令的关系 一条机器指令对应一个微程序 这个微程序是由若干条微指令序列组成的 因此 一条机器指令的功能是由若干条微指令组成的序列来实现的 简言之 一条机器指令所完成的操作划分成若干条微指令来完成 由微指令进行解释和执行 28 11 微命令编码直接表示法编码表示法混合表示法12 流水CPU计算机的并行技术主要有三种形式 时间并行 时间重叠空间并行 资源重复时间并行 空间并行流水CPU是以时间并行性为原来构造的处理器 29 13 流水线中的主要问题资源相关数据相关控制相关 30 问题 在计算机硬件系统的各部分中 CPU绝对是核心中的核心 CPU的主要任务就是执行指令 请顺着CPU执行一条指令的思路 简述CPU逻辑组成的各部分及其作用 31 第六章总线系统 1 总线的基本概念2 总线的连接方式3 了解总线的内部结构4 了解总线信息的传送方式 掌握串行传送方式的格式 5 什么是接口 有什么功能 6 总线仲裁的方式 理解集中式仲裁的几种方式 7 总线的定时方式 32 现代计算机系统中 总线子系统显得越来越重要 在总线子系统中 接口概念不得不提 请问 接口是什么 接口的功能有哪些 列举你所知道的计算机系统的接口部件 33 第七章外围设备 1 外围设备的一般功能 分类 2 磁表面存储器的特点 3 磁盘存储器上信息的分布记录面磁道扇区柱面4 相关计算 磁盘存储容量 平均等待时间 数据传输率等 34