计算机组成原理复习(1)

1、复复 习习第一章 计算机系统概论1、硬件的组成、硬件的组成运算器运算器+控制器控制器=CPU、CPU+存储器存储器=主机、主机、适配器与输入输出设备适配器与输入输出设备2、软件的分类，固件的概念、软件的分类，固件的概念系统软件、应用软件、汇编语言、算法语言、系统软件、应用软件、汇编语言、算法语言、源程序、编译程序、目的程序。源程序、编译程序、目的程序。固件是指软件的硬件化，即从功能来说，是固件是指软件的硬件化，即从功能来说，是软件，从形态来说，又是硬件。软件，从形态来说，又是硬件。3、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构3、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构1级：微程序设计级级：

2、微程序设计级直接由硬件执行直接由硬件执行2级：一般机器级级：一般机器级微程序微程序3级：操作系统级级：操作系统级操作系统操作系统4级：汇编语言级级：汇编语言级汇编程序汇编程序5级：高级语言级级：高级语言级编译程序编译程序第二章 运算方法和运算器1、定点数的机器码表示、定点数的机器码表示原码、补码、反码、移码的定义与表示的原码、补码、反码、移码的定义与表示的数的范围数的范围2、定点数的加法、减法运算及溢出检测方法、定点数的加法、减法运算及溢出检测方法与电路实现与电路实现(1)双符号位法，也称为变形补码。双符号位法，也称为变形补码。(2)单符号位法单符号位法行波进位的补码加法行波进位的补码加法/减

3、法器的电路实现原减法器的电路实现原理图理图3、定点数的乘法、定点数的乘法不带符号的阵列乘法器不带符号的阵列乘法器这种乘法器实现这种乘法器实现n位位n位时，需要位时，需要n(n-1)个全加器和个全加器和n2个与门。如果是个与门。如果是m位位n位呢？位呢？5位位5位不带符号的阵列乘法器逻辑电路位不带符号的阵列乘法器逻辑电路图原理图原理带符号的阵列乘法器带符号的阵列乘法器对对2求补器电路图原理求补器电路图原理(n+1)(n+1)位带求补器的阵列乘法器框图位带求补器的阵列乘法器框图例例20、214、定点数的除法、定点数的除法原码除法算法的原理原码除法算法的原理可控加法可控加法/减法减法(CAS)单元单

4、元不恢复余数的阵列除法器不恢复余数的阵列除法器(加减交替法加减交替法)例例235、定点运算器的组成、定点运算器的组成74LS181与与74LS 182构成构成16、32、64位并行位并行加法实现原理加法实现原理能阐述其并行加法的实现过程，并画出连接能阐述其并行加法的实现过程，并画出连接原理框图原理框图 6、浮点数、浮点数 浮点数的表示：一般规格化表示（尾数用原浮点数的表示：一般规格化表示（尾数用原码、补码表示）码、补码表示）IEEE754标准下，标准下，32位浮点数的规格化表示位浮点数的规格化表示（真值与浮点数格式转换）（真值与浮点数格式转换）一般规格化表示的一般规格化表示的32位浮点数，位浮

5、点数，754标准下表标准下表示的示的32位浮点数，所能表示的最大、最小正位浮点数，所能表示的最大、最小正数、负数（即范围）的计算数、负数（即范围）的计算浮点数的加法、减法运算（重点是尾数的规浮点数的加法、减法运算（重点是尾数的规格化、阶码的溢出判断）格化、阶码的溢出判断）浮点数的乘除法运算（重点是尾数的规格化、浮点数的乘除法运算（重点是尾数的规格化、阶码的溢出判断）阶码的溢出判断）作业作业P63， T1，T2 ， T3， T5，（，（1），），（3） P64，T6，（，（3 ），），T7，（，（1），），T9，（2），），T10（1） 第三章第三章 内部存储器内部存储器1、存储器的分类、性能指

6、标、分级的层次化、存储器的分类、性能指标、分级的层次化存储体系存储体系 分类方法：（分类方法：（1）存储介质；（）存储介质；（2）存取方式；）存取方式；（3）存储内容可变性；（）存储内容可变性；（4）信息易失性；）信息易失性；（5）系统中的作用。）系统中的作用。性能指标：存储容量、存取时间、存储周性能指标：存储容量、存取时间、存储周期、存储器带宽期、存储器带宽分级：高速缓冲存储器、主存储器、外存分级：高速缓冲存储器、主存储器、外存储器三层结构。储器三层结构。2、SRAM：（1）静态）静态SRAM存储信息的基本原理存储信息的基本原理SRAM是用一个锁存器（触发器）作为存是用一个锁存器（触发器）作

7、为存储元。任何一个储元。任何一个SRAM都有三组信息线与外都有三组信息线与外部打交道：地址线、数据线、控制线。部打交道：地址线、数据线、控制线。（2）SRAM的存储元阵列工作原理与逻辑结的存储元阵列工作原理与逻辑结构构目前的目前的SRAM芯片都采用双译码方式：将芯片都采用双译码方式：将地址分成地址分成x向、向、y向两部分。而数据宽度由向两部分。而数据宽度由1位、位、4位、位、8位。位。图图3.3表示的逻辑结构图的工作原理。表示的逻辑结构图的工作原理。图图3.4的读的读/写周期波形图。写周期波形图。3、DRAM：（1）DRAM存储信息的基本原理存储信息的基本原理图图3.6的的DRAM存储元的写、

8、读、刷新操作存储元的写、读、刷新操作原理。原理。（2）逻辑结构图）逻辑结构图图图3.7的的DRAM逻辑结构图的实现原理逻辑结构图的实现原理（3）DRAM的刷新意义与刷新方式的刷新意义与刷新方式集中式刷新：集中式刷新：DRAM的所有行在每一个刷的所有行在每一个刷新周期中都被刷新。新周期中都被刷新。分散式刷新：每一行的刷新插入到正常的分散式刷新：每一行的刷新插入到正常的读读/写周期中。写周期中。4、存储器的容量扩展方法、存储器的容量扩展方法（1）芯片数量计算）芯片数量计算使用使用l lk k位的芯片扩充为位的芯片扩充为MN位的存储体，位的存储体，共需（共需（M/l l）(N/k k)个存储器芯片。

9、个存储器芯片。（2）芯片连接图）芯片连接图 注意标识清楚数据线、地址线及控制线注意标识清楚数据线、地址线及控制线(CS、R/W)5、高级的、高级的DRAMCDRAM是在通常的是在通常的DRAM芯片内又集成芯片内又集成了一个小容量的了一个小容量的SRAM。CDRAM的工作原理：即可实现猝发式读取。的工作原理：即可实现猝发式读取。图图3.13的的1M4位位CDRAM芯片结构框图的工芯片结构框图的工作原理。作原理。6、ROM各种各种ROM的存储原理：的存储原理：ROM（掩模（掩模ROM、可编程可编程ROM（EPROM、E2PROM）、）、FLASH的存储原理。的存储原理。7、并行存储器、并行存储器（

10、1）双端口存储器提高访问速度的原理）双端口存储器提高访问速度的原理图图3.24的双端口存储器的双端口存储器IDT7133逻辑结构图的逻辑结构图的工作原理工作原理（2）多模块交叉存储器提高访问速度的原理，）多模块交叉存储器提高访问速度的原理，带宽的计算带宽的计算图图3.26交叉存储器的工作原理、例交叉存储器的工作原理、例5（3）二模块交叉存储器实例分析，地址的分配）二模块交叉存储器实例分析，地址的分配图图3.29的工作原理。的工作原理。8、cache存储器存储器（1）cache的作用、功能与实现的基本原理的作用、功能与实现的基本原理（2）cache命中率的计算命中率的计算（3）主存与）主存与ca

11、che之间的地址映射方法之间的地址映射方法全相联映射、直接映射、组相联映射全相联映射、直接映射、组相联映射（4）Cache数据更新的策略数据更新的策略替换策略（替换策略（LFU、LRU、随机替换）、随机替换）写回策略（写回法、全写法、写一次法）写回策略（写回法、全写法、写一次法）9、作业：、作业：P101，第，第2题，题，3题，题，P102，第，第7，8，第，第9题，第题，第10，11题题第四章第四章 指令系统指令系统1、指令的格式、指令的格式（1）指令的定义）指令的定义操作码、地址码；指令的操作码、地址码；指令的长度长度（2）寻址方式）寻址方式指令寻址方式：顺序寻址方式、跳跃寻址方式指令寻址

12、方式：顺序寻址方式、跳跃寻址方式操作数寻址方式：前面操作数寻址方式：前面7种种2、指令的分类、指令的分类数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、程序控制指令、输入输出指令、字符串指令、程序控制指令、输入输出指令、字符串指令、特权指令、其他指令特权指令、其他指令3、作业：、作业：P125，T3，T6，T7 第五章第五章 中央处理机中央处理机1、CPU的功能，组成结构、各组成构件的的功能，组成结构、各组成构件的作用作用 指令控制、操作控制、时间控制、数据加指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。工。控制器：程序计数器、指令寄存器、指令控制器：程序计数器、

13、指令寄存器、指令译码器、时序产生器、操作控制器译码器、时序产生器、操作控制器运算器：算术逻辑单元运算器：算术逻辑单元(ALU)、通用寄存、通用寄存器、数据缓冲寄存器器、数据缓冲寄存器DR和状态条件寄存器和状态条件寄存器PSW。2、指令周期的概念、指令周期的概念指令周期是取出一条指令并执行这条指令的指令周期是取出一条指令并执行这条指令的时间。时间。CPU周期也称为机器周期，即从内存周期也称为机器周期，即从内存中读取一个指令字的最短时间。时钟周期常中读取一个指令字的最短时间。时钟周期常称为节拍脉冲或称为节拍脉冲或T周期，它是处理操作的最周期，它是处理操作的最基本单位。基本单位。MOV指令、指令、L

14、AD指令、指令、ADD指令、指令、STO指指令、令、JMP指令的指令周期指令的指令周期3、方框图语言描述指令周期、方框图语言描述指令周期 图图5.14的方框图表示指令周期方法，例的方框图表示指令周期方法，例1。4、时序的意义、发生方式，时序的控制方式、时序的意义、发生方式，时序的控制方式计算机的协调动作需要时间标志，而时间计算机的协调动作需要时间标志，而时间标志则是用时序信号来体现的。标志则是用时序信号来体现的。硬布线控制器中，时序信号往往采用主状硬布线控制器中，时序信号往往采用主状态周期态周期-节拍电位节拍电位-节拍脉冲三级体制。节拍脉冲三级体制。微程序控制器中，时序信号一般采用节拍微程序控

15、制器中，时序信号一般采用节拍电位电位-节拍脉冲二级体制。节拍脉冲二级体制。时序信号产生器的组成：时钟源、环形脉时序信号产生器的组成：时钟源、环形脉冲发生器、节拍脉冲和存储器读冲发生器、节拍脉冲和存储器读/写时序、启写时序、启停控制逻辑。各部分的作用。停控制逻辑。各部分的作用。控制方式：同步控制方式、异步控制方式、控制方式：同步控制方式、异步控制方式、联合控制方式。联合控制方式。5、微程序控制器、微程序控制器（1）微命令、微操作、微指令、微程序、）微命令、微操作、微指令、微程序、指令、程序的概念与关系指令、程序的概念与关系 微命令：控制部件通过控制线向执行部件微命令：控制部件通过控制线向执行部件

16、发出的各种控制命令。微操作：执行部件接发出的各种控制命令。微操作：执行部件接受微命令后所进行的操作。受微命令后所进行的操作。微指令：在机器的一个微指令：在机器的一个CPU周期中，一组周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合。实现一定操作功能的微命令的组合。微程序：微指令组成的序列，通常实现了微程序：微指令组成的序列，通常实现了一条机器指令的功能。一条机器指令的功能。（2）微程序控制器的工作原理）微程序控制器的工作原理 图图5.23的微程序控制器组成原理框图的实的微程序控制器组成原理框图的实现原理。现原理。（3）CPU周期、微指令周期、指令周期之间的周期、微指令周期、指令周期之间的关系关系 微

17、指令周期：读出微指令的时间加上执行该条微微指令周期：读出微指令的时间加上执行该条微指令的时间。指令的时间。将一个微指令周期设计得恰好和将一个微指令周期设计得恰好和CPU周期时间相周期时间相等。等。指令周期：指令周期：（4）方框图语言分析指令的实现）方框图语言分析指令的实现 图图5.24十进制加法微程序的方框图实现原理。十进制加法微程序的方框图实现原理。（5）微程序设计技术）微程序设计技术 微指令编码方法：直接表示法、编码表示微指令编码方法：直接表示法、编码表示法、混合表示法法、混合表示法微地址的形成方法：计数器方式、多路转移微地址的形成方法：计数器方式、多路转移方式，例方式，例26、硬布线的控

18、制器工作的基本原理、硬布线的控制器工作的基本原理7、流水、流水CPU的结构、时空关系图、冲突问的结构、时空关系图、冲突问题题 8、作业、作业P181，T1，T2，P182，T6，T8，T9，T10，T11，T12 第六章第六章 总线系统总线系统1、总线的概念、总线的概念带宽计算，总线的内部结构带宽计算，总线的内部结构 2、总线接口与仲裁、总线接口与仲裁三种仲裁方式的特点三种仲裁方式的特点 3、总线的定时与数据传输模式、总线的定时与数据传输模式 4、作业、作业P208，T8，9，10，11，12，14，1 5第七章第七章 外围设备外围设备1、外围设备的分类、外围设备的分类 2、磁盘存储设备上信息的分布与容量、传输、磁盘存储设备上信息的分布与容量、传输速率的计算速率的计