计算机组成原理总复习1

计算机组成原理朱华贵2017年12月22日计算机组成原理计算机组成原理复习朱华贵2017年12月22日计算机组成原理1、存储程序概念⑴计算机（指硬件）应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成；⑵计算机内部采用二进制来表示指令和数据；⑶将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作。2、CPU和主机的含义及计算机的组成中央处理器（CPU）CPU=运算器+控制器主机主机=中央处理器+主存储器外部设备除去主机以外的硬件装置（如输入设备、输出设备、辅助存储器等）第1章概论运算器控制器主存储器输入设备输出设备辅助存储器CPU控制数据地址或指令主机外设存储器计算机的组成框图图1-1计算机的组成框图3、理解计算机系统的含义4、了解计算机中主要性能指标（基本字长、数据通路宽度、存储容量等）计算机系统的多层次结构图1-11计算机系统的多层次结构第2章数据的机器层次表示1、了解无符号数与带符号数，真值和机器数等概念

2、掌握原码、补码、反码表示法以及三种码制与真值之间的转换方法

3、掌握定点数和浮点数的表示范围4、理解浮点数阶码的移码及IEEE754浮点数标准5、掌握常见的字符编码方法（ASCII码）、汉字国标码、区位码、机内码、字型码6、掌握奇偶校验位及其形成方法，海明校验码和循环冗余校验码1、真值与3种机器数间的对照2.转换如果已知机器的字长，则机器数的位数应补够相应的位。例如，设机器字长为8位，则：

X1=1011X2=-1011

[X1]原=00001011[X2]原=10001011

[X1]补=00001011[X2]补=11110101[X1]反=00001011[X2]反=11110100

X3=0.1011X4=-0.1011

[X3]原=0.1011000[X4]原=1.1011000

[X3]补=0.1011000[X4]补=1.0101000[X3]反=0.1011000[X4]反=1.0100111第2章数据的机器层次表示1、了解无符号数与带符号数，真值和机器数等概念2、掌握原码、补码、反码表示法以及三种码制与真值之间的转换方法

3、掌握定点数和浮点数的表示范围4、理解浮点数阶码的移码及IEEE754浮点数标准5、掌握常见的字符编码方法（ASCII码）、汉字国标码、区位码、机内码、字型码6、掌握奇偶校验位及其形成方法，海明校验码和循环冗余校验码1、定点小数表示范围图2-2定点小数格式

当Xs=0，X1～Xn=1时，X为最大正数。X最大正数=1-2-n当Xn=1，Xs～Xn-1=0时，X为最小正数。X最小正数=2-n若机器字长有n+1位，则有：原码定点小数表示范围：

-(1-2-n)～(1-2-n)补码定点小数表示范围：

-1～(1-2-n)

若机器字长有8位，则有：原码定点小数表示范围：-～补码定点小数表示范围：-1～定点小数表示范围（续）2、定点整数定点整数即纯整数，小数点位置隐含固定在最低有效数位之后，记作XsX1X2…Xn。图2-3定点整数格式若机器字长有n+1位，则有：原码定点整数的表示范围：

-(2n-1)～(2n-1)补码定点整数的表示范围：

-2n～(2n-1)若机器字长有8位，则有：原码定点整数表示范围：-127～127补码定点整数表示范围：-128～127定点整数表示范围图2-5浮点数的一般格式浮点数的底是隐含的，在整个机器数中不出现。阶码的符号位为es，阶码的大小反映了在数N中小数点的实际位置；尾数的符号位为ms，它是整个浮点数的符号位，表示了该浮点数的正负。浮点数的一般格式1.浮点数的表示范围当es=0，ms=0，阶码和尾数的数值位各位全为1（即阶码和尾数都为最大正数）时，该浮点数为最大正数：X最大正数=(1-2-n)

当es=1，ms=0，尾数的最低位mn=1，其余各位为0（即阶码为绝对值最大的负数，尾数为最小正数）时，该浮点数为最小正数：X最小正数=2-n

1.浮点数的表示范围（续）当es=0，阶码的数值位为全1；ms=1，尾数的数值位为全0（即阶码为最大正数，尾数为绝对值最大的负数）时，该浮点数为绝对值最大负数：

X绝对值最大负数=-1

浮点数的典型值第2章数据的机器层次表示1、了解无符号数与带符号数，真值和机器数等概念2、掌握原码、补码、反码表示法以及三种码制与真值之间的转换方法

3、掌握定点数和浮点数的表示范围4、理解浮点数阶码的移码及IEEE754浮点数标准5、掌握常见的字符编码方法（ASCII码）、汉字国标码、区位码、机内码、字型码6、掌握奇偶校验位及其形成方法，海明校验码和循环冗余校验码图2-6IEEE754标准的浮点数格式IEEE754标准浮点数例1：将(100.25)10转换成短浮点数格式。⑴十进制数→二进制数(100.25)10=(1100100.01)2⑵非规格化数→规格化数1100100.01=1.10010001×26⑶计算移码表示的阶码（偏置值＋阶码真值）1111111+110=10000101⑷以短浮点数格式存储该数。符号位=0阶码=10000101尾数=10010001000000000000000（5）短浮点数代码为

0;100

0010

1;100

1000

1000

0000

0000

0000表示为十六进制的代码：42C88000H。IEEE754标准浮点数的转换例2：把短浮点数C1C90000H转换成为十进制数。⑴十六进制→二进制形式，并分离出符号位、阶码和尾数。

C1C90000H=

1;10000011;10010010000000000000000阶码符号位尾数⑵计算出阶码真值（移码－偏置值）10000011-1111111=100⑶以规格化二进制数形式写出此数1.1001001×24⑷写成非规格化二进制数形式11001.001⑸转换成十进制数，并加上符号位。(11001.001)2=(25.125)10

所以，该浮点数=-25.1252.2.5

IEEE754标准浮点数（续）第2章数据的机器层次表示1、了解无符号数与带符号数，真值和机器数等概念2、掌握原码、补码、反码表示法以及三种码制与真值之间的转换方法

3、掌握定点数和浮点数的表示范围4、理解浮点数阶码的移码及IEEE754浮点数标准5、掌握常见的字符编码方法（ASCII码）、汉字国标码、区位码、机内码、字型码6、掌握奇偶校验位及其形成方法，海明校验码和循环冗余校验码汉字国标码亦可称为汉字交换码，主要用于汉字信息处理系统之间或者通信系统之间交换信息使用，简称GB码。该标准共收集常用汉字6763个，另外还有各种图形符号682个，共计7445个。GB码规定每个汉字、图形符号都用两个字节表示，每个字节只使用低七位编码。区位码将汉字编码码中的6763个汉字分为94个区，每个区中包含94个汉字（位），区和位组成一个二维数组，每个汉字在数组中对应一个唯一的区位码。汉字的区位码定长4位，前2位表示区号，后2位表示位号，区号和位号用十进制数表示，区号从01到94，位号也从01到94。国标码＝区位码（十六进制）＋2020HGB码的机内码为二字节长的代码，它是在相应GB码的每个字节最高位上加“1”，即汉字机内码＝汉字国标码＋8080H第2章数据的机器层次表示1、了解无符号数与带符号数，真值和机器数等概念2、掌握原码、补码、反码表示法以及三种码制与真值之间的转换方法

3、掌握定点数和浮点数的表示范围4、理解浮点数阶码的移码及IEEE754浮点数标准5、掌握常见的字符编码方法（ASCII码）、汉字国标码、区位码、机内码、字型码6、掌握奇偶校验位及其形成方法，海明校验码和循环冗余校验码

奇偶校验实现方法是：由若干位有效信息（如一个字节），再加上一个二进制位（校验位）组成校验码。奇校验──整个校验码（有效信息位和校验位）中“1”的个数为奇数。偶校验──整个校验码中“1”的个数为偶数。若D7～D0中有偶数个“1”，则“奇形成”=1，若D7～D0中有奇数个“1”，则“奇形成”=0。有效信息（8位）奇校验码（9位）偶校验码（9位）00000000100000000000000000010101000010101001010101000111111100111111110111111111111111111111111011111111CPUCPU奇偶校验电路主存奇偶校验电路采用奇校验8位8位9位9位0101010101010101101010101110101010101010101101010101101010101101010111有4个1有5个1正确出错有6个1中断处理奇偶校验举例例1：若采用奇校验，下述两个数据的校验位的值是多少？（1）0101001（2）0011011答：（1）数据0101001的奇校验位值为01010011=0；（2）数据0011011的奇校验位值为00110111=1。例2：若下列奇偶校验码中只有一个有错误，请问采用的是奇/偶校验？为什么？（1）10001101（2）01101101（3）10101001答：上述奇偶校验码采用的是偶校验编码方式。原因为由于三个奇偶校验码中分别有偶数、奇数、偶数个“1”，而只有一个校验码有错误，故第2个奇偶校验码(01101101)有错误；又由于第2个奇偶校验码有奇数个“1”，故校验码采用的是偶校验编码方式。海明校验码1、编码：各个信息位形成Pi

值的公式如下：

P1=D1

D2

D4

D5

D7

P2=D1

D3

D4

D6

D7

P3=D2

D3

D4

D8

P4=D5

D6

D7

D8

P5=D1

D2

D3

D5

D6

D82、校验：S1=P1

D1

D2

D4

D5

D7

S2=P2

D1

D3

D4

D6

D7

S3=P3

D2

D3

D4

D8

S4=P4

D5

D6

D7

D8S5=P5

D1

D2

D3

D5

D6

D8例：设有一个8位信息为10101100，试求海明编码的生成和校验过程。1.编码生成按偶校验有：

P1=D1

D2

D4

D5

D7=0

0

1

0

0=1P2=D1

D3

D4

D6

D7=0

1

1

1

0=1P3=D2

D3

D4

D8=0

1

1

1=1P4=D5

D6

D7

D8=0

1

0

1=0P5=D1

D2

D3

D5

D6

D8=0

0

1

0

1

1=1∴可得到用二进制表示的汉明码为：

1

1010

0

110

1

0

1

1P5D8D7D6D5

P4

D4D3D2

P3D1

P2P12.校验假设传送后H11（D7）位发生了错误：

11

1

1001101011

出错将接受到的码字重新进行偶校验：

S1=1

0

0

1

0

1=1S2=1

0

1

1

1

1=1S3=1

0

1

1

1=0S4=0

0

1

1

1=1S5=1

0

0

1

0

1

1=0S1=P1

D1

D2

D4

D5

D7S2=P2

D1

D3

D4

D6

D7S3=P3

D2

D3

D4

D8S4=P4

D5

D6

D7

D8S5=P5

D1

D2

D3

D5

D6

D8循环冗余校验码编码规律如下：⑴把待编码的N位有效信息表示为多项式M(X)。⑵把M(X)左移K位，得到M(X)×XK，这样空出了K位，以便拼装K位余数（即校验位）。⑶选取一个K+1位的产生多项式G(X)，对M(X)×XK

作模2除。⑷把左移K位以后的待编有效信息与余数R(X)作模2加，拼接为CRC码，此时的CRC码共有N＋K位。

M(X)×XK＋R(X)=Q(X)×G(X)循环冗余校验码循环冗余校验码例如：选择产生多项式为1011，把4位有效信息1100编成CRC码。

M(X)=X3＋X2=1100M(X)×X3=X6＋X5=1100000G(X)=X3＋X＋1=1011信息位后加0的个数为产生多项式位数减1

M(X)×X3＋R(X)=1100000＋010=1100010除法运算为模2除，没有借位的减法运算，即作异或运算第3章指令系统理解：指令的基本格式以及不同地址码（3、2、1、0地址）的双操作数指令的区别规整型指令和非规整型指令的特点编址单位和指令中地址码的位数与主存容量、最小寻址单位的关系常用指令的特点掌握：扩展操作码的方法基本的数据寻址方式和有效地址EA的计算方法自底向上的存储器堆栈的概念及堆栈的进、出栈操作1、指令格式指令基本格式操作码字段 地址码字段 操作码：指明操作的性质及功能。操作码

地址码：指明操作数的地址。地址码指令格式例：设某机为定长指令字结构，指令长度１２位，每个地址码占３位，试提出一种分配方案，使该指令系统包含：４条三地址指令，８条二地址指令，１８０条单地址指令。解：（1）4条三地址指令：000XXXYYYZZZ011XXXYYYZZZ（2）8条二指令地址：100000YYYZZZ100111YYYZZZ（3）180条单地址指令：101000000ZZZ111110011ZZZ例如：某机字长为１６位，主存容量为６４K字，采用单字长单地址指令，共有５０条指令。若有直接寻址、间接寻址、变址寻址、相对寻址四种寻址方式，试设计其指令格式。答：四种寻址方式需要两位，50条指令则需6位作为操作码，剩下的8位为地址码。所以指令格式为：操作码６位，寻址方式２位，地址码８位。最常用的非规整型编码方式是扩展操作码法。让操作数地址个数多的指令（如三地址指令）的操作码字段短些，操作数地址个数少的指令（如一或零地址指令）的操作码字段长些。例如：设某机的指令长度为16位，操作码字段为4位，有三个4位的地址码字段。如果按照定长编码的方法，4位操作码字段最多只能表示16条不同的三地址指令。扩展操作码法

扩展操作码法（续）OPA1A2A34位4位4位4位OP…15条三地址指令0000XXXXYYYYZZZZ1110XXXXYYYYZZZZ1111…15条二地址指令11110000XXXXYYYY11111110XXXXYYYY11111111…15条一地址指令111111110000XXXX111111111110XXXX111111111111…16条零地址指令11111111111100001111111111111111扩展窗口扩展窗口扩展窗口OPA1A2OPA1OP

数据寻址方式是根据指令中给出的地址码字段寻找真实操作数地址的方式。指令中的形式地址A───→有效地址EA每种计算机的指令系统都有自己的一套数据寻址方式，不同计算机的寻址方式的名称和含义并不统一，下面介绍大多数计算机常用的几种基本寻址方式。2、基本的数据寻址方式寻址方式1.立即寻址2.寄存器寻址：S=(Ri)

3.直接寻址：S=(A)4.间接寻址：EA=(A)S=((A))5.寄存器间接寻址S=((Ri))6.变址寻址：S=((Rx)+A)7.基址寻址：S=((Rb)+D)

堆栈是一种按特定顺序进行存取的存储区，这种特定顺序可归结为“后进先出”（LIFO）或“先进后出”（FILO）。高地址低地址堆栈区自底向上生成堆栈的进栈堆栈的栈底地址大于栈顶地址，通常栈指针始终指向栈顶的满单元。进栈时，SP的内容需要先自动减1，然后再将数据压入堆栈。20001FFF(SP)-1→SP

修改栈指针(A)→(SP)

将A中的数据压入堆栈SP2000A2000原栈顶单元现栈顶单元1FFF自底向上生成堆栈的出栈出栈时，需要先将堆栈中的数据弹出，然后SP的内容再自动加1。2000((SP))→A

将栈顶内容弹出，送入A中(SP)+1→SP

修改栈指针SP1FFFA1FFF原栈顶单元现栈顶单元1FFF2000两种编址方式比较

独立编址方式统一编址方式

优点I/O指令和访存指令容易区分外设地址线少，译码简单，主存空间不会减少总线结构简单，全部访存类指令都可用于控制外设，可直接对外设寄存器进行各种运算缺点控制线增加了I/ORead和I/OWrite信号占用主存一部分地址，缩小了可用的主存空间例如：在某堆栈计算机中，用一地址指令PIUSH、POP）及零地址指令ADD、MPY写出计算下式：Z=(A*(B+C+D)*E+F*F)*(B+C+D)的程序设A、B…是主存单元地址中存放的数据位a、b…PUSHBPUSHCPUSHDADDADDPOPXPUSHAPUSHX1、完整的计算机系统应包括______。A.运算器、存储器和控制器B.外部设备和主机C.主机和实用程序D.

配套的硬件设备和软件系统2、计算机系统中的存储器系统是指______。

A.RAM存储器B.ROM存储器C.主存储器D.

主存储器和外存储器3、冯·诺依曼机工作方式的基本特点是______。

A.多指令流单数据流B.

按地址访问并顺序执行指令C.堆栈操作D.存储器按内部选择地址4、运算器虽有许多部件组成，但核心部分是______。A.数据总线B.

算数逻辑运算单元C.多路开关D.通用寄存器

5、在下列数中最小的数为______。

A.(101001)2B.(52)8C.(101001)BCDD.(233)166、在下列数中最大的数为______。A.(10010101)2B.(227)8C.(143)5D.(96)167、在机器中，______的零的表示形式是唯一的。

A.原码B.补码C.反码D.原码和反码8、针对8位二进制数，下列说法中正确的是______。

A.–127的补码为10000000B.–127的反码等于0的移码C.+1的移码等于–127的反码D.0的补码等于–1的反码9、一个8位二进制整数采用补码表示，且