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1、计算机组成原理陈智勇主编考试复习第一章 早期经典冯诺依曼计算机的基本特点：（1）计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。（2）采用存储程序的方式，程序和数据放在同一存储器中，指令和数据一样可以送到运算器进行运算。（3）指令和数据均以二进制编码表示，采用二进制运算。（4）指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的类型，地址码用来表示操作数和操作结果的地址。（5）指令在存储器中按其执行顺序存放。（6）机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器之间的数据传输都通过运算器。冯诺依曼计算机五大功能：输入输出功能，记忆功能，计算功能，判断功能，自我控制功能。冯诺依曼型计算机的基本
2、思想是：程序存储和程序控制。计算机的发展经历了五代：第一代为电子管计算机时代（19461957）.第二代为晶体管计算机时代（19581964）。第三代为集成电路计算机时代（19651971）。第四代为大规模和超大规模计算机时代（19721990）。第五代为巨大规模计算机时代（1991至今）未来计算机的发展趋势：以巨大规模集成电路为基础，向巨型化、微型化、网络化、智能化、多媒体化的方向发展。计算机的层次：计算机系统由硬件和软件两部分组成，硬件由cpu、存储器、和输入输出设备组成；软件是计算机的运行程序和相应文档。软件和硬件在逻辑功能上市等效的，同一逻辑功能既可以用软件业可以用硬件实现。计算机性能
3、的衡量尺度：响应时间、吞吐率、可扩展性、可编程性、可靠性、可用性、兼容性、性能价格比。反映计算机性能的参数：主频、机器字长、数据通路宽度、运算速度、存储容量。T（cpu）=I(N)*CPI*T(c) MIPS=I(N)/(T(E)*106)=f(c)/(CPI*106)第二章 各种机器码所表示的数的范围表示范围定点小数 定点整数原码反码补码原码反码补码移码最大正数1-2(-n)1-2(-n)1-2(-n)2n-12n-12n-12n-1最小正数2(-n)2(-n)2(-n)1111最大负数-2(-n)-2(-n)-2(-n)-1-1-1-1最小负数-(1-2(-n)-(1-2(-n) -1-(
4、2n-1)-(2n-1)-2n-2n 原码加法、减法的运算规则运算X0 , Y0机器操作结果的尾数结果的符号位溢出加法0 ，0|X|+|Y|Z尾=Z尾Z0=X0=0Z0=1，正溢出1 ，1Z0=X0=1Z0=1，负溢出0 ，1|X|+-|Y|补若Z0=0，则Z尾=Z尾；若Z0=1，则对Z尾求补Z0=0,则Z0=X0无溢出1 ，0Z0=1,则Z0=Y0减法0 ，0Z0=0,则Z0=X01 ，1Z0=1,Z0=Y0非0 ，1|X|+|Y|Z尾=Z尾Z0=X0=0Z0=1，正溢出1 ，0Z0=X0=1Z0=1，负溢出完成浮点加减法运算的操作过程分五步：（1）0操作数的检查；（2）比较阶码大小并完成对
5、阶；（3）尾数进行加法或者减法运算；（4）结果规格化并进行舍入处理，规格化：尾数为00.0*或11.1*类型的，尾数每算术左移一位，阶码减一；尾数为01.*或10.*类型的，尾数每算术右移一位，阶码加一。舍入处理三种方法：截去法，“末位恒致1”法，“0舍1入”法；（5）判断溢出。完成浮点乘除法运算的操作过程分五步：（1）0操作数检查；（2）阶码相加减；（3）尾数相乘或相除；（4）结果规格化并进行舍入处理；（5）判断溢出。第三章SRAM和DRAM的主要差别：DRSM需要不断的刷新才能保存数据，而且是行列地址复用的；SRAM加电情况下不需要刷新，数据不会丢失，而且一般不是行列地址复用的。Cache
6、是计算机系统真位于主存储器和cpu之间的一个高速小容量半导体存储器，用来存放当前正在执行程序的部分程序段或数据，以便向cpu快速提供即将要执行的指令或马上要处理的数据。它的作用是弥补cpu与主存在速度上的差异。主存是用来存放计算机运行期间的大量程序和数据，包括操作系统的常驻部分，以及当前正在运行的程序和将要处理的数据。辅助存储器是大容量存储器，辅存与主存的最大区别在于它不能由cpu的指令直接访问，必须通过专门的程序或通道来完成辅存与主存之间的组成信息传送，辅存中的程序和数据只有调入主存后才能被cpu使用。它的目的是为了扩大cpu访存的空间。主存储器的主要技术指标包括存储容量、存取时间、存储周期
7、、存储器带宽、可靠性、功耗和集成度、性能价格比等。基本存储元是组成存储器的基础和核心。单管存储元电路的元件数量少，集成度高，速度快，芯片占用面积少，但其读出信号的电平差别很小，要求有高灵敏度的读出放大器配合工作才可区别“1”和“0”。只读存储器由于工作可靠，保密性强，在计算机系统中得到了广泛的应用，根据半导体制造工艺的不同，只读存储器可分为MROM,PROM,EPROM,EEPROM。 几种存储器的只要应用存储器应用SRAMCacheDRAM计算机主存储器MROM固定程序、微程序控制存储器PROM用户自编程序，用于工业控制机或电器中EPROM用户编写并可修改程序或产品试制阶段试编程序EEPRO
8、MIC卡上存储信息第四章程序：是指能完成一定功能的指令序列。机器指令（指令）：是要求计算机执行某种操作的命令，是计算机硬件能够直接识别和执行的二进制机器指令。对指令系统性能的要求：完备性、有效性、规整性、兼容性。操作码：是指令所要完成的操作的编码，不同的操作码表示不同的指令功能，它是指令格式中必不可少的部分。地址码：是指令操作所需要的数据的地址的编码。一条指令由操作码和地址码组成，可以有多个地址码，也可以没有地址码。地址码可以分为：三地址指令、二地址指令、一地址指令、零地址指令。操作码分为：等长操作码和变长操作码。平均码长=（指令的使用频度Pi*指令操作码长度li）指令字长：一个指令字中所包含
9、的二进制代码。机器字长：计算机一次能直接处理的二进制数据的位数。指令寻址方式（形成指令有效地址的方式）：顺序寻址方式、跳跃寻址方式。操作数寻址:是指形成操作数的有效地址的方式。隐含寻址：由累加器给出操作数立即寻址：指令的形式地址给出操作数本身寄存器直接寻址:E=R,S=(E)=(R)寄存器间接寻址: E=(R),S=(E)=(R)直接寻址:E=A,S=（E）=（A）间接寻址、相对寻址、基址寻址、变址寻址、自动增减量寻址、堆栈寻址。一个完善的指令系统包括：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令、程序控制指令、输入输出指令、字符串处理指令、特权指令、处理器控制指令。第五章CPU能自动地
10、逐条地取指令、分析指令、执行指令。CPU的基本功能：指令控制（对指令执行顺序的控制）、操作控制（对取指令、分析指令和执行指令过程中所需的操作进行控制）、时间控制（对各种操作进行时间上的控制）、数据加工（对数据进行算术运算和逻辑算术处理）。此外还有异常处理和中断处理、存储管理、总线管理、电源管理等扩展功能。控制器：由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。运算器：由算术逻辑运算单元（ALU）、通用寄存器（GR）和状态字寄存器（PSW）组成，是数据加工处理部件。指令周期：从CPU送出取指令地址
11、到取出本条指令并执行完毕所花的时间（分为取指周期和执行周期）CPU周期（机器周期）：由若干个时钟周期组成。时钟周期又称节拍脉冲周期或T周期，是处理操作的最基本的单位。MOV指令的指令周期（2个cpu周期组成）：指令格式中，源操作数采用立即寻址，目的操作数采用寄存器寻址。LAD指令的指令周期（3个cpu周期组成：取1执2）：指令格式中，源操作数采用寄存器间接寻址，目的操作数采用寄存器寻址。ADD指令的指令周期（2个cpu周期组成）：指令格式中，源操作数采用寄存器寻址，目的操作数采用寄存器寻址。INC指令的指令周期（2个cpu周期组成）：指令格式中，只有目的操作数，目的操作数采用寄存器寻址。DEC
12、指令的指令周期（2个cpu周期组成）：指令格式中，只有目的操作数，目的操作数采用寄存器寻址。JNZ指令的指令周期（2个或3个cpu周期组成：执1或2个）：指令格式中，只有源操作数，源操作数采用直接寻址。STO指令的指令周期（3个cpu周期组成：取1执2）：指令格式中，源操作数采用寄存器间接寻址，目的操作数采用直接寻址。JMP指令的指令周期（2个cpu周期组成）：指令格式中，只有源操作数，源操作数采用直接寻址。时序：各时钟脉冲周期信号、各CPU周期信号之间产生的时间次序。时序信号的作用：是为各种操作控制信号提供时间的标志，即实施时间上的控制。节拍电位：可以看做是所有指令执行过程中的一个基准时间，
13、它取决于指令的功能及器件的速度。节拍脉冲：指的是节拍电位内的控制脉冲，对应了最基本的定时信号。硬连线控制器中，时序信号采用主状态周期节拍电位节拍脉冲三级体制。微程序控制器中，时序信号采用节拍电位节拍脉冲两级体制。时序信号产生器：产生多级时序系统中需要的时序信号。时钟源：为节拍脉冲信号发生器提供频率稳定且电平匹配的方波时钟脉冲信号。节拍脉冲信号发生器只要功能：按时间先后次序，周而复始发出各个CPU周期内的节拍脉冲信号，用来控制计算机完成某一个cpu周期内的每一步操作。节拍脉冲信号发生器有两种组成方式：一种是采用循环移位寄存器，一种是采用计数器和译码器。控制方式：形成控制不同操作序列时序信号的方法
14、。分为同步控制方式、异步控制方式、联合控制方式、人工控制方式。微命令：控制部件通过控制线发往执行部件的各种控制命令。微操作：执行部件在微命令控制下进行的操作。微指令：一个CPU周期内，一组实现一定操作功能的微命令组合。微程序：一条机器指令的功能由若干条微指令组成的序列来实现的，这若干条微指令组成的序列叫做微程序。微程序控制器：由控制存储器（只读）、微指令寄存器（微地址寄存器和微命令寄存器组成）、地址转移逻辑组成。机器指令与微指令的关系：（1）一条机器指令的功能由若干条微指令组成的序列实现；（2）机器指令存放在内存中，微指令固化在控存中；（3）每一个cpu周期对应一条微指令。微命令表示方法：直接表示法、编码表示法、混合表示法。第六章总线按功能划分可以分为地址总线、数据总线、控制总线三大类。总线按公用划分可以划分为局部总线、系统总线和通信总线三大类。总线按信息传输的方向分为单向总线和双向总线。总线按数据在总线中传输的位数可以分为串行总线和并行总线。总线传输数据的方式：串行方式、并行方式和复合方式。总线传输数据的握手方式：同步方式、异步方式、半同步方式、分离方式。根据应答信号的建立和撤销是否相互依赖的关系，异步方式又分为：非互锁方式、半互锁方式、全互锁方式PCI Express 总线的协议层分为：事物层、数据链路层、物理层。USB的传输
