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1、计算机组成原理复习要点计算机组成原理复习要点 一、题型分布一、题型分布 选择题 20 分；填空题 30 分；判断题 10 分；计算题 20/25 分；简答题 20/15 分 二、每章重点内容二、每章重点内容 第一章 概述第一章 概述 1、什么是计算机组成、什么是计算机组成 计 算 机 组 成 逻辑组成 物理组成 设备级组成 版块级组成 芯片级组成 元件级组成 设备级组成 寄存器级组成 2、诺依曼体系结构计算机的特点、诺依曼体系结构计算机的特点 （1）硬件由五大部份组成（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备） 。 （2）软件以 2#表示。 （3）采用存储程序 所有的程序预先存放在存储器中,
2、此为计算机高速自动的基础； 存储器采用一维线性结构； 指令采用串行执行方式。 控制流（指令流）驱动方式； （4）非诺依曼体系结构计算机 数据流计算机 多核(芯)处理机的计算机 3、计算机系统的层次结构、计算机系统的层次结构 （1）从软、硬件组成角度划分层次结构 （2）从语言功能角度划分的层次结构 虚拟机：通过软件配置扩充机器功能后，所形成的计算机，实际硬件并不 具备相应语言的功能。 第二章 数据表示第二章 数据表示 1、各种码制间的转换及定点小数和定点整数的表示范围、各种码制间的转换及定点小数和定点整数的表示范围 （1）原码： 计算规则：最高位表示符号位；其余有效值部分以 2#的绝对值表示。如
3、： （+0.1011）原=0.1011; （-0.1001）原=1.1001 （+1011）原 = 01011; （-1001）原 =11001 注意：在书面表示中须写出小数点，实际上在计算机中并不表示和存储小数 点。 原码的数学定义 若定点小数原码序列为 X0.X1X2.Xn 共 n+1 位数，则： X 原=X 当 1 X0 X 原=1-X=1+|x| 当 0X-1 若定点整数原码序列为 X0X1X2.Xn 共 n+1 位数，则： X 原=X 当 2n X0 X 原=2n-X=2n+|x| 当 0X-2n 说明： 在各种码制（包括原码）的表示中需注意表示位数的约定，即不同的位数表示结 果不同
4、，如： 以 5 位表示，则（-0.1011）原=1.1011 以 8 位表示，则（-0.1011）原=1.1011000 0 的原码有二种表示方式： 小数：（+0.0000）原=0.0000， （-0.0000）原=1.0000 整数：（+00000）原 =00000， （-00000）原=10000 符号位不是数值的一部分，不能直接参与运算，需单独处理。 约定数据位数的目的是约定数据的表示范围，即： 小数：-1 X 1 整数：-2n X X0 X 反=（2-2-n）+X 当 0X-1 若定点整数反码序列为 X0X1X2.Xn 共 n+1 位数，则： X 反=X 当 2n X0 X 反=（ 2
5、n -1）+X 当 0X- 2n （3）补码： 计算规则：正数的补码与原码同；负数的补码是反码的最低加 1。如： 正数: (+0.1011)原=(+0.1011)反=(+0.1011)补=0.1011; 负数： (-0.1001)原=1.1001 (-0.1001)反=1.0110 (-0.1001)补=1.0111 数学定义 （X）补=M+X （MOD M） 其中：M 表示模，即容器的最大容量。 若定点小数补码序列为 X0.X1X2.Xn 共 n+1 位数，则 M=2； 若定点整数补码序列为 X0X1X2.Xn 共 n+1 位数，则 M= 2n+1 2、为什么计算机中数值类型的数据以补码表示
6、、为什么计算机中数值类型的数据以补码表示 补码的符号位是数值的一部分，可以参与运算。 0 的补码表示具有唯一性。 补码的表示范围比原码、反码大。 3、常见寻址方式的特点、常见寻址方式的特点 （1）寻址方式：获得指令或操作数的方式。 （2）指令寻址：由程序计数提供即将要执行的指令的地址。 （3）操作数寻址：与具体的寻址方式有关。操作数寻址方式应说明是源操作数 还是目标操作数的寻址方式。 4、采用多种寻址方式的目的（缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性）、采用多种寻址方式的目的（缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性） 缩短指令长度,扩大寻址空间,提高编程的灵活性。 5、如何减少指令中地
7、址数的方法、如何减少指令中地址数的方法 采用隐地址（隐含约定）可以简化指令地址结构，即减少指令中的显地址数。 6、外设的编址方式（在任何一种方式每个外设都有一个独立的地址）、外设的编址方式（在任何一种方式每个外设都有一个独立的地址） （1）I/O 与主存统一编址，即 I/O 是看作是主存的延伸。 （2）I/O 与主存单独编址： I/O 编址到设备级，即一个 I/O 只有一个地址。 I/O 编址到寄存级，即一个 I/O 有多个地址。 7、指令系统优化的趋势（、指令系统优化的趋势（CISC、RISC） （1）CISC(复杂指令系统计算机) 从编程角度出发，希望指令系统中包含的指令尽可能多，每条指令
8、中的操作信息 尽可能多。该类指令系统一般包含 300-500 指令。为提高机器效率，采用了向量 化、超标量、超长指令字等技术。 （2）指令系统的发展趋势 早期：面向用户编程，采用 CISC 技术 现代：面向系统、向高级语言靠近，采用 RISC 技术 （3）实际上 CISC 和 RISC 均是当前的发展(优化)趋势 第三章 存储器第三章 存储器 1、 存储器的按工作原理和存取方式的分类、 存储器的按工作原理和存取方式的分类 （1）物理原理分类：A、磁芯 B、半导体存储器 C、磁表面存储器 D、光盘存 储器 E、其它存储器 （2）存取方式的划分 ： A、随机存取存储器（RAM）B、只读存储器（RO
9、M）C、 顺序存取存储器（SAM）D 直接存取存储器（DAM） 2、 存储器的三级层次结构及各层次的功能、 存储器的三级层次结构及各层次的功能 （1）主存:基本要求：随机访问、工作速度快、具有一定容量； 功能：存放当前执行的指令和数据。 （2）外存:基本要求：容量大、成本低、一定的速度 功能：长期保存数据；作为主存的外援存储器。 外存也可采用多级存储结构。 （3）cache:基本要求：速度足够快、一定容量 功能：CPU 与主存的缓冲，匹配主存与 CPU 的速度。 内容：是当前主存中最活跃数据的副本。 内容形成的依据： 程序局部性原理：时间和空间局部性。 3、 静态与动态存储器间的区别、动态存储
10、器为什么还需要刷新及刷新有分类、 静态与动态存储器间的区别、动态存储器为什么还需要刷新及刷新有分类 （1）根据信息表示方式分为： 动态存储器(DRAM):以电容中的电荷表示信息,需动态刷新； 静态存储器(SRAM):以双稳态信息。 （2）需动态刷新：因为动态存储器是依靠电容上的存储电荷暂存信息，而 电容上存储的电荷会逐渐减变弱所以需要刷新。 （3）刷新的分类：A、集中刷新 B、分散刷新 C、异步刷新。 4、 校验码：奇偶、循环校验码（、 校验码：奇偶、循环校验码（CRC）计算）计算 （1） 奇/偶校验： 奇/偶校验：使校验码中“1”的个数和为奇/偶数,主要用于主存校验。 例：有效信息：0110
11、1011，则 奇校验码：011010110 偶校验码：011010111 （2）循环校验码 A、编码原理： 现假设有： 有效信息：M ； 除数 G（生成多项式） 有： M/G=Q+R/G 此时，可选择 R 作为校验位，则 MR 即为校验码。 B、校验原理： （M-R）/G=Q+0/G 说明：以接收到的校验码除以约定的除数，若余数为 0，则可认为接收到的 数据是正确的。 例：有效信息 1101，生成多项式样 1011，求循环校验码 解： 有效信息 1101(k=4)，即 M(x)=x3+x2+x0 生成多项式 1011(r+1=4,即 r=3),即 G(x)=x3+x1+x0 M(x)x3=x6
12、+x5+x3，即 1101000（对 1101 左移三位） M(x)x3/G(x)=1101000/1011=1111+001/1011 即 1010 的 CRC 是：1101001 循环校验码的来源 余数与出错序号间处理存在对应模式，该模式只与只与码制和生成多项式有关， 与具体的码字无关。 生成多项式满足的条件： 任一位发生错误都应使余数不为 0； 不同的位发生的错误余数应不同。 用的生成多项式： CCITT：G(x)=x16+x15+x2+1 IEEE：G(x)=x16+x12+x5+1 5、 存储器的扩展、 存储器的扩展 (1)位扩展：位扩展： 例：2K4 芯片组成 2K8 特点： (1
13、)片选信号连接在一起，二个芯片分别提供高低位的数据； (2)芯片的地址线直接与 AB 按位连接。 (2) 字扩展 例：2K4 芯片组成 4K4 特点： AB 高位地址通过译码形成芯片的片选信号； AB 低位地址通过译码连接芯片的低位地址； (3) 综合扩展 例：4K4 芯片组成 16K8 6、 数据传输率的计算、 数据传输率的计算 R=(单位 bps) 主频cpu 1 7、 提高存储性能（速度、容量）的措施、 提高存储性能（速度、容量）的措施 A、双端口存储器,B、并行主存系统 C、高速缓存 D、虚拟存储 E、相联存 储技术等。 8、 高速缓存的功能及替换算法、 高速缓存的功能及替换算法 （1
14、）高速缓存的功能：提供的是 cpu 与内存的一个缓存。 （2）替换算法：1 先进先出算法(FIFO)2 近期最少使用算法(LRU) p命中率= 次数）访问数访问总次数（访问内存 次数访问 cache cache 9、Cache 与内存在直接映像方式中怎样将内存地址转换为与内存在直接映像方式中怎样将内存地址转换为 Cache 地址地址 A、直接映像 B、全相联映像 C、组相联映像。 10、虚拟存储器的分类、虚拟存储器的分类 A、页式虚存储器 B、段式虚拟存储器 C、段页式虚拟存储器。 第四章 CPU第四章 CPU 1、为什么会产生溢出、及溢出的解决方法、正负溢出的概念、为什么会产生溢出、及溢出的
15、解决方法、正负溢出的概念 （1）产生溢出的原因：需表示的数据或运算结果超出了正常表示范围 （2）溢出的解决方法：多符号位； （3）正溢出：两个正数相加而绝对值超出允许的表示范围； （4）负溢出：两个负数相加而绝对值超出允许的表示范围。 2、补码加减法的依据、补码加减法的依据 X 补+Y 补=(X+Y)补 和 X 补-Y 补=X 补+(-Y)补。 3、串行和并行加法的原理、串行和并行加法的原理 串行加法原理如下： C1= G1 +P1C0 ；其中 C0=0 C2= G2 +P2C1 Cn= Gn +PnCn-1 i=Ai Bi Ci-1 并行加法原理如下: C1 = G1 +P1C0 C2 = G2 +P2C1= G2 +P2G1 +P2P1C0 C3 = G3 +P3C2= G3 +P3G2 +P3P2G1 +P3P2P1C0 C4 = G4 +P4C3 = G4 +P4G3 +P4P3G2 +P4P3P2G1+P4P3P2P1C0 而i=Ai Bi Ci-1 . 4、一位原码乘法的计算及运算特点、一位原码乘法的计算及运算特点 (1)数学原理： 两个原码数相乘,其乘积的符号为相乘两数符号的异或值,数值等于两数绝对 值之积。 假设 X原=X0.X1X2.Xn ， Y原=Y0.Y1Y2.Yn，则有： XY原= (
