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1、计算机组成原理与汇编语言复习指南为了帮助同学们复习，本文首先阐明本课程的教学目标与考核说明，这是总复习的指导思想。在重点与难点的剖析中，则首先突出需熟练掌握的部分，然后再讨论一些需掌握、理解的概念和方法，其间插入一些典型题例。由于汇编语言程序设计有其自身的体系和特点，我们将它作为专门的一节讨论。一、 教学目标与考核要求本课程的教学目标是：在学完本课后能建立起整机概念，它可分为两级： (1) CPU 级，它包含三个方面：CPU 基本组成、指令流程、汇编语言级程序设计方法。(2) 系统级，它包含两个方面：如何通过系统总线与接口将 CPU、主存、I/O 设备(含外存)连接成整机，对输入/输出的三种基
2、本控制机制。 相应地，考核也将紧紧围绕这一基本教学目标。一套规范的试卷应能体现出与整机概念相关的核心内容，如：CPU 如何执行程序(指令流程)，如何组成一个半导体存储器，总线与接口的基本组成，中断方式的定义、特点、应用、过程，DMA 方式的定义、特点、应用、过程，同步控制与异步控制，阅读、分析程序段，用常用汇编语句编写程序段(教材例题和录像教学中使用的汇编语句基本上就属于常用的)等。教材在每章开头的“学习目标”中，分别用几种层次表明考核要求：熟练掌握，这是重之重、必考内容，可能占有较大比重。掌握。理解。属于“了解”的内容一般不直接考核，即或涉及到一些，其比重也很小。试题类型大致分为：单项选择题
3、多项选择题改错题(原题均有错)。在这三种试题中都给出一些似是而非的提法或结论，要求考生能正确理解有关概念，能选择或给出正确的结论。注意，对改错题的改正并不是将原来的提法简单地颠倒就行的，也不要偏离题意。简答题，要求正面回答、阐述。有时也要求对可比性概念进行比较分析，例如同步控制与异步控制、组合逻辑控制与微程序控制、中断与 DMA 等。分析题，如阅读一段用汇编语言书写的程序段，然后回答问题。设计题，如拟定指令流程、设计半导体存储器、编写程序段等。设计题通常是重点所在，请大家务必注意，本文也将重点分析。二、 需熟练掌握的内容教材在三处采用了“熟练掌握”的提法：CPU 基本组成与指令流程，用存储芯片
4、构成某一容量的存储器，中断方式与 DMA 方式。这些知识点涉及到建立整机概念的核心问题：CPU如何执行指令，计算机如何存储信息，如何控制输入/输出。1CPU 基本组成教材 给出了一种简化的 CPU 内部组成模型，它是拟定指令流程的基础，大家应该记住它。在理解它的组成时需要抓住几点：(1) ALU 部件，以及它的输入与输出方式。(2) 用于运算的一组寄存器 R0R3 及暂存器 C、D、Z。(3) 用于控制的一组寄存器：指令寄存器 IR，程序计数器 PC，程序状态字寄存器PSW。(4) 与访存相关的一组寄存器：存储器地址寄存器 MAR，存储器数据寄存器 MDR，堆栈指针 SP。(5) 内部总线的连
5、接方式，如何向它发送信息，它又如何输出信息。(6) CPU 如何通过系统总线与主存、I/O 设备相连接。2拟定指令流程指令流程体现了计算机工作原理中一个核心内容：CPU 究竟怎样执行程序指令?大家务必要熟练掌握。考核方式一般是给出一条特定的指令，以模型机 CPU 内部组成为背景，用寄存器传送级语句描述其读取与执行流程。关键是要熟练掌握几种基本寻址方式的实现过程，分清谁是源地址、谁是目的地址，操作码是什么。设计题：拟出指令 MOV-(SP)，x(R0)的读取与执行流程。PCMAR 取指令地址MMDRIR，PC+1PC 取指令PCMARMMDRD，PC+1PC 取形式地址D+R0Z 变址计算ZMA
6、R 送有效地址MMDRC 读源操作数SP-1ZZMAR、SP 修改栈顶地址CMDRMDRM 压栈本题的操作码 MOV 是一条传送指令，意味着从源地址读取一个操作数，送入目的地。按模型机指令格式，源寻址方式助记符 x(R0)表明是采用变址方式，即：从紧跟现行指令的下一个存储单元中读取形式地址，送入暂存器 D；变址寄存器 R0 的内容(变址量)与形式地址相加，获得有效地址，暂存在 Z 中；再按该有效地址从主存中读取源操作数，送入暂存器 C。目的地寻址方式助记符-(SP)表明采用堆栈寻址方式，将源操作数压入堆栈；先修改堆栈指针 SP，使它指向新栈顶(待存的空单元)。最后，将暂存于 C 中的源操作数经
7、 MDR 送入主存(即压入堆栈)。采用了两种相对复杂一些的寻址方式，常用的寻址方式还有：寄存器寻址方式 R、寄存器间址方式(R)，自减型寄存器间址方式-(R)，自增型寄存器间址(R)+，直接寻址方式 DI 等，大家务必要掌握。3存储器设计CPU 加上主存，习惯上称为主机。在构建某个计算机应用系统中，常需自行设计半导体存储器，即用若干存储芯片构造一定容量的存储器。所以这是必须熟练掌握的核心内容。设计题：用 1K4/片的存储芯片构成一个 4KB 存储器，地址总线 A15A0(低)，数据总线 D7D0(低)，R/W 控制读写。请画出芯片级逻辑框图，注明各信号线，写出片选逻辑式。教材已经完整地讲解了设
8、计方法与设计过程，本文在这里仅强调一些需要注意的地方。若本题的题分为 10 分，则评分标准往往是：芯片数量及其组合 1 分；芯片地址是哪几位，3 分；片选逻辑，4 分；数据线 1 分；读写控制 1 分。在完成设计并画出逻辑图后，应当从上述几方面检查一下。存储器逻辑的核心是寻址逻辑，因此芯片地址、片选逻辑这两项在评分标准中占有主要份量。为此需要掌握存储容量与相应地址位数之间的对应关系：1K 容量需要 10 位地址，2K 容量需要 11 位地址。本题的地址分配关系如下：不用片选芯片地址 A15 A14 A13 A12片选地址 A11 A10芯片地址 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2
9、A1 A0片选逻辑式：CS0A11 A10 CS1A11 A10CS2A11 A10 CS3A11 A104中断方式为了将主机与 I/O 设备连接成一台计算机系统，需要通过系统总线与各种接口实现连接，还要能够选择实现三种基本的 I/O 控制机制之一。这是由 CPU 级发展到系统级整机概念的关键，其中有关中断方式和 DMA 方式的概念最为重要，也相对复杂些，因此被列为必须熟练掌握的核心内容之一。(1) 定义：当 CPU 接到某个随机的中断请求信号后，暂停执行当前的程序，转去执行相应的中断处理程序，为该随机事态服务，服务完毕后自动返回并继续执行原程序。这一过程称为中断，采用这种方式控制 I/O 操
10、作或处理随机事件，称为中断方式。(2) 特点：通过执行程序处理，具有随机性。(3) 应用：抽象地说，中断方式主要应用于管理中低速 I/O 操作、处理复杂的随机事件。具体的应用实例如：故障处理、中低速 I/O 控制、通信、实时处理、人机对话等。(4) 中断过程：中断请求信号的产生与传送，屏蔽与判优，CPU 响应(保存断点、转向中断处理程序入口)，中断处理(执行处理程序)，返回。(细节见教材)(5) 向量中断：这是现代计算机广泛采用的一种获取中断处理程序入口的方式。事先将系统各个中断处理程序的入口地址作为中断向量，组织成一个中断向量表，存放在主存的特定区域中；当 CPU 响应中断请求并发出批准信号
11、后，提出该请求的中断源(如某个中断接口)向CPU 送出自己的向量编码(如中断类型码)，CPU 将它转换成向量地址；据此访问主存中的中断向量表，从中读取相应的中断处理程序入口地址，从而转去执行处理程序。5DMA 方式作为三种 I/O 控制机制之一，DMA 方式是一种重要的数据传送方式。(1) 定义：DMA 方式是直接依靠硬件实现主存与 I/O 设备之间数据直接传送的一种方式，在传送过程中不需 CPU 程序干预。(2) 特点：直接依靠硬件实现数据传送(不是依靠执行程序)，具有随机性。(3) 应用：抽象地说，DMA 方式适用于高速的简单数据批量传送。具体的应用实例如：读写磁盘、光盘、磁带等外存储器时
12、的数据传送、网络通信、动态刷新等。(4) 典型过程：一次完整的调用过程包含三个阶段：ADMA 初始化。CPU 执行初始化程序：预置 DMA 控制器的工作方式，并向它送出传送方向、主存缓冲区首址、交换数据量等信息；向 I/O 设备接口送出读写命令、设备寻址信息，然后启动设备工作。BDMA 传送。当需要传送时，接口向 DMA 控制器提出 DMA 请求，然后 DMA 控制器向 CPU 申请总线控制权，获得批准后由 DMA 控制器接管总线(送出总线地址和读写命令)，接口和主存之间通过数据总线直接传送。C结束处理。批量传送结束后，接口向 CPU 提出中断请求，CPU 执行中断处理程序进行结束处理。简答题
13、：何谓中断方式?举出两种应用实例。简答题：比较并说明中断方式与 DMA 方式的主要异同。改错题：DMA 方式是直接依靠硬件实现主机与 I/O 设备之间的数据直传。注意，主机包括 CPU 与主存，而 DMA 方式正是要绕过 CPU。三、 需要掌握、理解的内容(部分)虽然我们先突出了最重要的一些内容，但为了建立整机概念还需要全面复习教材。限于篇幅，本文只能对其中的部分重点与难点进行剖析，并给出一些题例，起到示范作用。注意，不能将本文视为考试范围，复习时一定要以考核大纲为准。1存储程序工作方式：事先编写程序，事先存储程序，自动连续执行程序。2计算机的特点。基于存储程序工作方式和数字化信息表示，计算机
14、具有下述特点：能在程序控制下自动连续地工作，运算速度快，运算精度高，具有很强的信息存储能力，通用性强。3数制转换单选题：(195)10(B)2A11001101 B100111C1001101 D1100101014码制转换单选题：若 X-01100100，则 X 补(D)A01100100 B11100100C10011011 D100111005定、浮点数的表示范围、分辨率、典型值。关键是掌握它们的典型值，由此可知其表示范围和分辨率。单选题：某定点整数 16 位，含 1 位符号位，补码表示，则所能表示的绝对值最大负数的十进制真值为(A)A-215 B-216 C-(215-1) D-(21
15、6-1)6I/O 编址方法CPU 访问 I/O 设备是通过接口中的寄存器进行的，目前广泛采用的有两种 I/O 编址方法：(1) 单独编址。为 I/O 接口中的有关寄存器分配 I/O 端口地址，一般由地址总线若干低位提供 I/O 端口地址，从而选择某个接口寄存器进行读/写。(2) 统一编址。将 I/O 接口中的有关寄存器与主存单元统一编址，一般将总线地址码中高端(地址值大)的一段区域分配给 I/O 端口。7运算部件的构成运算分为算术运算与逻辑运算，算术运算以加法器为核心。多位全加器加上进位链构成并行加法器，加法器加上输入选择逻辑成为多功能的算术逻辑运算部件 ALU，ALU 加上移位逻辑可实现乘除
16、运算，而浮点运算可分解为定点整数的阶码运算和定点小数的尾数运算。在简单的 CPU 中可能只有一个 ALU 和一个移位器，而复杂的 CPU 中可能包含多个、多种运算部件。8原码运算与补码运算简答题：指出原码运算与补码运算的主要区别。原码运算主要用于乘除法，取尾数(绝对值)运算，符号位单独处理；其绝对值运算又称为无符号数运算。补码运算包括加减乘除，其主要特点是符号位作为数的一部分直接参与运算，又称为带符号数运算。9组合逻辑控制器它通过组合逻辑电路产生微命令，产生微命令的输入信号有：指令代码(操作码、寻址方式码等)，时序信号(工作周期、时钟周期、工作脉冲)，程序状态(PSW 中的标志位)，外部请求等。输出为微命令(电位型、脉冲型)。优点：速度快。缺点：设计较凌乱，不易修改扩充。应用于快速 CPU 中。10微程序控制器简答题：简述微程序控制方式的基本思想(
