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1、1第一章 1.计算机组成和计算机体系结构1.1 计算机体系结构1）概念：指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结 构与功能特性。2）计算机系统的属性通常是指用机器语言编程的程序员所看到的传统机器 的属性，包括指令集，数据类型，存储器寻址技术，I/O 机理等。 （大都为抽象 的属性）1.2 计算机组成 1）概念：实现计算机体系结构所体现的属性。2.计算机层次结构计算机层次结构3.冯诺依曼计算的特点冯诺依曼计算的特点 1）计算机由五大部件组成 2）指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访 3) 指令和数据用二进制表示24) 指令由操作码和地址码组成 5) 存储程序 6) 机器以
2、运算器为中心 4.计算机硬件框图1）冯. 诺依曼计算机结构框图2）现代以存储器为中心的计算机结构框图3）35.计算机硬件的主要技术指标1）机器字长机器字长 ：CPU 一次能够处理数据的位数，与 CPU 中的 寄存器位数 有关。2）存储容量存储容量：主存容量与辅存容量主存容量是指主存中存放二进制代码的总位数。即存储容量 = 存储单元个数 * 存储字长MAR 位数代表存储单元个数，MDR 的位数代表存储字长。 例:MAR = 10，则存储单元个数=210，MDR=8，即有 8 位。字节数：213 = 1KB （1K = 210，1B = 23b）辅存容量：通常用字节数来表示，如 80GB（1G=1
3、024M=210 * 220=230）3）运算速度运算速度：单位时间内执行指令的平均条数计量单位：MIPS（百万条指令每秒）CPI（执行一条指令的时钟周期（机器主频的倒数） ）与 FLOPS（浮点 运算次数每秒）也可来衡量运算次数。 第二章 1.计算机产生和发展过程计算机产生和发展过程1）计算机的 3 代：电子管晶体管集成电路2）硬件技术对计算机更新换代的影响42.什么是摩尔定律什么是摩尔定律微芯片上集成的晶体管数目每三年翻两番 第三章 1 总线性能指标总线性能指标总线宽度：指数据总线的宽度（bit 为单位）总线带宽：总线的数据传输速率（MBps 为单位） 总线带宽 = 总线宽度 * 总线频率
4、 例：总线工作频率为 33MHz,总线宽度为 32 位，则带宽=33*（32/8） =132MBps.2.ISA，EISA、PCI，RS-232C 与与 USB 总线特点总线特点ISA：又称 AT 总线，使用独立于 CPU 的总线时钟，不支持多台主设备系统，而且 ISA 上的所有数据传送需通过 CPU 或 DMA 接口来管理，耗 CPU 时间. 最大传输速率（带宽）：16MBps 总线时钟频率：8MHz 数据线： 16 地址线： 24EISA：与 ISA 完全兼容，从 CPU 中分离总线控制权，支持多个总线主控器与突发方式 的传输。 最大传输速率（带宽）：33MBps 总线时钟频率：8MHz
5、数据线： 32 地址 线： 32PCI：1.高性能 2.良好的兼容性 3.支持即插即用 4.支持多主设备能力 55.具有与处理器和存储器子系统完全并行操作的能力6.提供数据与地、地址奇偶校验功能，保证数据的完整与准确。7.支持两种电压标准：5V 与 3. 8.可扩充性好 9.软件兼容性好10.采用多路复用技术，减少了总线引脚个数RS-232C：是用于串行二进制 DTE（数据终端设备）与 DCE（数据通信设备）之间的标 准接口。使用 RS-232C 时，必须实现两种电平的转换。即低电平为逻辑“1” （-15V- 3V）高电平为逻辑“0” （+3V+15V）USB：1.具有真正的即插即用的特征 2
6、.具有很强的连接能力 3.数据传输率（USB1.0）有两种：普通无屏蔽双绞线（1.5MBps）和屏蔽双绞线 （12MBps） 而 USB2.0 数据传输率最高可达 480Mbps 4.标准统一 5.连接电缆轻巧， 电源体积缩小 6.生命力强3.三种集中式总线判优控制的特点三种集中式总线判优控制的特点（1）链式查询）链式查询 只需很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制，并且很 容易扩充设备，但对电路故障敏感，且优先级别低的设备很难获得请求。（2）计数器定时查询）计数器定时查询 计数可以从0开始，此时一旦设备的优先次序被 固定，设备的优先级就按 0,1,2n 的顺序降序排列，而且固定不表；计 数
7、也可以从上一次计数的终止点开始，既是一种循环方法，此时设备使用总线 的优先级相等；计数器的初始值还可由程序设置，故优先次序可以改变。（3）独立请求查询）独立请求查询 响应速度快，优先次序控制灵活（可通过程序改变） ，但 控制线数量多，总线控制更复杂 4.总线周期的四个阶段（完成一次总线操作的时间）总线周期的四个阶段（完成一次总线操作的时间）（1）申请分配阶段：主模块申请，总线仲裁决定（2）寻址阶段：主模块 向 从模块给出地址和命令（3）传数阶段：主模块和从模块交换数据（4）结束阶段：主模块撤销有关信息.P61 例 3.16第四章 1.存储器层次结构存储器层次结构存储器 3 个主要性能指标：速度
8、，容量，位价。存储器层次结构主要体现在缓存缓存-主存主存和主存主存-辅存辅存缓存缓存-主存层次主存层次主要解决 CPU 和主存速度不匹配的问题主存主存-辅存层次辅存层次主要解决存储系统的容量问题。 详解：详解：CPU和主存，缓存都能直接交换信息；缓存能直接和CPU、主存交换信 息；主存可以喝CPU、缓存、辅存交换信息。 Cache主存层次在存储系统中主要对 CPU 访存起加速作用，即从整体运行的效果分 析，CPU 访存速度加快，接近于 Cache 的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。主存辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的 存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接
9、近于主存。综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、 位价低的优化效果。 2.主存的技术指标主存的技术指标 （1）存储容量：主存中存放二进制代码的总位数。 （上看第一章的硬件技术指 标） （2）存储速度：由存取时间和存取周期来表示。 （3）存储器带宽 （存储容量和存储速度为主要技术指标）（存储容量和存储速度为主要技术指标） 3.动态动态 RAM 的刷新方式的刷新方式7（1）集中刷新）集中刷新 （2）分散刷新）分散刷新 （3）异步刷新）异步刷新 4.ROM，SRAM，DRAM 和闪存的特点和闪存的特点ROM：（掩模 ROM：无法改变原始状态）（PROM：实现一次编程
10、，不再修改）（EPROM：可擦除可编程）SRAM：用触发器工作原理存储信息，即信息读出后，仍保持其原始状态， 不得再生DRAM:靠电容存储电荷的原理来存储信息闪存闪存:价格便宜、集成度高、可擦除重写。具有整片擦除的特点，擦除、重写 的速度快。 5.存储器容量的扩展（重点看）存储器容量的扩展（重点看）定义：将若干存储芯片连在一起才能组成足够容量的存储器。构成： （1）位扩展 （2）字扩展 （3）字、位扩展89106.Cache 的工作原理（的工作原理（page 111）（1）贮存和缓存的编址）贮存和缓存的编址 （2）命中与未命中）命中与未命中 （3）Cache 的命中率的命中率H=Nc/(Nc+
11、Nm) h 为命中率为命中率 Nc 为命中次数为命中次数 Nm 为总命中数为总命中数（4）Cache-主存系统的效率主存系统的效率117.Cache-主存地址映射（重点看）主存地址映射（重点看）（1）直接映射）直接映射 （2） 全相联映射全相联映射 12（3） 组相联映射组相联映射 1314158.磁盘存储器的主要技术指标磁盘存储器的主要技术指标（1）记录密度）记录密度16（2）存储容量179.硬盘的记录格式及其例题硬盘的记录格式及其例题定长记录格式与不定长记录格式定长记录格式与不定长记录格式18习题习题 4.38，4.39：P94 例例 4.1. 4.219P111，例，例 4.7，4.8，
12、4.9. 4.10， 4.11 例例 4.13，4.14，习题，习题 4.38，4.39第五章（含第八章的中断）第五章（含第八章的中断） 1.I/O 设备与主机信息传送的控制方式有几种设备与主机信息传送的控制方式有几种（1）程序查询方式；（2）程序中断方式；（3）DMA 方式。 2.掌握多重中断与单重中断的流程掌握多重中断与单重中断的流程3.中断隐指令功能中断隐指令功能（1）保存程序断点 （2）寻找中断服务程序的入口地址 （3）关中断 4.中断屏蔽技术中断屏蔽技术中断屏蔽技术主要用于多重中断（1）屏蔽触发器与屏蔽字 （2）屏蔽技术可改变优先级（3）屏蔽技术的其他作用：给其他程序控制带来更来更大
13、的灵活性205.DMA 方式的特点方式的特点首先 DMA 与主存交换数据有三种办法 停止 CPU 访问内存；周期挪用（或周期窃取） ；DMA 与 CPU 交替访问。 与程序中断方式相比，DMA 方式的特点： 1 从数据传送上看：程序中断方式靠程序传送，DMA 方式靠硬件传送； 2 从 CPU 响应时间上看，程序中断方式是在一条指令执行结束时响应，而 DMA 方式可在 指令周期内任一存取周期结束时响应。 3 程序中断方式有处理异常事件的能力，DMA 则无此能力。 4.程序中断需中断现行程序，故需保护现场，DMA 方式不中断现行程序，无需保护现场。 5.DMA 优先级比程序中断的优先级高。 习题习
14、题 5.13 和和 5.26 13. 说明中断向量地址和入口地址的区别和联系。 解：中断向量地址和入口地址的区别中断向量地址和入口地址的区别：21向量地址是硬件电路（向量编码器）产生的中断源的内存中断向量表表项地址编号，中断 入口地址是中断服务程序首址。 中断向量地址和入口地址的联系：中断向量地址和入口地址的联系：中断向量地址可理解为中断服务程序入口地址指示器（入口地址的地址） ，通过它访存 可获得中断服务程序入口地址。(两种方法：在向量地址所指单元内放一条JUM指令；主存 中设向量地址表。 26.什么是多重中断，实现多重中断的必要条件是什么？解：多重中断：多重中断：当CPU正在执行某个中断服
15、务程序时，另一个中断源又提出了新的中断请 求，而CPU又响应了这个新的请求，暂时停止正在运行的服务程序，转去执行新的中断服务 程序。实现多重中断的必要条：实现多重中断的必要条：（1）提前设置“开中断”指令 ；（2）优先级高的中断源有权中断优先级低的中断原。 例例 8.2 习题习题 5.13 和和 5.26第六章第六章注意注意 原码、补码的加法一定要会做原码、补码的加法一定要会做 有道大题。这部分会加减法即可有道大题。这部分会加减法即可 乘除可乘除可 以暂时不考虑以暂时不考虑1.原码、反码、补码和移码的定义和表示范围原码、反码、补码和移码的定义和表示范围原码：原码：22补码：补码：23反码：反码
16、：24移码：移码：252.原码、补码的加法原码、补码的加法26273.掌握加减法，了解乘除掌握加减法，了解乘除 4.浮点数的表示范围浮点数的表示范围5.浮点和真值的相互转换浮点和真值的相互转换286.IEEE754 标准标准第七章第七章 1.指令的一般格式指令的一般格式例例 7.1292.指令寻址方式分类指令寻址方式分类顺序寻址和跳跃寻址 3.数据寻址方式分类数据寻址方式分类立即寻址；直接寻址；隐含寻址；间接寻址；寄存器寻址；寄存器间接寻址； 基址寻址；变址寻址；相对寻址；堆栈寻址。 4.RISC 和和 CISC 的比较的比较 （1）充分利用 VLSI 芯片的面积 （2）提高计算机运算速度 （3）便于设计，可降低成本，提高可靠性 （4）有效支持高级语言程序 例例 7.5 和和 7.630第八章第八章311.CPU 的功能的功能取指令、分析指令、执行指令 2.指令周期的基本概念指令周期的基本
