计算机原理与组成考点剖析

《计算机原理与组成考点剖析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机原理与组成考点剖析（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第一章计算机系统概论 *重 点本章重点突出计算机组成的概貌和框架 ，由此简洁明了地了解计算机内部的工作 过程实际上是指令流和数据流在此框架内 由I/O存储器CPU存储器I/O 的过 程，是通过逐条取指令、分析指令和执行 指令来运行程序的。同时要了解到当今计 算机尽管发展到千变万化的程度，但其最 根本的组成原理还是基于冯诺依曼的结构 。 1.冯诺依曼体系结构。 存储程序和程序控制是冯诺依曼型 计算机的设计思想。存储程序的概念是将解题程序（连 同必须的原始数据）预先存入存储器 ；程序控制是指控制器依据存储的程 序控制全机自动、协调地完成解题任 务。冯诺依曼体系结构开创了程序设 计的时代，到目前为止

2、，绝大多数计 算机仍沿用这一体制。 n机器以运算器为中心，数据传送都经过运算器。一般认为冯.诺依曼机具有如下基本特点:n计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和 输出设备五部分组成。n采用存储程序的方式，程序和数据放在同一存储 器中，由指令组成的程序可以修改。n数据以二进制码表示n指令由操作码和地址码组成。n指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数 器指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺 序递增。2.计算机的结构和功能 (1)功能 从本质上来说，计算机的结构和功能运作都很简单。 基本功能：数据处理数据存储数据传送、控制(2) 结构 计算机是以某种方式与其外部环境交互的实体。概括地说， 与

3、外部环境的所有连接可以划分为外围设备和通信线路。主 要有4种结构组件： 中央处理单元（CPU）：控制计算机的操作并完成数据处理 主存储器：存储数据 I/O：在计算机及其外部环境之间传输数据 系统互连：为CPU、主存和I/O之间提供某些通信机制 *难 点本章概念、名词较多，这些只是为 进一步深化学习打下基础，因此严格 讲本章没什么难点，只要建立计算机 组成的框架即可。对指令和数据都以 0 或1 代码存于存储器中，计算机如 何区分它们这一问题，应特别注意重 点理解。 第二章计算机的发展和应用 *重 点了解从1946 年ENIAC 诞生到二十世纪五、六十年 代，由于构成计算机的元器件发展变化（由电子

4、管 晶体管集成电路），使计算机的性能有了很大提高 ，每隔6 至7 年，计算机便更新换代一次，运算速度 约提高一个数量级。而到了二十世纪七十年代，自从 Intel 公司生产了第一个微处理器芯片后，随着集成 度成倍的提高，以每隔18 个月芯片上的晶体管数就 翻一番的速度使计算机得到极为广泛的应用，以至整 个社会从制造时代进入到信息时代，出现了知识大爆 炸，从而要激发学习本课程的积极性和主动性。 第三章系统总线 *重 点要求了解随着计算机的发展，应用领域的不 断扩大，I/O 设备的种类和数量也越来越多。 为了更好地解决I/O 设备与主机之间连接的灵 活性，计算机的结构从分散连接发展成总线连 接。由于

5、各个子系统都通过总线交换信息，这 就产生了总线的瓶颈问题，影响了计算机的速 度。为了克服总线瓶颈又产生了多总线结构， 进一步为了设计简化，便于维护，有利于批量 生产，又提出了各种总线标准。特别是为了解 决众多部件争用总线，必须对总线进行判优控 制和通信控制。 1.总线仲裁。 当多个主设备同时争用总线控制权 时，由总线仲裁 部件以优先权或公 平策略进行仲裁，授权于其中的一个 主设备总线的控制权。 仲裁方式:(1)集中式仲裁方式： 链式查询方式； 计数器定时查询方式； 独立请求方式； (2)分布式仲裁方式。 2.总线的一次信息传送过程分为五个阶 段:请求总线、总线仲裁、寻址目的地 址、信息传送、状

6、态返回。为同步主方、 从方的操作,必须制定定时协议。定时方 式： (1)同步定时：事件出现在总线上的时刻 由总线时钟信号来确定； (2)异步定时：采用应答方式进行总线传 输控制。 *难 点为了解决总线上各模块争 夺总线的使用权，解决通信 双方如何获知传输开始和结 束，以及通信双方如何协调 配合，总线的通信控制是至 关重要的。第四章存储器 *重 点存储器如同人的大脑具有记忆功能一样，是计算机 组成的一个重要部件，它直接影响到计算机存储信息 的容量和计算机的运行速度。 围绕着计算机速度的提 高，容量的扩大，促使存储器从基本组成元件到整体 结构都在不断的发展和完善。当今计算机大多以半导 体存储器作为

7、主存储器，以硬盘或光盘作为辅助存储 器。为了更好解决存储器的速度、容量和价格/位之 间的矛盾，采用Cache-主存和主存-辅存的存储器结 构，使存储器的总体性能得到很大的提高。必须掌握 各类存储器的工作原理，以及各类存储器在存储器的 存储层次结构中各自起的作用。1.随机读写存储器的工作原理。 (1) SRAM存储器 (2) DRAM存储器2.只读存储器的工作原理， (1) ROM存储器 (2) EPROM存储器 (3) 芯片内部结构 3.存储器的组织(位扩展、字扩 展、字位同时扩展）4.Cache引入的理论依据。程序访问的局部性。 地址映射 (1)全相联映射方式： 灵活但映 射函数复杂，不易实

8、现 (2)直接映射方式： 映照简单 ，不需计算，快速但效率不高 ，易“颠簸” (3)组相联映射方式:组内全相联 映射、组间直接映射 *难 点要求运用以前学过的电路知识和本章所 学的半导体存储芯片，设计存储器和CPU 的连接电路。注意要合理选用芯片，以及 CPU 和存储器芯片之间的地址线、数据线 和控制线的连接，特别是存储芯片片选逻 辑的确定。本章另一个难点是掌握不同的Cache-主 存地址映象直接影响主存地址字段的分配 及替换策略和命中率。 第五章输入输出系统 *重 点 输入输出系统是人机对话和人机交互的 纽带和桥梁。由于输入输出设备工作速度 与计算机主机的工作速度极不匹配.为此 ，既要考虑到

9、输入输出设备工作的准确可 靠，又要充分挖掘主机的工作效率，因此 要求掌握主机与I/O 交换的三种控制方式 ，即程序查询、程序中断和DMA，以及它 们各自所需的硬件及软件支持。 1.程序中断方式。 中断：计算机在执行正常程序的过程中， 出现某些异常事件或某种请求时，处理机 暂停执行当前程序，转而执行更紧急的程 序，并在执行结束后,自动恢复执行原先 程序的过程。 特点: 硬件结构较查询方式复杂些,服务 开销时间较大； 主程序与设备并行运行,CPU效率较高； 具有实时响应的能力。 2.中断处理过程。 中断处理过程为：中断请求中断源识别判优中断 响应中断处理中断返回 中断源： 引起中断事件的来源。 判

10、优： 找出优先级最高的中断源给予响应。 中断源识别：采用的方法有： 软件查询法； 硬件排队法； 矢量中断。 CPU响应中断的条件： 至少有一个中断源请求中 断； CPU允许中断； 当前指令执行完。 中断响应的工作-由硬件自动完成： 关中断； 保留断点信息； 转到中断处理程序入口。 中断处理-由软件（中断处理程序）完成。 3. DMA传送方式。 解决与CPU共享 主存的矛盾。 (1)停止CPU访问内存。 CPU效率 低；(2)周期挪用。 适用于外设读取 周期大于内存存取周期；(3)DMA与CPU交替访问。 适用于 CPU工作周期比内存存取周期长得多 的情况。*难 点要对处理中断的各类软、硬 件技

11、术运用自如；要认清周期 窃取的含义； 要分清CPU 响应中断和允许周 期挪用的时间。 第六章计算机的运算方法 *重 点 要认识到计算机内部的各种运算与人们习惯 的运算是不同的，不仅运算方法有差异，就是 数的表示也不同。要求掌握计算机中有符号数 、无符号数、定点数和浮点数的各种表示，以 及移位、定点补码加减运算、定点原码一位乘 和两位乘及补码Booth 算法、定点原码和补码 加减交替除法，以及浮点补码加减运算。了解 不同的运算方法对运算器结构的影响，以及提 高运算速度采取的各种措施，包括快速进位链 的设计方法。 1定点加法、减法运算。 采用二进制补码加法 加法： X+Y补=X补+Y补 （mod

12、2） 减法： X-Y补=X补+-Y补 （mod 2） 2定点乘法。同原码乘法一样:符号位: 单独 处理(异或产生)数值位：求两数绝对值之商 3.定点二进制除法公式： 两种运算方法： 恢复余数法：运算步骤不 确定，控制复杂，不适合计算机运算。 加减交替法:不恢复余数,运算步骤确定,适 合计算机操作。 法则：余数为正：商1，下一步作减法；余数为负：商0，下一步作加法。 4.多功能算术/逻辑运算单元(ALU)。 ALU是运算器的核心部件。 举例:74181ALU,可进行四位并行算术 /逻辑运算。 特点: 多功能： 控制端M用来控 制作算术运算还是逻辑运算 M0时，为算术运算； M1时，为逻辑运算。

13、正逻辑工作或负逻辑工作 正逻辑：“逻辑1“用高电平表示； 5.定点运算器基本结构。运算器包括ALU、阵列 乘除器件、寄存器、多路开关、三态缓冲器、 数据总线等逻辑部件。运算器的设计，主要是 围绕着ALU和寄存器同数据总线之间如何传送操 作数和运算结果而进行的。 运算器的三种结构形式： 单总线结构的运算器：这种结构的主要缺点 是操作速度较慢，但控制电路比较简单。 双总线结构的运算器：两操作数可分别通过 两条总线送入ALU，操作时间较单总线结构的运 算器快。 三总线结构的运算器：三总线结构的运算器的 特点是操作时间快 *难 点 溢出判断是各种运算方法的一个难点，而定点运算和浮点 运算判断溢出的方法

14、是不同的。对于浮点运算，应特别注意 区分浮点数和用补码表示的浮点规格化形式这两个概念，前 者指的是真值，后者指的是机器数，由于补码规格化数的特 殊约定，两者表示的数的范围是不同的。本章的另一个难点是掌握原码和补码运算的最根本的区别 在于对符号位的处理。原码乘除法结果的符号均和数值部分 的运算分开进行，而补码乘除法结果的符号是在数值部分的 运算过程中自动形成的。值得注意的是机器内只设加法器， 故全部减法运算实质是通过加法操作实现的，这就有一个对 减数求“补”的问题。原码除法中减去除数的绝对值，一律用 加上除数绝对值的补码实现。应特别注意-x补和-x*补的 区别，其中x*是真值x的绝对值。本章的第

15、三个难点是，若浮点数的阶码采用移码运算时， 其运算规则和溢出判断规则与补码运算是不同的。 第七章指令系统 *重 点要求了解机器的指令系统决定了一台计算机 的功能，而一旦计算机的指令系统确定以后， 计算机的硬件必须给予支持。指令系统主要体 现在它的操作类型、数据类型、地址格式和寻 址方法等方面。要求掌握不同的寻址方式对操 作数寻址范围以及对编程的影响，掌握不同的 寻址方式所要求的硬件和信息的加工过程。还 应了解RISC 的主要特点及其与CISC 的区别。 1指令系统。 指一台计算机中所有机器指 令的集合，是表征计算机性能的重要因素。 2指令系统的性能要求。 完备性、有效性、规整形、兼容性 3指令

16、寻址方式 顺序寻址方式:指令逐条顺序执行,PC+1-PC 跳跃寻址方式:程序转移 4引入操作数寻址方式目的 (1)缩短指令长度； (2)扩大寻址范围(3)提高编程灵活性 5.操作数的寻址 (1) 立即寻址 (2) 直接寻址 (3) 间接寻址 (4) 寄存器寻址 (5) 寄存的间接寻址 (6) 偏移寻址(1)相对寻址(2)基址 寻址(3)变址寻址 (7) 堆栈寻址*难 点要求掌握设计指令格式的方法, 学会根据指令系统的要求，确定指 令字中各字段的位数及其含义。特 别是在实际机器中，指令字长不一 定等于存储字长，因此应格外注意 各种寻址方法和地址格式的运用。第八章CPU 的结构和功能 *重 点要认识到机器的核心是CPU，通过对CPU 的功能和内部结构的了解，掌握机器完成 一条指令的全过程是在CPU 的统一指挥