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1、第一章1. 硬件技术对计算机更新换代的影响第一代1946-1957年，电子管计算机第二代1958-1964年，晶体管计算机第三代1965-1971年，中小规模集成电路计算机第四代1972-1990年，大规模和超大规模集成电路计算机第五代1991年开始的巨大规模集成电路2. 计算机硬件有运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。3.计算机软件分类：系统程序和应用程序两大类系统程序：各种服务性程序、语言程序、操作系统、数据库管理系统。4. 诺依曼计算机的工作原理可概述为：“存储程序” +“程序控制”5. 指令：计算机要完成的每一个基本操作就叫一条指令。程序：为解决某一问题按一定顺
2、序排列的一串指令序列叫做程序。6. 微程序设计级：由硬件直接执行微指令。一般机器级：也称机器语言级。它由微程序解释机器指令系统。也是硬件级。操作系统级：由操作系统程序实现，由机器指令和广义指令组成操作系统。也称混合级。 汇编语言级：由汇编程序支持和执行。不采用汇编语言编程的可不要这一级。高级语言级：是面向用户由各种高级语言编译程序支持和执行。第二章1、补码加、减规则：x补+y补=伙+y补(可以证明)x-y补=伙补-y补=伙补+-y补(可以证明)其中x、y为任意有符号数。-y补可以通过对y补包括符号位在内“变反、最低位 加1 ”。2、浮点格式IEEE754采用较多的IEEE754标准：其中：阶码
3、采用移码形式，尾数为1.M，即上式的实际值为：x= (-1) s(1.M)2E-K注意：MS：数符，占1为。MS:为0表示“ + ”，MS:为1表示“一”。E：阶码e的移码形式，占据8位，包括1位阶符和7位数值。将阶码e的真值平移127便 转换成移码E,即E=127+e。移码E的取值范围为1, 254，0和255用于表示特殊含义的 数值。M：尾数，占23位。由于尾数的规格化要求,IEEE754标准约定小数点左边隐含一位“1”, 从而使尾数的实际有效位为24位，即尾数的有效值为1.M。根据上述规定，32位单精度浮点数所表示的数值x为：x = (-1) S X 2E127 X1.M1、例：将5/3
4、2和一69. 625表示成IEEE754单精度浮点数的格式。解：5/32=0. 00101B=1.01BX2-3，按IEEE754单精度浮点数的要求，.x20,S=0,尾数的有效值 1.M M=01000000000000000000000BVE=127+e，AE=127+(-3) =124=01111100B5/32表示成IEEE754单精度浮点数的格式为：0 01111100 01000000000000000000000B一69.625= 1000101.101B= 1.000101101BX26. S=1, M=00010110100000000000000B,E=127+6=133=
5、10000101B，其浮点数格式如下：110000101000101101000000000000002、例：将IEEE754单精度浮点数42E48000H转换成真值十进制数。解：单精度浮点数42E48000H可表示为：01000010111001001000000000000000.S=1, E=10000101B=133, M=11001001000000000000000B=0.78515625，其浮点数对应的 真值为：(一1) S X 2E127 X1. M= (-1) 0 X 2133 127 X 1.78515625=1.78515625 X 26=114.25例 假设一个32位二
6、进制所表示的非零规格化浮点数x的真值为：x= (-1)SX(1.M) X2E-128问：它所表示的规格化的最大正数、最小正数、最大负数、最小负数是多少？解：注意理解规格化：尾数采用原码表示，阶码采用移码表示。最大正数：x=(1+(1-2-23) X2127最小正数：x=1.0 X2-128最小负数：x= -(1+(1-2-23) X2127最大负数：x= 1.0 X 2128乘法器要实现n*n位时，需要n(n-1)个全加器和nn个与门。第二早1、目前在计算机系统中，通常采用高速缓存、主存和辅存三级存储结构。2、目前存储器的特点是：速度快的存储器价格贵，容量小；而价格低的存储器速度慢，容 量大。
7、所以，在计算机存储器体系结构设计时，应当在存储器容量，速度和价格方面的因素 作折中考虑，建立了分层次的存储器体系结构。3、存储系统的分级结构主存一辅存层次:主要解决容量问题。cache-主存层次:主要解决速度问题。4、主存的主要技术指标存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息量。存取时间:又称存储器访问时间,指启动一次存储器操作到完成该操作所经历的的时间。 存储周期：指连续启动两次读操作所需的最小间隔。通常存储周期略大于存取时间。存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量，单位为位/秒或字节/秒。带宽是衡量 数据传输速率的重要技术指标。5、DRAM的刷新方式：集中刷新分散刷新6、字扩展和位扩展7
8、、 EPROM叫做光擦除可编程可读存储器EEPROM叫做电擦除可编程只读存储器8、cache的命中率CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为1900次，主存完成存取的次数为100次， 已知cache存取周期为50ns,主存存取周期为250ns,求cache/主存系统的效率和平均访问 时间。解：h=Nc/ (Nc+Nm) =1900/(1900+100)=0.95r=tm/tc=250ns/50ns=5 e=1/(r+(1-r)h)=1/(5+(1-5)X0.95)=83.3% ta=tc/e=50ns/0.833=60ns9、cache与主存间的地址映射：全相联方式、直接方式和组相联方
9、式。全相联方式：映射方法(多对多)优点：冲突概率小，Cache的利用高。缺点：比较器难实现，需要一个访问速度很快代价高的相联存储器 应用场合：适用于小容量的Cache直接方式:：硬件实现简单，成本低。但每个主存块只有一个固定的行可以存放。当cache 的行数较少时发生冲突的可能性很大，频繁的置换会使cache的效率下降。组相联方式：组内有一定的灵活性，而且因组内行数的减少，比较的硬件电路比全相联 方式简单些。第四章1、精简指令系统计算机，简称RISC 复杂指令系统的计算机，简称CISC2、一条指令应包含下列信息：执行什么操作，操作数的来源和结果的去向。操作码(OPCODE) 地址码(ACODE
10、)3、一个包含n位操作码的指令格式最多能够表示2n条指令。4、地址码的四种格式地址码的长度与操作数的个数、位数及存储单元的地址、寻址方式等因素有关。 按操作数地址码的个数分：三地址指令：A3v- (A1) OP (A2操作码A1A2A3二地址指令：A2 -(A1) OP (A2)操作码A1A2 一地址指令：A1 - OP (A1)或 AC- (AC) OP (A1)操作码A1零地址指令:操作码5、根据操作数的位置二地址指令又分为三种：存储器一存储器(SS)型、存储器一寄存器(SR)型、寄存器一寄存器(RR)型。6、 寻址方式114 115页机器中常采用的寻址方式：立即寻址、寄存器寻址、直接寻址
11、、间接寻址、寄存器间接寻址、相对寻址、基址寻址、变址寻址、隐含寻址、块寻址、段寻址等 例3一种二地址RS型指令的结构如下所示：6位4位 1位 2位16OPIX偏移变量D其中I为间接寻址标志位，X为寻址模式字段，D位偏移量字段。通过I，X，D的组合, 可构成下表所示的寻址方式。请写出六种寻址方式的名称。解：（1）直接寻址相对寻址变址寻址寄存器间接寻址间接寻址基址寻址AA- T- 第五早1、CPU的基本功能：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。2、CPU组成：运算器、Cache和控制器3、CPU中最基本寄存器：数据缓冲寄存器（DR）、指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）、 数据地址寄存器（A
12、R）、通用寄存器（ROR3）、状态条件寄存器（PSW）。4、指令周期：取出并执行一条指令的时间。各种指令的操作功能不同，其指令周期不尽相同。5、机器周期：也称CPU周期。指令周期由若干个CPU周期组成。通常：用内存中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期。6、时钟周期：常称为节拍。一个CPU周期又包含若干个时钟周期，它是处理操作的最基 本单位。7、根据数据通路的结构关系，微操作的相容性和相斥性：相容性的微操作：在同时或同一个CPU周期内可以并行执行的微操作； 相斥性的微操作：不能同时或同一个CPU周期内并行执行的微操作。8、微命令：控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令；微操作：执行部
13、件接受微命令后所进行的操作9、微程序控制器原理框图如所示。它主要由控制存储器、微指令寄存器、地址转移逻辑三 大部分组成，其中微指令寄存器分为微地址寄存器和微命令寄存器两部分。10、在串行方式的微程序控制器中,微指令周期=读出微指令的时间+执行该条微指令的时间执行微指令为了保证整个机器控制信号的同步，一般将一个微指令周期时间设计得恰好和CPU 周期时间相等。微指脅周期T1T2T3T4T1T2T3T4合表示法。CPU周期11、微命令编码:直接表示法、编码表示法、混12、微指令格式：水平微指令、垂直微指令第八早1、总线的特性：物理特性、功能特性、电气特性、时间特性。2、 总线的仲裁：集中式仲裁分布式
14、仲裁3、集中式仲裁三种实现方式：链式查询方式优点：只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制，结构简单易 扩充设备。缺点：是对询问链的电路故障很敏感，优先级固定4、计数器定时查询方式：计数方式与优先次序直接相关。对电路故障不如链式查询方式敏 感，但增加了主控制线（设备地址），控制也较复杂。5、独立请求方式：优点：响应时间快，即确定优先响应的设备所花费的时间少。对优先次 序的控制也是相当灵活的。6、在集中式总线仲裁中，独立请求方式响应时间最快，菊花式对电路故障最敏感。第七章1、除了 CPU和主存之外，计算机系统中的每一个部分都可作为一个外围设备看待。2、外围设备基本组成：存储介质驱动装置 控制电路3、磁盘存储器的技术指标：存储密度、存储容量、平均存取时间、数据传输率。第八章1、CPU外围信息交换的方式程序查询方式、程序中断方式、直接内存访问(DMA)方式, 通道万式。程序查询方式：软件实现CPU与外设之间的数据交换完全靠程序控制，且是应答式的定时方式。优点：可以实现数据的可靠传输；硬件结构比较简单。缺点：CPU的利用效率比较低。一般用于单片机应用系统中。程序中断方式：软件实现外围设备主动通知CPU要求进行数据交换或数据处理。当CPU处理完毕后， 可以返回到原来的任务继续。优点：提高CPU的利用率。特别适合于一些随机事件的处理。缺点：硬件结构相对与查
