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1、数字逻辑层f微体系结构层f指令系统层f操作系统层f汇编语言层f高级语言层f应用程序层 计算机字长:通常用多少个二进制位来表示一个数据或一条指令是一个关键技术指标,例 16、32、64,这个位数称为计 算机字长.CPU主频:CPU系统使用的时钟脉冲的频率.CPU 每一秒钟执行的指令数,单位 MIPS.T=CPI*T_IC*IT是执行一个程序占用的全部时间,CPI是执行一条指令平均使用的CPU时钟个数,T_IC是一个CPU时钟的时间长 度-CPU主频f倒数l/f,I是这个程序的指令条数.MIPS用来描述整数指令,MFLOPS浮点数指令的执行速度.进制转换:小数点前是除,小数点后是乘.奇偶校验码:一
2、种开销最小，能发现数据代码中一位出错情况的编码实现原理:使原来合法编码的码距由1增加到2.数据奇校验的编码偶校验的编码奇1最高位+0最高位+1偶1最高位+1最高位+0浮点数:小数点在数据中的位置可以左右移动的数据.表示:N=M*（R的E次方）M浮点数的尾数;R为阶码的基数;E阶的阶码.在计算机中表示：Ms E MMs是尾数的符号位，即浮点数的符号位，安排在最高一位;E是阶码，紧跟在符号位之后，占用m位，含阶码的一符号;M是尾数，在低位部分，占用n位.IEEE标准的浮点数格式：符号位阶码尾数部位数短浮点数（单）182332长浮点数（双）1115264临时浮点数1156480补码加、减运算中的溢出
3、问题:X+Y补=幻补+Y 补X-Y 补=X 补+-Y 补1. 两个符号相同的补码数相加，如果和的符号与加数的符号相反，或两个符号相反的补码相减，差的符号与减数的符号 相同，都属于运算结果溢出.2. 两个补码数相加减时，若最高位数值向符号位送的进位与符号位送向更高位的进位值不相同，也是运算结果溢出.3. 在采用双符号位运算时，若两个符号位的值不同则是溢出.01 表明两个正数相加，结果大于机器所能表示的最大正数， 称为上溢;10 表明两个负数相加，结果小于机器所能表示的最小负数，称为下溢;双符号位的高位符号位，不管结果 溢出否，均是运算结果正确的符号值，这个结论在乘法过程中是有实际意义的.CISC
4、 是指采用一整套计算机指令进行操作的计算机.RISC 是指精简指令系统计算机.在计算机指令系统的优化发展过程中，出现过两个截然不同的优化方向：CISC技术和RISC技术。CISC是指复杂 指令系统计算机（ComplexInstructionSetComputer）； RISC 是指精简指令系统计算机（ReducedInstructionSetComputer）。 这里的计算机指令系统指的是计算机的最低层的机器指令，也就是 CPU 能够直接识别的指令。随着计算机系统的 复杂，要求计算机指令系统的构造能使计算机的整体性能更快更稳定。最初，人们采用的优化方法是通过设置一些 功能复杂的指令，把一些原来
5、由软件实现的、常用的功能改用硬件的指令系统实现，以此来提高计算机的执行速度， 这种计算机系统就被称为复杂指令系统计算机，即ComplexInstructionSetComputer,简称CISC。另一种优化方法是 在 20世纪80 年代才发展起来的，其基本思想是尽量简化计算机指令功能，只保留那些功能简单、能在一个节拍内 执行完成的指令，而把较复杂的功能用一段子程序来实现，这种计算机系统就被称为精简指令系统计算机即ReducedInstructionSetComputer，简称RISC。RISC技术的精华就是通过简化计算机指令功能，使指令的平均执行周 期减少，从而提高计算机的工作主频，同时大量使
6、用通用寄存器来提高子程序执行的速度.指令周期:CPU从内存取出一条指令并执行这条指令的时间总和。CPU周期:又称机器周期,CPU访问一次内存所花的时间较长，因此用从内存读取一条指令字的最短时间来定义.时钟周期:通常称为节拍脉冲或T周期.注：一个CPU周期包含若干个时钟周期.指令执行步骤:读取指令一指令译码一ALU执行一内存读写一数据写回1. 读取指令是每一条指令必须首先完成的,所完成的功能对所有指令都相同2. 指令译码完成的功能对多数的指令是类似的,例如判断指令类型/读寄存器组等3. ALU执行运算所完成的是数据计算或者地址计算功能，对不同指令会有所区别4. 读写内存或接口仅出现在读写内存或者
7、接口的指令执行过程中5数据写回完成把ALU的计算结果或从内存/接口读来的数据写入寄存器组 寻址方式:1.立即数寻址-操作数直接给出在指令字中，即指令字中直接给出不再是操作数地址，而是操作数本身.2. 直接寻址-在指令中直接给出操作数在存储器中的地址.3. 寄存器寻址-在指令字中给出通用寄存器的编号，所访问的寄存器的内容就是运算用到的数据;寄存器间接寻址-在 寄存器中给出的不是操作数，而是操作数在存储器中的地址.4. 变址寻址-把在指令字中的一个数值（变址偏移量）与一个被称为变址寄存器的内容相加之和作为操作数的地址，用 于读写存储器5. 相对寻址-把在指令字中给出的一个数值（相对寻址偏移量）与程
8、序计数器 PC 的内容相加之和作为操作数的地址或 转移地址.6. 基址寻址-把在程序中所用的地址与一个特定的寄存器（基地址寄存器）的内容相加之和作为操作数的地址或指令 的地址.7. 间接寻址-在指令字中给出的不是一个操作数的地址，而是一个操作数地址的地址，或一条指令地址的地址.8. 堆栈寻址-操作码部分指明一个操作数为堆栈中的一个单元的内容.16.为读写输入/输出设备,通常有哪几种常用的方式用以指定被读写设备? 答:设备号，设备入出端口地址和设备映像地址.计算机的核心功能:提供连续执行指令的能力，而每一条指令往往又要分成几个执行步骤才得以完成. 计算机控制器的基本功能:依据当前正在执行的指令和
9、它所处的执行步骤，形成并提供出在这一时刻整机各部件要用 到的控制信号.硬连线控制器:又称组合逻辑控制器，它的基本运行原理是使用大量的组合逻辑门线路，直接提供出控制计算机各 功能部件协同运行所需要的控制信号。其优点是，形成这些控制信号所必需的信号传输延迟时间短，有利于提高系 统运行的速度。其缺点是，形成控制信号的电路设计比较复杂，再用与、或、非等组合逻辑门电路把设计结果实现 出来也相对烦恼，尤其是要变以一些设计时不大方便。微程序控制器:它的基本运行原理，是用多条微指令解释执行每一条指令的功能。硬件组成中的核心线路是一个被 为控制存储器的部件（用 ROM 芯片实现），用于保存由微指令（指令一个执行
10、步骤用到的控制信号的集合）组成的微程 序.其缺点是运行速度慢，难以使用在性能要求特别高的计算机系统中.5. 简述计算机的控制器的功能和基本组成，微程序的控制器和组合逻辑的控制器在组成和运行原理方面的相同、不 同之处表现在哪里？ 答:控制器的功能是自动连续地执行指令序列，并依据当前正在执行的指令和它所处的执行步骤，提供出在这一时 刻整机各部件要用到的控制信号。控制器的基本组成包括（1）程序计数器（PC） （2）指令寄存器（IR）（3）脉冲源、启停控 制逻辑、指令执行的步骤标记线路 （4）全部时序控制信号产生部件 微程序的控制器和组合逻辑的控制器在组成同类型的控制器，其共同点是：基本功能都是提供计
11、算机各个部件协同 运行所需要的控制信号，组成部分都有程序计数器PC,指令寄存器IR,都分成几个执行步骤完成每一条指令的具 体功能；不同点主要表现在：处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样，组合逻辑控制器是用节拍发 生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号，其优点是运行速度明显地快，缺点是设计与 实现复杂些，但随着大规模现场可编程集成电路的出现，该缺点已得到很大缓解；微程序的控制器是通过微指令地 址的衔接区分指令执行步骤，应提供的控制信号是从控制存储器中读出来的，并经过一个微指令寄存器送到被控制 部件的，其缺点是运行速度要慢一些，优点是设计与实现简单些，易于用于实现
12、系列产品的控制器，理论上可实现动态 微程序设计.指令:指示计算机硬件系统完成一项最基本的运算或者操作功能的命令，使用的全部指令组成一台计算机的指令系 统，用于设计完成各种计算任务或者信息管理等功能的程序，运行中的程序将保存在主存储器中。指令是程序设计 人员与计算机系统沟通和交互的媒介。微指令:直接控制计算机硬件线路完成指令功能的控制信号的集合，被划分为微指令字段和下地址字段两大部分。 计算机厂家用微指令设计“解释”每一条指令执行过程的微程序，微程序被固化在控制存储器中。微指令是计算机 指令和硬件电路之间建立联系的媒介，计算机的使用人员通常接触不到微程序和微指令的内容。控制部件通过控制线向执行部
13、件发出各种控制命令，通常这种控制命令叫做微命令 执行部件接受微命令后所执行的操作就叫做微操作多级结构存储器系统:采用 3 种运行原理不同、性能差异很大的存储介质，来分别构建高速缓冲存储器、主存储器 和虚拟存储器，再将它们组成通过计算机硬件软件统一管理与调度的3 级结构的存储器系统。程序运行的局部原理体现在：(1)时间方面:在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问。(2)空 间方面:这些最近被访问过的程序和数据，往往集中在一小片存储器区域中。(3)指令执行顺序方面:指令顺序执行比 转移执行的可能性要大(大约为 5:1)。3 级不同的存储器中存放的信息必须满足:一致性原则; 包含性
14、原则。 动态存储器的存储原理:刷新方式有两种 集中式刷新:指在一个刷新周期内，利用一段固定的时间，依次对存储器的所有行逐一再生，在此期间停止对存储 器的读和写。集中式刷新的缺点是在刷新期间不能访问存储器。分散式刷新:第一种,把对每一行的再生分散到各个工作周期中去。第二种，为了提高存储器工作效率，经常采取在 2ms 时间内分散地将 1024 行刷新一遍的方法，具体做法是将刷新周期除以行数，得到两次刷新操作之间的时间间 隔t,利用逻辑电路每一时间间隔t产生一次刷新请求。存储器容量扩展: 字*位1. 位扩展:加大字长。拉扩展的连接方式是将多片存储器的地址、片选、读/写端连接在一起,数据端单独引出。2
15、. 字扩展:增加存储器中字的数量。静态存储器进行字扩展时,将各芯片的地址线、数据线、读/写控制线连接在一 起,而由片选信号来区分各芯片的地址范围。3字位扩展:字向和位向同时扩充。例:存储器的容量：M*N位，若使用L*K位存储器芯片，那么共需M/L*N/K个 存储器芯片。1.在计算机中，为什么要采用多级结构的存储器系统？它的应用是建立在程序的什么特性之上的？答:为了缓解主存储器读写速度慢，不能满足CPU运行速度需要的矛盾，另一方面又要解决主存储器容量小，存不 下更多的程序和数据的难题，当前计算机系统中，广泛采用了多级结构的存储器系统。它的应用是建立在程序运行 的局部性原理之 上的。2.多级结构的存储器是由哪三级存储器组成的？每一级存储器使用什么类型的存储器介质？这些介质的主要特性 是什么？在多级结构的存储器系统中，何谓信息的一致性原则和包含性原则？存储器高速缓冲存储器介质静态存储器(SRAM)主存储器动态存储器(DRAM)虚拟存储器磁盘介质及特性如下：答:多级结构的存储器是由高速缓冲存储器、主存储器和虚拟存储器三级结构组成的。每一级存储器使用的存储器特性速度特快、成本高不需要刷新、容量较小速度较慢、成本较低需要刷新、容量较大速度慢、成本低、容量极大 信息的一致性原则是：同一个信息会同时存放在几个级别的存储器中，此时，这一信息在几个级
