计算机组成原理复习串讲

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1、计算机组成原理复习串讲题型分布：选择题30% 简答题 10-15% 计算题和框图题 50-60% 章节分布: 1、6 和 8 章 20%,2 章 15%， 3 章25-30%,4 章10-15%，5章 25-30%第一章 计算机系统概论内容：在第一章中，1.1计算机的分类和应用、1.2 计算机硬件、1.3计算机软件、1.4 计算机系统的层次结构。具体要求：1.2 要求大家掌握计算机硬件主要由运算器、存储器、控制器、适配 器、输入输出设备组成。熟悉冯.诺依曼型计算机工作的原理，主要是 存储程序并按地址顺序执行。1.4 需要掌握计算机系统的层次结构。第二章 运算方法和运算器内容：2.1 数据和文字

2、的表示方法；2.2 定点运算方法，定点运算器的组成；2.3 浮点运算方法、浮点运算器的组成。具体要求：2.1、内容包括数据格式、数的机器码表示、字符和字符串编码、汉字 的表示、校验码。2.1.1、常见的数据格式有：定点格式和浮点格式。我们要熟悉定点数和浮点数的定义、表示方法、范围（IEEE754标准），这两种表示方法的差异，其中浮点数的表示是个难点。比如：定点格式是指：在定 点表示法中，小数点位置固定不变。定点格式常有两类：定点小数和 定点整数。2.1.2 二进制数的编码表示 重点掌握数的机器码表示，包括原码、补码、反码、移码的定义，要 搞清楚四种码制的表示范围、作用以及它们之间的转换，特别注

3、意的 是 0的几种码制表示方法。2.2、熟悉补码加减法的运算法则，主要是补码加减法公式及变补公式。 分别是：x+y补二x补 + y补x y补二x补 + y补y补= y补变补在此基础上，掌握采用溢出的两种检测方法。 就是单符号位法和变形补码的方法。难点在于基本的二进制加/减法器和十进制加法器的逻辑实现。2.3、定点乘法运算不作要求2.4 讲的是定点除法运算，这一节也是个比较难的一节，主要是熟悉 手工计算除法和恢复余数的除法及不恢复余数的除法的区别。在此基 础上，掌握不恢复余数阵列除法器的工作逻辑。2.5 讲的定点运算器的组成，我们首先要搞清楚数值计算和逻辑运算 的方法。然后熟悉芯片74181和

4、74182的逻辑组成结构和引脚。学会 用这两个芯片组成多位的运算器。这也是非常重要的一点。2.6 浮点运算：浮加，浮减，浮乘，浮除。第三章存储系统 内容：本章讲述的存储系统的分类、分级结构与主存储器的技术指标 等，这一章也比较重要。具体要求：3.1 是存储器的概述3.1.1 是存储器的分类： 按存储介质分，半导体存储器，磁表面存储器、光存储器等 按存取方式分：随机存储器，顺序存储器 按在计算机中的作用分：主存储器，辅助存储器，高速缓冲存储 器，控制存储器 还有按读写功能分，按信息的可保存性分等分类方法。3.1.2 要掌握存储器的分级结构分级结构主要是高速缓冲存储器主存储器外存储器三层结构3.1

5、.3 了解主存储器的性能指标 主要包括存储容量、存取时间、存储周期、存储器带宽几个方面。3.2+3.3 讲 SRAM+DRAM需要掌握：1、静态 MOS 存储器的基本存储元电路图及其读写操作，还要熟悉 SRAM 存储器的组成，它由存储体、读写电路、地址译码电路和控 制电路等组成。2、动态MOS存储器（DRAM）基本存储单元电路及其读写和刷新 操作，还要熟悉动态 MOS 存储器的组成。3、最重要部分是存储器和 CPU 的连接以及如何对存储器进行扩 展。扩展常采用位扩展、字扩展法、字位同时扩展法三种方法。4、了解存储器的读写周期，刷新周期。3.4 只读存储器和闪速存储器，需要了解基本概念。1、RO

6、M的概念和分类ROM它只能读出，不能写入，故称只读存储器。最大的优点是具有 不易失性，即使电源切断，ROM的信息也不会丢失。根据编程方法 不同，我们通常分成三类：掩模式只读存储器、一次编程只读存储 器、多次编程只读存储器。3.5 并行存储器/高速存储器 包括双端口存储器、多模块交叉存储器、相联存储器（不作要求）1、双端口存储器：由同一个存储器具有两组相互独立的读写控制线 路而得名。我们可以了解一下它得逻辑结构，读写控制。特别是当 两个端口地址不相同时，产生冲突时的读写控制。2、多模块交叉存储器组织方式有两种，顺序方式和交叉方式，需要 了解这两种方式的优缺点。3.6、cache存储器（Penti

7、um实例等不作要求）Cache是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPU和主存之间的 速度不匹配采用的一种重要的硬件技术。掌握主存与 cache 的地址 映射方式。有三种映射方式：1）全相联映射方式/2）直接映射方式/3） 组相联映射方式，其中组相联方式是前二者的折中方案。9.4/9.5 虚拟存储器，存储保护它只是一个容量非常大的存储器的逻辑模型，并不是任何实际 的物理存储器。它的作用，主要解决存储容量和速度的矛盾。虚拟 存储器有页式、段式、段页式三种。 掌握存储系统命中率，缺失率，替换算法的典型应用。第四章 指令系统Pentium实例以及4.5典型指令不做要求（CISC和RISC概念特点需要 掌

8、握）4.1了解指令系统的发展和性能要求。 四个方面的要求：完备性、有效性、规整性和兼容性。4.2 指令格式以下几个方面我们需要掌握：1、机器指令的基本组成。包括操作码字段和地址码字段。操作码表 示该指令进行什么性质的操作，比如加法、减法等。地址码指定参与 操作的操作数的地址。2、指令种类有四种。数据处理（算术和逻辑运算指令）、数据存储（存 储器器指令）、数据传送（I/O指令）、控制（测试和分支指令）4.4 指令和数据的寻址方式寻址方式指的是如何确定指令中操作数的地址及下条指令的地址。1、指令的寻址方式分为：顺序寻址方式、跳跃寻址方式2、操作数的寻址方式比较多，要重点掌握隐含寻址、立即寻址、直接

9、 寻址、间接寻址，寄存器寻址方式和寄存器间接寻址方式，了解相对 寻址方式、基址寻址寻址方式、变址寻址方式和块寻址方式。4.5 典型指令了解精简指令系统和复杂指令系统相比，它的主要的特点。第五章 中央处理器内容：这一章详细的介绍了 CPU的功能和基本组成，指令周期的概念、时序产生器的组成、微程序控制技术、硬布线控制器，传统的 CPU 结构，在此基础上介绍了当前先进的CPU的科技成果。5.6、5.7、5.8、5.9涉及硬布线控制器/传统CPU/流水技术CPU/RISCCPU （掌握流水线时空图，效率加速比；比较CISC和RISC特点）。具体内容：5.1 CPU的功能和组成CPU 有四个方面的功能（

10、1）指令控制，主要控制程序的顺序（2）操作控制，主要是翻译和执行指令（3）时间控制，指对各种操作时间定时（4）数据加工，对数据进行算术和逻辑运算，这是CPU的根本任务。CPU 的组成：传统的 CPU 由运算器和控制器组成。 控制器由程序计数器、指令寄存器。指令译码器、时序产生器和操作 控制器组成，它是发布命令的决策机构。运算器由算术逻辑单元，累加寄存器。数据缓冲寄存器和状态条件寄 存器组成，它是数据的加工处理部件。同时我们还应该熟悉 CPU 中的主要寄存器：主要是指令寄存器 IR、 程序计数器PC、地址寄存器AR、缓冲寄存器DR,累加寄存器AC, 状态条件寄存器 PSW， 我们应该掌握它们的功

11、能,知道它们主要作用。5.2-5.3 指令周期和指令时序的产生 掌握指令周期、机器周期、时钟周期的概念： 指令周期是从存储器中取出一条指令并执行这条指令的 时间。一个指令周期由若干个 CPU 周期组成, CPU 周 期也就机器周期。而一个 CPU 周期又由多个时钟周期组 成。再就是信号的来源： 时钟信号作为时间的基准,由时钟脉冲发生器产生。周期信号用于控 制不同阶段的操作,用触发器实现。节拍信号用于控制周期内的微操 作,用节拍信号发生器实现。5.4 微程序控制器 首先了解微程序控制的几个基本概念 微操作：一条指令功能的实现是通过一系列有序的基本操作来完成的 这些操作称为微操作，它是执行单元能够

12、完成的最基本动作。微命令： 对应某个微操作的命令称为微命令，它是执行单元可以接 受的控制信号序列的最小单位。微指令： 是对指令的分解，是一组微命令的组合。 主要包含两个字段：操作控制字段、顺序控制字段。微程序： 微指令的有序集合称为微程序。一条机器指令的功能通过许多条微指令来实现，即一条机器指令对应一段微程序。控制存储器： 存放微程序的高速只读存储器。微程序控制： 指令的执行是通过执行该指令对应的微程序来实现的控制方式， 称为微程序控制方式。在此基础上，我们应该了解微程序控制器的原理框图：它主要由控制 存储器、微指令存储器、地址转移逻辑三大部分组成。微程序设计技术 在了解微程序控制器基本原理的

13、基础上，如何确定微指令的结构 是设计微程序的关键。微指令格式 微指令格式：控制字段+顺序控制字段（下址字段） 控制字段每位表示一个微操作控制信号然后考虑的是 指令操作微程序化。微指令的编码 微指令的编码就是对微指令中的操作控制字段进行编码，通常有 三种方法可供选择：直接表示法，编码表示法、混合表示法。 具体微地址的形成方法常有两种方法，计数器的方式、多路转移的方 式，仅作了解。第六章 总线系统内容：总线技术是计算机系统的一个重要技术，有点学者说PC就是由 CPU、总线系统、操作系统三个部分组成。具体要求： 6.1讲述的是总线的概念和结构。总线定义：它是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能部

14、件之 间进行数据传送的公共通道。一个单处理器的总线我们可分为三类： 内部总线，系统总线，I/O总线内部总线指CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线。 系统总线指 CPU 同计算机系统的其他高速部件互相连接的总线。 I/O总线指中低速I/O设备之间互相连接的总线。对于每种总线，我们还要了解其物理特征、功能特性、电器特性、时 间特性按连接方式来分，单机系统中总线结构有三种类型：单总线结构、双 总线结构、三总线结构5.2 总线接口首先了解信息的传送方式 有三种传送方式：串行传送，分时传送，并行传送。出于速度和效率 的考虑，系统总线上传送信息必须采用并行传送方式。 当信息串行传送时，只有一条传输线

15、，且采用脉冲传送。 当信息并行传送时，每个数据位都需要一根单独传输线。接口的基本概念和功能接口是指 CPU 和主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑 部件。接口在功能上可以起到：控制外围设备、缓冲使得减小速度差 异、显示工作状态、数据转换、程序中断等功能。6.3+6.4 总线的仲裁、定时和数据传送模式 总线仲裁是总线系统的核心问题之一。是为了解决多个主设备同 时竞争总线控制权的问题，常常采用优先级策略或公平策略，选择其 中一个主设备作为作为总线的下一次主方，接管总线的控制权。 按仲裁电路的位置，分为：集中式仲裁和分布式仲裁。集中式仲裁分类：菊花链式查询，计数器定时查询，独立请求3 种方 式。6.5/6.6，各种总线(PCI,ISA,HOST)、标准作了解。第八章 输入和输出系统内容：.计算机的输入输出系统简称1/O系统，包括1/O接口、I/O管 理部件以及有关软件，一个计算机系统的综合处理能力，系统的可扩 展性、兼容性和性价比都和 I/O 系统密切相关。具体要求：8.1 信息的交换方式在计算机系统中，CPU对外围设备的管理有以下4种方式：（1）程序查询方式（2）程序中断方式（3）DMA方式（4）