計(jì)算機(jī)組成原理復(fù)習(xí)提綱.doc

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述1、 建立整機(jī)概念、理解Von Neumann 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)思想，以及按此思想設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)組成部件和功能計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成2、 怎樣區(qū)分存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的是數(shù)據(jù)還是指令？通過(guò)不同的時(shí)間段來(lái)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，即在取指令階段（或取指微程序）取出的為指令，在執(zhí)行指令階段（或相應(yīng)微程序）取出的即為數(shù)據(jù)。通過(guò)地址來(lái)源區(qū)分，由PC提供存儲(chǔ)單元地址的取出的是指令，由指令地址碼部分提供存儲(chǔ)單元地址的取出的是操作數(shù)。3、 理解指令與程序的基本概念。程序是指令組成的，指令是指揮計(jì)算機(jī)執(zhí)行各種操作的命令數(shù)據(jù)表示與運(yùn)算器1. 常用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換 P2942. 真值和機(jī)器數(shù)（原碼、補(bǔ)碼、反碼、移碼），正數(shù)與負(fù)數(shù)的各種機(jī)器碼表示方法、特別是0的表示方法 3. 定點(diǎn)數(shù)（定點(diǎn)整整、定點(diǎn)小數(shù)）的表示范圍 P2284. 浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍，特別是按照IEEE754標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)數(shù)表示范圍 P230例1 某浮點(diǎn)數(shù)字長(zhǎng)32位，其中階碼8位，以2為底，補(bǔ)碼表示，尾數(shù)24位（含1位數(shù)符），補(bǔ)碼表示。現(xiàn)有一浮點(diǎn)數(shù)（AC5A3E00），請(qǐng)問(wèn)它所表示的二進(jìn)制真值是多少？以及該浮點(diǎn)數(shù)格式表示的最大正數(shù)為多少？最大負(fù)數(shù)為多少？1010 1100 0101 1010 0011 1110 0000 0000；2278；-2(-278)5. 定點(diǎn)數(shù)的加、減運(yùn)算，特別是減法運(yùn)算，將被減數(shù)變化為補(bǔ)碼后進(jìn)行加法運(yùn)算。6. 溢出的判斷（上溢、下溢）以及檢驗(yàn)方法7. 定點(diǎn)數(shù)的乘法運(yùn)算。（原碼一位乘法、原碼兩位乘法、補(bǔ)碼一位乘法、補(bǔ)碼兩位乘法）8. 定點(diǎn)數(shù)的除法運(yùn)算。（原碼一位除法【恢復(fù)余數(shù)法、不恢復(fù)余數(shù)法】、補(bǔ)碼一位除法）9. 浮點(diǎn)數(shù)的加減（對(duì)階、尾數(shù)加減、規(guī)格化后舍入）、乘除運(yùn)算10. 校驗(yàn)技術(shù)：奇偶校驗(yàn)、海明校驗(yàn)、CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）11. ALU的設(shè)計(jì)（串行進(jìn)位、先行進(jìn)位）存儲(chǔ)器1. 存儲(chǔ)器的分類及其相關(guān)概念存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)中的作用分類：Cache、主存、輔存存儲(chǔ)方式分類：RAM、ROM、SAM、DAM存儲(chǔ)介質(zhì)分類：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁表面存儲(chǔ)器、光存儲(chǔ)器2. 半導(dǎo)體隨即存儲(chǔ)器的工作原理，特別是靜態(tài)存儲(chǔ)器與動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的工作原理及其比較。靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM（緩存）依靠觸發(fā)器的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)存儲(chǔ)信息，多用來(lái)作為小容量的高速緩沖存儲(chǔ)器，不需要刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM（主存）是依靠電容上的存儲(chǔ)電荷來(lái)保存信息，為了保持?jǐn)?shù)據(jù),所以必須隔一段時(shí)間刷新一次,DRAM是由許多基本存儲(chǔ)元按照行和列來(lái)組成的常用作大容量的主存儲(chǔ)器。SRAM具有較高的性能，但集成度較低。價(jià)格高，速度快，功耗大3. 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的各刷新機(jī)制（集中刷新、分散刷新、異步刷新）的優(yōu)缺點(diǎn)。集中：在最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)，集中安排一段時(shí)間進(jìn)行刷新，存在CPU訪存死時(shí)間。分散：在每個(gè)讀/寫(xiě)周期之后插入一個(gè)刷新周期，無(wú)CPU訪存死時(shí)間。異步：是集中式和分散式的折衷。4. SRAM的組成結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)體、讀寫(xiě)電路、地址譯碼器、控制電路）及其工作過(guò)程5. 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（位擴(kuò)展、字?jǐn)U展、字位全擴(kuò)展）位擴(kuò)展：增加存儲(chǔ)字長(zhǎng)字?jǐn)U展：增加存儲(chǔ)器字的數(shù)量 字位全擴(kuò)展：即增加存儲(chǔ)字的數(shù)量又存儲(chǔ)字長(zhǎng) 6. 存儲(chǔ)器的地址分配與片選邏輯（與CPU的連接）7. Cache的基本工作原理以及與主存之間的映射方式（全相聯(lián)映射、直接映射、組相聯(lián)映射）8. Cache 的主存塊的替換算法以及寫(xiě)策略9. 虛擬存儲(chǔ)器（頁(yè)式、段式、段頁(yè)式）例題1 一個(gè)16K X 32位的存儲(chǔ)器，其地址線與數(shù)據(jù)線的總和是_14+32=46根例題2 某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為32位，它的存儲(chǔ)容量為256KB，按字編址，它的尋址范圍是_（256*1024*8）/32=64*1024=64KB例題3 某8位機(jī)采用單總線結(jié)構(gòu)，地址線16根，雙向數(shù)據(jù)線8根，控制總線中與主存有關(guān)的/MREQ（允許訪存，低電平有效），/RW）高電平為讀命令，低電平為寫(xiě)命令）主存地址空間分配為-0-8191為系統(tǒng)程序區(qū)，8192-32767為用戶程序區(qū)，最后（最大地址）2K地址空間為系統(tǒng)程序工作區(qū)，按照字節(jié)編碼?，F(xiàn)有如下存儲(chǔ)器：ROM： 8K*8位RAM：16K*1位、2K*8位、4K*8位、8K*8位譯碼器：3:8譯碼器74LS138請(qǐng)從上述芯片中挑出合適的設(shè)計(jì)該計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器，畫(huà)出與cpu相聯(lián)圖系統(tǒng)程序區(qū)選ROM 8K*8位1塊用戶程序區(qū)選RAM 8K*8位3塊最后2K選擇2K*8位1塊指令系統(tǒng)1、 什么是指令、什么是指令系統(tǒng)（完整的指令系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)傳送類指令、數(shù)據(jù)運(yùn)算類指令、程序控制類指令）指令就是規(guī)定計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的指示與命令。指令系統(tǒng)就是CPU能夠執(zhí)行的所有機(jī)器指令的集合。2、 指令的格式（操作碼、源操作數(shù)地址、目的操作數(shù)地址、下一條指令地址），地址碼按照操作數(shù)的地址數(shù)量分：零地址、一地址、二地址、多地址；指令按照長(zhǎng)度分為：半字長(zhǎng)指令、單字長(zhǎng)指令、雙字長(zhǎng)指令3、 指令的尋址方式：指令尋址（順序?qū)ぶ泛吞S尋址）和操作數(shù)尋址（數(shù)據(jù)尋址）（常見(jiàn)的9種尋址方式：立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器直接尋址、寄存器間接尋址、變址尋址、基址尋址、相對(duì)尋址、堆棧尋址）例題：已知某小型計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為16位。其雙操作數(shù)指令的格式為： 0 5 6 7 8 15OPRD其中OP為操作數(shù)、R為通用寄存器地址、試說(shuō)明在下列情況下能訪問(wèn)的最大主存區(qū)為多少個(gè)機(jī)器字？D為直接操作數(shù)D為直接主存地址D為間接地址D為變址的形式地址，假定變址寄存器為R1（字長(zhǎng)為16位）中央處理器1、 CPU的功能：控制程序的順序執(zhí)行、產(chǎn)生完成每條指令所需的控制命令、對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的控制、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)與邏輯運(yùn)算、對(duì)計(jì)算機(jī)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行處理2、 CPU的基本結(jié)構(gòu)：運(yùn)算器（算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）與控制器（IR、PC、DR、AR、AC、PSW、指令譯碼器、時(shí)序產(chǎn)生器）控制器組成：程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、數(shù)據(jù)緩沖器、地址寄存器、通用寄存器、狀態(tài)寄存器、時(shí)序發(fā)生器、指令譯碼器、總線3、 什么是指令周期？什么是機(jī)器周期？什么是時(shí)鐘周期？指令周期是CPU取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時(shí)間，即完成一條指令的時(shí)間。機(jī)器周期是所有指令執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間，通常以存取周期作為機(jī)器周期。時(shí)鐘周期是機(jī)器主頻的倒數(shù)，也可稱為節(jié)拍，它是控制計(jì)算機(jī)操作的最小單位時(shí)間。一個(gè)指令周期包含若干個(gè)機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期又包含若干個(gè)時(shí)鐘周期，每個(gè)指令周期內(nèi)的機(jī)器周期數(shù)可以不等，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)的時(shí)鐘周期數(shù)也可以不等。4、 熟悉幾條常用指令周期（ADD指令、STA指令、LDA指令、JMP指令、CLA指令）5、 控制器的功能：對(duì)指令流與數(shù)據(jù)流在時(shí)間與空間上的實(shí)施正確的控制6、 控制器的組成：寄存器、指令譯碼器、地址形成部件、時(shí)序產(chǎn)生器等7、 什么是微命令？什么是微操作？什么是微指令？什么是微程序？微命令：控制部件向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令叫作微命令，它是構(gòu)成控制序列的最小單位微操作：是微命令的操作過(guò)程微指令：把在同一CPU周期內(nèi)并行執(zhí)行的微操作控制信息，存儲(chǔ)在控制存儲(chǔ)器里，稱為一條微指令微程序：一系列微指令的有序集合就是微程序8、 微程序控制器的組成：控制存儲(chǔ)器、微指令寄存器、微地址形成部件、微地址寄存器9、 微程序控制器的工作過(guò)程10、 微指令的格式：操作控制字段和順序控制字段（選擇域和地址域）以及微地址的形成11、 微指令編碼方法：直接控制閥、字段直接編碼法、字段間接編碼法12、 硬布線控制器的設(shè)計(jì)方法以及與微程序控制器的比較13、 什么叫指令流水線？什么叫超標(biāo)量流水線？指令流水：就是改變各條指令按順序串行執(zhí)行的規(guī)則，使機(jī)器在執(zhí)行上一條指令的同時(shí)，取出下一條指令，即上一條指令的執(zhí)行周期和下一條指令的取指周期同時(shí)進(jìn)行。超流水線：超流水線技術(shù)是將一些流水線寄存器插入到流水線段中，好比將流水線再分道，提高了原來(lái)流水線的速度，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)一個(gè)功能部件被使用多次。總線與輸入輸出系統(tǒng)1、 總線的作用以及結(jié)構(gòu)（單總線與多總線） 總線是各個(gè)部件的信息傳輸線，是各個(gè)部件共享的傳輸介質(zhì)。借助于總線連接，計(jì)算機(jī)在各系統(tǒng)功能部件之間實(shí)現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)和控制信息的交換，并在爭(zhēng)用資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作結(jié)構(gòu)：?jiǎn)慰偩€，多總線2、 總線的分類：數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線3、 總線的仲裁：集中仲裁（鏈?zhǔn)讲樵儭⒂?jì)數(shù)器定時(shí)查詢、獨(dú)立請(qǐng)求）和分布仲裁總線仲裁：總線仲裁即總線判優(yōu)，主要解決在多個(gè)主設(shè)備申請(qǐng)占用總線時(shí)，由總線控制器仲裁出優(yōu)先級(jí)別最高的設(shè)備，允許其占用總線4、 總線標(biāo)準(zhǔn)（ISA、PCI等）5、 I/O接口的基本功能：實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)的通訊控制、進(jìn)行地址譯碼與設(shè)備選擇、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換與傳遞、傳遞控制命令與狀態(tài)信息6、 主機(jī)訪問(wèn)I/O設(shè)備的控制方式：