計算機(jī)組成原理復(fù)習(xí)要點(diǎn)(復(fù)習(xí)必過);

1、計算機(jī)組成原理復(fù)習(xí)要點(diǎn)一、 題型分布選擇題 20分；填空題 30分；判斷題 10分；計算題 20/25分；簡答題 20/15分二、 每章重點(diǎn)內(nèi)容第一章 概述1、什么是計算機(jī)組成計算機(jī)組成邏輯組成物理組成設(shè)備級組成版塊級組成芯片級組成元件級組成設(shè)備級組成寄存器級組成2、諾依曼體系結(jié)構(gòu)計算機(jī)的特點(diǎn)（1）硬件由五大部份組成（運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備）。（2）軟件以2#表示。（3）采用存儲程序 所有的程序預(yù)先存放在存儲器中,此為計算機(jī)高速自動的基礎(chǔ)； 存儲器采用一維線性結(jié)構(gòu)； 指令采用串行執(zhí)行方式。 控制流（指令流）驅(qū)動方式；（4）非諾依曼體系結(jié)構(gòu)計算機(jī)數(shù)據(jù)流計算機(jī)多核(芯)處理機(jī)的

2、計算機(jī)3、計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（1）從軟、硬件組成角度劃分層次結(jié)構(gòu)（2）從語言功能角度劃分的層次結(jié)構(gòu)虛擬機(jī)：通過軟件配置擴(kuò)充機(jī)器功能后，所形成的計算機(jī)，實際硬件并不具備相應(yīng)語言的功能。第二章 數(shù)據(jù)表示1、各種碼制間的轉(zhuǎn)換及定點(diǎn)小數(shù)和定點(diǎn)整數(shù)的表示范圍（1）原碼：計算規(guī)則：最高位表示符號位；其余有效值部分以2#的絕對值表示。如：（+0.1011）原=0.1011; （-0.1001）原=1.1001（+1011）原 = 01011; （-1001）原 =11001 注意：在書面表示中須寫出小數(shù)點(diǎn)，實際上在計算機(jī)中并不表示和存儲小數(shù)點(diǎn)。原碼的數(shù)學(xué)定義若定點(diǎn)小數(shù)原碼序列為x0.x1x2.xn共n+1

3、位數(shù)，則： x原=x 當(dāng) 1 x0 x原=1-x=1+|x| 當(dāng) 0x-1若定點(diǎn)整數(shù)原碼序列為x0x1x2.xn共n+1位數(shù)，則： x原=x 當(dāng) 2n x0 x原=2n-x=2n+|x| 當(dāng) 0x-2n說明：在各種碼制（包括原碼）的表示中需注意表示位數(shù)的約定，即不同的位數(shù)表示結(jié)果不同，如：以5位表示，則（-0.1011）原=1.1011以8位表示，則（-0.1011）原=1.10110000的原碼有二種表示方式： 小數(shù)：（+0.0000）原=0.0000，（-0.0000）原=1.0000 整數(shù)：（+00000）原 =00000， （-00000）原=10000符號位不是數(shù)值的一部分，不能直接

4、參與運(yùn)算，需單獨(dú)處理。約定數(shù)據(jù)位數(shù)的目的是約定數(shù)據(jù)的表示范圍，即： 小數(shù)：-1 x 1 整數(shù)：-2n x x0 x反=（2-2-n）+x 當(dāng) 0x-1若定點(diǎn)整數(shù)反碼序列為x0x1x2.xn共n+1位數(shù)，則： x反=x 當(dāng) 2n x0 x反=（ 2n -1）+x 當(dāng) 0x- 2n（3）補(bǔ)碼：計算規(guī)則：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是反碼的最低加1。如：正數(shù): (+0.1011)原=(+0.1011)反=(+0.1011)補(bǔ)=0.1011; 負(fù)數(shù)： (-0.1001)原=1.1001 (-0.1001)反=1.0110 (-0.1001)補(bǔ)=1.0111數(shù)學(xué)定義 （x）補(bǔ)=m+x （mod m）

5、其中：m表示模，即容器的最大容量。若定點(diǎn)小數(shù)補(bǔ)碼序列為x0.x1x2.xn共n+1位數(shù)，則 m=2；若定點(diǎn)整數(shù)補(bǔ)碼序列為x0x1x2.xn共n+1位數(shù)，則 m= 2n+1 2、為什么計算機(jī)中數(shù)值類型的數(shù)據(jù)以補(bǔ)碼表示補(bǔ)碼的符號位是數(shù)值的一部分，可以參與運(yùn)算。0的補(bǔ)碼表示具有唯一性。補(bǔ)碼的表示范圍比原碼、反碼大。3、常見尋址方式的特點(diǎn)（1）尋址方式：獲得指令或操作數(shù)的方式。（2）指令尋址：由程序計數(shù)提供即將要執(zhí)行的指令的地址。（3）操作數(shù)尋址：與具體的尋址方式有關(guān)。操作數(shù)尋址方式應(yīng)說明是源操作數(shù)還是目標(biāo)操作數(shù)的尋址方式。4、采用多種尋址方式的目的（縮短指令長度，擴(kuò)大尋址空間，提高編程靈活性）縮短指

6、令長度,擴(kuò)大尋址空間,提高編程的靈活性。5、如何減少指令中地址數(shù)的方法采用隱地址（隱含約定）可以簡化指令地址結(jié)構(gòu)，即減少指令中的顯地址數(shù)。6、外設(shè)的編址方式（在任何一種方式每個外設(shè)都有一個獨(dú)立的地址）（1）i/o與主存統(tǒng)一編址，即i/o是看作是主存的延伸。（2）i/o與主存單獨(dú)編址： i/o編址到設(shè)備級，即一個i/o只有一個地址。 i/o編址到寄存級，即一個i/o有多個地址。7、指令系統(tǒng)優(yōu)化的趨勢（cisc、risc）（1）cisc(復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(jī))從編程角度出發(fā)，希望指令系統(tǒng)中包含的指令盡可能多，每條指令中的操作信息盡可能多。該類指令系統(tǒng)一般包含300-500指令。為提高機(jī)器效率，采用了

7、向量化、超標(biāo)量、超長指令字等技術(shù)。（2）指令系統(tǒng)的發(fā)展趨勢早期：面向用戶編程，采用cisc技術(shù)現(xiàn)代：面向系統(tǒng)、向高級語言靠近，采用risc技術(shù)（3）實際上cisc和risc均是當(dāng)前的發(fā)展(優(yōu)化)趨勢 第三章 存儲器1、 存儲器的按工作原理和存取方式的分類（1）物理原理分類：a、磁芯 b、半導(dǎo)體存儲器c、磁表面存儲器d、光盤存儲器e、其它存儲器（2）存取方式的劃分：a、隨機(jī)存取存儲器（ram）b、只讀存儲器（rom）c、順序存取存儲器（sam）d直接存取存儲器（dam）2、 存儲器的三級層次結(jié)構(gòu)及各層次的功能（1）主存:基本要求：隨機(jī)訪問、工作速度快、具有一定容量； 功能：存放當(dāng)前執(zhí)行的指令和數(shù)

8、據(jù)。（2）外存:基本要求：容量大、成本低、一定的速度 功能：長期保存數(shù)據(jù)；作為主存的外援存儲器。 外存也可采用多級存儲結(jié)構(gòu)。（3）cache:基本要求：速度足夠快、一定容量 功能：cpu與主存的緩沖，匹配主存與cpu的速度。 內(nèi)容：是當(dāng)前主存中最活躍數(shù)據(jù)的副本。 內(nèi)容形成的依據(jù)： 程序局部性原理：時間和空間局部性。3、 靜態(tài)與動態(tài)存儲器間的區(qū)別、動態(tài)存儲器為什么還需要刷新及刷新有分類（1）根據(jù)信息表示方式分為：動態(tài)存儲器(dram):以電容中的電荷表示信息,需動態(tài)刷新；靜態(tài)存儲器(sram):以雙穩(wěn)態(tài)信息。（2）需動態(tài)刷新：因為動態(tài)存儲器是依靠電容上的存儲電荷暫存信息，而電容上存儲的電荷會逐漸

9、減變?nèi)跛孕枰⑿隆＃?）刷新的分類：a、集中刷新b、分散刷新c、異步刷新。 4、 校驗碼：奇偶、循環(huán)校驗碼（crc）計算（1） 奇/偶校驗： 奇/偶校驗：使校驗碼中“1”的個數(shù)和為奇/偶數(shù),主要用于主存校驗。 例：有效信息：01101011，則 奇校驗碼：011010110 偶校驗碼：011010111（2）循環(huán)校驗碼a、編碼原理： 現(xiàn)假設(shè)有： 有效信息：m ； 除數(shù)g（生成多項式） 有： m/g=q+r/g 此時，可選擇r作為校驗位，則mr即為校驗碼。b、校驗原理： （m-r）/g=q+0/g 說明：以接收到的校驗碼除以約定的除數(shù)，若余數(shù)為0，則可認(rèn)為接收到的數(shù)據(jù)是正確的。例：有效信息11

10、01，生成多項式樣1011，求循環(huán)校驗碼解： 有效信息1101(k=4)，即m(x)=x3+x2+x0 生成多項式1011(r+1=4,即r=3),即g(x)=x3+x1+x0 m(x)x3=x6+x5+x3，即1101000（對1101左移三位） m(x)x3/g(x)=1101000/1011=1111+001/1011 即1010的crc是：1101001 循環(huán)校驗碼的來源余數(shù)與出錯序號間處理存在對應(yīng)模式，該模式只與只與碼制和生成多項式有關(guān)，與具體的碼字無關(guān)。生成多項式滿足的條件：任一位發(fā)生錯誤都應(yīng)使余數(shù)不為0；不同的位發(fā)生的錯誤余數(shù)應(yīng)不同。用的生成多項式：ccitt：g(x)=x16+

11、x15+x2+1ieee：g(x)=x16+x12+x5+15、 存儲器的擴(kuò)展(1)位擴(kuò)展：例：2k4芯片組成2k8特點(diǎn)： (1)片選信號連接在一起，二個芯片分別提供高低位的數(shù)據(jù)； (2)芯片的地址線直接與ab按位連接。(2) 字?jǐn)U展例：2k4芯片組成4k4特點(diǎn)：ab高位地址通過譯碼形成芯片的片選信號；ab低位地址通過譯碼連接芯片的低位地址；(3) 綜合擴(kuò)展 例：4k4芯片組成16k86、 數(shù)據(jù)傳輸率的計算r=(單位bps)7、 提高存儲性能（速度、容量）的措施 a、雙端口存儲器,b、并行主存系統(tǒng)c、高速緩存d、虛擬存儲e、相聯(lián)存儲技術(shù)等。8、 高速緩存的功能及替換算法（1）高速緩存的功能：提

12、供的是cpu與內(nèi)存的一個緩存。（2）替換算法：1先進(jìn)先出算法(fifo)2近期最少使用算法(lru)p命中率=9、cache與內(nèi)存在直接映像方式中怎樣將內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換為cache地址a、直接映像b、全相聯(lián)映像c、組相聯(lián)映像。10、虛擬存儲器的分類a、頁式虛存儲器b、段式虛擬存儲器c、段頁式虛擬存儲器。第四章cpu1、為什么會產(chǎn)生溢出、及溢出的解決方法、正負(fù)溢出的概念（1）產(chǎn)生溢出的原因：需表示的數(shù)據(jù)或運(yùn)算結(jié)果超出了正常表示范圍（2）溢出的解決方法：多符號位；（3）正溢出：兩個正數(shù)相加而絕對值超出允許的表示范圍；（4）負(fù)溢出：兩個負(fù)數(shù)相加而絕對值超出允許的表示范圍。2、補(bǔ)碼加減法的依據(jù)x補(bǔ)+y補(bǔ)=

13、(x+y)補(bǔ) 和 x補(bǔ)-y補(bǔ)=x補(bǔ)+(-y)補(bǔ)。3、串行和并行加法的原理串行加法原理如下：c1= g1 +p1c0 ；其中c0=0 c2= g2 +p2c1 cn= gn +pncn-1i=ai bi ci-1并行加法原理如下:c1 = g1 +p1c0 c2 = g2 +p2c1= g2 +p2g1 +p2p1c0 c3 = g3 +p3c2= g3 +p3g2 +p3p2g1 +p3p2p1c0 c4 = g4 +p4c3 = g4 +p4g3 +p4p3g2 +p4p3p2g1+p4p3p2p1c0 而i=ai bi ci-1 .4、一位原碼乘法的計算及運(yùn)算特點(diǎn)(1)數(shù)學(xué)原理： 兩個原碼

14、數(shù)相乘,其乘積的符號為相乘兩數(shù)符號的異或值,數(shù)值等于兩數(shù)絕對值之積。 假設(shè) x原=x0.x1x2.xn ， y原=y0.y1y2.yn，則有： xy原= (x0y0).(x1x2.xn)(y1y2.yn)(2)算法：假設(shè)x=0.x1x2.xn ，y=0.y1y2.yn，即均為正純小數(shù) xy= x0.y1y2.yn = x（2-1y1+2-2y2+.+2-n+1yn-1+2-nyn） = x（2-nyn+2-n+1yn-1+.+2-2y2+2-1y1） = (.(0+ yn x)2-1+yn-1x)2-1)+.)+y2x)2-1)+y1x)2-1) 根據(jù)上述計算過程，可得算法如下： a0=0 a

15、1=（a0+ynx)2-1 a2=（a1+yn-1x)2-1 . an-1=（an-2+y2x)2-1 an =（an-1+y1x)2-1 積xy=an (3)運(yùn)算特點(diǎn)符號位和絕對值分別獨(dú)立運(yùn)算。5、主機(jī)與外設(shè)間的連接方式（1）輻射型（2）總線型（3）通道型6、數(shù)據(jù)傳送方式（1） 以打印機(jī)為例說明中斷方式數(shù)據(jù)的傳輸過程（2） dma方式的特點(diǎn)及應(yīng)用dma方式的特點(diǎn)：傳送速率快，操作簡單；應(yīng)用：高速外部設(shè)備與主存儲器之間的簡單批量數(shù)據(jù)傳送。中斷的響應(yīng)過程、區(qū)別中斷處理與中斷服務(wù)7、 中斷的響應(yīng)過程、區(qū)別中斷處理與中斷服務(wù)（1） 中斷的響應(yīng)過程 置位中斷優(yōu)先級有效觸發(fā)器，即關(guān)閉同級和低級 中斷：

16、調(diào)用入口地址，斷點(diǎn)入棧，相當(dāng)于lcall指令； 進(jìn)入中斷服務(wù)程序。（2）中斷處理就是執(zhí)行中斷服務(wù)程序，從中斷入口地址開始執(zhí)行，直到返回指令(reti)為止。此過程一般包括三部分內(nèi)容，一是保護(hù)現(xiàn)場，二是處理中斷源的請求，三是恢復(fù)現(xiàn)場。（3）中斷服務(wù)是要完成處理的事務(wù)，用戶根據(jù)需要編寫中斷服務(wù)程序，程序中要注意將主程序中需要保護(hù)的寄存器內(nèi)容進(jìn)行保護(hù)8、 控制器的功能cpu內(nèi)部控制功能的寄存器及相應(yīng)的功能硬件系統(tǒng)時序?qū)哟蔚膭澐旨案鲗哟未蔚暮x控制器的分類及各自的優(yōu)缺點(diǎn)指令流程（mov和運(yùn)算類雙操作數(shù)指令）微程序控制器的基本思想9、 cpu內(nèi)部控制功能的寄存器及相應(yīng)的功能（1） pc：程序計數(shù)器，用來

17、指示指令在存儲器中的存放位置。（2） ir：指令寄存器，用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令，它的輸出包括操作信息、地址信息等。（3） psw：程序狀態(tài)寄存器，用來記錄現(xiàn)行程序的運(yùn)行狀態(tài)和指示程序的工作方式。10、 硬件系統(tǒng)時序?qū)哟蔚膭澐旨案鲗哟未蔚暮x（1） 指令周期：執(zhí)行一條指令所需的時間，一般由若個個機(jī)器周期（工作周期）組成，是從取指令、分指令到執(zhí)行指令完所需的全部時間。（2） 工作周期：完成一個階段性的任務(wù)所需時間。（3） 時鐘周期：完成一個基本操作所需時間。（4） 定時脈沖：啟?？刂七壿嫷臅r鐘脈沖。（工作脈沖：決定一個周期的長短）11、 控制器的分類及各自的優(yōu)缺點(diǎn)（1） 組合邏輯控制a、 優(yōu)點(diǎn)

18、：思路簡單、可用于實現(xiàn)任一指令系統(tǒng)。b、 缺點(diǎn)：*控制器的核心零亂、繁瑣，設(shè)計效率低，檢查調(diào)試?yán)щy。*不易擴(kuò)展和修改。（2） 微程序控制a 、優(yōu)點(diǎn)： *用規(guī)整的存儲邏輯結(jié)構(gòu)代替硬連邏輯，有利于設(shè)計自動化。 *易于修改與擴(kuò)展，靈活，通用性強(qiáng)。 *適用性作素列機(jī)的控制器。 *可靠性高，易于診斷與維護(hù)。b、缺點(diǎn)： *速度慢，效率低。 *由于增加了相關(guān)的微程序控制部件，成本較高。12、 指令流程（mov和運(yùn)算類雙操作數(shù)指令）（1）mov3、dt 由目的操作數(shù)的尋址方式確定dt的指令流程：若目的數(shù)在內(nèi)存中，則將目的數(shù)的地址送到mar；若目的數(shù)在r中，則省略。 4、et由源操作數(shù)、目的操作數(shù)的尋址方式及操

19、作碼共同確定et的指令流程。源數(shù)可在r中(sr)或內(nèi)存中(sr);目的數(shù)可在r中(dr)或內(nèi)存中(dr)。由源數(shù)和目的數(shù)的位置可以有下列四種類型：（2）雙操作數(shù)指令包括：add、sub、or、and、eor。雙操作數(shù)指令的ft和st的流程與mov指令完全相同。下面只描述dt及et的指令流程。1、dt由目的操作數(shù)的尋址方式確定dt的指令流程：若目的數(shù)在內(nèi)存中，則將目的數(shù)送到d；若目的數(shù)在r中，則省略。 2、et由源操作數(shù)、目的操作數(shù)的尋址方式及操作碼共同確定et的指令流程。源數(shù)可在r中(sr)或內(nèi)存中(sr);目的數(shù)可在r中(dr)或內(nèi)存中(dr)。由源數(shù)和目的數(shù)的位置可以有下列四種類型。其中：

20、rs 表示源寄存器； rd 表示目的寄存器。13、 微程序控制器的基本思想（1）機(jī)器指令由微程序解釋；微程序由微指令組成，每條微指令中可包含多個微命令；微命令控制實現(xiàn)微操作。（2）微指令以代碼(微碼)存儲在rom中，該rom稱為控制存儲器（cm）。9、 i/o系統(tǒng)1、總線的分類及接口的分類 （1）總線的分類a、按據(jù)傳送格式分類：串行總線；并行總線 b、按時序控制方式分類：同步總線；異步總線（2）接口的分類a、按數(shù)據(jù)傳送格式劃分并行接口：接口與系統(tǒng)總線及i/o間均以并行方式傳送數(shù)據(jù)。串行接口：接口與i/o間以串行方式，而與系統(tǒng)總線間以并行方式傳送數(shù)據(jù)。b、按時序劃分同步接口：與同步總線連接的接口

21、，接口與系統(tǒng)總線間的數(shù)據(jù)傳送由統(tǒng)一的時序信號(由cpu或?qū)ｉT的系統(tǒng)總線時序信號)控制。異步接口：與異步總線連接的接口，接口與系統(tǒng)總線間的傳送采用異步應(yīng)答的工作方式。c、按信息的傳送控制方式劃分中斷接口、dma接口、磁盤存儲接口等。*i/o接口的基本功能(1)尋址：將地址信息譯碼為i/o或接口中的寄存器的選中信號。(2)數(shù)據(jù)傳送與緩沖(速度匹配)(3)數(shù)據(jù)格式變換、電平變換等預(yù)處理(4)控制邏輯：接口對主機(jī)發(fā)送的命令字進(jìn)行解釋，并將產(chǎn)生的操作命令發(fā)送給i/o；將i/o及接口的狀態(tài)信息送回cpu。如在中斷接口中有中斷請求信號產(chǎn)生、中斷屏蔽、優(yōu)先排隊等部件。2、總線的概念及分時共享的含義、總線的組成

22、總線（bus）是計算機(jī)各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導(dǎo)線組成的傳輸線束， 按照計算機(jī)所傳輸?shù)男畔⒎N類，計算機(jī)的總線可以劃分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號。總線是一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它是cpu、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道，主機(jī)的各個部件通過總線相連接，外部設(shè)備通過相應(yīng)的接口電路再與總線相連接，從而形成了計算機(jī)硬件系統(tǒng)。在計算機(jī)系統(tǒng)中，各個部件之間傳送信息的公共通路叫總線，微型計算機(jī)是以總線結(jié)構(gòu)來連接各個功能部件的。3、pci總線的仲裁方式當(dāng)多個設(shè)備競爭總線時，由總線仲裁器進(jìn)行仲裁，在微機(jī)中就是南北橋芯片組。仲裁方式分集中和競爭二種方式。

23、（1）集中式仲裁：分配原則是：優(yōu)先級高的設(shè)備可以剝奪優(yōu)先級低的設(shè)備的總線使用權(quán)。當(dāng)仲裁器接收到總線請求時，就發(fā)出總線授權(quán)信號。設(shè)備的優(yōu)先級由設(shè)備和仲裁器的邏輯距離決定。當(dāng)設(shè)備較多時，可采用分級仲裁方式。（2）競爭式仲裁分配原則：優(yōu)先級不同的設(shè)備同時申請總線，則分配給高優(yōu)先級的設(shè)備；先來先占用：誰先搶占總線，只要該設(shè)備沒有釋放總線，則其它優(yōu)先級高的設(shè)備不能強(qiáng)行占用總線。4、中斷接口的模型及工作過程中斷接口的模型（1）設(shè)備選擇電路 是一個譯碼器，用于選擇接口中的某一個寄存器。（2）命令字寄存器 用于接收cpu發(fā)送的命令字，一般用于初始化接口，如數(shù)據(jù)的輸入/出方向、工作方式(r或w)等。（3）狀態(tài)字

24、寄存器 用以記錄、反映設(shè)備與接口的運(yùn)行狀態(tài)，作為cpu執(zhí)行i/o程序的依據(jù)。（4）數(shù)據(jù)緩沖寄存器 作為主機(jī)與i/o間數(shù)據(jù)傳送的緩沖。 其容量稱為緩沖深度。若對緩沖深度要求較高，則可采用半導(dǎo)體存儲器作為緩沖區(qū)。 （5）其它控制邏輯 接口不同，則該邏輯不同，屬接口中不規(guī)整的部分，一般有如下部分： a、中斷請求irq的產(chǎn)生 b、與主機(jī)間的應(yīng)答邏輯 c、控制時序，包括振蕩電路、分頻電路。 d、面向設(shè)備的某些特殊邏輯。如對機(jī)電性的設(shè)備所需的電機(jī)的啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速，數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，電平信號的轉(zhuǎn)換等 e、智能控制器。功能復(fù)雜的接口，常使用通用的微處理器、單片機(jī)或?qū)Ｓ每刂破鞯刃酒c半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成可編程的控制器。（6）中斷控制器 現(xiàn)通常采用8259a芯片。*模型接口的抽象工作過程： （1）初始化接口與中斷控制器：c