吉林大學2015級計算機組成原理期末復(fù)習題目四

$number{01}吉林大學2015級計算機組成原理期末復(fù)習題目四目錄計算機系統(tǒng)概述數(shù)字邏輯基礎(chǔ)計算機中的數(shù)據(jù)表示運算方法和運算器指令系統(tǒng)中央處理器01計算機系統(tǒng)概述123計算機系統(tǒng)的基本組成操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的核心軟件，負責管理和控制硬件和軟件資源。硬件系統(tǒng)包括中央處理器、存儲器、輸入輸出設(shè)備等，是計算機的物理實體。軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，是計算機的程序和數(shù)據(jù)集合。第三代計算機第二代計算機第一代計算機計算機系統(tǒng)的發(fā)展歷程電子管計算機，出現(xiàn)于20世紀40年代，體積龐大、耗能高、可靠性差。集成電路計算機，出現(xiàn)于20世紀60年代，體積更小、速度更快、可靠性更高。晶體管計算機，出現(xiàn)于20世紀50年代，比電子管計算機體積小、速度快、可靠性高。運算速度存儲容量可靠性可維護性計算機系統(tǒng)的性能指標指計算機系統(tǒng)在規(guī)定的時間內(nèi)和規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力，通常用平均無故障時間來表示。指計算機系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)故障時能夠及時修復(fù)的能力，通常用平均修復(fù)時間來表示。指計算機執(zhí)行指令和數(shù)據(jù)處理的速度，通常用每秒執(zhí)行指令的條數(shù)來表示。指計算機存儲器能夠存儲的數(shù)據(jù)量，通常用存儲器容量的大小來表示。02數(shù)字邏輯基礎(chǔ)數(shù)制與編碼數(shù)制數(shù)制是計數(shù)的方法，常用的有二進制、十進制和十六進制。二進制由0和1組成，是計算機內(nèi)部處理數(shù)據(jù)的進制。二進制編碼二進制編碼是指將二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)的過程，常見的二進制編碼方式有原碼、反碼和補碼。邏輯變量邏輯變量只有兩種狀態(tài)，即真（用1表示）和假（用0表示）。要點一要點二基本邏輯運算包括與（AND）、或（OR）、非（NOT）三種基本邏輯運算，以及異或（XOR）等復(fù)合邏輯運算。邏輯代數(shù)基礎(chǔ)非門電路與門電路或門電路邏輯門電路實現(xiàn)邏輯非運算的電路，對輸入信號進行反轉(zhuǎn)。實現(xiàn)與運算的電路，當所有輸入都為真時，輸出才為真。實現(xiàn)或運算的電路，當至少一個輸入為真時，輸出就為真。03計算機中的數(shù)據(jù)表示二進制、十進制、十六進制等。整數(shù)表示法定點數(shù)和浮點數(shù)表示法，以及IEEE754標準。實數(shù)表示法根據(jù)不同表示法，數(shù)值具有不同的精度和范圍。數(shù)值精度和范圍數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示非數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示字符編碼字符串圖像和音頻以字節(jié)為單位進行存儲和傳輸。通過特定編碼格式進行存儲和傳輸。ASCII碼、Unicode碼等。奇偶校驗通過增加一位校驗位，使得整個數(shù)據(jù)中1的個數(shù)為偶數(shù)（偶校驗）或奇數(shù)（奇校驗）。CRC校驗循環(huán)冗余校驗，利用多項式對數(shù)據(jù)進行校驗。MAC地址校驗用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備地址的校驗。數(shù)據(jù)校驗方法04運算方法和運算器0102030405定點數(shù)的表示和運算定點數(shù)的表示方法：二進制、十進制和十六進制。定點數(shù)的加法運算：規(guī)則和步驟。定點數(shù)的減法運算：規(guī)則和步驟。定點數(shù)的乘法運算：規(guī)則和步驟。定點數(shù)的除法運算：規(guī)則和步驟。0203040501浮點數(shù)的表示方法：IEEE754標準。浮點數(shù)的除法運算：規(guī)則和步驟。浮點數(shù)的加法運算：規(guī)則和步驟。浮點數(shù)的減法運算：規(guī)則和步驟。浮點數(shù)的乘法運算：規(guī)則和步驟。浮點數(shù)的表示和運算010203運算器的組成和設(shè)計運算器的基本組成：加法器、減法器、乘法器、除法器等。運算器的設(shè)計原則：高效、簡潔、可靠。運算器的設(shè)計流程：需求分析、設(shè)計、實現(xiàn)、測試等階段。05指令系統(tǒng)操作碼表示指令的操作類型，如加、減、乘、除等。地址碼表示操作數(shù)的地址，可以是寄存器、內(nèi)存單元或立即數(shù)。修飾位用于表示指令的某些屬性，如是否為跳轉(zhuǎn)指令、是否為條件執(zhí)行指令等。指令格式操作數(shù)直接存儲在指令中，如ADDR1,#10。立即尋址操作數(shù)存儲在寄存器中，如ADDR1,R2。寄存器尋址操作數(shù)存儲在內(nèi)存單元中，如ADD[R1],R2。內(nèi)存尋址010203尋址方式算術(shù)運算指令用于執(zhí)行基本的算術(shù)運算，如ADD、SUB、MUL、DIV等。數(shù)據(jù)傳輸指令用于在寄存器、內(nèi)存和輸入/輸出設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，如MOV、LOAD、STORE等。邏輯運算指令用于執(zhí)行邏輯運算，如AND、OR、XOR等?？刂浦噶钣糜诳刂瞥绦虻牧鞒?，如JMP、CALL、RET等。指令的分類與功能06中央處理器CPU是計算機的核心部件，負責執(zhí)行程序中的指令，控制計算機的各個部分協(xié)調(diào)工作，完成輸入/輸出、數(shù)據(jù)處理、存儲器訪問等操作。功能CPU主要由運算器和控制器組成，運算器負責進行算術(shù)運算和邏輯運算，控制器負責協(xié)調(diào)各個部件的工作，包括指令的取指、譯碼、執(zhí)行和回寫等操作。組成CPU的功能和組成CPU的設(shè)計涉及到多個方面，如指令集設(shè)計、微架構(gòu)設(shè)計、電路設(shè)計等。指令集設(shè)計決定了CPU能執(zhí)行哪些操作，微架構(gòu)設(shè)計決定了CPU如何執(zhí)行指令，電路設(shè)計則涉及到具體實現(xiàn)。設(shè)計CPU的實現(xiàn)可以采用不同的技術(shù)，如CMOS、BiCMOS、GaAs等。不同的技術(shù)有不同的優(yōu)缺點，如CMOS功耗低、穩(wěn)定性高，但集成度低、速度慢；GaAs速度快、抗干擾能力強，但成本高、穩(wěn)定性差。實現(xiàn)CPU的設(shè)計和實現(xiàn)性能指標CPU的性能指標包括時鐘頻率、指令集、緩存大小和層次、功耗等。時鐘頻率決定了CPU執(zhí)行指令的速度，指令集決定了CPU能執(zhí)行哪些操作，緩存大小和層次影響CPU訪問內(nèi)存的速度，功耗則決定了CPU的能耗和散熱要求