计算机组成原理复习要点(复习必过)

计算机组成原理复习要点一、题型分布选择题20分；填空题30分；判断题10分；计算题20/25分；简答题20/15分二、每章重点内容第一章概述1、什么是计算机组成2、诺依曼体系结构计算机的特点（1）硬件由五大部份组成（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备）。（2）软件以2#表示。（3）采用存储程序所有的程序预先存放在存储器中,此为计算机高速自动的基础；存储器采用一维线性结构；指令采用串行执行方式。控制流（指令流）驱动方式；（4）非诺依曼体系结构计算机数据流计算机多核(芯)处理机的计算机3、计算机系统的层次结构（1）从软、硬件组成角度划分层次结构计算机组成逻辑组成物理组成设备级组成版块级组成芯片级组成元件级组成设备级组成寄存器级组成（2）从语言功能角度划分的层次结构虚拟机：通过软件配置扩充机器功能后，所形成的计算机，实际硬件并不具备相应语言的功能。第二章数据表示1、各种码制间的转换及定点小数和定点整数的表示范围（1）原码：计算规则：最高位表示符号位；其余有效值部分以2#的绝对值表示。如：（+0.1011）原=0.1011;（-0.1001）原=1.1001（+1011）原=01011;（-1001）原=11001注意：在书面表示中须写出小数点，实际上在计算机中并不表示和存储小数点。原码的数学定义若定点小数原码序列为X0.X1X2...Xn共n+1位数，则：X原=X当1X≥0X原=1-X=1+|x|当0≥X-1若定点整数原码序列为X0X1X2...Xn共n+1位数，则：X原=X当2nX≥0X原=2n-X=2n+|x|当0≥X-2n说明：在各种码制（包括原码）的表示中需注意表示位数的约定，即不同的位数表示结果不同，如：以5位表示，则（-0.1011）原=1.1011以8位表示，则（-0.1011）原=1.10110000的原码有二种表示方式：小数：（+0.0000）原=0.0000，（-0.0000）原=1.0000整数：（+00000）原=00000，（-00000）原=10000符号位不是数值的一部分，不能直接参与运算，需单独处理。约定数据位数的目的是约定数据的表示范围，即：小数：-1X1整数：-2nX2n（2）反码：计算规则：正数的反码与原码同；负数的反码是原码除最高位（符号位）外，各位求反。如：正数：（+0.1011）原=（+0.1011）反=0.1011;负数：(-0.1001)原=1.1001，则(-0.1001)反=1.0110反码的数学定义若定点小数反码序列为X0.X1X2...Xn共n+1位数，则：X反=X当1X≥0X反=（2-2-n）+X当0≥X-1若定点整数反码序列为X0X1X2...Xn共n+1位数，则：X反=X当2nX≥0X反=（2n-1）+X当0≥X-2n（3）补码：计算规则：正数的补码与原码同；负数的补码是反码的最低加1。如：正数:(+0.1011)原=(+0.1011)反=(+0.1011)补=0.1011;负数：(-0.1001)原=1.1001(-0.1001)反=1.0110(-0.1001)补=1.0111数学定义（X）补=M+X（MODM）其中：M表示模，即容器的最大容量。若定点小数补码序列为X0.X1X2...Xn共n+1位数，则M=2；若定点整数补码序列为X0X1X2...Xn共n+1位数，则M=2n+12、为什么计算机中数值类型的数据以补码表示补码的符号位是数值的一部分，可以参与运算。0的补码表示具有唯一性。补码的表示范围比原码、反码大。3、常见寻址方式的特点（1）寻址方式：获得指令或操作数的方式。（2）指令寻址：由程序计数提供即将要执行的指令的地址。（3）操作数寻址：与具体的寻址方式有关。操作数寻址方式应说明是源操作数还是目标操作数的寻址方式。4、采用多种寻址方式的目的（缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性）缩短指令长度,扩大寻址空间,提高编程的灵活性。5、如何减少指令中地址数的方法采用隐地址（隐含约定）可以简化指令地址结构，即减少指令中的显地址数。6、外设的编址方式（在任何一种方式每个外设都有一个独立的地址）（1）I/O与主存统一编址，即I/O是看作是主存的延伸。（2）I/O与主存单独编址：I/O编址到设备级，即一个I/O只有一个地址。I/O编址到寄存级，即一个I/O有多个地址。7、指令系统优化的趋势（CISC、RISC）（1）CISC(复杂指令系统计算机)从编程角度出发，希望指令系统中包含的指令尽可能多，每条指令中的操作信息尽可能多。该类指令系统一般包含300-500指令。为提高机器效率，采用了向量化、超标量、超长指令字等技术。（2）指令系统的发展趋势早期：面向用户编程，采用CISC技术现代：面向系统、向高级语言靠近，采用RISC技术（3）实际上CISC和RISC均是当前的发展(优化)趋势第三章存储器1、存储器的按工作原理和存取方式的分类（1）物理原理分类：A、磁芯B、半导体存储器C、磁表面存储器D、光盘存储器E、其它存储器（2）存取方式的划分：A、随机存取存储器（RAM）B、只读存储器（ROM）C、顺序存取存储器（SAM）D直接存取存储器（DAM）2、存储器的三级层次结构及各层次的功能（1）主存:基本要求：随机访问、工作速度快、具有一定容量；功能：存放当前执行的指令和数据。（2）外存:基本要求：容量大、成本低、一定的速度功能：长期保存数据；作为主存的外援存储器。外存也可采用多级存储结构。（3）cache:基本要求：速度足够快、一定容量功能：CPU与主存的缓冲，匹配主存与CPU的速度。内容：是当前主存中最活跃数据的副本。内容形成的依据：程序局部性原理：时间和空间局部性。3、静态与动态存储器间的区别、动态存储器为什么还需要刷新及刷新有分类（1）根据信息表示方式分为：动态存储器(DRAM):以电容中的电荷表示信息,需动态刷新；静态存储器(SRAM):以双稳态信息。（2）需动态刷新：因为动态存储器是依靠电容上的存储电荷暂存信息，而电容上存储的电荷会逐渐减变弱所以需要刷新。（3）刷新的分类：A、集中刷新B、分散刷新C、异步刷新。4、校验码：奇偶、循环校验码（CRC）计算（1）奇/偶校验：奇/偶校验：使校验码中“1”的个数和为奇/偶数,主要用于主存校验。例：有效信息：01101011，则奇校验码：011010110偶校验码：011010111（2）循环校验码A、编码原理：现假设有：有效信息：M；除数G（生成多项式）有：M/G=Q+R/G此时，可选择R作为校验位，则MR即为校验码。B、校验原理：（M-R）/G=Q+0/G说明：以接收到的校验码除以约定的除数，若余数为0，则可认为接收到的数据是正确的。例：有效信息1101，生成多项式样1011，求循环校验码解：有效信息1101(k=4)，即M(x)=x3+x2+x0生成多项式1011(r+1=4,即r=3),即G(x)=x3+x1+x0M(x)·x3=x6+x5+x3，即1101000（对1101左移三位）M(x)·x3/G(x)=1101000/1011=1111+001/1011即1010的CRC是：1101001循环校验码的来源余数与出错序号间处理存在对应模式，该模式只与只与码制和生成多项式有关，与具体的码字无关。生成多项式满足的条件：任一位发生错误都应使余数不为0；不同的位发生的错误余数应不同。用的生成多项式：CCITT：G(x)=x16+x15+x2+1IEEE：G(x)=x16+x12+x5+15、存储器的扩展(1)位扩展：例：2K×4芯片组成2K×8特点：(1)片选信号连接在一起，二个芯片分别提供高低位的数据；(2)芯片的地址线直接与AB按位连接。(2)字扩展例：2K×4芯片组成4K×4特点：AB高位地址通过译码形成芯片的片选信号；AB低位地址通过译码连接芯片的低位地址；(3)综合扩展例：4K×4芯片组成16K×86、数据传输率的计算R=主频cpu1(单位bps)7、提高存储性能（速度、容量）的措施A、双端口存储器,B、并行主存系统C、高速缓存D、虚拟存储E、相联存储技术等。8、高速缓存的功能及替换算法（1）高速缓存的功能：提供的是cpu与内存的一个缓存。（2）替换算法：1先进先出算法(FIFO)2近期最少使用算法(LRU)p命中率=次数）访问数访问总次数（访问内存次数访问cachecache9、Cache与内存在直接映像方式中怎样将内存地址转换为Cache地址A、直接映像B、全相联映像C、组相联映像。10、虚拟存储器的分类A、页式虚存储器B、段式虚拟存储器C、段页式虚拟存储器。第四章CPU1、为什么会产生溢出、及溢出的解决方法、正负溢出的概念（1）产生溢出的原因：需表示的数据或运算结果超出了正常表示范围（2）溢出的解决方法：多符号位；（3）正溢出：两个正数相加而绝对值超出允许的表示范围；（4）负溢出：两个负数相加而绝对值超出允许的表示范围。2、补码加减法的依据X补+Y补=(X+Y)补和X补-Y补=X补+(-Y)补。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=0C2=G2+P2C1····Cn=Gn+PnCn-1∑i=Ai⊕Bi⊕Ci-1并行加法原理如下:C1=G1+P1C0C2=G2+P2C1=G2+P2G1+P2P1C0C3=G3+P3C2=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0C4=G4+P4C3=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0····而∑i=Ai⊕Bi⊕Ci-1.4、一位原码乘法的计算及运算特点(1)数学原理：两个原码数相乘,其乘积的符号为相乘两数符号的异或值,数值等于两数绝对值之积。假设[X]原=X0.X1X2..Xn，[Y]原=Y0.Y1Y2..Yn，则有：[X·Y]原=(X0⊕Y0).[(X1X2..Xn)·(Y1Y2..Yn)](2)算法：假设X=0.X1X2..Xn，Y=0.Y1Y2..Yn，即均为正纯小数X·Y=X·0.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+YnX)2-1+Yn-1X)2-1)+...)+Y2X)2-1)+Y1X)2--1)根据上述计算过程，可得算法如下：A0=0A1=（A0+YnX)2-1A2=（A1+Yn-1X)2-1...An-1=（An-2+Y2X)2-1An=（An-1+Y1X)2-1积X·Y=An(3)运算特点符号位和绝对值分别独立运算。5、主机与外设间的连接方式（1）辐射型（2）总线型（3）通道型6、数据传送方式（1）以打印机为例说明中断方式数据的传输过程（2）DMA方式的特点及应用DMA方式的特点：传送速率快，操作简单；应用：高速外部设备与主存储器之间的简单批量数据传送。中断的响应过程、区别中断处理与中断服务7、中断的响应过程、区别中断处理与中断服务（1）中断的响应过程①置位中断优先级有效触发器，即关闭同级和低级中断：②调用入口地址，断点入栈，相当于LCALL指令；③进入中断服务程序。（2）中断处理就是执行中断服务程序，从中断入口地址开始执行，直到返回指令(RETI)为止。此过程一般包括三部分内容，一是保护现场，二是处理中断源的请求，三是恢复现场。（3）中断服务是要完成处理的事务，用户根据需要编写中断服务程序，程序中要注意将主程序中需要保护的寄存器内容进行保护8、控制器的功能CPU内部控制功能的寄存器及相应的功能硬件系统时序层次的划分及各层次次的含义控制器的分类及各自的优缺点指令流程（MOV和运算类双操作数指令）微程序控制器的基本思想9、CPU内部控制功能的寄存器及相应的功能（1）PC：程序计数器，用来指示指令在存储器中的存放位置。（2）IR：指令寄存器，用来存放当前正在执行的指令，它的输出包括操作信息、地址信息等。（3）PSW：程序状态寄存器，用来记录现行程序的运行状态和指示程序的工作方式。10、硬件系统时序层次的