计算机组成原理课程复习指导

计算机组成原理课程复习指导刘亚维先修课数字逻辑与数字电子技术汇编语言程序设计课程定位《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业本科教学中的一门重要技术基础课使学生掌握计算机硬件各子系统的组成原理及实现技术，建立计算机系统的整体概念对设计开发计算机系统有重要作用。为后继课程打好基础计算机系统结构计算机网络计算机容错技术计算机并行处理计算机分布式处理技术……知识点(1)计算机系统概论计算机软、硬件概念；计算机系统的层次结构；计算机基本组成主要技术指标机器字长、存储容量、运算速度计算机的产生、发展及在各个不同领域的应用。微程序机器M0(微指令系统)由硬件直接执行微指令传统机器M1(机器语言机器)用微程序解释机器指令虚拟机器M2(操作系统机器)用机器语言解释操作系统虚拟机器M3(汇编语言机器)用汇编程序翻译成机器语言程序虚拟机器M4(高级语言机器)用编译程序翻译成汇编语言程序输入设备存储器输出设备控制器运算器以存储器为中心的计算机结构框图计算机的硬件框图知识点(2)系统总线总线概念从分散连接到总线连接总线分类按连接部件的不同•片内总线•系统总线数据总线、地址总线、控制总线总线特性各个部件能够连接到总线上，需规定以下特性•机械特性、电气特性、功能特性、时间特性总线结构单总线、多总线总线控制总线判优•链式查询、计算器定时查询、独立请求方式通信控制•同步、异步知识点(3)存储器存储器分类按存取方式：ROM、RAM存储器的层次结构缓存－主存、主存－辅存主存存储原理•静态RAM、动态RAM、ROM存储器与CPU的连接高速缓冲存储器(Cache)辅助存储器知识点(4)输入输出系统输入输出系统概述I/O系统组成：I/O软件（I/O指令）、I/O硬件（接口、设备）外部设备I/O接口功能、组成I/O与主机信息传送的控制方式程序查询中断存储器直接存取方式知识点(5)计算机的运算方法及运算器讲述数的表示进制转换原码、补码、反码定点数、浮点数定点运算加减乘除浮点运算其特殊性算术逻辑运算单元快速进位链知识点(6)指令系统机器指令指令格式：操作码、地址码操作数和操作类型数据传送、算逻运算、移位、转移寻址方式与汇编语言对照学习指令格式举例CISC及RISC技术知识点(7)CPU的结构和功能CPU的结构CU、ALU、寄存器、中断系统指令周期取指、执行、间址、中断指令流水中断系统。知识点(8)控制单元的功能及设计方法微操作命令的分析及功能组合逻辑设计微程序设计。第一章计算机系统概念重点当今世界计算机的主流还是以冯·诺依曼结构的计算机为代表重点要掌握以指令流和数据流为主线的计算机工作原理真正认识到计算机内部工作过程是逐条取指令、分析指令、执行指令的过程重点与难点第一章计算机系统概念难点本章概念、名词较多学生在此章基础上，在深入学习以下各章后，逐步加深对本章的各种名词、概念及整机工作原理的理解。严格讲本章没太多难点初学者一时不能很快理解利掌握重点与难点第二章计算机的发展和应用重点了解计算机的发展史及它的应用领域目的在于激发学生学习本课程的积极性重点与难点第三章系统总线重点掌握系统总线在计算机硬件结构中的地位和作用多总线结构为克服总线瓶颈问题而采用的总线进行判优和通讯控制解决众多部件争用总线。重点与难点第三章系统总线难点总线的通讯控制。重点与难点第四章存储器重点掌握存贮器的基本功能及各类存储器读写信息的原理特别要注意•半导体存储器的外特性和工作原理•半导体与CPU的连接方式这样可更加强对整机概念的理解。必须了解高速缓冲存储器(Cache)、主存和外存的组成，以及他们在存储器的层次结构中各自所起的作用重点与难点第四章存储器难点学习时必须从本质上去认识各种存储芯片由于不同的其基本单元电路是不同的设计存储芯片与CPU连接电路关键在于存储芯片选片逻辑的确定学生必须将以前学过的电路知识综合应用，合理选用各种芯片，准确画出存储器与CPU的连接电路图。重点与难点第五章输入输出系统重点要求掌握三种主机与I/O交换信息的方式程序查询程序中断DMA明确不同控制方式各自所需的硬件及软件编程方法尤其对中断技术应了解更深入•才能进一步加深理解整机的工作过程。重点与难点第五章输入输出系统难点处理中断过程中有各类技术配置相应的各类硬件编写相应的软件程序需记忆的内容甚多，学生只有从根本上理解每个硬件的地位和作用，才能运用自如。要真正认识DMA与中断传送的区别前者发生在存储周期结束时，后者发生在指令周期结束时，这就反映了DMA有挪用存储周期的特点。重点与难点第六章计算机的运算方法重点掌握计算机中数的表示以及移位定点补码加减运算定点原码一位乘和两位乘及补码Booth算法定点原码和补码加减交替除法浮点补码加减运算了解不同的运算方法对运算器结构的影响，以及提高运算速度采取的各种措施，包括快速进位链的设计方法。重点与难点第六章计算机的运算方法难点溢出判断是各种运算方法的一个难点定点运算和浮点运算判断溢出的方法是不同的•对于浮点运算，应特别注意区分浮点数和用补码表示的浮点规格化形式这两个概念•前者指的是真值，后者指的是机器数由于补码规格化数的特殊约定，两者表示的数的范围是不同的。掌握原码和补码运算的最根本的区别在于对符号位的处理。原码乘除法结果的符号均和数值部分的运算分开进行补码乘除法结果的符号是在与数值部分的运算过程中产生的值得注意的是机器内只设加法器，故全部减法运算实质是通过加法操作实现的，这就有一个对减数求“补”的问题•原码除法中减去除数的绝对值，一律用加上除数绝对值的补码实现•应特别注意[-x]补和[-x*]补的区别，其中x*是真值x的绝对值。若浮点数的阶码采用移码运算时，其运算规则和溢出判断规则与补码运算是不同的。重点与难点第七章指令系统重点在第一章概述的基础上深入系统地介绍指令的格式•从本质上来认识机器语言的一般特征•了解和掌握不同的地址格式和寻址方式对计算机硬件的要求，以及掌握操作数的寻址范围和信息的加工过程。了解RISC的主要特点及其与CISC的区别。重点与难点第七章指令系统难点掌握设计指令格式的方法学会根据指令系统的要求，确定指令字中各字段的位数及其含义。特别是在实际机器中，指令字长不一定等于存储字长，因此应格外注意各种寻址方法和地址格式的运用。重点与难点第八章CPU的结构和功能重点要认识到机器的核心是CPU通过对CPU的功能和内部结构的了解，掌握机器完成一条指令的全过程是在CPU的统一指挥—下进行的掌握中断技术在提高整机效能方面所起的作用流水技术为了进一步提高数据的处理能力，开发系统的并行性，在现代计算机中大量采用流水技术。重点与难点第八章CPU的结构和功能难点中断技术在现代计算机中起着重要作用为了更好地吃透这一内容，建议结合第五章学习，便于建立整机概念。重点与难点第九章控制单元的功能重点理解控制单元为完成不同指令所发出的各种操作命令理解指令周期、机器周期、时钟周期与操作命令的关系。重点与难点第九章控制单元的功能难点微操作命令的分析多级时序系统重点与难点第十章控制单元的设计重点要求初步掌握控制单元的两种设计方法进一步理解组合逻辑控制器和微程序控制器在设计思想、硬件组成及其工作原理方面的不同。结合时序系统的概念，学会按不同指令要求，写出其相应的微操作命令及节拍安排。重点与难点第十章控制单元的设计难点微程序控制是一种更规范的控制方法学会如何确定微指令格式，编出微指令的码点是本章的难点。重点与难点