计算机组成原理总复习课件(白中英版)

计算机组成原理任课教师：石磊郑州大学信息工程学院计算机系Email:[e-mail]:13676986863教材白中英，计算机组成原理·网络版，科学出版社，2002参考书石磊，计算机组成原理·第2版,清华大学出版社，2006钱晓捷，微型计算机原理及应用,清华大学出版社，2006王爱英,计算机组成与结构·第3版,清华大学出版社，2001白中英邝坚，计算机组织与结构·网络版，科学出版社，2003☼第一章计算机系统概论☼第二章运算方法和运算器☼第三章存储系统☼第四章指令系统☼第五章中央处理器☼第六章总线系统☼第七章外围设备☼第八章输入输出系统目录郑州大学软件学院·计算机组成原理·2006级4第1章教学要求-1了解计算机的类型：模拟和数字，专用和通用，巨型机、大型机、小型机、微型机、单片机熟悉计算机的硬件组成部件及其作用掌握主存有关概念：存储器地址、存储单元和存储容量；位bit、字节byte、KB、MB、GB掌握“存储程序、程序控制”的冯·诺依曼计算机的基本思想区别操作码和地址码（操作数）、指令字和数据字、指令流和数据流理解指令周期（控制器工作周期）：取指、译码、执行郑州大学软件学院·计算机组成原理·2006级5第1章教学要求-2掌握总线、处理器总线和系统总线的概念，熟悉数据总线、地址总线和控制总线的功能理解目的程序、汇编程序、编译程序的作用，区别机器语言、汇编语言和高级语言（算法语言）掌握计算机系统的层次结构、软件与硬件的逻辑等价性思想郑州大学软件学院·计算机组成原理·2006级6第2章教学要求-1掌握数据的定点格式，定点整数的表达范围，有符号数和无符号数掌握浮点格式的表达，熟悉浮点数的规格化，掌握规格化单精度浮点数与实数的相互转换理解真值和机器数，掌握定点整数的补码、反码、原码和移码表示法掌握BCD码、ASCII码的编码规律，理解小端方式和大端方式的存储特点区别汉字输入编码、机内码、字模码和汉字交换码理解检验码的作用，掌握奇偶校验以及检错能力郑州大学软件学院·计算机组成原理·2006级7第2章教学要求-2理解补码的加法运算和减法运算规律熟悉溢出的概念，理解上溢（正溢）和下溢（负溢）的概念以及符号位检测方法了解内部总线和外部总线、单向总线和双向总线的概念理解浮点加减法的操作过程，了解其中对阶、规格化、舍入处理的作用熟悉IEEE754标准郑州大学软件学院·计算机组成原理·2006级8第2章教学要求-3掌握数字信号的特点掌握逻辑与、或、非的逻辑关系，以及它们的逻辑表达式、真值表、逻辑符号、运算规则熟悉与非、或非、异或的逻辑规律、表达式和逻辑符号理解逻辑变量、逻辑电路（数字电路）、逻辑代数（布尔代数）的概念掌握逻辑代数的基本运算规则和运算规律（定律）：交换律、结合律、分配律、反演定理熟悉用真值表、逻辑表达式、逻辑电路图表达逻辑函数的方法，了解卡诺图的作用理解简单的逻辑化简方法（最简与或式）郑州大学软件学院·计算机组成原理·2006级9第2章教学要求-4理解门电路、正逻辑和负逻辑的概念，掌握三态门的特点、用途和电路符号区别组合逻辑电路和时序逻辑电路掌握编码器、译码器、加法器、数据选择器（多路开关）的作用熟悉触发器的特点、基本RS触发器的功能和逻辑符号理解同步时钟、高电平有效、低电平有效的含义掌握D触发器的功能和逻辑符号，熟悉电平触发和边沿触发的区别了解数码寄存器、移位寄存器、计数器、PLD的作用郑州大学软件学院·计算机组成原理·2006级10第3章教学要求-1熟悉存储系统的分级（层次）结构，掌握存储访问的局部性原理理解存储容量、存取时间、存取周期、存储器带宽的概念了解SRAM、DRAM和NVRAM的特点掌握SRAM存储结构与芯片地址引脚和数据引脚的关系理解位扩展和字扩展的含义和作用，掌握芯片扩展与芯片容量的关系了解DRAM的行地址和列地址，理解DRAM的刷新操作和方法了解ROM芯片的类型和各自特点郑州大学软件学院·计算机组成原理·2006级11第3章教学要求-2掌握Cache的功能和基本原理，掌握命中率、平均访问时间和访问效率的计算方法理解Cache的地址映射的作用，掌握全相联、直接和组相联映射的原理和特点，熟悉Cache中标记（标签）的作用理解替换策略的作用，熟悉LRU、LFU和随机法理解Cache的写操作策略，熟悉直写法（全写法）和回写法（写回法）掌握虚拟存储器的功能、物理地址和虚拟（逻辑）地址的概念熟悉页式和段式虚拟存储器的管理和地址转换理解存储保护，熟悉存储区域和访问方式保护的思想郑州大学软件学院·计算机组成原理·2006级12第4章教学要求了解指令、指令系统、指令格式、操作码、地址码、指令助记符的概念理解寻址方式的含义，区别指令寻址和数据寻址掌握指令的顺序寻址和跳跃寻址掌握数据的隐含寻址、立即寻址、寄存器寻址、直接寻址、寄存器间接寻址、寄存器相对（基址）寻址熟悉堆栈的访问原理，理解进栈PUSH和出栈POP操作熟悉指令系统包含的基本指令类型掌握CISC和RISC的含义，掌握RISC的主要特点郑州大学软件学院·计算机组成原理·2006级13第5章教学要求-1熟悉CPU的基本模型和主要寄存器的作用理解指令周期、CPU周期（机器周期、总线周期）和时钟周期（T周期）的概念和区别了解CLA、ADD、STA和JMP指令在CPU基本模型的执行过程理解微程序控制器和硬布线控制器的实现特点，了解微命令、微操作、微指令和微程序的概念熟悉并行性的概念和提高并行性的技术途径掌握指令流水线的思想，理解流水CPU的时空图掌握资源相关、数据相关和控制相关的概念郑州大学软件学院·计算机组成原理·2006级14第5章教学要求-2掌握SISD、SIMD、MIMD的分类概念，理解多媒体指令的并行处理特点掌握CPU性能公式以及CPI、MIPS的计算方法郑州大学软件学院·计算机组成原理·2006级15第6章教学要求理解内部总线、系统总线和I/O总线（芯片总线、内总线和外总线）的分类理解总线的4个方面特性，掌握总线带宽以及计算熟悉单总线、双总线和三总线结构理解串行传送和并行传送的概念，掌握起止式异步通信字符格式理解总线仲裁的作用，了解集中仲裁和分布仲裁思想掌握总线同步定时和异步定时（时序）的特点了解各种总线数据传送模式了解PCI总线、ISA总线、SCSI总线和IEEE1394总线的特点郑州大学软件学院·计算机组成原理·2006级16第7章教学要求掌握像素、点距、分辨率、灰度级（彩色深度）、刷新、扫描的概念，以及对显示效果的影响理解NRZ、PM、FM、MFM各记录方式的特点了解磁面、磁道、磁柱、扇区的概念，以及磁盘信息的分布特点郑州大学软件学院·计算机组成原理·2006级17第8章教学要求-1理解I/O接口的作用，熟悉I/O端口的编址方式掌握各种外设管理方式的概念和特点熟悉查询传送方式的过程理解中断源、内部中断（异常）和外部中断的概念区别可屏蔽中断和非屏蔽中断掌握可屏蔽中断传送方式的过程及其相关概念熟悉单级中断、多级中断的概念熟悉IA-32微处理器主要中断类型，理解向量地址、中断优先权、中断嵌套的含义理解中断控制器的作用了解Pentium处理器的中断机制郑州大学软件学院·计算机组成原理·2006级18第8章教学要求-2理解DMA传送方式的特点，掌握DMA传送的工作过程了解CPU暂停、周期挪用、交替访问的区别了解通道的组成结构和类型郑州大学软件学院·计算机组成原理·2006级19期末考试考试形式闭卷笔试，120分钟考试题型填空题：1×20＝20分单项选择题：1×20＝20分对错判断题：1×10＝10分简答题（基本概念、基本原理等）：5×4＝20分应用题：10×3＝30分成绩计算考试成绩×85%+平时成绩×15%组成原理复习考试电子计算机的设计思想存储程序，程序控制“存储程序”，是把指令以代码的形式事先输入到计算机的主存储器中，即用记忆数据的同一装置存储执行运算的命令，这些指令按一定的规则组成程序“程序控制”，是当计算机启动后，程序就会控制计算机按规定的顺序逐条执行指令，自动完成预定的信息处理任务冯·诺依曼型计算机的设计思想存储程序并按地址顺序执行组成原理复习考试冯·诺依曼计算机的基本思想采用二进制形式表示数据和指令。指令由操作码和地址码组成；将程序和数据存放在存储器中，使计算机在工作时从存储器取出指令加以执行，自动完成计算任务。这就是“存储程序”和“程序控制”（简称存储程序控制）的概念；指令的执行是顺序的，即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行，程序分支由转移指令实现。计算机由存储器、运算器、控制器、输入和输出设备五大基本部件组成，规定了5部分的基本功能组成原理复习考试软件与硬件的逻辑等价性随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，计算机系统软、硬件界限已经变得模糊了任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成对于某一功能采用硬件方案还是软件方案，取决于器件价格、速度、可靠性、存储容量、变更周期等软件的特点易于实现各种逻辑和运算功能，但是常受到速度指标和软件容量的制约；硬件的特点可以高速实现逻辑和运算功能，但是难以实现复杂功能或计算，受到控制复杂性指标的制约。组成原理复习考试系统结构、组成与实现计算机系统结构(Computerarchitecture）计算机系统的软件与硬件的界面－－指令系统程序员所看到的计算机属性－－外特性计算机组成(Computerorganization）＝组织计算机系统结构的逻辑实现计算机实现(Computerimplementation）计算机组成的物理实现计算机系统的结构，组成，实现是三个完全不同的概念，相互间有着十分密切的依赖关系和相互的影响。广义的计算机系统结构即包括经典的指令集结构，也包括计算机组成和实现技术的研究组成原理复习考试真值和机器数真值：现实中真实的数值机器数：计算机中用0和1数码组合表达的数值定点数：固定小数点的位置表达数值的机器数定点整数：将小数点固定在机器数的最右侧表达的整数定点小数：将小数点固定在机器数的最左侧表达的小数浮点数：小数点浮动表达的实数无符号数：只表达0和正整数的定点整数有符号数：表达负整数、0和正整数的定点整数符号位需要占用一个位，常用机器数的最高位0表示正数、1表示负数具有原码、反码、补码、移码组成原理复习考试定点数的表示方法定点表示：约定机器中所有数据的小数点位置是固定不变的。通常将数据表示成纯小数或纯整数定点数x＝x0x1x2…xn在定点机中表示如下(x0表示符号位，0代表正号，1代表负号)定点整数的小数点位置定点小数的小数点位置组成原理复习考试定点整数的表示范围纯整数的表示范围为(x1x2…xn各位均为0时最小；各位均为1时最大，x0为符号位)0≤|ｘ|≤2n－1例如：n＝8，最大值编码：11111111表示：11111111＝100000000－1＝28－1目前计算机中多采用定点纯整数表示，因此将定点数表示的运算简称为整数运算组成原理复习考试定点小数的表示范围纯小数的表示范围为(x1x2…xn各位均为0时最小；各位均为1时最大，x0为符号位)0≤|ｘ|≤1－2-n例如，n＝8，最大值编码：0.11111111表示：0.11111111＝1.0－0.00000001＝1-2-8浮点数的表示方法把一个数的有效数字和数的范围在计算机的一个存储单元中分别予以表示数的小数点位置随比例因子的不同而在一定范围内自由浮动一个十进制数Ｎ可以写成Ｎ＝10e×Ｍ一个Ｒ进制数Ｎ可以写成Ｎ＝Ｒe×ＭM尾数e指数R基数数的科学表达法阶码和尾数用定点小数表示，给出有效数字的位数决定了浮点数的表示精度表达指数部分用整数形式表示，指明小数点在数据中的