1、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、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
2、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（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.
3、Xn 共 n+1 位数，则：X 原=X 当 1 X0X 原=1-X=1+|x| 当 0X-1若定点整数原码序列为 X0X1X2.Xn 共 n+1 位数，则：X 原=X 当 2n X0X 原=2n-X=2n+|x| 当 0X-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=10
4、000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：-1 X0X 反=（2-2-n ）+X 当 0X-1若定点整数反码序列为 X0X1X2.Xn 共 n+1 位数，则：X 反=X 当 2n X0X 反= （ 2n -1）+X 当 0X- 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 （
5、MOD M）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+1 2、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
6、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
7、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:
8、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
9、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，
10、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
11、；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：2K4 芯片组成 2K8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：2K4 芯片组成 4K4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：4K4 芯片组成 16K86、数据传输率的计算R= (单位 bps)主 频cpu17、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
12、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 cahecahe9、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
13、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=0 C2= G2 +P2C1Cn= Gn +PnCn-1i=Ai Bi Ci-1并行加法原理如下:C1 = G1 +P1C0 C2 = G2 +P2C1= G2 +P2G1 +P2P1C0C3 = G3 +P3C2= G3 +P3G2
14、+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：XY原 = (X0Y0).(X1X2.Xn) (Y1Y2.Yn)(2)算法：假设 X=0.X1X2.Xn ，Y=0.Y1Y2.Yn，即均为正纯小数XY= X0.Y1Y2.Yn= X（2-1Y1+2-2Y2+.+2-n+1Yn-1+2-nY
15、n）= 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 XY=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：
16、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 置位中断优先级有效触发器，即关闭同级和低级 中断： 调用入口地址，断点入栈，相当于 LCALL 指令； 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
17、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划分及各层次次的含义（1） 指令周期：执行一条指令所需的时间，一般由若个个机器周期（工作周期）组成，是从取指令、分指令到执行指令完所需的全部时间。（2） 工作周期：完成
18、一个阶段性的任务所需时间。（3） 时钟周期：完成一个基本操作所需时间。（4） 定时脉冲：启停控制逻辑的时钟脉冲。 （工作脉冲：决定一个周期的长短）11、 控制器的分类及各自的优缺点（1） 组合逻辑控制A、 优点：思路简单、可用于实现任一指令系统。B、 缺点：*控制器的核心零乱、繁琐，设计效率低，检查调试困难。*不易扩展和修改。（2） 微程序控制A 、优点：*用规整的存储逻辑结构代替硬连逻辑，有利于设计自动化。*易于修改与扩展，灵活，通用性强。*适用性作素列机的控制器。*可靠性高，易于诊断与维护。B、缺点：*速度慢，效率低。*由于增加了相关的微程序控制部件，成本较高。12、 指令流程（MOV 和
19、运算类双操作数指令）（1）MOV3、DT由目的操作数的寻址方式确定 DT 的指令流程：若目的数在内存中，则将目的数的地址送到 MAR；若目的数在 R 中，则省略。4、ET由源操作数、目的操作数的寻址方式及操作码共同确定 ET 的指令流程。源数可在 R 中(SR) 或内存中 (SR);目的数可在 R 中(DR)或内存中(DR)。由源数和目的数的位置可以有下列四种类型：（2）双操作数指令包括：ADD、SUB、OR、AND、EOR。双操作数指令的 FT 和 ST 的流程与 MOV 指令完全相同。下面只描述 DT 及 ET的指令流程。1、DT由目的操作数的寻址方式确定 DT 的指令流程：若目的数在内存中，则将目的数送到 D；若目的数在 R 中，则省略。2、ET由源操作数、目的操作数的寻址方式及操作码共同确定 ET 的指令流程。
