計算機原理復習(DOC)

計算機原理復習(DOC)計算機原理復習1.存儲器是計算機中用以存放原始數據、程序以及中間運算結果的設備。2.存儲器分成一個個單元，每個單元有自己的編號，稱為該單元的地址。3.一條指令通常分成兩部分：操作碼和地址碼。4.促成計算機的基本部件有中央處理器 CPU（控制器和運算器）、存儲器、輸入輸出設備。5.儲存器又分為主存儲器和輔助存儲器。6.總線分為：地址總線（Abus）、數據總線（Dbus）、控制總線（Cbus）。7.馮.諾依曼機的特點：（1）計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五部分組成。2）采用存儲程序的方式，程序和數據放在同一存儲器中，由指令組成的程序可以修改。（3）數據以二進制碼表示。（4）指令由操作碼和地址碼組成。（5）指令在存儲器中按執(zhí)行順序存放，由指令計數器指明要執(zhí)行的指令所在的單元地址，一般按順序遞增。（6）機器以運算器為中心，數據傳送都經過運算器。8.電子計算機發(fā)展的四個階段：第一代電子管時代(1946-1958)；第二代晶體管時代(1958-1965)；第三代 中小規(guī)模集成電路時代(1965-1970)；第四代 大規(guī)模集成電路時代(1971至今)。9.CPU包括：運算器、控制器、寄存器。10.存儲器在內存中，所以，寄存器的速度比存儲器快。11.例如:一個十進制數123.45的表示：123.45=1×（10的二次冪）+2×（10的一次冪）+3×（10的零次冪）+4×（10的負一次冪）+5×（10的負二次冪）12.例如十六進制數 (2C7.1F)16的表示：(2C7.1F)16=2×（16的二次冪）+12×(16的一次冪)+7×(16的零次冪)+1×(16的負一次冪)+(15×16的負二次冪)13.例如:寫出二進制數(1101.01)2,八進制數(237)8,十六進制數(10D)16的十進制數?(1101.01)2=1×（2的三次冪）+1×（2的2次冪）+0×（2的1次冪）+1×（2的0次冪）+0×（2的-1次冪）+1×（2的-2次冪）=8+4+1+0.25=13.25(237)8=2×（8的2次冪）+3×（2的1次冪）+7×（2的0次冪）=128+24+7=159(10D)16=1×（16的2次冪）+13×（16的0次冪）=256+13=26914.例如：用基數除法將(327)10轉換成二進制數先將二進制數各位的權寫出來：327256，128，64，32，16，8，4，2，11 0 1 0 0 0 1 1 1答案：(327)10=(101000111)215.例如:將十進制數(0.8125)10轉換成二進制小數.解：整數部分2×0.8125=1.62512×0.625=1.2512×0.25=0.502×0.5=11(0.8125)10=(0.1101)216.先將二進制數各位的權寫出來： 198.375256，128，64，32，16，8，4，2，1，0.5,0.25,0.125,0.0625,?.1 1 0 0 0 1 1 0. 01 1198.375=（11000110.011）217.二進制轉換成八進制：例：(10110111.01101)2二進制:010,110,111.011,010（從小數點開始，左右各三位為一組，不夠的補零）八進制:267.32(10110111.01101)2=(267.32)818.八進制轉換二進制：例如:(123.46)8=(001,010,011.100,110)2=(1010011.10011)219.二進制轉換成十六進制：例：(110110111.01101)2二進制:0001,1011,0111.0110,1000（從小數點開始，左右各四位為一組，不夠的補零）十六進制: 1 B 7. 6 8(10110111.01101)2=(1B7.68)1620.例如:(7AC.DE)16 （把十六進制轉換成二進制，只需要順序將每一位寫四位即可）=(0111,1010,1100.1101,1110)221.機器數：符號數碼化的數稱為機器數如 ：X=01011（第一位的"0" 代表正號）Y=11011（第一位的"1"代表負號）22.二進制：B 八進制：O 十進制：

D

十六進制：

H23.余3碼編碼規(guī)則:在8421碼基礎上加3。24.格雷碼編碼規(guī)則：任何兩個相鄰編碼只有一位二進制位不同。優(yōu)點：構成計數器時譯碼波形好。25.機器數：計算機中表示的帶符號的二進制數。26.真值：機器數所代表的實際值。27.機器數常用的有三種表示方法：即原碼、補碼、反碼，另有一種移碼。28.原碼表示法用“0”表示正號，用“ 1”表示負號。29.[+0]原=00000000;[-0]原=10000000[+0]補=[-0]補=0.0000000[+0]反=0.0000000 [-0]反=1.1111111[+0]移=[-0]移=1000?0030.★正數的補碼：本身。負數的補碼：符號位為 1，數值部分取反加1。例如：X1=+0.1011011X2=-0.1011011[X1]補=01011011[X2]補=2+X=2+(-0.1011011)=1.010010131.正數的反碼表示：與原、補碼相同。負數的反碼表示：符號位為 1。數值部分：將原碼的數值按位取反。32.X1=+0.1011011,[X1]反=0.1011011X2=-0.1011011,[X2]反=1.010010033.求移碼：先求補碼，然后只將補碼的符號位取反即可。X1=01010101 [X1]補=01010101 [X1]移=11010101X2=-01010101 [X2]補=10101011 [X2]移=0010101134.已知[X]補，求[-X]取反，末位加1。

補？

將[X]

補連同符號位35.求移碼？例：X=+1011 [X]補=01011 [X]移=11011X=-1011 [X]補=10101 [X]移=0010136.正數的補碼、原碼、反碼都相同；負數的補碼為符號位不變，其余各位按位取反，末位加1；補碼轉換成原碼：正數的補碼等于原碼；負數的原碼為，符號位不變，其余各位按位取反，末位加1。由補碼求原碼正數: [X]補=[X]原負數:符號不變，其余各位取反，末位加 1。例：X=-0.1001001補=1.0110111原=1.100100137.[X]補+[Y]補=[X+Y]補（兩個補碼的和等于和的補碼）38.例 2.14：X=0.1010,Y=0.0101,求[X+Y][X+Y]補=[X]補+[Y]補0.1010+0.0101=0.1111X=0.1010,Y=-0.0101,求[X+Y]補[X+Y]補=[X]補+[Y]補=0.1010+1.1011=0.010139.[X–Y]補=[X]補+[-Y]補將[Y]補的各個位（連同符號位）均取反，然后最低位加1，即可得到[-Y]補例：X=+0.0110,Y=-0.1011[X]補=0.0110[-X]補=1.1010[Y]補=1.0101[-Y]補=0.101140.什么情況下會產生溢出？1）相同符號數相減，相異符號數相加不會產生溢出。2）兩個相同符號數相加，其結果符號與被加數相反則產生溢出；3）兩個相異符號數相減，其運算結果符號與被減數相同，否則產生溢出。41.浮點數的組成部分：Ms（尾數的符號位）、E（階碼）、M（尾數）、基數42.只有改變進位逐位傳送的路徑，才能提高加法器工作速度。解決辦法之一是采用“超前進位產生電路”來同時形成各位進位，從而實行快速加法。我們稱這種加法器為超前進位加法器。43.定義: Pi=Xi+Yi (稱為進位傳遞函數)Gi=Xi·Yi (稱為進位產生函數)44.ALU是一種功能較強的組合邏輯電路。它能進行多種算術運算和邏輯運算。ALU的基本邏輯結構是超前進位加法器。45.移碼的特點：（1）最高位為符號位，1表示正號，0表示負號；（2）在計算機中移碼只進行加減運算。46.乘以2表示向左移；除以 2表示向右移。47.定點數一位乘法 第三章 3.3①X正負任意，Y為正數：[X·Y]補=[X]補·[Y]補X正負任意,Y為負數：[X·Y]補=[X]補·[Y]補+[-X]補[-X]補的求法：[X]補連同符號位取反，末位加1。48.定點運算部件組成：ALU、寄存器、移位電路、計數器、門電路等。49.碼距:任意兩個合法碼之間至少有幾個二進制位不同.有一位不同，碼距就為 1.50.常用的數據校驗碼有奇偶校驗碼 ,海明校驗碼和循環(huán)校驗碼。51.例：已知 X=0.1011 Y=-0.0101則[X]補=0.1011[-X]補=1.01011/2[X]補=0.0101（1）右移一位1/4[X]補=0.0010(11)右移兩位2[-X]補=0.1010 左移一位，溢出補=1.1011[-Y]補=0.01011/2[Y]補=1.1101(1)右移一位1/4[Y]補=1.1110(11) 右移一位2[-Y]補=0.101052.[X+Y]補=[X]補+[Y]補 [X-Y]補=[X]補+[-Y]補53.存儲器存儲的是程序和數據。54.存儲系統(tǒng)：包括存儲器以及管理存儲器的軟硬件和相應的設備.55.計算機執(zhí)行的程序和數據均放在存儲器中。56.主存儲器的分類：按讀寫性質分：隨機讀寫存儲器（RAM）斷電信息消失；只讀存儲器（ROM）斷電信息不消失。57.主存容量和計算機的地址總線的根數有關。58.主要技術指標有 :主存容量,存儲器存儲時間和存儲周期.59.存儲容量(memorycapacity)：存放信息的總數，通常以字(word,字尋址)或字節(jié)(Byte,字節(jié)尋址)為單位表示存儲單元的總數.微機中都以字節(jié)尋址,常用單位為KB、MB、GB、TB。60.存儲器存儲時間(memoryaccesstime)：啟動一次存儲器操作到完成該操作所經歷的時間。61.存儲周期(memorycycletime)：連續(xù)啟動兩次獨立的存儲器操作所需間隔的最小時間.62.指令中地址碼的位數決定了主存儲器的可直接尋址的最大空間。63.隨機訪問時，訪問時間與存儲器的物理位置無關。64.存儲器中用地址來區(qū)分不同存儲單元。65.主存儲器用來暫時存儲CPU正在使用的指令和數據,它和CPU的關系最為密切。CPU通過使用AR（地址寄存器）和DR（數碼寄存器）和總線與主存進行數據傳送。66.第四章 4.4的圖主存儲器與CPU的聯系。67.靜態(tài)存儲器SRAM：只要不斷電，信息是不會丟失的。功耗較大,速度快,作Cache。動態(tài)存儲器 DRAM：需要不斷給電容充電才能是信息保持。功耗較小，容量大,速度較快,作主存。68.再生（刷新）：為保證 DRAM 存儲信息不遭破壞，必須在電荷漏掉以前，進行充電，以恢復原來的電荷，這一充電過程稱為再生或刷新。SRAM是以雙穩(wěn)態(tài)電路為存儲單元的，因此不需刷新。69.非易失性半導體存儲器：只讀存儲器(ROM)；可編程序的只讀存儲器(PROM)；可擦除可編程序的只讀存儲器（EPROM）；可電擦可編程序只讀存儲器（EEPROM）；快擦除讀寫存儲器FlashMemory）70.主存儲器:計算機中存放當前正在執(zhí)行的程序和其使用數據的存儲器.存儲器的地址:對存儲單元進行順序編號 .地址空間:地址長度所限定能訪問的存儲單元數目.71.位擴展：指的是用多個存儲器器件對字長進行擴展。位擴展連接方式：并聯字擴展指的是：增加存儲器中字的數量。字擴展連接方式：并聯（都是并聯）72.例：用4個16K 8位芯片組成64K 8位的存儲器。73.如果一個存儲容量為M*N位，所用芯片規(guī)格為L*K位，那么這個存儲器共用M/L*N/K個芯片。例如：要組成16M*8位的存儲器系統(tǒng)，需多少片4M*1位的芯片？16M/4M*8/1=32片若有芯片規(guī)格為 1M*8位則需16M/1M*8/8=16片74.主存儲器和CPU的鏈接是靠總線支持的。75.主存儲器和CPU的關系最為密切。76.計算機系統(tǒng)主要由硬件和軟件組成，硬件就是CUP、存儲器、外設等，軟件就則是便于用戶實際應用而開發(fā)各種程序。軟件的設計基礎就是計算機的指令系統(tǒng)。77.計算機的性能與它設置的指令系統(tǒng)有很大關系，而指令系統(tǒng)的設置又與機器的硬件結構有關。78.一條指令必須包含：（1）操作碼；（2）操作數地址；（3）操作結果的存儲地址；（4）下一條指令的地址。79.一條指令實際上包括兩種信息即可：操作碼和地址碼。80.指令字：代表指令的一組二進制代碼信息；指令長度：指令字中二進制代碼的位數。81.程序順序執(zhí)行時，下一條指令的地址由程序計數器PC給出；反之由指令給出。82.計算機中指令和數據都是以二進制碼的形式存儲的。但是，指令的地址是由程序計數器(PC)規(guī)定的；而數據的地址是由指令規(guī)定的。83.指令操作碼的位數限制指令系統(tǒng)中完成操作的指令條數。若操作碼長度為K,最多有2k條不同指令。84.固定格式操作碼的指令示例：如果需要三地址、二地址、一地址指令各15條、零地址指令16條，如何安排操作碼呢？15條三地址指令的操作碼為： 0000 ~111015條二地址指令的操作碼為： 11110000~1111111015條一地址指令的操作碼為：111111110000~111111111110條零地址指令的操作碼為：可變格式操作碼的指令示例：再如：同樣情況下用可變格式操作碼分別形成三地址指令15條、二地址指令14條、一地址指令31條和零地址指令16條。按要求得到結果之一如下：15條三地址為： 0000~111014條二地址為：11110000~1111110131條一地址為：16 條 零 地 址 為 ：85.機器字長是指計算機能直接處理的二進制數據的位數，它與計算機的功能和用途有很大的關系，是計算機的一個重要技術指標。86.地址碼長度決定了指令直接尋址能力。87.指令字長度是指一個指令字中包含二進制代碼的位數。如指令字長度等于機器字長度的指令，稱為單字長指令。88.指令的長度主要取決于操作碼的長度、操作數地址的長度和操作數地址的個數。89.尋址方式歸結為立即尋址、直接尋址、間接尋址、變址尋址以及相對尋址等幾種尋址方式，或者這幾種方式的組合與變形。90.MOV AX，[0110H] （直接尋址）91.（寄存器尋址）MOV AX，BX 其中BX為源操作數地址，AX為目的操作數地址，操作的結果為將BX中的數據傳送（拷貝）到AX

中。92.（寄存器間接尋址）93.（立即尋址） MOV（AX）← 1AH

MOVAX

AX，[BX]，1AH 的結果：94.指令的長度與機器的字長沒有固定的關系，既可以小于或等于機器字長，也可以大于機器字長。95.數據傳送指令：用以實現寄存器與寄存器之間(MOVAX,BX)；寄存器與內存單元之間(MOV[0001H],AX)96.數據傳送指令一次可以傳送一個數據或一批數據.97.由于堆棧具有先進后出的性質,因而在中斷、子程序調用過程中用于保存返回地址、狀態(tài)標志及現場信息。98.精簡指令系統(tǒng)計算機(RISC；復雜指令系統(tǒng)計算機(CISC)99.調用與轉移指令的區(qū)別：調用需要保留返回地址。100.RISC（精簡指令系統(tǒng)計算機）的特點：1）、僅選使用頻率高的一些簡單指令和很有用但不復雜指令，指令條數少。2）、指令長度固定，指令格式少，尋址方式少3）、只有取數/存數指令訪問存儲器，其余指令都在寄存器中進行，即限制內存訪問4）、CPU中通用寄存器數量相當多；大部分指令都在一個機器周期內完成。5）、以硬布線邏輯為主，不用或少用微程序控制6）、特別重視編譯工作，以簡單有效的方式支持高級語言，減少程序執(zhí)行時間101. 5.8 Pentium 微處理器指令系統(tǒng)簡介 （課件上的 了解熟悉）102.匯編語言主要有三個缺點：（1）基本操作簡單,編程工作量大（2）可讀性差（3）可移植性差.103.高級語言有二個缺點：1）.必須由編譯程序翻譯成機器語言,翻譯后占內存多,執(zhí)行速度慢.2）.不能訪問機器硬件資源.104.中央處理部件（CPU）是計算機系統(tǒng)的核心部件，包括運算器和控制器兩大部分。105.CPU的功能：指令控制（控制計算機按順序執(zhí)行指令）、操作控制（控制微操作信號的產生、傳送）、時間控制（對各種操作實施時間上的控制）、數據加工（對數椐進行算術、邏輯運算） 、異常處理。106.CPU內任何兩個部件之間傳送數據都是通過總線實現的。107.處理指令和中斷是 CPU最主要的功能。108.CPU的組成：運算器、控制器、寄存器、CPU內部數據通道。109.控制器的功能：取指令、分析指令、執(zhí)行指令、控制程序和數據的輸入與結果的輸出、對異常情況和某些請求的處理。110.控制器的組成：程序計數器（PC）、指令寄存器（IR）；指令譯碼器或操作碼譯碼器、脈沖源及啟停線路、時序控制信號形成部件。111.時序控制方式：同步控制方式、異步控制方式、聯合控制方式。112.不同的指令占用不同的時鐘周期數目。113.指令周期：讀取并執(zhí)行一條指令所需的時間機器周期（CPU):在組合邏輯控制器中，常將指令周期劃分為若干個工作階段，每個階段稱為一個機器周期。時鐘周期（節(jié)拍）：通常將機器周期分成若干個相等的時間段，每個時間段完成一項或幾項微操作，這個時間段叫做節(jié)拍（時鐘周期）。時鐘周期長度等于CPU執(zhí)行一次加法或依次數據傳送時間。工作脈沖（定時脈沖）：工作脈沖是最基本的定時信號，對某些微操作定時。114.微操作：完成指令功能所需的一系列基本操作。115.微指令：同時發(fā)出的控制信號所執(zhí)行的一組微操作。組成微指令的微操作又叫微命令。一條指令的實現，可由執(zhí)行若干條微指令來完成。116.微程序：完成指令功能所需的微指令序列的集合。117.控制存儲器：存放微程序與下址的存儲器。一般用ROM。118.微指令格式：可分成兩大類:水平型微指令,垂直型微指令。119.水平型微指令與垂直型微指令的比較：水平型微指令執(zhí)行效率高，靈活性強，微程序短，而垂直型微指令則并行操作能力差；水平型微指令執(zhí)行一條指令時間短,而垂直型微指令則較長；水平型微指令字較長,但微程序較短；水平型微指令用戶較難掌握,而垂直型微指令相對容易。120.立即尋址 MOVAX,3069H寄存器尋址 MOV AL ,BH直接尋址

MOV

AX,[2000H]寄存器間接尋址寄存器相對尋址

MOV

AX,[BX]MOVAX

,基址變址尋址

MOV

AX

,[BP][DI]相對基址變址尋址

MOV

AX

,MASK[BX][SI]121.例題：加法指令ADDR0，(R1)的微操作序列？FTP0 PC->BUS,BUS->MAR,READ,CLEARLA,1->C0，ADD,ALU->LTP1 LT->BUS,BUS->PC,WAITP2 MDR->BUS,BUS->IRP3 1->ST （FT部分，無論指令多復雜，其微操作序列不變）STP0 R0->BUS,BUS->SRP1 空操作P2 空操作P3 1->DTDTP0 R1->BUS,BUS->MAR,READ,WAITP1 MDR->BUS,BUS->LAP2 空操作P3 1->ETETP0 SR->BUS,ADD,ALU->LTP1 LT->BUS,BUS->MDR,WRITE,WAITP2 空操作P3 END122.計算機的主頻周期：時鐘周期123.計算機主頻越快，速度不一定快。124.信息流包括：控制流和數據流。125.PC（程序計數器）：用來存放即將要執(zhí)行的下一條指令地址，或當前正在執(zhí)行的指令地址，或存放下一條要取出的指令地址。126.控制器的作用：協調并控制計算機的各個部件執(zhí)行程序的指令序列。127.隨機存儲器RAM；只讀存儲器ROM.停電后RAM中的內容消失，ROM內容不消失。128.CPU比輸入輸出設備快得多。129.產生控制信號一般有兩種方法：微程序控制；硬布線控制。130.微指令分成兩部分：控制字段和下址字段。131.流水線的深度并不是越深越好。132.衡量存儲器有三個指標 :容量、速度和價格 /位。133.串行存儲器又可以分為：順序存取存儲器（如：磁帶）；直接存取存儲器（如：磁盤）134.為解決主存CPU之間的速度差異，在 CPU和主存之間設置 Cache.135.現代計算機的典型存儲結構： cache-主存-輔存。136.根據局部性原理，可以在主存和CPU之間設置一個高速度的容量相對較小的存儲器，即Cache。137.Cache存儲器中保存的字塊是主存中的字塊的副本。138.三級結構的存儲器系統(tǒng)運行的原則一致性原則：同一個信息會同時存放在幾個級別的存儲器中，此時，這一信息在幾個級別的存儲器中必須保持相同的值。139.Cache的容量和塊的大小是影響cache效率的重要因素。命中率：CPU所要的訪問信息在cache中的比率。失效率：CPU所要的訪問信息不在cache中的比率。141.設NC表示Cache完成存取的總次數，Nm表示主存完成存取的總次數，h定義為命中率，則有h=NC/(NC+Nm)若tc表示命中時Cache的訪問時間，tm表示未命中時主存的訪問時間，1-h表示未命中率，則Cache/主存系統(tǒng)的平均訪問時間 ta為：ta=htc+(1-h)(tm+ta)142.設r=tm/tc 表示主存慢于 Cache的倍率，e表示訪問效率則有:e=tc/ta143.為提高訪問效率，h接近1好。144.影像：直接映像、全相聯映像、組相聯映像。145.替換算法：先進先出（FIFO）算法和近期最少使用（LRU--leastrecentlyused）算法。FIFO算法總是把一組中最先調入cache存儲器的字塊替換出去，它不需要隨時記錄各個字塊的使用情況，所以實現容易開銷小LRU算法是把一組中近期最少使用的字塊替換出去。另外還有一種隨機替換法（RAND），這種算法不考慮使用情況，在組內隨機選擇一塊來替換。146.片內cache的讀取速度要比片外Cache快得多，因為片內cache放在CPU內，片外Cache放在CPU外。147.指令Cache只讀不寫，其控制比數據Cache簡單。148.例題：CPU執(zhí)行一段程序時，Cache完成存取的次數為1900次，主存完成存取的次數為100次，已知Cache存取周期為50ns,主存存取周期為250ns,求Cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時間？149.解：h=NC/(NC+Nm)=1900/(1900+100)=0.95r=tm/tc=250ns/50ns=5e=1/[r+(1-r)h]=1/[5+(1-5)*0.95]=83.3%ta=tc/e=50ns/0.833=60ns150.CPU訪問I/O設備有兩種尋址方式:1）專設I/O指令(I/O設備獨立編址)2）利用訪存指令完成I/O功能,(I/O設備與內存統(tǒng)一編址)