計(jì)算機(jī)組成原理(第一章至第六章復(fù)習(xí)用)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)串講教案一、課程考試的內(nèi)容及基本要求

主要包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論、計(jì)算機(jī)的邏輯部件、運(yùn)算方法和運(yùn)算部件、主存儲(chǔ)器、指令系統(tǒng)、中央處理部件等（見(jiàn)教材的第一章至第六章）。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論第一章本章回顧了計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史，描述了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)、分類和應(yīng)用，并重點(diǎn)討論計(jì)算機(jī)的組成和工作原理，希望在同學(xué)們頭腦中初步建立一個(gè)整機(jī)的概念。1.了解計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言主要有機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言三種2.掌握計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存貯器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五大功能部件組成，掌握各功能部件的功能3.掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有機(jī)器語(yǔ)言（硬件或微程序）、操作系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言或中間語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言等多級(jí)層次結(jié)構(gòu)4.掌握馮·諾依曼思想的基本特點(diǎn)（見(jiàn)教材P6）5.了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史（分為四代，見(jiàn)教材P7）和各類計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)（見(jiàn)教材P8）

6.了解計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域（見(jiàn)教材P12）運(yùn)算方法和運(yùn)算部件第三章本章主要討論數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示方法、運(yùn)算方法、運(yùn)算部件的實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)的校驗(yàn)等問(wèn)題。1.掌握數(shù)制表示和不同數(shù)制間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（二、八、十、十六進(jìn)制的表示及相互轉(zhuǎn)換）。2.了解十進(jìn)制數(shù)的編碼，了數(shù)字串的表示和存儲(chǔ)。3.了解ASCII編碼、漢字編碼4.掌握定點(diǎn)小數(shù)和整數(shù)的表示，以及原碼、反碼、補(bǔ)碼的表示原碼、反碼、補(bǔ)碼的數(shù)據(jù)表示范圍，它們所能表示的最大數(shù)、最小數(shù)、數(shù)據(jù)0。5.掌握補(bǔ)碼定點(diǎn)加減法運(yùn)算和溢出的判斷方法任意給定兩個(gè)定點(diǎn)數(shù)，能用補(bǔ)碼加減法求其和、差、并判溢出與否。溢出判斷的三種方法方法及相應(yīng)邏輯式。6.掌握并行全加器及其進(jìn)位鏈結(jié)構(gòu)串行進(jìn)位與并行進(jìn)位的區(qū)別、并行進(jìn)位的邏輯式。7.掌握浮點(diǎn)數(shù)的表示，了解階碼的位數(shù)和尾數(shù)的位數(shù)對(duì)浮點(diǎn)數(shù)的表示有何影響數(shù)的浮點(diǎn)表示、規(guī)格化尾數(shù)、移碼的表示、浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍。8.掌握原碼一位乘、補(bǔ)碼一位乘的算法及具體運(yùn)算，了解定點(diǎn)二位乘的算法，了解陣列乘法器結(jié)構(gòu)及工作原理9.掌握原碼一位除法（加減交替除法）的算法及具體運(yùn)算，了解補(bǔ)碼一位除法的算法，了解陣列除法器結(jié)構(gòu)及工作原理10.掌握浮點(diǎn)數(shù)的加減法運(yùn)算，了解浮點(diǎn)數(shù)的乘除法運(yùn)算11.了解定點(diǎn)運(yùn)算部件和浮點(diǎn)運(yùn)算部件的組成定點(diǎn)運(yùn)算部件由ALU、寄存器組、移位電路、計(jì)數(shù)器、門(mén)電路組成。浮點(diǎn)運(yùn)算部件由階碼運(yùn)算部件和尾數(shù)運(yùn)算部件組成。12.掌握常見(jiàn)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)、海明校驗(yàn)、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。主

存

儲(chǔ)

器第四章本章將著重介紹主存貯器的各種存貯元件存貯信息的基本原理和主存貯器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。1.了解主存在全機(jī)中的中心地位主存的速度和容量對(duì)整機(jī)有很大的影響。2.了解主存的分類及各類存儲(chǔ)器的特點(diǎn)RAM、ROM、PROM、EPROM、E2PROM、Flashmemory。3.了解主存容量、存儲(chǔ)器存取時(shí)間和存儲(chǔ)周期等主要技術(shù)指標(biāo)4.了解主存與CPU的連接，CPU對(duì)主存的讀/寫(xiě)過(guò)程5.掌握SRAM和DRAM存儲(chǔ)信息的原理、各自的特點(diǎn)SRAM靠雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存儲(chǔ)二進(jìn)制信息，速度快、功耗大、集成度低。DRAM利用MOS晶體管極電容(或MOS電容)上充積的電荷來(lái)存貯信息的，集成度高，功耗小，速度較低，需要刷新。6.了解ROM、PROM、EPROM、E2PROM、FlashMemory工作原理和各自的特點(diǎn)7.掌握存儲(chǔ)系統(tǒng)的擴(kuò)展方法、主存貯器與CPU的連接位擴(kuò)展、字?jǐn)U展、字位全擴(kuò)展。地址線、數(shù)據(jù)線、控制線的連接。8.了解DRAM的常見(jiàn)刷新方式刷新是動(dòng)態(tài)存貯器區(qū)別于靜態(tài)存貯器的明顯標(biāo)志。集中式刷新、分散式刷新、異步式刷新的優(yōu)缺點(diǎn)。9.了解多體交叉存儲(chǔ)器的工作原理它是解決主存與CPU速度差別的另一種有效方法。

指

令

系

統(tǒng)第五章指令：指示計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令。

指令系統(tǒng)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的全部指令的集合。

1.了解指令系統(tǒng)的發(fā)展2.掌握指令的基本格式及各個(gè)部分的功能操作碼地址碼3.了解各類數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存放方法有邏輯數(shù)、定點(diǎn)數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、十進(jìn)制數(shù)、字符串、數(shù)組等。4.掌握基本的尋址方式，掌握形式地址和有效地址的概念及計(jì)算立即尋址、直接尋址、寄存器直接尋址、間接尋址(間址)、寄存器間址、變址尋址、基址尋址、自相對(duì)尋址、堆棧尋址等。5.了解常見(jiàn)的指令類型算術(shù)邏輯運(yùn)算指令、移位操作指令、浮點(diǎn)運(yùn)算指令、十進(jìn)制運(yùn)算指令、字符串處理指令、數(shù)據(jù)傳送指令、轉(zhuǎn)移類指令、堆棧操作指令、輸入輸出（I/O）指令、特權(quán)指令、向量指令、多處理機(jī)指令、控制指令等。6.了解指令系統(tǒng)兼容性的概念硬件實(shí)現(xiàn)方法可以不同，指令系統(tǒng)可以有較大的擴(kuò)充，但仍保留原來(lái)的全部指令，保持軟件向上兼容的特點(diǎn)。7.了解RISC和CISC的定義，各自的特點(diǎn)指令系統(tǒng)很復(fù)雜，指令條數(shù)很多的計(jì)算機(jī)為CISC。精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)使機(jī)器結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理，提高運(yùn)行速度的計(jì)算機(jī)為RISC。其特點(diǎn)見(jiàn)教材P148。中央處理部件（CPU）第六章微處理器將運(yùn)算器和控制器集成在一個(gè)芯片上，稱之為中央處理部件（CPU）。本章主要論述了CPU的組成原理，各個(gè)硬件在計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的作用；介紹了CPU中各個(gè)部件的操作過(guò)程及其實(shí)現(xiàn)方法的原理。重點(diǎn)講述了程序是如何執(zhí)行的；計(jì)算機(jī)怎樣實(shí)現(xiàn)各條指令的功能；又如何保證逐條指令的連續(xù)執(zhí)行過(guò)程。

1.了解Intel80386微機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.掌握控制器的組成、功能和指令的執(zhí)行過(guò)程控制器的組成：程序計(jì)數(shù)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(shí)序控制信號(hào)形成部件?？刂破鞯墓δ馨ǎ喝≈噶?、分析指令、執(zhí)行指令、控制程序和數(shù)據(jù)的輸入與結(jié)果的輸出、對(duì)異常情況和某些請(qǐng)示的處理。指令的執(zhí)行過(guò)程中需要發(fā)出哪些控制信號(hào)。3.了解微程序控制的基本概念、基本原理，了解微程序控制器的組成基本概念：微命令、微操作、微指令、微地址、微周期、微程序、控制存貯器CS?；驹恚寒?dāng)指令取入IR后，根據(jù)操作碼進(jìn)行譯碼，得到指令的第一條微指令的地址，按此地址從控制存儲(chǔ)器中取得第一條微指令。由微指令的控制字段產(chǎn)生控制信號(hào)，控制相應(yīng)操作；由微指令的下址字段確定下一條微指令的地址，從控制存儲(chǔ)器中取得下一條微指令，并執(zhí)行之?！?.了解指令周期、機(jī)器周期、節(jié)拍的概念指令周期是完成一條指令所需的時(shí)間，包括取指令、分析指令及執(zhí)行指令所需的全部時(shí)間。機(jī)器周期是指同步控制中，被確定為全部指令執(zhí)行過(guò)程中的歸一化基準(zhǔn)時(shí)間，通常等于取指時(shí)間(或訪存時(shí)間)。時(shí)鐘周期是時(shí)鐘頻率的倒數(shù)，也可稱為節(jié)拍，它是處理操作的最基本單位。5.掌握常見(jiàn)的微指令編碼法，了解產(chǎn)生后繼微指令地址的常用方法，了解微指令格式微指令編碼法有：直接控制法、最短字長(zhǎng)編碼法、字段直接編碼法、字段間接編碼法、常數(shù)源字段E。產(chǎn)生后繼微指令地址的方法：以增量方式產(chǎn)生后繼微地址、增量與下址字段結(jié)合產(chǎn)生后繼微地址、多路轉(zhuǎn)移方式、微中斷方式。

微指令格式：水平型指令、垂直型微指令、混合型微指令。6.了解組合邏輯控制器實(shí)現(xiàn)的方法以及微程序控制器的設(shè)計(jì)原理硬布線控制又稱組合邏輯控制，它是通過(guò)邏輯電路直接連線產(chǎn)生控制計(jì)算機(jī)各部分操作所需的控制信號(hào)的。7.了解控制器的控制方式

同步控制方式、異步控制方式、聯(lián)合控制方式、人工控制方式。1．填空題（20%左右）例題：若十進(jìn)制數(shù)為123.625，則其十六進(jìn)制數(shù)為（7B.A

）。2．選擇題（10%左右）例題：在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，表征系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的部件是（

D

）。A、程序計(jì)數(shù)器B、累加寄存器

C、中斷計(jì)數(shù)器D、程序狀態(tài)寄存器二、試題類型及比例3．簡(jiǎn)答題（30%左右）例題：馮·諾依曼思想的基本點(diǎn)有哪些？答：(1)計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成。(2)采用存儲(chǔ)程序的方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一個(gè)存儲(chǔ)器中，指令和數(shù)據(jù)一樣可以送到運(yùn)算器運(yùn)算，即由指令組成的程序是可以修改的。(3)數(shù)據(jù)以二進(jìn)制碼表示。(4)指令由操作碼和地址碼組成。(5)指令在存儲(chǔ)器中按執(zhí)行順序存放，由指令計(jì)數(shù)器（即程序計(jì)數(shù)器PC）指明要執(zhí)行的指令所在的單元地址，一般按順序遞增，但可按運(yùn)算結(jié)果或外界條件而改變。(6)機(jī)器以運(yùn)算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲(chǔ)器間的數(shù)據(jù)傳送都通過(guò)運(yùn)算器。4．計(jì)算題（30%左右）例題：已知x＝－0.1001，y＝0.1010，用補(bǔ)碼一位乘求x×y＝？寫(xiě)出運(yùn)算過(guò)程與結(jié)果。解：[X]補(bǔ)=11.0111，[–X]補(bǔ)=00.1001，[Y]補(bǔ)=0.1010運(yùn)算過(guò)程見(jiàn)下頁(yè)。[x×y]補(bǔ)=11.10100110∴x×y＝0.01011010

+00.0000+00.10010001100110+[–X]補(bǔ)+[X]補(bǔ)+[–X]補(bǔ)+[X]補(bǔ)+000.000000.000000.000000.100100.0100+11.011111.101111.1101+00.100100.011000.0011+11.011111.10100.1010000.1010100.1011100.1001100.1部分積乘數(shù)(Yn+1)操作判斷位Yn+1Yn5.設(shè)計(jì)題（10%左右）例題：用1K×4/片的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成一個(gè)4KB的存儲(chǔ)器，地址總線A15～A0（低），數(shù)據(jù)總線D7～D0，/WE控制讀寫(xiě)，畫(huà)出芯片級(jí)邏輯圖，注明各信號(hào)線，寫(xiě)出片選邏輯式。解：

片選信