計算機組成原理總復習1

《計算機組成原理》復習

孫新德

計算機科學與應用系

《計算機組成原理》復習

京第一章計算機系統(tǒng)概述

次第二章運算方法和運算器

立第三章內(nèi)部存儲器

以第四章指令系統(tǒng)

以第五章中央處理機

口第六章總線系統(tǒng)

立第七章外圍設備

京第八章輸入輸出系統(tǒng)

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（期末考試、

?考試形式

?閉卷筆試，120分鐘

?考試題型

A填空題：ixio=io分

?單項選擇題：2X10=20分

?分析簡答題：15+5=20分

?計算題：10X3=30分

?設計題：10X2=20分

課程總成績計算

\A考試成績X70%+平時成績X30%」

計羸幾組成原理

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第1章計算機系統(tǒng)概述復習要點

?計算機性能指標

?計算機系統(tǒng)組成

?馮?諾依曼計算機設計思想及各部分功能

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第2章運算方法和運算器復習要點

2.1數(shù)據(jù)與文字的表示

?定點數(shù)X=X,XQ]…X]X0在定點機中表示如下：

小數(shù)點位置小數(shù)點位置

?純小數(shù)表示范圍（入2…X〃各位均為。時最小;

各位均為1時最大）：0<|^|<1-2n

?純整數(shù)的表示范圍為：O0|*F2n—1

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2.1數(shù)據(jù)與文字的表示

?浮點示

N=Re.M,階碼e為整數(shù)，尾數(shù)M為最高位

非零的純小數(shù)

EsElE2....Em;Ms；MlM2....Mn

中符I<-----階周——>|數(shù)符|<——星數(shù)——>

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2.1數(shù)據(jù)與文字的表示

一是符號位，河是尾數(shù)（23位），用小數(shù)表一

示，小數(shù)點放在尾數(shù)域的最左有效位的右

邊。石為階碼（8位），采用移碼方式來表示，

即石=e+127

薪;〕s|￡，]

真值為X=（—1）S><（1.M><2ET27

-教材P18例1和例2

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2.1數(shù)據(jù)與文字的表示

■數(shù)的機器碼表示

把符號位和數(shù)值位一起編碼，也稱機器數(shù)。

原碼：符號位用o或1表示。

反碼：正數(shù)的反碼等于原碼，負數(shù)的反碼是把

原碼符號位不變，各位取反。

補碼：正數(shù)的反碼等于原碼，負數(shù)的反碼是把

原碼符號位不變，各位取反，末位加1。

移碼：［e］移=2k+e,常用來表示浮點數(shù)的階碼。

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2.1數(shù)據(jù)與文字的表示

?原碼、反碼和補碼相同點：三

（1）三種編碼的最高位都是符號位。

（2）當真值為正時，三種編碼的符號位都用0表示，

數(shù)值部分與真值相同。

（3）當真值為負時，三種編碼的符號位都用1表示，

但數(shù)值部分的表示各不相同。

（4）表示的數(shù)據(jù)范圍基本一樣，?2nvXV2n（整數(shù)）或

-1<X<1（小數(shù)），補碼多表示一個數(shù)（整數(shù)）或」（小

數(shù)）。

?原碼、反碼和補碼區(qū)別：對負數(shù)的表示方法不同；

原碼和反碼有正0和負0之分，補碼則沒有。

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2.2定點加法、減法運算

?補碼的加減法則：

［X+Y］補=兇補+［Y］補（mod2田）

［X-Y］補=兇補+卜丫］補

對［Y］補求補可得到［-Y］補

?掌握溢出判斷的兩種方法，會用變形補碼

計算兩個整數(shù)的和與差，注意溢出與最高

位進位的區(qū)別。

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2.2定點加法、減法運算

?基本的二進制加法器

-全加器的表達式為:

Sj=Aj?Bj

G+i=AjBj+BjCj+AjCj

-理解行波進位的補碼加法/減法器的加減

過程和進位的傳遞

?掌握例17、例18和作業(yè)題

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2.3定點乘法運算

?主要掌握原碼定點乘法

?基本法則：兩個數(shù)的數(shù)值部分相乘，符號

由異或決定

-原碼1位乘法

-不帶符號的陣列乘法

-帶符號的陣列乘法

?重點復習例20、例21和作業(yè)題

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2.4定點除法運算

?理解可控加法/減法（CAS）單元原理

?掌握利用加減交替法計算兩個原碼的商的

方法

?重點復習例23和作業(yè)題

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2.5定點運算器的組成

?理解ALU的多功能特點

?掌握串行進位鏈和并行進位鏈的表達式,

并分析并行進位運算器速度高的原因

?結合74181ALU邏輯結構圖理解并行進位的

實現(xiàn)

?重點復習作業(yè)

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2.6浮點運算方法和運算器

?了解浮點數(shù)加減乘除運算過程

?初步認識流水線的功能

?本章習題：1,4,5,6,7,9,11

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第3章內(nèi)部存儲器復習要點

?三級存儲體系滿足計算機系統(tǒng)對存儲器大

容量、高速度、低成本的要求

-Cache強調(diào)快速存取，以便使存取速度與CPU

速度相匹配

-外存主要強調(diào)大容量，以滿足計算機的大容量

存儲要求

-主存介于二者之間，要求適當?shù)娜萘亢痛鎯χ?/p>

期，以容納系統(tǒng)的核心軟件和較多的用戶程序

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第3章內(nèi)部存儲器復習要點

■存儲位元與存儲單元

?比較SDRAM、DRAM、ROM存儲位元，

理解它們的存儲原理及DRAM刷新概念。

?尋址空間與存儲容量

?存儲器容量的擴充

-字長位數(shù)擴充

-字存儲容量擴充

-字長和容量同時擴充

?復習例2、例3和補充例題及作業(yè)題1/2/5

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第3章內(nèi)部存儲器復習要點

?理解并行存儲提高存取速度的原理，掌握

多模交叉存儲器（例5和習題8）

?Cache的地位與作用，cache提速的原理

?Cache的命中率概念與有關計算，掌握例6

與習題10

?理解主存與cache的地址映射的三種方式

?了解三種替換算法

?了解三種寫操作策略

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第4章指令系統(tǒng)復習要點

?理解由CISC發(fā)展到RISC

?掌握指令格式，理解RR、RS、SS型指令

特點

?了解基本尋址方式

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第5章中央處理機復習要點

?CPU的功能與組成

?CPU中的主要寄存器（6個）

?操作控制器分類：硬布線控制器和微程序控制器

?知道指令周期、機器周期、時鐘周期的概念與相

互關系

?會分析指令的執(zhí)行過程，能夠畫出指令周期流程

圖

?理解節(jié)拍脈沖、節(jié)拍電位、時鐘周期、CPU周期

的關系_

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第5章中央處理機

千微程序控制基本概念

1,微命令：控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)

出的各種控制命令。

2.微操作：執(zhí)行部件接受微命令后所進行的操

作?？煞譃橄嗳菪晕⒉僮骱拖喑庑晕⒉僮?。

3,微指令：在一個CPU周期內(nèi)，一組實現(xiàn)微

操作功能的微命令的組合構成一條微指令。

4.微程序：一系列微指令的有序集合構成微程

「序。一條機器指令對應一個微程序。，

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5,微指令周期：從控制存儲器中讀出一條微指

令并執(zhí)行相應操作所需要的時間。常常取微

指令周期等于CPU周期

6,微地址：微指令在控制存儲器中的位置編碼

**理解關系

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第5章中央處理機

■微程序控制原理

1,原理：把操作控制信號編程微指令，存放

在一個只讀存儲器中，當機器運行時，一

條一條讀出這些微指令，從而產(chǎn)生全機所

需要的各種操作控制信號，使相應部件執(zhí)

行所規(guī)定的操作。

2,結合微程序控制器組成原理框圖說明微指

令的執(zhí)行過程

?掌握習題11

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第5章中央處理機

三、微程序設計技術

微程序設計技術是利用軟件方法來設計硬件的一

門技術

1.微命令編碼

(1)直接表示：簡單直觀，微指令字較長

(2)編碼表示：可以較小的二進制信息位表示較多

的為命令信號

(3)混合表示，習題8

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第5章中央處理機

2.馳址形成方法

?微程序入口微地址可以由取指公操作所取

指令的操作碼op決定

?后繼微地址的形成則有計數(shù)器和多路轉移

（斷定）兩種方式

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第5章中央處理機

3.微指令格式

?水平型微指令：一次可以定義并執(zhí)行多個

并行微操作的微指令。其并行操作能力強,

效率高，靈活性強，執(zhí)行一條指令用時短

?垂直型微指令：設置微操作碼字段來表示

微指令的功能。每一條微指令功能簡單，

微指令字較短，但是實現(xiàn)一條機器指令的

微程序要比水平型微指令長得多

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第5章中央處理機

四、流水CPU

?知道計算機流水線的種類

?繪制指令流水線時空圖，并分析說明指令

執(zhí)行效率的提高

?計算流水線的吞吐率和加速比

TP=n/Tk

S=T0/Tk=kn/k+n-1

?掌握習題13

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第六章總線系統(tǒng)復習要點

?總線概念：信息傳遞的公共通道

?基本性能指標：帶寬，MB/S

?總線分類：

-內(nèi)部總線：芯片內(nèi)部連接各元件的總線

-系統(tǒng)總線：連接CPU、存儲器和各種I/O模塊

等主要部件的總線。

-I/O總線：用于主機和I/O設備之間或計算機系

統(tǒng)之間的通信。

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第六章總線系統(tǒng)

?系統(tǒng)總線的組成

-數(shù)據(jù)線雙向，用來傳遞數(shù)據(jù)

-地址線單向，用來給出數(shù)據(jù)所在的主存

單元或I/O端口地址

-控制線用來傳送主存和10接口設備的控

制信號和響應信號

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第六章總線系統(tǒng)

?計算機系統(tǒng)中信息傳遞的三種方式：串行、

并行和分時

?總線接口是指CPU、主存和外圍設備之間

通過系統(tǒng)總線進行連接的變準化邏輯部件,

在兩個部件之間起著“轉換器”作用。

?外圍設備控制器是對外圍設備的操作進行

控制的部件。與總線接口有不同的分工。

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第六章總線系統(tǒng)

?總線的仲裁W

-主方申請總線使用權，啟動一個總線周期；

從方響應主方的請求。

-仲裁方式分集中式仲裁和分布式仲裁兩種

-集中式仲裁需要有一個總線仲裁器（總線

控制器，處于CPU之中）。該方式有鏈式

查詢、計數(shù)器定時、獨立請求三種方式

-分布式仲裁沒有集中的總線仲裁器，每一

個主方功能模塊都有自己的仲裁號和仲裁

器

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第六章總線系統(tǒng)

?總統(tǒng)^^

-為了同步主從方的操作，必須制訂定時協(xié)議，

定時就是事件出現(xiàn)在總線上的時序關系。分為

同步定時和異步定時

?總線一次傳遞信息的五個階段：請求總線,

總線仲裁，尋址，信息傳遞，狀態(tài)返回

?習題8,9,11,12,14

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《計