計(jì)算機(jī)組成原理總復(fù)習(xí)串講

1、電腦組成原理總復(fù)習(xí)談，大家好，自我介紹，胡成玉今天，我給大家講講電腦組成原理總復(fù)習(xí)的談話，教學(xué)目的是通過本課程的學(xué)習(xí)，大家把握電腦各部件的功能、組成原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)置修正方法及其互連組成系統(tǒng)的技術(shù)，總體概念本課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)課程。 教材：計(jì)算機(jī)組成原理白中英主編，科學(xué)出版社參考教材： 1，計(jì)算機(jī)組成和結(jié)構(gòu)王愛英主編(第二版)清華大學(xué)出版社，第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論，第一章主要介紹計(jì)算機(jī)的分類和應(yīng)用，然后以自上而下的方法，硬件，軟件第一節(jié)主要掌握修正機(jī)的分類，理解修正機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。 修正機(jī)分為電子模擬修正機(jī)和電子數(shù)字修正機(jī)，后者可分為巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微機(jī)、單片機(jī)等。

2、 第二節(jié)要求熟悉計(jì)算機(jī)硬件的配置，并且還理解了每一部分包括計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)器、控制器、適配器、和輸入/輸出設(shè)備。 熟悉風(fēng)水諾伊曼型計(jì)算機(jī)的工作原理，主要存儲(chǔ)程序，按地址執(zhí)行。 在接下來的兩節(jié)中，我們需要了解修正機(jī)軟件的構(gòu)成和分類，并熟悉修正機(jī)系統(tǒng)的層次。 理解固件的概念。 計(jì)算機(jī)軟件一般分為：系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序兩種。 所謂固件，是存儲(chǔ)在持續(xù)保存的信息設(shè)備中的程序，是具有軟件功能的硬件。 這是第一章的主要內(nèi)容。 開始介紹第二章的主要內(nèi)容和重難點(diǎn)。第二章運(yùn)算方法和運(yùn)算器，本章首先闡述了數(shù)據(jù)和字符的表現(xiàn)方法，接著闡述了定點(diǎn)運(yùn)算方法、定點(diǎn)運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)，最后闡述了浮點(diǎn)運(yùn)算方法、浮點(diǎn)運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)。 本章重要難

3、點(diǎn)很多，現(xiàn)在按小節(jié)順序強(qiáng)調(diào)。 第一小節(jié)，內(nèi)容包括數(shù)據(jù)格式、數(shù)字機(jī)器代碼顯示、文字和字符串代碼、漢字顯示、檢查代碼。 典型的數(shù)據(jù)格式包括定點(diǎn)格式和浮點(diǎn)格式。 必須熟悉固定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的定義、表現(xiàn)方法、范圍，這兩種表現(xiàn)方法的差異，其中浮點(diǎn)數(shù)的表現(xiàn)是難點(diǎn)。 例如，定點(diǎn)格式是指在定點(diǎn)表示法中小數(shù)點(diǎn)位置一定。 定點(diǎn)格式有定點(diǎn)小數(shù)和定點(diǎn)整數(shù)定點(diǎn)小數(shù)兩種。 小數(shù)點(diǎn)在符號(hào)位和數(shù)值部分的最高位位之間。 定點(diǎn)整數(shù)法約定小數(shù)點(diǎn)的位置在數(shù)值部分的最右邊。 中的組合圖層性質(zhì)變更選項(xiàng)。 二進(jìn)制編碼主要表示符號(hào)如何顯示以解決問題有符號(hào)的數(shù)據(jù)是如何參與運(yùn)算的？ 目前，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中形成了源代碼、反轉(zhuǎn)代碼、互補(bǔ)代碼、移位代碼等完

4、全帶符號(hào)的二進(jìn)制代碼系統(tǒng)。 為了明確四種編碼方式的顯示范圍、作用及它們之間的變換，特別注意0幾種編碼方式的顯示方法，包括重點(diǎn)把握數(shù)的機(jī)械代碼顯示、源代碼、補(bǔ)充代碼、反轉(zhuǎn)代碼、移位代碼的定義。 中的組合圖層性質(zhì)變更選項(xiàng)。 幾個(gè)代碼系統(tǒng)的比較有相同之處： 1、正數(shù)等于正數(shù)本身，負(fù)數(shù)各有不同的表示。 2 .最上位比特任一個(gè)表示編碼比特，并且備選數(shù)目與反轉(zhuǎn)的編碼比特可作為數(shù)值的一部分來處理，借此與數(shù)值一起參與運(yùn)算，而原始碼的編碼比特必須分開處理。 3 .對(duì)于真值0，源代碼和反轉(zhuǎn)代碼各有兩種表現(xiàn)形式，補(bǔ)充代碼只有一種形式。 4 .雖然原始碼、反轉(zhuǎn)碼所表示的正負(fù)數(shù)的范圍相對(duì)于0對(duì)稱，但是互補(bǔ)碼的負(fù)數(shù)所表示

5、的范圍比正數(shù)寬，能夠表示出最多的負(fù)數(shù)，其值是2n或1。 其次，研究數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼問題：在數(shù)據(jù)校正器內(nèi)的訪問、處理、傳輸過程中可能會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。解決方法：采用精心設(shè)定電路，提高硬件可靠性的特征編碼方法，發(fā)現(xiàn)或修正錯(cuò)誤位。 我們經(jīng)常使用的檢查方法是奇檢和偶檢。 奇奇奇偶校驗(yàn)碼在最低開銷、最簡單、最廣泛使用的校驗(yàn)碼中只能發(fā)現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)位錯(cuò)。 具體的實(shí)現(xiàn)方法：每字節(jié)補(bǔ)充一個(gè)二進(jìn)制比特，稱為奇偶校驗(yàn)比特，將奇偶校驗(yàn)比特的值設(shè)為“0”或“1”，將在9個(gè)比特中包含“1”的值的個(gè)數(shù)設(shè)為奇數(shù)或偶數(shù)，分別稱為奇數(shù)校驗(yàn)或偶數(shù)校驗(yàn)。 在第2節(jié)中，熟悉補(bǔ)充代碼加減法的算法，主要是補(bǔ)充代碼加減算式和變補(bǔ)算式。 分別基于x、y補(bǔ)充

6、=x補(bǔ)充、y補(bǔ)充=x補(bǔ)充、y補(bǔ)充，掌握采用溢出的兩種檢測(cè)方法。 單符號(hào)位法和變形補(bǔ)充法。 難點(diǎn)是基本的二進(jìn)制加法/減法器和十進(jìn)制加法器的邏輯實(shí)現(xiàn)。 第三節(jié)是定點(diǎn)乘法，帶符號(hào)陣列乘法器的邏輯設(shè)定糾正和實(shí)現(xiàn)是一大難點(diǎn)。 在此，帶補(bǔ)充器的陣列乘法器既可適用于原碼乘法也可適用于補(bǔ)充碼乘法，但是，在原碼乘法時(shí)，已知在補(bǔ)正運(yùn)算前補(bǔ)充和補(bǔ)正運(yùn)算后不需要補(bǔ)充。 例題參照教材第41頁例17、18。 然后，僅需知道直接互補(bǔ)碼并行乘法器。 在第4節(jié)中就定點(diǎn)除法進(jìn)行說明，本節(jié)也是很難的節(jié)，主要精通手動(dòng)除法和恢復(fù)佟數(shù)的除法和不恢復(fù)佟數(shù)的除法的不同。 在此基礎(chǔ)上，知道不復(fù)原侑數(shù)陣列除法器的邏輯構(gòu)造。 第5節(jié)所述的定點(diǎn)運(yùn)算

7、器的構(gòu)成，首先明確數(shù)值修正運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的方法。 并熟悉芯片74181和74182的邏輯結(jié)構(gòu)和引線。 學(xué)習(xí)用這兩個(gè)芯片組成多位運(yùn)算器。 這也是非常重要的一點(diǎn)。 在第6節(jié)中，只需知道浮點(diǎn)加減法的操作步驟即可。 浮點(diǎn)運(yùn)算器的邏輯結(jié)構(gòu)不需要大家掌握。 讓我們看看第三章的內(nèi)容。第三章存儲(chǔ)系統(tǒng)、本章所述存儲(chǔ)系統(tǒng)的分類、分層結(jié)構(gòu)和主存儲(chǔ)技術(shù)指標(biāo)等也很重要。 接下來在第節(jié)中敘述。 第一小節(jié)是存儲(chǔ)器的概要，首先，存儲(chǔ)器的分類是按存儲(chǔ)介質(zhì)分類，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，磁表面存儲(chǔ)器，光存儲(chǔ)器等，訪問方式分類：隨機(jī)存儲(chǔ)器，順序存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)中的作用分類：主存儲(chǔ)器，輔助存儲(chǔ)器，高速緩沖存儲(chǔ)器，控制存儲(chǔ)器2、要掌握存儲(chǔ)器的分層結(jié)

8、構(gòu)，主要包括高速緩沖存儲(chǔ)器的主存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器的三層結(jié)構(gòu)3；要理解主存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)，主要包括存儲(chǔ)器容量、存取時(shí)間、存儲(chǔ)器周期、存儲(chǔ)器帶寬幾個(gè)方面。 在第2節(jié)中敘述的隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器可分為靜態(tài)mos存儲(chǔ)器和動(dòng)態(tài)mos存儲(chǔ)器。 我們必須掌握： 1、靜態(tài)MOS存儲(chǔ)器的基本存儲(chǔ)電路圖及其讀寫動(dòng)作，并熟悉SRAM存儲(chǔ)器的構(gòu)成，由存儲(chǔ)體、讀寫電路、地址解碼電路和控制電路等組成。 2 .熟悉動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)器(DRAM )的基本存儲(chǔ)單元電路、其讀寫和刷新動(dòng)作，以及動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)器的構(gòu)成。 3 .最重要的部分是如何擴(kuò)展內(nèi)存和CPU的連接和內(nèi)存。 擴(kuò)展經(jīng)常采用位擴(kuò)展、字?jǐn)U展法、字位同時(shí)擴(kuò)展方法三種方法

9、。 4 .理解存儲(chǔ)器的讀寫周期，特別是DRAM的刷新，一般的刷新方式是集中刷新、分散刷新、異步刷新。 第三節(jié)介紹只讀內(nèi)存和閃存部分。 我們主要有大致的理解。 1.ROM的概念和分類rom是只讀的，不能寫入，所以稱為只讀存儲(chǔ)器。 最大的好處是它具有非易失性，即使關(guān)閉電源，ROM信息也不會(huì)丟失。 根據(jù)編程方法的不同，通常分為掩碼模式只讀存儲(chǔ)器、1次編程只讀存儲(chǔ)器、多次編程只讀存儲(chǔ)器3種。2 .快閃記憶體的優(yōu)點(diǎn)、工作原理、與CPU的連接等，第4節(jié)所述的快速記憶體快速記憶體可知需要包括雙連接埠記憶體、多模組交叉記憶體、相關(guān)記憶體、1、雙連接埠記憶體在內(nèi)的邏輯結(jié)構(gòu)、讀寫控制。 尤其是，在兩個(gè)端口的地址不

10、同的情況下，發(fā)生沖突時(shí)的讀寫控制。 2 .多模塊交叉存儲(chǔ)器的組織方式有兩種，順序方式和交叉方式，需要了解這兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)。 3 .相關(guān)存儲(chǔ)器相關(guān)存儲(chǔ)器是按內(nèi)容訪問的存儲(chǔ)器。 剛才介紹的存儲(chǔ)是按地址訪問的。 相關(guān)存儲(chǔ)器的原理是利用存儲(chǔ)器單元中存儲(chǔ)的作為搜索項(xiàng)的內(nèi)容的一部分來搜索該存儲(chǔ)器，并且從存儲(chǔ)器讀取與搜索項(xiàng)相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器單元的內(nèi)容并且將該內(nèi)容寫入存儲(chǔ)器。 另外，需要知道相關(guān)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和相關(guān)存儲(chǔ)器一般適用于什么情況。 第五小節(jié)： cache存儲(chǔ)器cache是一種高速緩沖存儲(chǔ)器，是用于解決CPU與主存儲(chǔ)器之間速度不匹配的重要硬件技術(shù)。 了解主存儲(chǔ)和高速緩存的地址映射方法。 三種映射方式的全相

11、關(guān)映射方式有直接映射方式組相關(guān)映射方式，其中組相關(guān)方式是前兩者的折衷方式。 最后一部分是虛擬存儲(chǔ)，是非常大容量存儲(chǔ)的邏輯模型，而不是實(shí)際的物理存儲(chǔ)。 其作用主要是解決存儲(chǔ)容量與速度的矛盾。 虛擬存儲(chǔ)器有頁式、段式、段頁式3種。 第4章指令系統(tǒng)，本章比較簡單，一臺(tái)修正機(jī)內(nèi)所有指令的集合稱為該修正機(jī)的指令系統(tǒng)。 這是計(jì)算機(jī)性能的重要因素。 第一部分理解指揮系統(tǒng)的開發(fā)和性能要求。 四個(gè)方面的要求：完整性、有效性、規(guī)律性和兼容性。 2節(jié)中講的指令格式有必要把握1、機(jī)械指令的基本構(gòu)成。 包括操作碼字段和地址碼字段。 操作碼表示該命令進(jìn)行什么性質(zhì)的操作，例如加法、減法等。 地址代碼指定操作所涉及的操作數(shù)的

12、地址。 2 .指令的種類有4種。 數(shù)據(jù)處理(算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(存儲(chǔ)器指令)、數(shù)據(jù)傳輸(I/O指令)、控制(測(cè)試和分支指令)、第3節(jié)指令和數(shù)據(jù)的地址方式是指如何決定指令中的操作數(shù)的地址和下一個(gè)指令的地址。 1 .命令的地址方式中順序地址方式、跳地址方式2、操作數(shù)的地址方式比較多，重點(diǎn)把握隱式地址、即時(shí)地址、直接地址、間接地址、寄存器地址方式和寄存器間接地址方式，根據(jù)相對(duì)地址方式、基本地址方式第四節(jié)堆棧地址系統(tǒng)堆棧是可存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲(chǔ)單元的集合。 與內(nèi)存的不同之處在于，對(duì)數(shù)數(shù)據(jù)的訪問方法和尋址方法不同。 這采用了“后進(jìn)先出”的原理。 根據(jù)結(jié)構(gòu)，(1)寄存器堆棧、一些CPU中

13、有被稱為連接堆棧的專用寄存器組，各寄存器可以保存1字的數(shù)據(jù)。 (2)記憶體堆疊：在主記憶體中，將一部分設(shè)定為堆疊區(qū)域，一旦設(shè)定，其他用途就無法使用。 第五節(jié)的典型命令首先要明確命令的分類。 從指令的操作碼功能來考慮，分為數(shù)據(jù)傳輸類指令、算術(shù)運(yùn)算類指令、邏輯運(yùn)算類指令、程序控制指令、輸入輸出類指令、字符串類指令、系統(tǒng)控制類指令7種。 其次，緊湊型指令系統(tǒng)與復(fù)雜的指令系統(tǒng)相比，理解主要特征。 第五章中央處理器，本章在詳細(xì)介紹了CPU的功能和基本構(gòu)成、指令周期的概念、時(shí)序發(fā)生器的構(gòu)成、微程序控制技術(shù)、硬件布線控制器、傳統(tǒng)CPU結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，介紹了目前先進(jìn)的CPU技術(shù)成果。下面概述了各部分的一大難點(diǎn)。

14、 第1節(jié)CPU的功能和構(gòu)成CPU的4個(gè)功能(1)指令控制，主要控制程序的順序(2)操作控制，主要指令的翻譯和執(zhí)行(3)時(shí)間控制，各種操作時(shí)間定時(shí)(4)的數(shù)據(jù)加工，數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，這是CPU的構(gòu)成：以往的CPU是運(yùn)算器控制器是程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器。 由指令解碼器、定時(shí)發(fā)生器、操作控制器構(gòu)成，是發(fā)行指令的決策機(jī)構(gòu)。 運(yùn)算器是算術(shù)邏輯單元、累積寄存器。 由數(shù)據(jù)緩沖寄存器和狀態(tài)條件寄存器構(gòu)成，是數(shù)據(jù)的加工處理單元。 同時(shí)，我們應(yīng)該熟悉CPU中的主要寄存器：主要是指令寄存器IR、程序計(jì)數(shù)器PC、地址寄存器AR、緩沖寄存器DR、累積寄存器AC、狀態(tài)條件寄存器PSW，我們應(yīng)該知道它們的功能，知道它們

15、的主要作用。第二、三節(jié)指令周期和指令定時(shí)的發(fā)生首先明確指令周期、機(jī)械周期、時(shí)鐘周期的概念：指令周期是指從存儲(chǔ)器中取出指令并執(zhí)行的時(shí)間。 1命令周期由多個(gè)CPU周期構(gòu)成，CPU周期也是機(jī)器周期。 一個(gè)CPU周期由多個(gè)時(shí)鐘周期構(gòu)成。 并且信號(hào)的源：時(shí)鐘信號(hào)以時(shí)間為基準(zhǔn)在時(shí)鐘脈沖發(fā)生器中產(chǎn)生。 周期信號(hào)用于控制不同階段的動(dòng)作，通過觸發(fā)來實(shí)現(xiàn)。 節(jié)拍信號(hào)用于控制周期內(nèi)的微操作，在節(jié)拍信號(hào)發(fā)生器中實(shí)現(xiàn)。 然后，知道諸如CLA、ADD等典型指令的命令周期。 第四節(jié)微程序控制器首先理解微程序控制的幾個(gè)基本概念微操作：一個(gè)指令功能的實(shí)現(xiàn)是由一系列有序的基本操作完成的，這些操作被稱為微操作，是執(zhí)行單元能夠完成的

16、最基本的動(dòng)作。 微指令：與某微操作對(duì)應(yīng)的指令稱為微指令，是執(zhí)行單元可以接受的控制信號(hào)序列的最小單位。 微指令：指令的分解，是一系列微指令的組合。 主要有兩個(gè)字段：動(dòng)作控制字段和序列控制字段。 微程序：微指令的有序集合稱為微程序。 一個(gè)機(jī)器指令的功能是通過一個(gè)機(jī)器指令與一個(gè)微程序?qū)?yīng)的多個(gè)微指令來實(shí)現(xiàn)的。 控制存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)微程序的高速只讀存儲(chǔ)器。 微程序控制：指令的執(zhí)行是通過執(zhí)行與該指令相對(duì)應(yīng)的微程序而實(shí)現(xiàn)的控制方式，被稱為微程序控制方式。 在此基礎(chǔ)上，需要了解主要由控制存儲(chǔ)器、微指令存儲(chǔ)器、地址轉(zhuǎn)發(fā)邏輯三大部分構(gòu)成的微程序控制器的原理框圖。 第五節(jié)微程序設(shè)置修訂技術(shù)是在理解微程序控制器的基本原

17、理的基礎(chǔ)上，如何確定微指令的結(jié)構(gòu)是設(shè)置修訂微程序的關(guān)鍵。 微指令格式微指令格式：控制字段序列控制字段(地址字段)控制字段各位表示微操作控制信號(hào)，指令微指令的代碼微指令的代碼具體的微地址的形成方法有計(jì)數(shù)器方式、多路徑傳輸方式這兩種方法。 我們稍微知道一下就可以了。 對(duì)后小節(jié)內(nèi)容感興趣的同學(xué)可以自己讀。 第六章總線系統(tǒng)、總線技術(shù)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要技術(shù)，有些學(xué)者說PC由CPU、總線系統(tǒng)、操作系統(tǒng)三部分組成。 第一節(jié)闡述了公共汽車的概念和結(jié)構(gòu)。 總線定義：是構(gòu)成修正計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相互連接機(jī)構(gòu)，是在多個(gè)系統(tǒng)功能部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的共通通道。 單處理器總線是指內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線、I/O總線和內(nèi)部總線，CPU在內(nèi)部連接每個(gè)寄存器和運(yùn)算部件。 系統(tǒng)總線是指CPU與修正機(jī)系統(tǒng)的其他高速部件相互連接的總線。I/O總線是指中低速I/O設(shè)備之間相互連接的總線。 對(duì)于每條總線，我們將其物理特征、功能特性、電特性、時(shí)間特性按連接方式劃分，有單總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)、三總線結(jié)構(gòu)，第二節(jié)總線接口首先了解信息的傳輸方式，有三種傳輸方式：串行傳輸、時(shí)分傳輸、殘奧電平從速度和效率的觀點(diǎn)來看，經(jīng)由系統(tǒng)總線傳輸?shù)男畔⑿枰捎脷垔W電平傳輸方式。 在串行傳輸信息的情