计算机原理知识点总汇教材Word格式.docx
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16-1+15×
16-2
3.例如:
写出（1101.01）2,（237）8,（10D）16的十进制数
（1101.01）2=1×
23+1×
22+0×
21+1×
20+0×
2-1+1×
2-2=8+4+1+0.25=13.25
（237）8=2×
82+3×
21+7×
20=128+24+7=159
（10D）16=1×
162+13×
160=256+13=269
3例如：
用基数除法将（327）10转换成二进制数
4.
5.
6.二进制转换成八进制
例：
（10110111.01101）2
二进制:
10,110,111.011,01
010,110,111.011,010
八进制:
267.32
（10110111.01101）2=（267.32）8
7.八进制转换二进制
例如:
（123.46）8=（001,010,011.100,110）2=（1010011.10011）2
8.二进制转换成十六进制
（110110111.01101）2
1,1011,0111.0110,1
0001,1011,0111.0110,1000
十六进制:
1B7.68
（10110111.01101）2=（1B7.68）16
9.十六进制转换成二进制
（7AC.DE）16=（0111,1010,1100.1101,1110）2=（11110101100.1101111）2
知识点2带符号的二进制数据在计算机中的表示方法及加减法运算
名词解释：
真值和机器数
真值:
正、负号加某进制数绝对值的形式称为真值。
如二进制真值：
X=+1011y=-1011
机器数：
符号数码化的数称为机器数如：
X=01011Y=11011（最高位为符号位，0表示正数，1表示负数）
在计算机中表示的带符号的二进制数称为“机器数”，机器数有三种表示形式：
原码，补码，反码。
A
原码表示法：
原码表示法用“0”表示正号，用“1”表示负号，有效值部分用二进制的绝对值表示。
即[X]原=符号位+|X|
数值零的真值有＋0和－0两种表示方式，[X]原也有两种表示形式：
[＋0]原＝00000[－0]原＝10000
完成下列数的真值到原码的转换
X1=+0.1011011X2=－0.1011011
[X1]原=0.1011011[X2]原=1.1011011
X1=+01011011X2=－01011011
B
补码的定义：
正数的补码就是正数的本身，负数的补码是原负数加上模。
完成下列数的真值到补码的转换
X1=+0.1011011X2=－0.1011011
[X1]补=01011011[X2]补=10100101
X1=+01011011X2=－01011011
正数的补码：
本身。
负数的补码：
符号位为1，数值部分取反加1。
数值零的补码表示形式是唯一的：
[＋0]补＝[－0]补＝0.0000
当补码加法运算的结果不超出机器表示范围时，可以得出下面重要结论：
1）用补码表示的两数进行加法运算，其结果仍为补码。
2）[X+Y]补=[X]补＋[Y]补
3）符号位与数值位一样参加运算。
另外对于减法运算，因为[X－Y]补＝[X＋﹙－Y﹚]补＝[X]补＋[－Y]补，所以计算时，可以先求出－Y的补码，然后再进行加法运算。
C
正数的反码表示：
与原、补码相同。
负数的反码表示：
符号位为1。
数值部分：
将原码的数值按位取反。
负数反码比补码少1。
一般只用做求补码的中间形式。
反码的定义：
即：
[X]反＝﹙2－2－n＋X﹚·
符号位＋Xmod﹙2－2－n﹚，其中n为小数点后的有效位数。
反码零有两种表示形式：
[﹢0]反＝0.0000，[﹣0]反＝1.1111
反码运算在最高位有进位时，要在最低位+1.
D移码的定义：
把[x]补符号取反，即得[x]移
[X+Y]移≠[X]移＋[Y]移
移码具有以下特点：
1）最高位为符号位，1表示正号，0表示负号。
2）在计算机中，移码只执行加减法运算，且需要对得到的结果加以修正，修正量为2n，即要对结果的符号位取反。
3）0有唯一的编码，即[+0]移=[-0]移=1000…00
X=+1010，Y=+0011求[X+Y]移=？
[X]移=11010，[Y]移=10011
[X]移+[Y]移=11010+10011=101101
[X+Y]移=01101+10000=11101符号相反
X=-1010，Y=-0110求[X+Y]移=？
[X]移=00110，[Y]移=01010
[X]移+[Y]移=10000
[X+Y]移=10000+10000=00000
当阶码等于-16时，移码为00000，此时浮点数当作0。
E
原码、补码、反码之间的转换
1）由原码求补码
正数:
[X]补=[X]原
负数:
符号不变，其余各位取反，末位加1。
2）由补码求原码
F
溢出：
当运算结果超出机器数所能表示的范围时，称为溢出。
什么情况下会产生溢出？
1）相同符号数相减，相异符号数相加不会产生溢出。
2）两个相同符号数相加，其结果符号与被加数相反则产生溢出；
3）两个相异符号数相减，其运算结果符号与被减数相同，否则产生溢出。
定点数和浮点数
A.在计算机中的数据有定点数和浮点数两种表示方式。
B.定点数：
定点数是指小数点固定在某个位置上的数据，一般有小数和整数两种两种表示形式。
定点小数是把小数点固定在数据数值部分的左边，符号位的右边；
整数是把小数点固定在数据数值部分的右边。
C.浮点数：
是指小数点位置可浮动的数据。
通常表示为：
N=M·
RE（例:
0.10111×
2110）
其中N为浮点数，M为尾数（mantissa）E为阶码（exponent）,R为阶的基数（radix）
R为常数，一般为2，8，16。
在一台计算机中，所有数据的R都是相同的。
因此，不需要在每个数据中表示出来。
浮点数表示形式：
尾数通常用规格化形式表示，小数点后不能为0。
X=+0.0010111=0.10111×
2-2=0.10111×
2-0010=0.10111×
21110
知识点3：
定点原码一位乘法
上图需要看懂。
乘法开始时，A寄存器被清为零，作为初始部分积。
被乘数放在B寄存器中，乘数放在C寄存器中。
实现部分积和被乘数相加是通过给出A→ALU命令和B→ALU命令，在ALU中完成的。
ALU的输出经过移位电路向右移一位送入A寄存器中。
C寄存器是用移位寄存器实现的，其最低位用作B→ALU的控制命令。
加法器最低一位的值，右移时将移入C寄存器的最高数值位，使相乘之积的最低位部分保存进C寄存器中，原来的乘数在逐位右移过程中丢失了。
（此过程需要看明白。
）
例3.31X=0.1101,Y=0.1011
计算X·
Y
知识点4：
定点补码一位乘法
A.补码与真值的转换关系
B.补码的右移
补码连同符号位右移一位,并保持符号位不变,相当于乘1/2,或除2.
设[X]补=X0.X1X2……Xn
例3.33
设X=-0.1101,Y=0.1011
即:
[X]补=11.0011,[Y]补=Y=0.1011求:
[X·
Y]补
解：
X·
Y=-0.10001111
[X·
Y]补=1.01110001
例3.34
设X=-0.1101,Y=-0.1011
[X]补=11.0011,[Y]补=11.0101求:
Y=+0.10001111
Y]补=0.10001111
C布斯公式（比较法）
比较法：
用相邻两位乘数比较的结果决定+X补、-X补或+0。
例3.35
设X=-0.1101,Y=0.1011即:
[X]补=11.0011,[Y]补=0.1011求:
知识点5浮点数的加减运算
步骤：
首先，检测能否简化操作。
尾数为0
判断操作数是否为0
阶码下溢
1.对阶：
1）对阶：
使两数阶码相等（小数点实际位置对齐，尾数对应权值相同）。
2）对阶规则：
小阶向大阶对齐。
3）对阶操作：
小阶阶码增大，尾数右移。
例.AJ>
BJ，则BJ+1BJ，BW，直到BJ=AJ
4）阶码比较：
比较线路或减法。
2.尾数加减.
AW±
BW→AW
3.结果规格化
设浮点数的阶码为4位（含阶符），尾数为6位（含尾符），x、y中的指数项，小数项均为二进制真值．
4.舍入处理原码、补码采用0舍1入。
5.溢出判断
检查阶码是否溢出
上溢：
置溢出标志
下溢：
置结果为浮点机器零
知识点6.数据校验码：
数据校验码是一种常用的带有发现某种错误和自动改错能力的数据编码方法.
码距:
任意两个合法码之间至少有几个二进制位不同.有一位码距为1.
常用的数据校验码有奇偶校验码,海明校验码和循环校验码。
（只需掌握奇偶校验码）
A.奇偶校验码
B.奇偶校验码
第四章
知识点1主存储器分类
按照读写性质划分：
1.）随机读写存储器（randomaccessmemory,RAM）
静态随机存储器（SRAM）；
动态随机存储器（DRAM）
由于它们存储的内容断电则消失故称为易失性存储器
2）只读存储器（read-onlymemory,ROM）
知识点2存储器的主要技术指标：
A主要技术指标有:
主存容量,存储器存储时间和存储周期.
B存储容量：
存放信息的总数，通常以字（word,字寻址）或字节（Byte,字节寻址）为单位表示存储单元的总数.微机中都以字节寻址,常用单位为KB、MB、GB、TB。
C存储器存储时间：
启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。
D存储周期：
连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间.
E计算机可寻址的最小信息单位是一个存储字，相邻的存储器地址表示相邻存储字，这种机器称为“字可寻址”机器。
一个存储字所包括的二进制位数称为字长。
一个字又可划分为若干个字节。
现代计算机中，大多数把一个字节定为8个二进制位，因此，一个字的字长通常是8的倍数。
（不需背，明白即可）
F以字或字节为单位来表示主存储器存储单元的总数，就是主存储器的容量。
G指令中地址码的位数决定了主存储器的可直接寻址的最大空间。
知识点4读/写存储器
A半导体读写存储器（即随机存储器（RAM））按存储元件在运行中能否长时间保存信息来分，有静态存储器和动态存储器两种。
前者利用双稳态触发器来保存信息，只要不断电，信息是不会丢失的；
动态存储器利用MOS电容存储电荷来保存信息，使用时需不断给电容充电才能使信息保持。
静态存储器的集成度低，但功耗较大；
动态存储器的集成度高，功耗小，它主要用于大容量存储器。
（不需要背，明白即可）
B静态存储器SRAM
依靠双稳态电路内部交叉反馈的机制存储信息。
功耗较大,速度快,作Cache。
动态存储器DRAM
依靠电容存储电荷的原理存储信息。
功耗较小,容量大,速度较快,作主存。
C再生
再生（刷新）：
为保证DRAM存储信息不遭破坏，必须在电荷漏掉以前，进行充电，以恢复原来的电荷，这一充电过程称为再生或刷新。
为什么要刷新？
为保证DRAM存储信息不遭破坏，必须在电荷漏掉以前，进行充电，以恢复原来的电荷。
知识点5半导体存储器的组成与控制
A一个存储器芯片的容量有限，因此，应用中需进行扩展。
包括位扩展和字扩展。
B位扩展：
用多个存储器器件对字长进行扩充。
C字扩展：
增加存储器中字的数量。
连接方式：
将各芯片的地址线、数据线、读写控制线相应并联，由片选信号来区分各芯片的地址范围。
用4个16K´
8位芯片组成64K´
8位的存储器。
字扩展连接方式：
（此图作业留过类似的，掌握）
D字位扩展：
如果一个存储容量为M×
N位，所用芯片规格为L×
K位，那么这个存储器共用（M/L）×
（N/K）个芯片。
（重要）
例如：
要组成16M×
8位的存储器系统，需多少片4M×
1位的芯片？
16M/4M×
8/1=32片
若有芯片规格为1M×
8位，则需16M/1M×
8/8=16片。
第五章
知识点1指令格式
A一条指令一般包含下列信息：
1）操作码：
具体说明操作的性质及功能。
2）操作数的地址
3）操作结果的存储地址
4）下一条指令的地址
综上，一条指令实际上包括两种信息即操作码和地址码。
B指令字：
代表指令的一组二进制代码信息；
指令长度：
指令字中二进制代码的位数；
C零地址指令
指令中只有操作码没有操作数或地址。
两种可能：
（1）无需操作数，例如：
空操作指令，停机指令
（2）操作数是默认的
D一地址指令
A-----操作数的存储地址或寄存器名
递增，移位，取反
E二地址指令
A1-----第一个源操作数的存储地址或寄存器地址。
A2-----第二个源操作数和存放结果的存储地址或寄存器地址
[AX]+[BX]→[AX]
ADDAX,BX
F三地址指令
A2-----第二个源操作数的存储地址或寄存器地址。
A3-----操作结果的存储地址或寄存器地址
G多地址指令：
用于实现成批数据处理。
H计算机中指令和数据都是以二进制码的形式存储的。
但是，指令的地址是由程序计数器（PC）规定的。
而数据的地址是由指令规定的。
指令操作码的扩展技术
A指令操作码的位数限制指令系统中完成操作的指令条数。
若操作码长度为K,最多有2k条不同指令。
B指令操作码通常有两种编码格式，一种固定格式一种可变格式。
C固定格式操作码
操作码长度固定，一般集中于指令字的一个字段中。
在字长较大的大中型以及超级小型机上广泛使用。
优点：
有利于简化硬件设计，减少译码时间
D可变格式操作码
即操作码长度可以改变，且分散放在指令字的不同字段中。
这种方法在不增加指令字长度的情况下可表示更多的指令，但增加了译码和分析难度，需更多硬件支持。
微机中常使用此方式。
F可变格式操作码的指令示例
如果需要三地址、二地址、一地址指令各15条、零地址指令16条，如何安排操作码呢？
例如可以这样规定：
15条三地址指令的操作码为：
0000~1110
15条二地址指令的操作码为：
前4位1111，
即11110000~11111110
15条一地址指令的操作码为：
前8位均为1，
即111111110000~111111111110
16条零地址指令的操作码为：
前12位均为1，
即1111111111110000~1111111111111111
再如：
同样情况下用可变格式操作码分别形成三地址指令15条、二地址指令14条、一地址指令31条和零地址指令16条。
按要求得到结果之一如下:
15条三地址为：
0000~1110
14条二地址为：
11110000~11111101
31条一地址为：
111111100000~111111111110
16条零地址为：
1111111111110000~1111111111111111
知识点3指令长度与字长的关系
A字长是指计算机能直接处理的二进制数据的位数。
B首先，数据字长决定了计算机的运算精度，字长越长，计算机的运算精度越高。
其次，地址码长度决定了指令直接寻址能力。
C指令的长度与计算机的字长没有固定关系。
知识点4寻址方式（编制方式）
A寻址方式：
确定本条指令的数据地址及下一条要执行的指令地址的方法。
B需掌握寻址：
1）直接寻址：
指令的地址码部分给出的就是操作数在存储器中的地址。
2）特点是简单直观，便于硬件实现，但操作数地址是指令器单元的一部分，只能用于访问固定的存储。
2）寄存器寻址：
在指令的地址码部分给出某一寄存器的名称（地址），而所需的操作数就在这个寄存器中。
这种方式数据传送快，计算机中多用。
3）基址寻址：
机器内设置一个基址寄存器，操作数的地址由基址寄存器的内容和指令的地址码A相加得到。
地址码A通常称为位移量（disp）或偏移量。
4）变址寻址：
把CPU中变址寄存器的内容和指令地址部分给出的地址之和作为操作数的地址来获得操作数。
这种方式多用于字串处理、矩阵运算和成批数据处理。
5）间接寻址：
在指令的地址码部分直接给出的既不是操作数也不是操作数的地址，而是操作数地址的地址。
分为：
寄存器间接寻址：
改变寄存器Rn中的内容就可访问内存的不同地址。
存储器间接寻址
6）相对寻址：
程序计数器PC的内容与指令中地址码部分给出的偏移量（Disp）之和作为操作数的地址或转移地址，称为相对寻址方式。
相对寻址方式主要应用于相对转移指令。
转移地址为（PC）+disp
相对寻址有两个特点：
1。
由于目的地址随PC变化不固定，所以非常适用于浮动程序的装配与运行。
2。
偏移量可正可负，通常用补码表示。
7）立即寻址：
所需的操作数由指令的地址码部分直接给出，称为立即寻址（立即数寻址）。
特点：
操作码和一个操作数同时被取出，不必再次访问存储器，提高了指令的执行速度。
知识点5RISC精简指令计算机的特点
1）、仅选使用频率高的一些简单指令和很有用但不复杂指令，指令条数少。
2）、指令长度固定，指令格式少，寻址方式少
3）、只有取数/存数指令访问存储器，其余指令都在寄存器中进行，即限制内存访问
4）、CPU中通用寄存器数量相当多；
大部分指令都在一个机器周期内完成。
5）、以硬布线逻辑为主，不用或少用微程序控制
6）、特别重视编译工作，以简单有效的方式支持高级语言，减少程序执行时间
第六章
知识点1时序系统
A指令周期：
读取并执行一条指令所需的时间称为一个指令周期。
B机器周期（CPU周期）：
在组合逻辑控制中，常将指令周期划分为几个不同阶段，每个阶段称为一个机器周期（周期）。
C时钟周期（节拍）：
一个机器周期又分为若干个相等的时间段，每一个时间段为一个时钟周期（节拍）。
时钟周期长度等于CPU执行一次加法或一次数据传送时间。
D工作脉冲：
对某些微操作定时。
E各时序信号之间的关系：
知识点2模型计算机的数据通路
上图必须掌握！
知识点3模型机的指令系统
知识点4模型机的时序系统
A机器周期
1）、取指周期FT
2）、取源操作数周期ST
读取源操作数→SR
3）、取目的操作数周期DT
读取目的操作数→DR（单）
双操作数指令→LA。
4）、执行周期ET
根据IR中的操作码执行相应的操作。
知识点5模型机指令的执行过程：
例1加法指令ADDR0，（R1）的微操作序列。
FT
P0PC→BUS，BUS→MAR，READ，
CLEARLA，1→C0，ADD，ALU→LT
P1LT→BUS，BUS→PC，WAIT
P2MDR→BUS，BUS→IR
P31→ST
ST
P0R0→BUS，BUS→SR
P1空操作
P2空操作
P31→DT
DT
P0R1→BUS，BUS→MAR，
READ，WAIT
P1MDR→BUS，BUS→LA
P31→ET
ET
P0SR→BUS，ADD，ALU→LT
P1LT→BUS，BUS→MDR，
WRITE，WAIT
P2空
P3END
例2SUB（R0）+，X（R1）
FT微操作序列同例1（所有指令FT都一样）
P0R0→BUS，BUS→MAR，READ，
CLEALA，1→C0，ADD，ALU→LT
P1LT→BUS，BUS→R0，WAIT
P2MDR→BUS，BUS→SR
P0PC→BUS，BUS→MAR，READ，
P1LT→BUS，BUS→PC，WAIT
P2MDR→BUS，BUS→LA
P31→DT’
DT’
P0R1→BUS，ADD，ALU→LT
P1LT→BUS，BUS→MAR，
READ，WAIT
P0SR→BUS，SUB，ALU→LT
P3END
例3INC@（R0）+
FT微操作序列同例1（P31→DT）
P0
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