计算机组成原理复习要点复习必过.docx

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计算机组成原理复习要点复习必过

计算机组成原理复习要点

一、题型分布

选择题20分;填空题30分;判断题10分;计算题20/25分;简答题20/15分

二、每章重点内容

第一章概述

1、什么是计算机组成

2、诺依曼体系结构计算机的特点

〔1〕硬件由五大部份组成〔运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备〕。

〔2〕软件以2#表示。

〔3〕采用存储程序

所有的程序预先存放在存储器中,此为计算机高速自动的根底;

存储器采用一维线性结构;

指令采用串行执行方式。

控制流〔指令流〕驱动方式;

〔4〕非诺依曼体系结构计算机

数据流计算机

多核(芯)处理机的计算机

3、计算机系统的层次结构

〔1〕从软、硬件组成角度划分层次结构

〔2〕从语言功能角度划分的层次结构

虚拟机:

通过软件配置扩充机器功能后,所形成的计算机,实际硬件并不具备相应语言的功能。

第二章数据表示

1、各种码制间的转换及定点小数和定点整数的表示范围

〔1〕原码:

计算规那么:

最高位表示符号位;其余有效值局部以2#的绝对值表示。

如:

〔+1011〕原=01011;〔-1001〕原=11001

注意:

在书面表示中须写出小数点,实际上在计算机中并不表示和存储小数点。

原码的数学定义

假设定点小数原码序列为X0.X1X2...Xn共n+1位数,那么:

X原=X当1>X≥0

X原=1-X=1+|x|当0≥X>-1

假设定点整数原码序列为X0X1X2...Xn共n+1位数,那么:

X原=X当2n>X≥0

X原=2n-X=2n+|x|当0≥X>-2n

说明:

在各种码制〔包括原码〕的表示中需注意表示位数的约定,即不同的位数表示结果不同,如:

 

0的原码有二种表示方式:

整数:

〔+00000〕原=00000,〔-00000〕原=10000

符号位不是数值的一局部,不能直接参与运算,需单独处理。

约定数据位数的目的是约定数据的表示范围,即:

小数:

-1

整数:

-2n

〔2〕反码:

计算规那么:

正数的反码与原码同;负数的反码是原码除最高位〔符号位〕外,各位求反。

如:

正数:

〔+0.1011〕原=〔+0.1011〕反=0.1011;

反码的数学定义

假设定点小数反码序列为X0.X1X2...Xn共n+1位数,那么:

X反=X当1>X≥0

X反=〔2-2-n〕+X当0≥X>-1

假设定点整数反码序列为X0X1X2...Xn共n+1位数,那么:

X反=X当2n>X≥0

X反=〔2n-1〕+X当0≥X>-2n

〔3〕补码:

计算规那么:

正数的补码与原码同;负数的补码是反码的最低加1。

如:

正数:

(+0.1011)原=(+0.1011)反=(+0.1011)补=0.1011;

负数:

 

数学定义

〔X〕补=M+X〔MODM〕

其中:

M表示模,即容器的最大容量。

假设定点小数补码序列为X0.X1X2...Xn共n+1位数,那么M=2;

假设定点整数补码序列为X0X1X2...Xn共n+1位数,那么M=2n+1

2、为什么计算机中数值类型的数据以补码表示

补码的符号位是数值的一局部,可以参与运算。

0的补码表示具有唯一性。

补码的表示范围比原码、反码大。

3、常见寻址方式的特点

〔1〕寻址方式:

获得指令或操作数的方式。

〔2〕指令寻址:

由程序计数提供即将要执行的指令的地址。

〔3〕操作数寻址:

与具体的寻址方式有关。

操作数寻址方式应说明是源操作数还是目标操作数的寻址方式。

4、采用多种寻址方式的目的〔缩短指令长度,扩大寻址空间,提高编程灵活性〕

缩短指令长度,扩大寻址空间,提高编程的灵活性。

5、如何减少指令中地址数的方法

采用隐地址〔隐含约定〕可以简化指令地址结构,即减少指令中的显地址数。

6、外设的编址方式〔在任何一种方式每个外设都有一个独立的地址〕

〔1〕I/O与主存统一编址,即I/O是看作是主存的延伸。

〔2〕I/O与主存单独编址:

I/O编址到设备级,即一个I/O只有一个地址。

I/O编址到存放级,即一个I/O有多个地址。

7、指令系统优化的趋势〔CISC、RISC〕

〔1〕CISC(复杂指令系统计算机)

从编程角度出发,希望指令系统中包含的指令尽可能多,每条指令中的操作信息尽可能多。

该类指令系统一般包含300-500指令。

为提高机器效率,采用了向量化、超标量、超长指令字等技术。

〔2〕指令系统的开展趋势

早期:

面向用户编程,采用CISC技术

现代:

面向系统、向高级语言靠近,采用RISC技术

〔3〕实际上CISC和RISC均是当前的开展(优化)趋势

第三章存储器

1、存储器的按工作原理和存取方式的分类

〔1〕物理原理分类:

A、磁芯B、半导体存储器C、磁外表存储器D、光盘存储器E、其它存储器

〔2〕存取方式的划分:

A、随机存取存储器〔RAM〕B、只读存储器〔ROM〕C、顺序存取存储器〔SAM〕D直接存取存储器〔DAM〕

2、存储器的三级层次结构及各层次的功能

〔1〕主存:

根本要求:

随机访问、工作速度快、具有一定容量;

功能:

存放当前执行的指令和数据。

〔2〕外存:

根本要求:

容量大、本钱低、一定的速度

功能:

长期保存数据;作为主存的外援存储器。

外存也可采用多级存储结构。

〔3〕cache:

根本要求:

速度足够快、一定容量

功能:

CPU与主存的缓冲,匹配主存与CPU的速度。

内容:

是当前主存中最活泼数据的副本。

内容形成的依据:

程序局部性原理:

时间和空间局部性。

3、静态与动态存储器间的区别、动态存储器为什么还需要刷新及刷新有分类

〔1〕根据信息表示方式分为:

动态存储器(DRAM):

以电容中的电荷表示信息,需动态刷新;

静态存储器(SRAM):

以双稳态信息。

〔2〕需动态刷新:

因为动态存储器是依靠电容上的存储电荷暂存信息,而电容上存储的电荷会逐渐减变弱所以需要刷新。

〔3〕刷新的分类:

A、集中刷新B、分散刷新C、异步刷新。

4、校验码:

奇偶、循环校验码〔CRC〕计算

(1)奇/偶校验:

奇/偶校验:

使校验码中“1〞的个数和为奇/偶数,主要用于主存校验。

例:

有效信息:

01101011,那么

奇校验码:

011010110

偶校验码:

011010111

〔2〕循环校验码

A、编码原理:

现假设有:

有效信息:

M;除数G〔生成多项式〕

有:

M/G=Q+R/G

此时,可选择R作为校验位,那么MR即为校验码。

B、校验原理:

〔M-R〕/G=Q+0/G

说明:

以接收到的校验码除以约定的除数,假设余数为0,那么可认为接收到的数据是正确的。

例:

有效信息1101,生成多项式样1011,求循环校验码

解:

有效信息1101(k=4),即M(x)=x3+x2+x0

生成多项式1011(r+1=4,即r=3),即G(x)=x3+x1+x0

M(x)·x3=x6+x5+x3,即1101000〔对1101左移三位〕

M(x)·x3/G(x)=1101000/1011=1111+001/1011

即1010的CRC是:

1101001

循环校验码的来源

余数与出错序号间处理存在对应模式,该模式只与只与码制和生成多项式有关,与具体的码字无关。

生成多项式满足的条件:

任一位发生错误都应使余数不为0;

不同的位发生的错误余数应不同。

用的生成多项式:

CCITT:

G(x)=x16+x15+x2+1

IEEE:

G(x)=x16+x12+x5+1

5、存储器的扩展

(1)位扩展:

例:

2K×4芯片组成2K×8

特点:

(1)片选信号连接在一起,二个芯片分别提供上下位的数据;

(2)芯片的地址线直接与AB按位连接。

(2)字扩展

例:

2K×4芯片组成4K×4

特点:

AB高位地址通过译码形成芯片的片选信号;

AB低位地址通过译码连接芯片的低位地址;

(3)综合扩展

例:

4K×4芯片组成16K×8

6、数据传输率的计算

R=

(单位bps)

7、提高存储性能〔速度、容量〕的措施

A、双端口存储器,B、并行主存系统C、高速缓存D、虚拟存储E、相联存储技术等。

8、高速缓存的功能及替换算法

〔1〕高速缓存的功能:

提供的是cpu与内存的一个缓存。

〔2〕替换算法:

1先进先出算法(FIFO)2近期最少使用算法(LRU)

p命中率=

9、Cache与内存在直接映像方式中怎样将内存地址转换为Cache地址

A、直接映像B、全相联映像C、组相联映像。

10、虚拟存储器的分类

A、页式虚存储器B、段式虚拟存储器C、段页式虚拟存储器。

第四章CPU

1、为什么会产生溢出、及溢出的解决方法、正负溢出的概念

〔1〕产生溢出的原因:

需表示的数据或运算结果超出了正常表示范围

〔2〕溢出的解决方法:

多符号位;

〔3〕正溢出:

两个正数相加而绝对值超出允许的表示范围;

〔4〕负溢出:

两个负数相加而绝对值超出允许的表示范围。

2、补码加减法的依据

X补+Y补=(X+Y)补和X补-Y补=X补+(-Y)补。

3、串行和并行加法的原理

串行加法原理如下:

C1=G1+P1C0;其中C0=0

C2=G2+P2C1

····

Cn=Gn+PnCn-1

∑i=Ai⊕Bi⊕Ci-1

并行加法原理如下:

C1=G1+P1C0

C2=G2+P2C1=G2+P2G1+P2P1C0

C3=G3+P3C2=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0

C4=G4+P4C3

=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0

····

而∑i=Ai⊕Bi⊕Ci-1.

4、一位原码乘法的计算及运算特点

(1)数学原理:

两个原码数相乘,其乘积的符号为相乘两数符号的异或值,数值等于两数绝对值之积。

假设[X]原=X0.X1X2..Xn,

[Y]原=Y0.Y1Y2..Yn,那么有:

[X·Y]原=(X0⊕Y0).[(X1X2..Xn)·(Y1Y2..Yn)]

(2)算法:

假设X=0.X1X2..Xn,Y=0.Y1Y2..Yn,即均为正纯小数

X·Y=X·0.Y1Y2..Yn

=X·〔2-1Y1+2-2Y2+...+2-n+1Yn-1+2-nYn〕

=X·〔2-nYn+2-n+1Yn-1+...+2-2Y2+2-1Y1〕

=(..((0+YnX)2-1+Yn-1X)2-1)+...)+Y2X)2-1)+Y1X)2--1)

根据上述计算过程,可得算法如下:

A0=0

A1=〔A0+YnX)2-1

A2=〔A1+Yn-1X)2-1

...

An-1=〔An-2+Y2X)2-1

An=〔An-1+Y1X)2-1

积X·Y=An

(3)运算特点

符号位和绝对值分别独立运算。

5、主机与外设间的连接方式

〔1〕辐射型〔2〕总线型〔3〕通道型

6、数据传送方式

(1)以打印机为例说明中断方式数据的传输过程

(2)DMA方式的特点及应用

DMA方式的特点:

传送速率快,操作简单;应用:

高速外部设备与主存储器之间的简单批量数据传送。

中断的响应过程、区别中断处理与中断效劳

7、中断的响应过程、区别中断处理与中断效劳

(1)中断的响应过程

①置位中断优先级有效触发器,即关闭同级和低级

中断:

②调用入口地址,断点入栈,

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