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计算机组成原理复习资料
第1章计算机系统概论
1．主机：
由CPU、存储器与I/O接口合在一起构成的处理系统称为主机。
2．CPU：
中央处理器，是计算机的核心部件，由运算器和控制器构成。
3．运算器：
计算机中完成运算功能的部件，由ALU和寄存器构成。
4．ALU：
算术逻辑运算单元，负责执行各种算术运算和逻辑运算。
5．外围设备：
计算机的输入输出设备，包括输入设备，输出设备和外存储设备。
6．数据：
编码形式的各种信息，在计算机中作为程序的操作对象。
7．指令：
是一种经过编码的操作命令，它指定需要进行的操作，支配计算机中的信息传递以及主机与输入输出设备之间的信息传递，是构成计算机软件的基本元素。
8．透明：
在计算机中，从某个角度看不到的特性称该特性是透明的。
9．位：
计算机中的一个二进制数据代码，计算机中数据的最小表示单位。
10．字：
数据运算和存储的单位，其位数取决于具体的计算机。
11．字节：
衡量数据量以及存储容量的基本单位。
1字节等于8位二进制信息。
12．字长：
一个数据字中包含的位数，反应了计算机并行计算的能力。
一般为8位、16位、32位或64位。
13．地址：
给主存器中不同的存储位置指定的一个二进制编号。
14．存储器：
计算机中存储程序和数据的部件，分为内存和外存。
15．总线：
计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合，包括数据总线．地址总线和控制总线。
16．硬件：
由物理元器件构成的系统，计算机硬件是一个能够执行指令的设备。
17．软件：
由程序构成的系统，分为系统软件和应用软件。
18．兼容：
计算机部件的通用性。
19．软件兼容：
一个计算机系统上的软件能在另一个计算机系统上运行，并得到相同的结果，则称这两个计算机系统是软件兼容的。
20．程序：
完成某种功能的指令序列。
21．寄存器：
是运算器中若干个临时存放数据的部件，由触发器构成，用于存储最频繁使用的数据。
22．容量：
是衡量容纳信息能力的指标。
23．主存：
一般采用半导体存储器件实现，速度较高．成本高且当电源断开时存储器的内容会丢失。
24．辅存：
一般通过输入输出部件连接到主存储器的外围设备，成本低，存储时间长。
25．操作系统：
主要的系统软件，控制其它程序的运行，管理系统资源并且为用户提供操作界面。
26．汇编程序：
将汇编语言程序翻译成机器语言程序的计算机软件。
27．汇编语言：
采用文字方式（助记符）表示的程序设计语言，其中大部分指令和机器语言中的指令一一对应，但不能被计算机的硬件直接识别。
28．编译程序：
将高级语言程序转换成机器语言程序的计算机软件。
29．解释程序：
解释执行高级语言程序的计算机软件，解释并立即执行源程序的语句。
30．系统软件：
计算机系统的一部分，进行命令解释、操作管理、系统维护、网络通信、软件开发和输入输出管理的软件，与具体的应用领域无关。
31．应用软件：
完成应用功能的软件，专门为解决某个应用领域中的具体任务而编写。
32．指令流：
在计算机的存储器与CPU之间形成的不断传递的指令序列。
从存储器流向控制器。
33．数据流：
在计算机的存储器与CPU之间形成的不断传递的数据序列。
存在于运算器与存储器以及输入输出设备之间。
34．接口：
计算机主机与外围设备之间传递数据与控制信息的电路。
计算机可以与多种不同的外围设备连接，因而需要有多种不同的输入输出接口。
第2章数据编码和数据运算
1．原码：
带符号数据表示方法之一，一个符号位表示数据的正负，0代表正号，1代表负号，其余的代表数据的绝对值。
2．补码：
带符号数据表示方法之一，正数的补码与原码相同，负数的补码是将二进制位按位取反后在最低位上加1。
3．反码：
带符号数据的表示方法之一，正数的反码与原码相同，负数的反码是将二进制位按位取反。
4．阶码：
在浮点数据编码中，表示小数点的位置的代码。
5．尾数：
在浮点数据编码中，表示数据有效值的代码。
6．机器零：
在浮点数据编码中，阶码和尾数都全为0时代表的0值。
7．上溢：
指数的绝对值太大，以至大于数据编码所能表示的数据范围。
8．下溢：
指数的绝对值太小，以至小于数据编码所能表示的数据范围。
9．规格化数：
在浮点数据编码中，为使浮点数具有唯一的表示方式所作的规定，规定尾数部分用纯小数形式给出，而且尾数的绝对值应大于1/R，即小数点后的第一位不为零。
10．Booth算法：
一种带符号数乘法，它采用相加和相减的操作计算补码数据的乘积。
11．海明距离：
在信息编码中，两个合法代码对应位上编码不同的位数。
12．冯·诺依曼舍入法：
浮点数据的一种舍入方法，在截去多余位时，将剩下数据的最低位置1。
13．检错码：
能够发现某些错误或具有自动纠错能力的数据编码。
14．纠错码：
能够发现某些错误并且具有自动纠错能力的数据编码。
15．奇校验码：
让编码组代码中1的个数为奇数，违反此规律为校验错。
16．海明码：
一种常见的纠错码，能检测出两位错误，并能纠正一位错误。
17．循环码：
一种纠错码，其合法码字移动任意位后的结果仍然是一个合法码字。
18．桶形移位器：
可将输入的数据向左、向右移动1位或多位的移位电路。
一般题型：
（1）十进制转换为二进制
方法：
整数部分除2取余，小数部分乘2取整。
（2）二进制转换为八进制
方法：
以小数点为界，整数部分从右向左每三位分为一组，最左端不够三位补零；小数部分从左向右每三位分为一组，最右端不够三位补零；最后将每小组转换位一位八进制数。
（3）二进制转换为十六进制
方法：
以小数点为界，整数部分从右向左每四位分为一组，最左端不够四位补零；小数部分从左向右每四位分为一组，最右端不够四位补零；最后将每小组转换位一位十六进制数。
第3章存储系统
一、名词解释：
历年真题：
（2001年）2．DRAM：
动态随机访问存储器，利用电容电荷存储信息。
（2001年）6．逻辑地址：
程序员编程所用的地址以及CPU通过指令访问主存时所产生的地址。
（2001年）10．随机存取方式：
可按地址访问存储器任一编址单元，其访问时间相同且与地址无关。
重点名词解释：
1．RAM：
随机访问存储器，能够快速方便的访问地址中的内容，访问的速度与存储位置无关。
2．ROM：
只读存储器，一种只能读取数据不能写入数据的存储器。
3．SRAM：
静态随机访问存储器，采用双稳态电路存储信息。
4．DRAM：
动态随机访问存储器，利用电容电荷存储信息。
5．EDODRAM：
增强数据输出动态随机访问存储，采用快速页面访问模式并增加了一个数据锁存器以提高数据传输速率。
6．PROM：
可编程的ROM，可以被用户编程一次。
7．EPROM：
可擦写可编程的ROM，可以被用户编程多次。
靠紫外线激发浮置栅上的电荷以达到擦除的目的。
8．EEPROM：
电可擦写可编程的ROM，能够用电子的方法擦除其中的内容。
9．SDRAM：
同步型动态随机访问存储器，在系统时钟控制下进行数据的读写。
10．快闪存储器：
一种非挥发性存储器，与EEPROM类似，能够用电子的方法擦除其中的内容。
11．相联存储器：
一种按内容访问的存储器，每个存储单元有匹配电路，可用于是cache中查找数据。
12．多体交叉存储器：
由多个相互独立、容量相同的存储体构成的存储器，每个存储体独立工作，读写操作重叠进行。
13．访存局部性：
CPU的一种存取特性，对存储空间的90%的访问局限于存储空间的10%的区域中，而另外10%的访问则分布在90%的区域中。
14．直接映象：
cache的一种地址映象方式，一个主存块只能映象到cache中的唯一一个指定块。
15．全相联映象：
cache的一种地址映象方式，一个主存块可映象到任何cache块。
16．组相联映象：
cache的一种地址映象方式，将存储空间分成若干组，各组之间用直接映象，组内各块之间用全相联映象。
17．全写法（写直达法）：
cache命中时的一种更新策略，写操作时将数据既写入cache又写入主存，但块变更时不需要将调出的块写回主存。
18．写回法：
cache命中时的一种更新策略，写cache时不写主存，而当cache数据被替换出去时才写回主存。
19．按写分配：
cache不命中时的一种更新策略，写操作时把对应的数据块从主存调入cache。
20．不按写分配：
cache不命中时的一种更新策略，写操作时该地址的数据块不从主存调入cache。
一般写回法采用按写分配法，写直达法则采用不按写分配法。
21．虚拟存储器：
为了扩大容量，把辅存当作主存使用，所需要的程序和数据由辅助的软件和硬件自动地调入主存，对用户来说，好像机器有一个容量很大的内存，这个扩大了的存储空间称为虚拟存储器
22．层次化存储体系：
把各种不同存储容量、不同访问速度、不同成本的存储器件按层次构成多层的存储器，并通过软硬件的管理将其组成统一的整体，使所存储的程序和数据按层次分布在各种存储器件中。
23．访问时间：
从启动访问存储器操作到操作完成的时间。
24．访问周期时间：
从一次访问存储的操作到操作完成后可启动下一次操作的时间。
25．带宽：
存储器在连续访问时的数据吞吐率。
26．段式管理：
一种虚拟存储器的管理方式，把虚拟存储空间分成段，段的长度可以任意设定，并可以放大或缩小。
27．页式管理：
一种虚拟存储器的管理方式，把虚拟存储空间和实际存储空间等分成固定容量的页，需要时装入内存，各页可装入主存中不同的实际页面位置。
28．段页式管理：
一种虚拟存储器的管理方式，将存储空间逻辑模块分成段，每段又分成若干页。
29．固件：
固化在硬件中的固定不变的常用软件。
30．逻辑地址：
程序员编程所用的地址以及CPU通过指令访问主存时所产生的地址。
31．物理地址：
实际的主存储器的地址称为“真实地址”。
需要熟悉的题目：
1、主存与CACHE之间的映象方式：
有直接映象、全相联印象、组相联印象三种。
直接映象是指主存储器中的每个块只能够映象到CACHE中唯一一个指定块的地址映象方式。
全相联映象是指每个主存块都能够映象到任一CACHE块的地址映象方式。
组相联印象是直接映象和全相联映象两种方式的结合，它将存储空间分成若干组，在组间直接映象方式，而在组内使用全相联印象方式。
2、CACHE的替换策略：
随机法是用一个随机数产生器产生一个随机的替换块号；先进先出法是替换最早调入的存储单元；近期最少用法替换近期最少使用的存储。
3、CACHE的更新策略：
写操作CACHE命中时，CACHE更新策略有两种：
①写直达法：
将内容同时写入CACHE和主存。
②写回法：
将内容只写入CACHE，当CACHE数据被替换出去才写回主存。
写操作CACHE不命中时，更新策略有两种：
①按写分配法：
当CACHE不命中时将该地址对应的块从主存调入CACHE。
②当CACHE不命中时将该地址对应的块不从主存调入CACHE。
4、虚拟存储器的管理方式：
页式虚拟存储器是把虚拟存储空间和实际存储空间等分成固定容量的页，各虚拟页可装入中不同的实际页面位置；段式虚拟存储器是将主存按段分配，段长度不固定，由OS为程序分配各段；段页式是前两种的结合，它将存储空间按逻辑模块分段再分成若干页通过段表和页表进行访存。
5、提高存储器工作速度的技术主要有芯片技术和结构技术。
【答案】：
芯片技术：
（1）快速页式动态存储器（FPMDRAM）存储器的下一次访问可以利用上一次访问的行地址，这样就可以减少两次输入地址带来的访问延迟。
（2）增强数据输出存储器（EDODRAM）与FPMDRAM相似，增加了一个数据锁存器，并采用不同的控制逻辑连接到芯片的数据驱动电路中以提高数据传输速率。
（3）同步型动态存储器芯片（SDRAM），芯片在系统时钟控制下进行数据的读出与写入。
（4）相联存储器是一种按内容访问的存储器，每个存储单元有匹配电路，可用于cache中查找数据，整个存储器阵列同时进行数据的匹配操作。
结构技术：
（1）增加存储器的数据宽度：
将存储器的位宽展到多个字的宽度以增加同时访问的数据量，从而提高数据访问的吞吐率。
（2）采用多体交叉存储器：
由多个相互独立、容量相同的存储体构成的存储器，每个存储体独立工作，读写操作重叠进行，从而提高数据访问的速度。
6、虚拟存储器中，页面的大小不能太小，也不能太大，为什么？
【答案】：
虚拟存储器中，页面如果太小，虚拟存储器中包贪的页面个数就会过多，使得页表的体积过大，页表本身占据的存储空间过大，操作速度将变慢；当页面太大时，虚拟存储器中的页面个数会变少，由于主存的容量比虚拟存储器的容量少，主存中的页面个数会更少，每一次页面装入的时间会变长，每当需要装入新的页面时，速度会变慢。
所以在虚拟存储器中如果页面的大小太大或太小，都会影响访存速度。
第4章指令系统
一、名词解释：
历年真题：
2001年
3．堆栈：
数据的写入写出不需要地址，按先进后出的顺序读取数据的存储区。
4．立即寻址方式：
操作数直接在指令中给出。
重点名词解释：
1．指令系统：
计算机中各种指令的集合，它反映了计算机硬件具备的基本功能。
2．计算机指令：
计算机硬件能识别并能直接执行操作的命令，描述一个基本操作。
3．指令编码：
将指令分成操作码和操作数地址码的几个字段来编码。
4．指令格式：
指定指令字段的个数，字段编码的位数和编码的方式。
5．立即数：
在指令中直接给出的操作数。
6．指令字长度：
一个指令字所占有的位数。
7．助记符：
用容易记忆的符号来表示指令中的操作码和操作数。
8．汇编语言：
采用文字方式（助记符）表示的程序设计语言，其中大部分指令和机器语言中的指令一一对应，但是不能被计算机的硬件直接识别。
9．伪指令：
汇编语言程序所提供的装入内存中的位置信息，表示程序段和数据段开始信息及结束信息等。
且不转换成2进制机器指令。
10．大数端：
当一个数据元素的位数超过一个字节或者一个字的宽度，需存储在相邻的多个字节的存储位置时，将数据的最低字节存储在最大地址位置的存储方式。
11．小数端：
当一个数据元素的位数超过一个字节或者一个字的宽度，需存储在相邻的多个字节的存储位置时，将数据的最低字节存储在最小地址位置的存储方式。
12．操作数寻址方式：
指令中地址码的内容及编码方式。
13．系统指令：
改变计算机系统的工作状态的指令。
14．特权指令：
改变执行特权的指令，用于操作系统对系统资源的控制。
15．自陷指令：
特殊的处理程序，又叫中断指令。
16．寻址方式：
对指令的地址码进行编码，以得到操作数在存储器中的地址的方式。
17．相对转移：
转移到的目标指令的地址与当前指令的地址有关，是用当前指令的PC与一个偏移量相加，和为目标指令的PC。
18．绝对转移：
转移到的目标指令的地址与当前指令的地址无关，指令中给定的目标地址即为目标指令的PC。
19．无条件转移：
一种转移指令类型，不管状态如何，一律进行转移操作。
20．条件转移：
一种转移指令类型，根据计算机中的状态决定是否转移。
21．RISC：
精简指令系统计算机，即指令系统中的指令数量少，且指令功能相对简单。
22．CISC：
复杂指令系统计算机，即指令系统中的指令数量多，且指令功能相对较强。
23．堆栈：
数据的写入写出不需要地址，按先进后出的顺序读取数据的存储区。
下面一些知识也要求大家了解
数据的寻址方式：
（1）隐含寻址：
在指令中不指出操作数地址，根据指令的操作码可判定操作数的存储位置，即操作数的地址隐含在操作码中。
例：
POP出栈
（2）立即数寻址：
操作数直接在指令中给出。
例：
ADD#3累加器加3
（3）寄存器寻址：
指令的操作码是一个寄存器号，操作数在这个寄存器中。
例：
ADDR1，R2，R3。
R2中的内容和R3中的内容相加后，结果送R1。
（4）直接寻址：
操作数直接在指令中给出。
例：
ADDR1，1000存储单元1000中的内容和R1中的内容相加后，结果送R1。
（5）寄存器间接寻址：
操作数的地址在寄存器中，其寄存器号在指令中给出。
例：
ADDR1，（R2）R2中放的是一个操作数的地址。
（6）存储器间接寻址：
操作数的地址在主存储器中，其存储器地址在指令中给出。
例：
ADDR1，（1000）存储单元1000中放的是一个操作数的地址。
（7）相对寻址：
操作数的地址是程序计数器PC的值加上偏移量形成的，这个偏移量在指令中给出。
是一种特殊的变址寻址方式，偏移量用补码表示，可正可负。
相对寻址可用较短的地址码访问内存。
例：
ADDR1，100（PC）PC的内容加上100是操作数的地址。
（8）基址寻址：
是由基址寄存器提供基准地址、指令提供偏移量；此寻址方式面向系统，对由逻辑地址空间到物理地址空间的变换提供支持，用以解决程序在存储器中再定位和扩大寻址空间等问题。
（9）变址寻址：
是由指令提供基准地址、变址寄存器提供偏移量；此寻址方式面向用户，常用于访问字符串、向量数据结构和循环程序设计。
转子指令行过程：
①将下一条指令的地址（PC的值）存放在一个临时存储位置，以便于子程序返回时取出这个地址，继续执行下一条指令；②将子程序的起始地址装入PC中，这样取指令时将读取子程序中的指令。
子程序的最后一条指令一般是一条返回指令，它将存放在临时存储位置的指令地址取出，放回PC，这样程序就返回原程序了。
第5章控制嚣
一、名词解释：
历年真题：
（2001年）6．逻辑地址：
程序员编程所用的地址以及CPU通过指令访问主存时所产生的地址。
与内存物理地址无固定对应关系的地址。
（2001年）7．微程序控制器：
将执行指令所需要的微命令以代码形式编成微指令序列（微程序），存入一个控制存储器，需要时从该存储器中读取。
按这种方式工作的控制器为微程序控制器。
（2002年）3．控制存储器（CPU内的）：
CPU内用于存放实现指令系统全部指令的微程序的只读存储器称为控制存储器。
（2004年）20．垂直型微指令：
一种微指令类型，设置微操作码字段，采用微操作码编码法，由微操作码规定微指令的功能。
（2005年）23．微程序控制器：
将执行指令所需要的微命令以代码形式编成微指令序列（微程序），存入一个控制存储器，需要时从该存储器中读取。
按这种方式工作的控制器为微程序控制器。
重点名词解释：
1．指令周期：
从一条指令的启动到下一条指令的启动的间隔时间。
2．机器周期：
指令执行中每一步操作所需的时间。
3．指令仿真：
通过改变微程序实现不同机器指令系统的方式，使得在一种计算机上可以运行另一种计算机上的指令代码。
4．指令模拟：
在一种计算机上用软件来解释执行另一种计算机的指令。
5．硬连线逻辑：
一种控制器逻辑，用一个时序电路产生时间控制信号，采用组合逻辑电路实现各种控制功能。
6．微程序：
存储在控制存储中的完成指令功能的程序，由微指令组成。
7．微指令：
控制器存储的控制代码，分为操作控制部分和顺序控制部分。
8．微操作：
在微程序控制器中，执行部件接受微指令后所进行的操作。
9．微地址：
微每时令在控制存储器中的存储地址。
10．控制存储器：
CPU内用于存放实现指令系统全部指令的微程序的只读存储器称为控制存储器。
11．相容性微操作：
在同时或同一个CPU周期内可以并行执行的微操作。
12．相斥性微操作：
不能在同时或不能在同一个CPU周期内并行执行的微操作。
考试的两个重点：
一个是硬连线控制器的有关知识，另一个是微程序控制器有关内容。
这两方面大家一定重点掌握。
下面一些知识也要求大家了解
微程序控制器的构成：
控制存储器、微指令寄存器μIR、微地址寄存器μAR、地址转移逻辑等。
微指令控制字编码的方式：
微指令编码的3种方式分别是：
直接表示法、编码表示法、混合表示法。
直接表示法是将每个控制信号都作为微指令中的一个位。
这种方法的特点是简单直观，其输出直接用于控制，但编码效率低。
编码表示法是将微指令进行分组编码，将不同时出现的相斥信号分在一个组中，然后将其编码成较短的代码。
这种方法减少了控制存储器所需要的存储器的代码的数量，但是编码的指令代码需要译码器译码，增加了控制信号的延迟，影响CPU的工作频率。
混合表示法是把直接表示法与编码方法相结合使用，即采用部分直接表示部分编码的方法，将一些速度要求较高，或与其他控制信号都相容的控制信号以直接方式表示，而将剩余信号以编码方式。
混合表示法便于综合考虑指令字长、灵活性和执行速度方面的要素。
微地址的形成方法：
（微指令中顺序控制字段的编码）微地址的形成方法有三种方式：
计数器方式、断定方式和结合方式。
计数器方式，又称增量方式。
用微程序计数器μPC来产生指令的微地址，将微程序中的各条微指令按顺序安排在控制存储器中，后继地址由现行微地址加上一个增量形成。
断定方式，根据机器状态决定下一条微指令的地址，下一条微指令的地址包含在当前微指令的代码中。
结合方式，是将计数器方式和断定方式相结合。
中央处理器的基本功能：
计算机的中央处理器（CPU）具有以下4个方面的基本功能：
（1）指令控制，即对程序运行的控制；
（2）操作控制，即对指令内操作步骤的控制；
（3）数据运算，即对数据进行算术运算和逻辑运算，这是CPU的最基本功能；
（4）异常处理和中断处理，如处理运算中的溢出等错误情况以及处理外部设备的服务请求等。
此外，CPU还具有存储管理、总线管理、电源管理等扩展功能
第6章总线系统
一、名词解释：
历年真题：
（2001年）5．总线：
计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合，包括数据总线、地址总线和控制总线。
（2001年）8．同步通信方式：
采用这种方式的总线传输中，所有的设备都从一个公共的时钟信号中获得定时信息。
（2002年）4．主设备：
获得总线控制权的设备。
（2003年）19．猝发数据传输方式：
在一个总线周期内传输存储地址连续的多个数据字的总线传输方式。
（2004年）16．总线的同步通信方式：
采用这种方式的总线传输中，所有的设备都从一个公共的时钟信号中获得定时信息。
（2005年）24．总线从设备：
被主设备访问的设备。
重点名词解释：
1、猝发转输方式：
在一个总线周期内传输存储地址连续的多个数据字的总线传输方式。
2、四边沿协议（全互锁）：
全互锁的总线通信异步方式，就绪信号和应答信号的上升边沿和下降边沿都是触发边沿。
3、码元：
信息传输通道中，携带数据信息的信号单元。
4、波特率：
码元传输速率，每秒通过信道传输的码元数。
（传的是信号）
5、比特率：
信息位传输速率，每秒钟通过信道传输的有效信息量。
（传的是信息）
6、UART：
通用异步接收器/发送器，一种典型的集成电路异步串行接口电路。
7、主设备：
获得总线控制权的设备。
8、从设备：
被主设备访问的设备。
9、总线事务：
从总线的请求到完成总线的使用的操作序列。
10、总线协议：
总线通信同步方式规则，规定实现总线数据传输的定时规
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