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计算机组成原理第一章计算机系统概论1.概念：存储单元，存储字长,存储容量P17，机器字长P17,指令字长（P19—1.7)2.什么是指令？3.P8，冯诺依曼计算机特点，计算机结构框图，图1。
7.（P19—1。
5)第二章计算机发展及应用1。
什么是摩尔定律?第3章系统总线1．总线的概念P412．总线的分类，系统总线分类?通信总线分类？3．了解总线结构,尤其是双总线和三总线（P53）4．总线控制（重点）P57（1）总线判优控制：集中式,分布式，特点是什么呢？集中式控制：●链式查询,计数器定时查询，独立请求方式；●分别采用怎样的控制方式?（2)总线通信控制(P59）●什么是总线周期？可以分为哪些阶段？●申请分配阶段，寻址阶段,传数阶段，结束阶段各自有哪些功能？●总线通信控制的主要功能:解决通信双方如何获知传输开始和传输结束,以及通信双方如何协调，如何配合的问题。
●四种通信方式：同步通信，异步通信,半同步通信和分离式通信。
●同步通信特点？●异步通信特点？根据应答方式的不同进行分类：不互锁方式，半互锁方式，全互锁方式.●例题:3。
2, 例题3.35课后题3.2, 3.4 3。
5 3。
6 3。
7 3。
13 3.14 3.16第4章存储器1了解主存的基本组成P722。
了解主存存储单元地址分配, 存储字长:一个存储单元存放一串二进制代码的位数。
P73 3。
概念:存储容量,存储速度，存取时间，存取周期, 存储器带宽。
4. 动态RAM的三种刷新方式：P86●集中刷新●分散刷新●异步刷新5存储器容量的扩展方式：位扩展，字扩展,位字扩展P916存储器与CPU连接（设计题）P93 例题4。
17存储器校验：汉明码校验方法P100 例题4。
4 例题4.58 Cache—主存地址映射方式: 直接映射，全相联映射、组相连映射，各自特点，例题4.8，例题4.99替换策略: 先进先出算法，近期最少用算法，随即算法10. 辅助存储器章节的概念：磁表面存储器主要技术指标：记录密度,存储容量，平均寻址时间，数据传输率,误码率P12511 循环冗余校验码CRC编码P145 例题4。
8.2课后习题详解1．CPU有哪些功能？画出其结构框图并简要说明每个部件的作用。
答：CPU功能：CPU具有控制程序的顺序执行、产生完成每条指令所需的控制命令、控制各种操作的执行时间、对数据进行算术和逻辑运算以及处理中断等功能，其框图如图8-5所示。
图8-5图中寄存器包括专用寄存器（如程序计数器、指令寄存器、堆栈指示器、存储器地址寄存器、存储器数据寄存器、状态寄存器等）以及通用寄存器（存放操作数）；CU产生各种微操作命令序列；ALU完成算术和逻辑运算；中断系统用于处理各种中断。
2．什么是指令周期？指令周期是否有一个固定值？为什么？答：指令周期是CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间，也即CPU完成一条指令的时间。
操作指令又可以分为：取指，分析，执行指令。
取指阶段完成取指令和分析指令的操作，又称取指周期；执行阶段完成执行指令的操作，又称执行周期。
指令周期=取指周期+执行周期。
因为各种指令操作功能不同，所以各种指令的指令周期也不同，指令周期的长度主要受到指令在执行阶段的访存次数和执行阶段需要完成的操作的影响。
如图8-6所示，各种指令周期的比较结果表明指令周期没有固定值。
图8-6各种指令周期的比较3．画出指令周期的流程图，分别说明图中每个子周期的作用。
答：指令周期图如图8-7所示：取指周期完成取指令和分析指令的操作；间址周期用于取操作数的有效地址；执行周期完成执行指令的操作；中断周期是当CPU响应中断时，由中断隐指令完成保护程序断点、硬件关中断和向量地址送PC（硬件向量法）的操作。
图8-74．设CPU内有这些部件：PC、IR、SP、AC、MAR、MDR和CU。
（1）画出完成间接寻址的取数指令“LDA @X”（将主存某地址单元的内容取至AC 中）的数据流（从取指令开始）。
（2）画出中断周期的数据流。
答：CPU数据流向与所采用的数据通路结构直接相关，不同的数据通路中的数据流是不一样的。
通常用的数据通路结构方法有直接连接、单总线、双总线、三总线等形式。
计算机体系结构与组成原理计算机体系结构与组成原理讨论了计算机系统的基本原理、组成结构和相互关系。
它研究了计算机的硬件和软件组件，并介绍了计算机如何执行指令以及数据在计算机内部的处理方式。
本文将从计算机体系结构和计算机组成原理两个方面来探讨这一主题。
一、计算机体系结构计算机体系结构是指计算机硬件和操作系统之间的接口关系。
它定义了计算机的结构、功能和性能特征，包括内存、输入输出设备和处理器等组件。
计算机体系结构的设计决定了计算机系统的可扩展性和性能。
1. 冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是一种广泛应用的计算机体系结构，是由冯·诺依曼于1945年提出的。
它包括了一个存储器、一个运算器、一个控制器、输入设备和输出设备等组件。
其中存储器用于存储数据和指令，运算器用于执行算术和逻辑运算，控制器用于指挥各个组件的操作。
2. 硬件层次结构计算机体系结构还可以按照硬件的层次结构进行分类。
常见的硬件层次结构包括计算机系统、总线、处理器和存储器等。
计算机系统是最高层次的硬件，它由多个处理器和存储器组成，并通过总线进行连接。
二、计算机组成原理计算机组成原理研究了计算机硬件的内部结构和功能，包括处理器、存储器、输入输出设备等。
它关注计算机内部数据的存储、传输和处理方式。
1. 处理器处理器是计算机的核心组件，负责执行指令和处理数据。
它由控制器和算术逻辑单元组成。
控制器用于解析和执行指令，算术逻辑单元用于执行算术和逻辑运算。
2. 存储器存储器用于存储计算机内部的数据和指令。
根据存取方式的不同，存储器可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM用于临时存储数据和程序，而ROM则用于存储固定的指令和数据。
3. 输入输出设备输入输出设备用于将数据和指令传递给计算机系统，或将计算结果输出到外部设备。
常见的输入输出设备包括键盘、鼠标、显示器和打印机等。
三、计算机体系结构与组成原理的关系计算机体系结构和组成原理是相互关联的，在计算机系统设计和优化过程中起着重要作用。
计算机组成原理（考研期末）知识点总结(一)存储系统1.存储器的基本概念●分类●作用（层次）：CACHE 主存辅存●存储介质：磁半导体光●存取方式●随机存取：RAM ROM●串行访问●顺序存取：磁带●直接存取：磁盘●信息可保存性－－易失性破坏性读出非●性能指标●存储容量字●单位成本每位成本●存储速度（数据传输率主存带宽）●层次化结构●Cache－主存层次：硬件实现，解决速度不匹配问题●主存－辅存层次：硬件+操作系统实现，解决容量问题，逐渐形成虚拟存储系统2.半导体存储器●存储器芯片的基本结构●译码驱动电路(译码器：扩充容量)●存储矩阵●读写电路●地址线，数据线，片选线，读写控制线●半导体存储器RAM（易失性存储器）●SRAM：触发器存储信息，速度快成本高集成度低，用于高速缓存●DRAM：电容存储信息，需要刷新，速度慢成本低，集成度高，用于主存SDRAM●DRAM的刷新：集中刷新，分散刷新，●异步刷新●不需要CPU控制●行为单位，仅需要行地址●存储器中所有芯片同时刷新●RAM的读写周期●ROM（非易失性存储器）●特点：结构简单，位密度比RAM高，非易失性，可靠性高●类型：MROM，PROM，EPPROM，FLASH MEMORY，SSD3.存储器与CPU的协同工作（提高存储系统的工作速度）●主存与CPU的连接●字扩展●位扩展●线选法●译码片选法●译码器的使用●分析地址空间●字位同时扩展●选择存储器芯片●与CPU进行连接●双口RAM和多模块存储器●多模块存储器●单体多字●多体并行●低位交叉编址●高位交叉编址●双端口RAM●高速缓冲存储器●CACHE局部性原理和性能分析●局部性原理●空间局部性●时间局部性●性能分析●命中率和失效率●CACHE----主存体系的平均访问时间●CACHE工作原理●地址映射方式●全相联●直接相联●组相联●替换算法●RAND随机●FIFO先入先出●LRU最近最少使用●LFU最不经常使用●写策略●命中●全写法●写回法●不命中●写分配法●非写分配法●虚拟存储器（主存和辅存共同构成）（增加存储系统的容量）●基本概念：虚地址（逻辑地址）映射到实地址（物理地址）●解决问题：进程并发问题和内存不够用问题●类型●页式●段式●段页式●虚实地址转换（提高速度）●快表TLB●慢表Page(二)指令系统1.指令格式●操作码和地址码组成一条指令●操作码●定长操作码和扩展操作码●操作码类型2.指令寻址方式●指令寻址（通过PC）●顺序寻址●跳跃寻址●数据寻址●隐含寻址●立即寻址：给寄存器赋初值●直接寻址●间接寻址：扩大寻址范围，便于编制程序●寄存器寻址：指令执行速度更快●寄存器间接寻址●偏移寻址（各寄存器内容+形式地址）：基址寻址，变址寻址（处理数组，编制循环程序），相对寻址●堆栈寻址3.CISC和RISC●CISC复杂指令系统计算机（用微程序控制器）●更多更复杂，一般为微程序控制，用于计算机系统●RISC精简指令系统计算机（用硬布线控制器）●指令数目少，字长固定，寻址方式少，寄存器数量多，一般为组合逻辑控制，用于手机(三)中央处理器1.CPU的功能和基本结构●CPU的功能：指令控制，操作控制，时间控制，数据加工，中断处理●运算器●功能：对数据进行加工●基本结构：●算术逻辑单元ALU●暂存寄存器●通用寄存器组●累加寄存器ACC●程序状态字寄存器PSW●移位器，计数器●控制器●功能：取指令，分析指令，执行指令●控制器的基本结构●程序计数器PC●指令寄存器IR●指令译码器，时序系统，微操作信号发生器●存储器地址寄存器MAR●存储器数据寄存器MDR●数据通路的基本结构●专用通路●内部总线2.指令执行过程●指令周期●构成：机器周期、CPU周期——CPU时钟周期、节拍●类型：取指周期，间址周期，执行周期，中短周期●标志触发器FE,IND,EX,INT：区别工作周期●数据流●取指周期：根据PC取出指令代码存放在IR●间址周期：根据IR中指令地址码取出操作数的有效地址●执行周期：根据指令字的操作码和操作数进行相应操作●中断周期：保存断点，送中断向量，处理中断请求●执行方案●单指令周期：串行，指令相同执行时间●多指令周期：串行，指令不同执行时间●流水线方案：隔一段时间启动一条指令，多条指令处于不同阶段，同事并行处理3.数据通路的功能和基本结构（连接路径）●CPU内部总线●单总线●多总线●专用数据通路：多路选择器和三态门●了解各阶段微操作序列和控制信号4.控制器的功能和工作原理●控制器的结构和功能●计算机硬件系统连接关系●控制器的功能：取指令，分析指令，执行指令●控制器的输入和输出●硬布线控制器●硬布线控制单元图：组合逻辑电路+触发器●设计步骤（了解）●分析每个阶段的微操作序列●选择CPU的控制方式●安排微操作序列●电路设计●微程序控制器●基本结构●微地址形成部件●微地址寄存器CMAR●控制存储器CM●微指令寄存器CMDR●微指令的格式●水平型：并行操作●字段直接编码方式●直接编码方式●字段间接编码方式●垂直型：类似机器指令●微指令的地址形成方式●下地址字段指出：断定方式●根据机器指令的操作码形成●基本概念●微命令和微操作●微指令和微周期●主存储器和控制存储器●程序和微程序●寄存器：MAR和CMAR，IR和CMDR●硬布线和微程序的比较（微操作控制信号的实现形式）5.指令流水线●指令流水线的概念●指令执行过程划分为不同阶段，占用不同的资源，就能使多条指令同时执行●表示方法●指令流程图：分析影响流水线的因素●时空图：分析性能●性能指标●吞吐率TP●加速比S●效率E●影响流水线的因素●结构相关（资源冲突）●数据相关（数据冲突）●控制相关（控制冲突）●流水线的分类●按使用级别：部件功能级，处理机级，处理机间●按完成功能：单功能，多功能●按连接方式：动态，静态●按有无反馈信号：线性，非线性●多发技术●超标量流水线技术●超流水线技术●超长指令字技术(四)总线1.总线概念和分类●定义：一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路●分类●按数据传输格式●串行，并行●按功能●片内总线●系统总线●数据总线，地址总线，控制总线●通信总线●按时序控制方式●同步，异步●总线结构●单总线结构——系统总线●双总线结构（通道）●主存总线●IO总线●三总线结构●主存总线●IO总线●DMA总线2.总线的性能指标●总线传输周期（总线周期）●总线带宽●总线宽度（位宽）●总线复用：一种信号线传输不同信息3.总线仲裁●集中仲裁方式●链式查询方式●计数器定时查询方式●独立请求方式●分布仲裁方式4.总线操作和定时●总线传输的四个阶段●申请分配阶段●传输请求●总线仲裁●寻址阶段●传输阶段●结束阶段●定时●同步定时方式（同步通信）●异步定时方式（异步通信）●不互锁●半互锁●全互锁●半同步通信●分离式通信5.总线标准(五)IO系统1.IO系统基本概念●演变过程●早期：分散连接，CUP与IO串行，程序查询方式●接口模块和DMA阶段：总线连接，cpu与io并行，中断方式及DMA方式●具有IO通信结构的阶段●具有IO处理机的阶段●IO系统的基本组成●IO软件——IO指令和通道指令●IO硬件——外设，设备控制器和接口，IO总线等●IO方式简介●程序查询方式：IO与CPU串行，CPU有“踏步等待”现象（由程序控制）●程序中断方式：IO准备数据时CPU继续工作，在指令执行结束时响应中断（由程序控制）●DMA方式：主存与IO交换信息时由DMA控制器控制，在存取周期结束时响应DMA请求（由硬件控制）●通道方式：通过IO指令启动通道，通道程序放在主存中（由硬件控制）2.外部设备●输入设备——键盘，鼠标●输出设备●显示器●分类●阴极射线管（CRT）●液晶（LCD）●发光二极管（LED）●参数●屏幕大小，分辨率，灰度级，刷新频率●显示存储器（VRAM）●容量=分辨率*灰度级位数●带宽=容量*帧频●打印机●外存储器●磁盘存储器●组成●存储区域：磁头，柱面，扇区●硬盘存储器：磁盘驱动器，磁盘控制器，盘片●工作过程：寻址，读盘，写盘对应的控制字，串行读写●性能指标●容量●记录密度●平均存取时间●数据传输率●磁盘阵列RAID——利用磁盘廉价的特点提高存储性能，可靠性和安全性●光盘存储器●固态硬盘SSD——采用FLASH Memory记录数据3.IO接口●主要功能●设备选址功能：地址译码和设备选择●传送命令●传送数据：实现数据缓冲和格式转换●反应IO设备的工作状态●基本结构●设备选择电路，命令寄存器和命令译码器，数据缓冲寄存器DBR，设备状态标记，控制逻辑电路●内部接口和外部接口●编址●统一编址——与存储器共用地址，用访存命令访问IO设备●独立编址：单独使用一套地址，有专门的IO指令●分类●数据传送方式：并行接口，串行接口●主机访问IO设备的控制方式●程序查询接口●中断接口●DMA接口●功能选择的灵活性●可编程接口●不可编程接口4.IO方式●程序查询方式：CPU与IO串行工作，鼠标，键盘●程序中断方式●中断系统●中断的基本概念●工作流程●中断请求●分类●中断请求标记触发器INTR●中断响应●中断响应的条件●中断判优●软件：查询程序●硬件：排队器●优先级的设置●中断处理●中断隐指令●关中断●保存断点PC●引出中断服务程序●中断服务程序●单重中断与多重中断●中断服务程序的具体步骤●中断屏蔽技术●屏蔽字●程序执行轨迹●程序中断方式●工作流程●CPU占用情况●中断响应（隐指令）●中断服务程序●DMA方式●DMA控制器●组成●主存地址计数器：存放要交换数据的主存地址●传送长度计数器：记录传送数据的长度●数据缓冲寄存器：暂存每次传送的数据●DMA请求触发器：设备准备好数据后将其置位●控制/状态逻辑：由控制和时序电路及状态标志组成●中断机构：数据传送完毕后触发中断机构，提出中断请求●主要功能●传送前：接受外设的DMA请求，向CPU发出总线请求，接管总线控制权●传送时：管理总线，控制数据传送，确定主存单元地址及长度，能自动修改对应参数●传送后: 向CPU报告DMA操作的结束●传送过程●预处理：CPU完成寄存器初值设置等准备工作●数据传送：CPU继续执行主程序，DMA控制器完成数据传送●后处理：CPU执行中断服务程序做DMA结束处理。
计算机体系结构与组成原理计算机体系结构是指计算机硬件系统的结构组织，包括硬件层次的划分、组成和功能设计等内容；而计算机组成原理则是指计算机内部各个功能模块的设计与实现原理。
本文将通过介绍计算机体系结构与组成原理，帮助读者更好地理解计算机的组成和工作原理。
一、计算机体系结构计算机体系结构是计算机硬件结构的逻辑和功能组织方式。
它主要包括指令系统结构、数据结构、处理单元结构和控制机构结构。
指令系统结构描述计算机的指令集、寻址方式等，数据结构描述数据的存储方式和组织形式，处理单元结构描述计算机的算术逻辑单元(ALU)、寄存器等主要硬件组件，控制机构结构描述计算机的控制方式和流程。
在计算机体系结构中，主要有三种类别：冯·诺伊曼体系结构、哈佛体系结构和混合体系结构。
冯·诺伊曼体系结构是目前使用最广泛的体系结构，它将指令和数据存储在同一个内存中，并通过总线进行传输。
哈佛体系结构则将指令和数据存储在不同的内存中，通过不同的总线进行传输。
混合体系结构则是冯·诺伊曼体系结构和哈佛体系结构的结合，可以根据实际需求灵活选择。
二、计算机组成原理计算机组成原理是计算机内部各个功能模块的设计与实现原理。
它主要包括中央处理器(CPU)、内存、输入输出设备以及总线等组件。
1. 中央处理器(CPU)中央处理器(CPU)是计算机的核心部件，负责执行各种计算和控制操作。
CPU主要由控制单元和算术逻辑单元(ALU)组成。
控制单元负责指令的解码和执行，ALU则负责数据的运算和逻辑判断。
2. 内存内存是计算机用来存储数据和程序的地方，分为主存和辅助存储器。
主存通常指的是随机存取存储器(RAM)，用来暂时存储正在运行的程序和数据。
辅助存储器包括磁盘、光盘等，用来长久保存数据。
3. 输入输出设备输入输出设备用来与计算机进行数据的输入和输出。
常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等，输出设备有显示器、打印机、音频设备等。
习题解答（唐朔飞版）第一章思考题与习题1．什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？2．如何理解计算机系统的层次结构？3．说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别和联系。
4．如何理解计算机组成和计算机体系结构？5．冯·诺依曼计算机的特点是什么？6．画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标。
7．解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
8．解释下列英文代号：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS。
9．根据迭代公式)(21nn yxyx+=，设初态y0=1，要求精度为ε，试编制求x的解题程序（指令系统自定），并结合所编程序简述计算机的解题过程。
10．指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？第一章计算机系统概论习题答案1、答：计算机系统由硬件和软件两大部分组成。
硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸的着的各种电子元器件，各类光电、机设备的实物组成，如主机、外设等。
软件时看不见摸不着的，由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，用来充分发挥硬件功能，提高机器工作效率，便于人们使用机器，指挥整个计算机硬件系统工作的程序集合。
软件和硬件都很重要。
2、答：从计算机系统的层次结构来看，它通常可有五个以上的不同级组成，每一个上都能进行程序设计。
由下至上可排序为：第一级微程序机器级，微指令由硬件直接执行；第二级传统机器级，用微程序解释机器指令；第三级操作系统级，一般用机器语言程序解释作业控制语句；第四级汇编语言机器级，这一级由汇编程序支持合执行；第五级高级语言机器级，采用高级语言，由各种高级语言编译程序支持合执行，还可以有第六级应用语言机器级，采用各种面向问题的应用语言。
3、答：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。
