计算机组成原理期末复习

使用前必读．．．．．：1.本资料仅供参考，复习时必须与课件．．．同时使用．．．．．．．．．．．．和教材2.本资料如有与课件和教材冲突之处，应以课件和教材为准3.书上课后习题要全部会做4.答疑依旧不给划重点，真是没有最坑只有更坑，本资料仅代表个人意见，不一定准确5.组成原理这一科本人能力实在有限，许多难点不能给出清晰的总结，希望同学们谅解以下是答疑结果：选择：20道（每道题2分）[每一部分都有题目]，可以参考课后的题目。

问答题：5道（每道题8分）主要是书上强调的概念。

运算器，控制器，存储器，输入输出以及指令系统等部分的结构、组成、工作原理（过程）等。

综合题：2道（每道10分）运算器部分（浮点数计算容易出综合类型题目）；存储器部分（存储器扩展、cache原理及相关计算容易出综合类型题目）；指令格式和cpu部分（指令执行过程及控制信号、指令格式及计算容易出综合类型题目），也不排除外设部分的相关类型题目等等等！这部分也可以参考书后课后题。

第一章计算机的应用：科学技术计算、数据信息处理、计算机控制、计算机辅助技术、家庭电脑化计算机发展阶段：电子管计算机（第一代）——>晶体管计算机（第二代）——>中、小规模集成电路计算机（第三代）——>大规模、超大规模集成电路计算机（第四代）计算机分类：电子模拟计算机（处理在时间和数值上连续的量）、电子数字计算机（处理离散的量）。

通用数字电子计算机：单片机、微型机、小型机、中型机、大型机、巨型机计算机的特点：快速性、通用性、准确性、逻辑性计算机五大部件：输入设备、存储器、运算器、控制器、输出设备课件P29、P31图，冯.诺依曼体系必考冯.诺依曼体系：1.由运算器、存储器、控制器、输入装置和输出装置等五大部件组成计算机系统，并规定了这五部分的基本功能2.采用二进制形式表示数据和指令3.采用存储程序方式工作（该体系的核心内容）采用存储程序方式工作：把事先编制好的程序和原始数据预先存入计算机主存中，使计算机工作时能连续、自动地从存储器中取出一条条指令并执行，从而自动、连续地完成预定的任务系统软件：操作系统、语言处理程序、标准库程序、服务性程序、数据库管理系统、计算机网络软件计算机系统的层次结构：课件P45图，也可参考操作系统中有关知识。

计算机系统性能指标：基本字长、数据通路宽度、主存容量、外存容量、所配置的外围设备及其性能指标、系统软件配置情况、诊断能力和容错能力及有效性、指令系统的功能课件P59至结束请无视第二章各数制间的相互转换是进行本章相关计算的基本功，一定要熟练掌握真值：正负号加二进制绝对值机器数：在机器中使用的连同数符一起数码化的数真值转换为机器数：符号的表示、小数点的表示、数值的表示符号表示：一位数码０表示正号，１表示负号课件（第二章1）P22至P56的内容请参考教材P14至P16的内容，转换时套用公式即可，必考定点数、浮点数的表示和各种运算是重点内容，必考。

本人数学很渣，无法总结这一部分的知识点，请同学们自行根据课件和教材复习。

运算器：定点运算器、浮点运算器。

顾名思义，定点运算器用于对整型数的运算，浮点运算器用于对浮点数的运算。

运算器的功能：（1）对数据进行算术运算和逻辑运算（2）暂时存放参加运算的数据及运算的中间结果（3）选取相应部件中的数据参与运算（4）反映运算处理的状态定点运算器组成：（1）算术逻辑部件ALU（2）通用寄存器组（3）ALU的输入选择电路（4）状态寄存器浮点运算器的组成：浮点运算器通常由处理阶码的和处理尾数的两个定点运算器组成串行进位加法器、并行进位加法器和多功能算术逻辑部件的结构在老师给的复习课件中有出现，不过我认为第二章绝对考计算为主，这一个部分有余力可看，实在看不明白就算。

第三章存储器：计算机中用来存放程序和数据的部件存储器的要求：1.能够有两个稳定状态来表示二进制中的“0”和“1”2.容易识别，两个状态能方便地进行转换存储器追求的目标：更快的存取速度、更大的存储空间、更低的单位成本多级结构存储器：把要用的程序和数据，按其使用的急迫程度分段调入存储容量不同、运行速度不同的存储器中，并由硬软件系统统一调度管理。

各级存储器存储速度、容量、成本的关系请参照课件（第三章1）P10、P12的图程序运行的局部性原理：1.在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问。

（时间方面）2.在空间上这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区（空间方面）3.在访问顺序上，指令顺序执行比转移执行的可能性大（指令执行顺序方面）多级结构存储器之间应满足的原则：1.同一个信息可以处在不同层次存储器中，此时，这一信息在几个级别的存储器中应保持相同的值（一致性）。

2.处在内层的信息一定被包含在其外层的存储器中，反之则不成立，即内层存储器中的全部信息是其相邻外层存储器中一部分信息的复制品（包含性）。

主存储器：计算机中存储正处在运行中的程序和数据(或一部分) 的部件。

通过地址、数据、控制三类总线与CPU等其他部件连通地址总线AB：用于CPU向主存储器传递地址（寻址），其位数决定了可寻址的最大内存空间数据总线DB：用于主存储器向CPU传输数据，其位数与工作频率的乘积正比于最高数据入出量控制总线CB：指出总线周期的类型和本次读写操作完成的时刻存储器的分类：请参考课件（第三章1）P19、P20的图表存储器的主要应用：请参考课件（第三章1）P21的表格主存储器的主要技术指标：容量、存储器存取时间、存储周期存储字：计算机可寻址的最小单位字长：一个存储字所包括的二进制位数容量=主存储器存储单元总数×存储字长存储器存取时间：启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间存储周期：连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间，通常存储周期略大于存取时间课件（第三章1）P25比较SRAM与DRAM的区别存储器与CPU连接：位扩展法、字扩展法、字位同时扩展法课件（第三章1）P25后的其他内容可以无视高速缓冲存储器（Cache）：CPU与主存储器之间的一种高速缓冲装置，高速缓冲存储器是第三章重点引入高速缓冲存储器的原因：为解决CPU和主存之间的速度差距,提高整机的运算速度,在CPU和主存之间插入的由高速电子器件组成的容量不大,但速度很快的存储器高速缓冲存储器的特点：①位于ＣＰＵ与主存之间，是存储器层次结构中级别最高的一级；②速度一般比主存快５－１０倍,通常由存储速度高的双极型三极管或SRAM组成；③其内容是主存的部分副本；④其用途可用来存放指令，也可用来存放数据；⑤快存的功能全部由硬件实现，并对程序员透明课件（第三章2）P6主存与辅存的比较Cache的基本组成：Cache存储器、Cache控制器Cache控制器：地址变换逻辑、替换逻辑组成课件（第三章2）P10 Cache的工作原理地址映像：为了把信息放到Cache中，必须应用某种函数把主存地址映象到Cache中定位地址变换：在信息按这种映像关系装入Cache后，执行程序时，应将主存地址变换成Cache地址地址映像的方式：直接映像、全相联映像、组相联映像课件（第三章2）P14至P26三种映像的原理和优缺点课件（第三章2）P27 Cache的三种写操作课件（第三章2）剩下的内容可以无视第三章自3.4开始无视第四章机器指令：计算机执行某种操作的命令指令系统：一台计算机中所有机器指令的集合，称为这台计算机的指令系统指令的格式：操作码+地址码操作码：指明操作的性质及功能地址码：指明操作数的地址、下一条指令的地址指令字长度：一个指令字中包含二进制代码的位数机器字长：指计算机能直接处理的二进制数据的位数，它决定了计算机的运算精度指令按字长分类：固定字长指令、可变字长指令.指令长度选取原则：1. 指令长度应为存储器基本字长的整数倍2. 指令字长应尽量短课件（第四章1）P7至P11各种地址码结构及其用途指令操作码分类：规整型、非规整型规整型：操作码字段的位数和位置是固定的，优点是对于简化硬件设计，减少指令译码的时间是非常有利的非规整型：操作码字段的位数不固定，且分散地放在指令字的不同位置上，缺点是增加指令译码和分析的难度，使控制器的设计复杂化最常用的非规整型编码方式：扩展操作码法课件（第四章1）P20至P25无视对指令系统性能的要求：完备性、有效性、规整性、兼容性课件（第四章1）P25至结束，看一下这4个性质的概念指令和数据的地址：当某个操作数或某条指令存放在某个存储单元时，其存储单元的编号，就是该操作数或指令在存储器中的地址寻址方式：形成操作数或指令地址的方式寻址方式分类：指令寻址方式、数据寻址方式课件（第四章2）P5、P6指令的两种寻址方式操作数在指令中的寻址方式：立即寻址立即寻址：指令的地址字段给出的是操作数本身，优点为取指同时取得操作数，提高指令的运行速度。

缺点是操作数的长度受指令长度的影响，且不便修改。

操作数在寄存器中的寻址方式：寄存器寻址寄存器寻址：操作数在CPU的通用寄存器中，指令地址码字段给出寄存器的编号。

优点为CPU寄存器数量远小于内存单元，所以寄存器号比内存地址短，因而寄存器寻址方式指令短；操作数已在CPU中,不用访存，指令执行速度快。

操作数在存储器中的寻址：直接寻址、间接寻址、寄存器间接寻址、相对寻址、基址寻址、变址寻址、段寻址、堆栈寻址直接寻址：在指令格式的地址字段中直接指出操作数在内存的地址D 间接寻址：指令地址字段中的形式地址D不是操作数的真正地址，而是操作数地址的指示器寄存器间接寻址：指令地址码字段中给出某寄存器的编号，用该寄存器中的内容作为地址访问内存取得操作数。

优点为改变寄存器Rn中的内容就可访问内存的不同地址，修改十分方便。

缺点为二次寻址速度慢相对寻址方式：把程序计数器PC的内容加上指令格式中的形式地址D而形成操作数的有效地址基址寻址：将CPU中基值寄存器的内容，加上指令格式中的形式地址而形成操作数的有效地址。

变址寻址：把CPU中某个变址寄存器的内容与偏移量D相加来形成操作数有效地址课件（第四章2）P18至P41操作数在存储器中的寻址方式是重点，必考，上面只列出了一些寻址方式的概念，这些寻址方式的过程和优缺点也必须要掌握，由于课件中有大量的图示，不太好组织语言，就不在资料中总结了，同学们自己看一下。

至于那些寻址方式被考到的可能性更大答疑老师并没有说，不过同学们可以根据各个方式在课件中所占篇幅自己推测课件（第四章2）P42至结束各种指令类型及作用了解一下即可第五章CPU的基本功能：程序控制、操作控制、时间控制、数据加工、中断处理和异常处理CPU的组成：运算器、高速缓冲存储器、控制器控制器的功能：取指令、分析指令、执行指令、控制程序和数据的输入输出控制器的基本组成：指令部件、时序部件、微操作控制线路指令部件：程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、地址形成部件仔细阅读课件第五章1了解上述知识点的概念计算机的基本工作过程：取指令、分析指令、执行指令课件（第五章2）P3至P5看一下这三种操作的过程课件（第五章2）P6至P41 我实在是看不懂，但是根据答疑结果此处可能出大题，同学们还是尽量看明白吧。