计算机组成与体系结构复习提纲

第一章计算机系统概述一、机器性能指标：1、机器字长（数据字长）：CPU能同时处理的数据位数。

→64位处理器机器字长= 数据通路宽度= 寄存器位数、ALU位数。

字长越长，数据表示范围越大，精度越高，运算速度越快。

为位存储字长：一个存储单元可存放的二进制代码位数。

（存储器按字节编址时，存储字长为一个字节；按字编址时，存储字长等于机器字长）指令字长：一条指令所具有的二进制代码位数。

（一般为字节的整数倍）（指令字长尽可能短，以节省存储空间和提高处理速度）字节（Byte）： 8 位（bit）二进制代码。

2、运算速度：常用单位时间内执行指令的平均条数来描述MIPS：每秒执行百万条指令数；CPI：执行一条指令所需的时钟周期数；吞吐率：每个时钟周期内执行的指令个数（CPI的倒数）；FLOPS：每秒浮点运算次数；MFLOPS：每秒浮点运算百万次数3、内存容量：（主存+cache）按字节编址存储容量= 存储字节数单位：字节（B）例如：64KB按字编址存储容量= 存储字数×存储字长单位：字（W）、位（b）例如：64K×32位→字的大小根据机器字长确定（32位机中，1字 = 4字节）第二章指令系统一、地址编码地址空间：对单元（通用寄存器、存储器、I/O设备）可以统一编址或者单独编址。

三地址空间（MIPS）、二地址空间（通用寄存器独立编址）、一地址空间、零地址空间（隐含编址方式 堆栈计算机）编址方式是指主存单元的地址编排方式。

编址方式决定了主存最小访问单位。

1、按字编址方式主存的最小编址单位是一个字，通常，存储字长=机器字长对主存数据的访问以字为单位，主存容量=存储字数×存储字长，单位为字（Word）或位（bit）eg. 128M×32位2、按字节编址方式主存的最小编址单位是一个字节，描述主存储容量时，以字节（B）为单位。

对主存数据既能以字节为单位访问，也能以字为单位访问，当按字节访问主存时，使用字节地址；当按字访问主存时，使用字地址（边界对齐）。

计算机组成与体系结构复习提纲第一章计算机系统概述1、冯诺依曼计算机结构的主要特点五大模块及其功能指令和数据用二进制表示指令和数据存放在存储器中，按地址访问指令由操作码和操作数组成，操作码指定操作性质，操作数指定操作数地址采用“存储程序”的方式进行工作2、计算机系统组成软件和硬件3、计算机系统的层次结构图1.1,共6层，各层的作用4、计算机性能指标字长：计算机内部用二进制位来表示一个数据或一条指令，使用的位数就是字长，现代计算机都是8的整数倍速度：主频，时钟频率MIPS存储容量：内存和外存存取速度外设速度5、计算机工作过程用某种语言编制源程序用语言处理程序将源程序翻译成机器语言目标程序（编译程序和汇编程序）将所含的指令装入内存，然后从第一条指令开始执行指令执行过程：取指令、指令译码、取操作数、运算、送结果、PC指向下一条指令重复上述过程直到指令全部执行6、名词解释MIPS、MFLOPS、CPI第二章数字电路基础和常用器件1、基本数字器件二极管：特点：单向导电性，只读存储器三极管：反相器(图2.4)、存储阵列（图2.9）MOS管：反相器、动态存储器2、数字逻辑基础3种基本逻辑关系：与、或、非3、逻辑函数及其描述方法真值表逻辑表达式逻辑图4、布尔代数的运算规则5、逻辑函数的定理、特性、规则和应用特性规则：3个重要规则：带入规则反演规则对偶规则化简6、组合逻辑电路、时序逻辑电路三态门一位加法器的真值表、逻辑表达式、逻辑图3-8译码器的真值表、逻辑表达式、逻辑图第3章1. 编码和译码的概念2. 目前常见的数制有几种？不同数制的相互转化方法3. 机器码与真值的关系，机器码有几种？与真值之间有什么关系？相互之间如何转化？4. n位行波进位加法器的构成与工作原理，其运算过程与减法器的工作原理有何关系？5. 掌握对定点数的不同二进制数的加、减运算方法，溢出判断6. 使用单符号位与双符号位进行溢出判断的方法有何不同？第4章1. 如何对浮点数进行加、减运算？其过程可分为哪些步骤？2. 是否溢出是否由尾数的运算结果判断？第5章1. 指令、指令系统的概念及其指令类型2. 指令周期、间隔与指令的构成3. 基本寻址方式有哪些？各有什么特点4. 汇编程序设计第6章1. 控制器的类型有哪些2. 硬连线与微程序控制器的功能组成、运行控制有何不同？第7章1. 存储器按介质、存取方式、功能效用来划分，可分别分成哪些类型？2. 现代计算机系统通常把存储器分成哪三级结构的存储系统？不同层次各有什么特点？3. 不同层次的存储器运行原理都是建立在程序的局部性原理之上，主要体现在哪些方面？不同存储器上的信息应满足什么原则？4. 存储器的容量通常是由若干个存储芯片组合而成，其扩展的方法有哪些？如何扩展？画出其系统结构图第8章1. 高速缓冲存储器与主存、CPU之间的关系？2. 虚拟存储器的概念，与主存、辅存之间的关系第9章1. 外存设备的介质、信息读写原理2. 外存设备的类型第10章1.输入输出设备类型、工作原理2.不同类型打印机之间的打印原理是否一样？第11章1.总线概念，类型，特点2.总线结构：单总线、双总线、三总线区别3.总线宽度，总线时钟概念，同步异步区别4.总线仲裁的类型：集中式与分散式5.集中式仲裁的方法有几种？各有什么有缺点6.总线的发展过程及其特点：ISA, EISA, PCI, PCI Express，USB7.串行并行接口概念、中断概念8.计算机主机与I/O设备之间的信息传送，通常分为哪几种控制方式？各有什么有缺点？第12章1.流水线的概念2.流水线的几个指标的意义。

Ch1:1）计算机硬件框图2）概念：机器字长，存储容量，机器语言，汇编语言，高级语言，计算机系统层次。

Ch3:概念：总线分类，总线带宽，ISA、EISA、PCI总线，集中式总线判优控制方式及其特点，总线周期的4个阶段，同步通信、异步通信特点。

Ch4:1)概念：RAM、ROM、SRAM、DRAM；存储器的3个主要性能指标，存储系统层次结构，“缓存-主存”层次和“主存-辅存”层次各解决什么问题，这两个层次的数据交换由软件还是硬件来完成；存储字长，存储容量，存取周期；命中率，Cache-主存地址映射的3种方式及其特点；磁盘主要技术指标（如位密度、道密度、平均寻址时间、磁盘存储容量、数据传输率）。

2)计算：海明码，Cache命中率、Cache-主存系统的平均访问时间。

3)设计题：存储器与CPU的连接（包括芯片类型和数量选择）。

Ch5:概念：I/O设备与主机信息交换的3种控制方式（程序查询、程序中断、DMA方式），及这3种方式下CPU 的工作效率；接口的4个功能和基本组成；中断向量地址，中断处理过程（5个阶段），CPU响应中断的时间和条件，中断服务程序流程，如何实现单重中断或多重中断；DMA与主存交换数据所采用的3种方式，DMA的数据传送的3个阶段，DMA接口中的中断机构的作用。

Ch6:1）概念：真值，机器数，机器数字长为8位时补码与原码表示的定点整数的范围；浮点数的组成、阶码尾数各反映什么、如何比较2个浮点数大小、规格化数，浮点数的表示范围（非规格化数，阶码与尾数均以原码表示），左归、右归；溢出、定点补码加减的溢出判断；浮点补码加减运算过程，浮点补码加减溢出判断。

2）计算：补码、移码，已知[X]补计算[－X]补，[X+Y]补、[X－Y]补；浮点数的表示；补码左移、右移。

Ch7:1)概念：机器指令，指令系统，指令字长，含寻址特征的指令格式，数据存储方式（边界对准、边界不对准）；寻址方式理解（如直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、基址寻址、变址寻址、相对寻址；RISC 的特点。

福州大学计算机系统结构复习提纲(总16页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--计算机系统结构复习提纲第一章计算机系统结构导论计算机系统结构、计算机组成、计算机实现所包含的内容（选择）；答：计算机系统结构是对计算机系统中各级界面的定义及其上下功能分配；计算机组成指的是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器级内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。

计算机实现指的是计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，器件、模块、插件、地板的划分和连接，专用期间的设计，微组装技术，信号传输，电源，冷却装置及整机装配技术。

计算机系统设计思路（填空、选择）；答：从多级层次结构出发，计算机系统的设计按照多级层次结构的上、下、中开始设计，分别可以有“由上往下”，“由下往上”，“由中间开始”三种不同的设计方法。

1. 由上往下：用于专用计算机设计，较少采用2. 由下往上：70-80年代使用，较少采用3. 从中间开始：用于系列机设计系列机和兼容机的概念（选择、填空）；答：系列机：在软、硬件街面上设定好一种系统结构，之后软硬件设计者根据速度、性能、价格的不同选择不同器件和硬件组成。

兼容机：不同公司厂家生产的具同一系统结构的计算机。

向上（下）兼容：指按某一挡机器编制的软件不加修改就能运行于比它高（低）档的机器。

（新旧上看）向前（后）兼容：在按某一时期投入市场的该型号机器上编制的软件，不加修改就能运行于在它之前（后）投入市场的机器上。

（时间上看）计算机系统设计步骤（选择、填空）；答：1.需求分析：在应用环境，所用语言的种类及特性对OS的特殊要求；所用外设特性、技术经济指标、市场分析等方面2.需求说明：主要包括设计准则、功能说明、器件性能说明3.概念型设计：进行软硬件功能分析，确定机器级界面4.具体设计：机器及界面各方面的确切定义5.反复进行优化设计和评价计算机的层次结构（选择）；答：由高到低：应用语言机器级（应用程序包翻译成高级语言程序）→高级语言机器级（经编译程序翻译成汇编语言）→汇编语言机器级（经汇编程序翻译成机器语言程序）→操作系统机器级（一般用机器语言解释作业控制语句）→传统机器语言机器级（用微指令程序解释机器指令）→微程序机器级（微指令由硬件直接执行）。

复习资料目录第一章概论 (2)复习题及参考答案 (2)第二章计算机硬件基础（基本不考） (2)第三章信息编码与数据表示 (2)知识点 (2)复习题及参考答案 (3)第四章运算方法和运算器 (3)知识点 (3)复习题及参考答案 (4)第五章存储体系 (5)知识点 (5)复习题及参考答案 (6)第六章指令系统 (8)知识点 (8)复习题及参考答案 (8)第七章控制器 (9)知识点 (9)复习题及参考答案 (10)第八章输入输出接口 (12)知识点 (12)复习题及参考答案 (13)第九章总线 (13)知识点 (13)复习题及参考答案 (14)第十章流水线 (16)知识点 (16)复习题及参考答案 (16)第一章概论复习题及参考答案1．冯·诺依曼计算机的特点(1) 计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成(2) 指令和数据用二进制代码表示，指令由操作码和地址码组成(3) 程序存储，指令在存储器内按顺序存放(4) 机器以运算器为中心。

2. 计算机硬件的主要技术指标：机器字长、存储容量、运算速度等3.计算机的软件系统分类：系统软件、应用软件计算机的5级软件层次：微程序级、机器指令级、操作系统级、系统软件级、应用软件级4. 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。

主机——是计算机硬件的主体部分，由CPU+MM（主存或内存）组成；CPU——中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器+控制器组成；存储字长——存储器一次存取操作的最大位数；存储容量——存储器中可存二进制代码的总量；机器字长——CPU能同时处理的数据位数；等于处理器内部寄存器位数指令字长——一条指令包含的二进制代码位数；第二章计算机硬件基础（基本不考）逻辑电平与半导体开关器件特性（三极管饱和状态输出低电平，三极管截止状态输出高电平），TTL门和MOS门电路性能差异（速度、功耗），特殊的TTL门（OC门和三态门），计算机常用的组合逻辑电路有哪些？时序逻辑电路有哪些？串行加法器与并行加法器进位方法区别，速度快慢？第三章信息编码与数据表示知识点1、原码、反码、补码和移码的求法，已知[x]补，求[-x]补2、IEEE754标准的单精度浮点数：S(符号1位) + E(带阶符的阶码8位)+M(23位小数) ，符号位s：正数1负数0；8位带阶符的阶码E=指数移码-1=e+127；M隐藏整数1. 。

《计算机组成与系统结构》课程考试大纲
执笔者：许丽华
第1章占4%，第3章占18%，第4章占12%，第5章占19%，第6章占14%，第7章占14%，第8章占5%，第9章占14%。

简答题40%，计算10%，问答题10%，说明题30%，设计描述10%。

本课程内容很多，所以考试的内容主要集中在重点章节，即第3、4、5、6、7、9章。

1、掌握计算机内部的各种机器数表示与补码加、减运算
方法；
2、掌握指令格式、指令类型与寻址方式；
3、掌握多周期处理机中指令的执行过程，
理解处理机设计原理及两种不同的控制部件设计思想
与特点；
4、掌握流水线处理机中指令的执行过程，
理解数据、转移相关问题及解决方法；
5、理解各种ROM和RAM芯片的工作原理与用途，
掌握用SRAM芯片设计存储器的方法；
掌握主存的各项性能指标；
6、掌握Cache的映像方法，
理解每种映像方式下的Cache结构与访问机制；
7、理解虚拟存储器的分页、分段的管理方法。

8、其它内容只要求一般了解，很少考核或不考核。