(新)计算机组成原理复习指导

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//很久以前王道上找到的,可能有点旧了,仅供参考

第一章概述

本章主要介绍计算机的组成概貌及工作原理,旨再使读者对计算机总体结构有个概括的了解,为深入学习以后各章打下基础。计算机软硬件概念、计算机系统的层次结构、计算机的基本组成、冯•诺依曼计算机的特点、计算机的硬件框图及工作过程、计算机硬件的主要技术指标和本书结构及学习指南。

第一章重点难点

计算机系统是一个非常复杂的系统,它由“硬件”和“软件”两大部分组成。读者必须清楚地认识到“硬件”和“软件”各自在计算机系统中的地位和作用,以及它们相互之间的依存关系。

本课程旨在介绍计算机系统的“硬件”组成。图1.1使读者一目了然地看到一个结构简单、清晰明了的计算机内部组成框图,并由此使读者领略全书的要点和各章节之间的相互关系。

图1.1 全书各章节之间的关系

本章重点要求读者掌握一个较细化的计算机组成框图,如图1.2所示。而且要求学生根据此图描述计算机内部的控制流和数据流的变化,从而初步认识计算机内部的解题过程。

由于本章的概念、名词较多,初学者也很难很快领会其确切含意。但只要循序渐进地认真学习以下各章节,读者便会自然而然地对初学的各个概念和名词加深理解和牢牢掌握。因此,学习时切忌急于求成,讲究的是按部就班,功到自然成。

本章的难点是:计算机如何区分同样以0、1代码的形式存在存储器中的指令和数据。

第一章小结

学习本章后,要理解并掌握以下内容:

1. 计算机系统的软硬件概念及它们之间的关系。

2. 计算机系统的层次结构及计算机组成原理课程所对应的层次。

3. 冯·诺依曼计算机的特点。

4. 计算机硬件框图、各个部件的功能及硬件技术指标。

5. 通过描述完成两条指令的全过程,进一步体会机器在解题过程中其内部的控制流和数据流的变化。

6. 计算机如何区分均由0、1代码组成的指令和数据

7. 区分下列概念:主机、CPU、主存、辅存、存储单元、存储元件、存储字、存储字长、机器字长、指令字长。

第二章不用看(上课时,唐老师没讲)

第三章概述

总线的基本概念、总线的分类、总线特性及性能指标、总线结构和总线的判优控制及通信控制。

第三章重点难点

学习本章应重点掌握:

1. 有关总线的基本概念。

2. 如何克服总线的瓶颈。

3. 如何对总线进行管理,包括判优控制和通信控制。

本章的难点是总线的通信控制,既要解决通信双方如何获知传输的开始和结束,又要使通信双方按规定的协议互相协调配合来完成通信任务。

第三章主要内容

3.2.1 总线的基本概念

1.总线和总线上信息传输的特点

2.总线的传输周期

3.总线宽度

4.总线带宽

5.总线特性

6.总线标准

7.总线的主设备(模块)

8.总线的从设备(模块)

9.总线的分类

10.总线性能

3.2.2 总线结构

单总线结构的计算机将CPU、主存、以及各种速度不一的I/O设备(通过I/O接口)都挂在一组总线上。这组共享总线,极易形成计算机系统的瓶颈。了解决总线的瓶颈问题,可采用多总线结构。如果将速度不同的I/O设备分别挂在速度不同的总线上,如图3.1所示,从而提高整机的性能。

图3.1 多总线结构

3.2.3 总线控制

1.总线判优控制

当多个主设备同时请求占用总线时,必须由总线判优逻辑按其优先级别仲裁,决定由哪个主设备占用总线。判优控制又分集中式和分布式两种,其中集中式总线判优逻辑有链式查询、计数器定时查询和独立请求方式三种,图3.2是这三种方式的示意。

图3.2 集中式总线三种控制方式

2. 总线的通信控制

总线的通信控制主要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配合。

(1) 同步通信

同步通信采用公共时钟,有统一的传输周期。图3.3示意了同步通信的数据输入过程。

图3.3 同步通信的数据输入过程

(2) 异步通信

异步通信没有公共时钟,采用应答方式通信,允许总线上各模块的速度不一致,总线的传输周期不固定。异步通信具体又分不互锁、半互锁、全互锁三种方式,如图3.4所示。

图3.4 异步通信的三种方式

(3) 半同步通信

如果将同步和异步通信相结合,既有公共时钟控制,又允许速度不同的模块和谐工作,采用插入等待周期的措施来协调通信双方的配合问题,称作半同步控制,如图3.5所示。

图3.5 插入等待周期的半同步通信数据输入过程

(4)分离式通信

分离式通信将一个总线传输周期分解为两个子周期,每个子周期可供不同模块申请,每个模块都可以成为

主模块。获得总线使用权的主模块采用同步方式传送,且仅在传送命令和数据时占用总线。总线上无空闲等待时间,最充分地发挥总线的有效占用。

第三章小结

学习本章要理解并掌握以下内容:

1. 什么是总线?为什么要采用总线?总线上的信息传送有何特点?

2. 为了减轻总线的负载和传输的可靠性,总线上的部件应具备什么特点?

3. 总线的分类。

4. 区分下列概念:总线特性、总线性能、总线标准、总线宽度、总线带宽、总线的传输周期。

5. 什么是总线的瓶颈?如何解决总线的瓶颈?

6. 如何提高总线结构的计算机速度?

第四章概述

存储器分类和存储器的层次结构;主存储器(包括半导体存储芯片简介、静态随机存取存储器和动态随机存取存储器、只读存储器、存储器与CPU的连接、存储器的校验、提高访存速度的措施);高速缓冲存储器(包括Cache的基本结构及工作原理、Cache--主存地址映像、替换算法);辅助存储器(包括辅助存储器的特点及主要技术指标、磁记录原理和记录方式、磁盘存储器的结构、光盘存储器的存取原理)。

第四章重点难点

学习本章应重点掌握:

1.存储系统层次结构的概念,了解Cache-主存和主存-辅存层次的作用,以及程序访问的局部性原理与存储系统层次结构的关系。

2.各类存储器(主存、Cache、磁表面存储器)的工作原理及技术指标。

3.半导体存储芯片的外特性以及与CPU的连接。

4.如何提高访存速度。

本章的难点包括:

1.由于不同的存储芯片其基本单元电路是不同的,学习时不必死记硬背其具体电路,应从本质上理解其读写原理,从而提高对硬件电路的“读图”能力和分析能力。

2.在设计存储芯片与CPU连接电路时,关键在于存储芯片选片逻辑的确定。要求学生必须综合应用以前学过的电路知识,结合存储芯片的外特性,合理选用各种芯片,准确画出存储芯片与CPU的连接图。