计算机组成原理知识点 如 冯诺依曼计算机的各个部分组成及功能 第一章 1、冯诺依曼计算机的各个部分组成及功能 1、运算器：计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。 2、控制器：由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。 3、存储器：存储器分为内存和外存。内存是电脑的记忆部件，用于存放电脑运行中的原始数据、中间结果以及指示电脑工作的程序。内存可以分为随机访问存储器和只 读存储器，前者允许数据的读取与写入，磁盘中的程序必须被调入内存后才能运行，中央处理器可直接访问内存，与内存交换数据。 4、输入设备：输入设备是向计算机输入数据和信息的设备。 5、输出设备：是计算机硬件系统的终端设备，用于接收计算机数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备操作等。 2、名词 CPU 、I/O、主机、主存、RAM、PC、机器字长 、存储容量、存储字、存储字长、指令字长 ACC IR MAR MDR 、MIPS 、CPI (答案在第一章和后续存储器，控制器章节 CPU：Central Processing Unit，中央处理机（器），是计算机硬件的核心部件，主要由运算器和控制器组成。 PC：Program Counter，程序计数器，其功能是存放当前欲执行指令的地址，并可自动计数形成下一条指令地址。 IR：Instruction Register，指令寄存器，其功能是存放当前正在执行的指令。 CU：Control Unit，控制单（部件），为控制器的核心部件，其功能是产生微操作命令序列。 ALU：Arithmetic Logic Unit，算术逻辑运算单，为运算器的核心部件，其功能是进行算术、逻辑运算。 ACC：Accumulator，累加器，是运算器中既能存放运算前的操作数，又能存放运算结果的寄存器。 MQ：Multiplier-Quotient Register，乘商寄存器，乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器。 X：此字母没有专指的缩写含义，可以用作任一部件名，在此表示操作数寄存器，即运算器中工作寄存器之一，用来存放操作数； MAR：Memory Address Register，存储器地址寄存器，在主存中用来存放欲访问的存储单的地址。 MDR ：Memory Data Register，存储器数据缓冲寄存器，在主存中用来存放从某单读出、或要写入某存储单的数据。 I/O：Input/Output equipment，输入/输出设备，为输入设备和输出设备的总称，用于计算机内部和外界信息的转换与传送。 MIPS：Million Instruction Per Second，每秒执行百万条指令数，为计算机运算速度指标的一种计量单位。 2、计算机如何区分程序和数据？ 计算机区分指令和数据有以下2种方法： 1、通过不同的时间段来区分指令和数据，即在取指令阶段（或取指微程序）取出的为指令，在执行指令阶段（或相应微程序）取出的即为数据。 2、通过地址来源区分，由PC提供存储单地址的取出的是指令，由指令地址码部分提供存储单地址的取出的是操作数。 第三章 1、总线概念？ 总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质 2、为什么设置多总线？常用总线有，简述 三类： 数据总线，地址总线，控制总线 3、系统总线分类和各自的功能特点 数据总线，地址总线，控制总线 4、总线宽度、总线带宽的计算、为什么总线复用 总线宽度：通常是指数据总线的根数 总线带宽：总线的数据传输速率，即单位时间内总线上传输数据的位数，通 常用每秒传输信息的字节数来衡量，单位为MBps(兆字节每秒) 总线复用：一条信号线上分时传送两种信号。通常地址总线与数据总线在物理上 是分开的两种总线，地址总线传输地址码，数据总线传输数据信息。为了提 高总线的利用率，优化设计，特将地址总线和数据总线共用一组物理线路， 在这组物理线路上分时传输地址信号和数据信号，即为总线的多路复用。 5、总线为什么要判优，集中总裁的三种方式的特点和优缺点 总线判优控制解决了多个部件同时申请总线时的使用权分配问题。 常见的集中式总线控制有三种：链式查询、计数器定时查询、独立请求； 特点：链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感；计数器定时查询方式优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求方式速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高 6、总线分几个阶段，同步和异步特点 1、申请分配阶段 2、寻址阶段 3、传数阶段 4、结束阶段 同步通信：指由统一时钟控制的通信，控制方式简单，灵活性差，当系统中各部 件工作速度差异较大时，总线工作效率明显下降。适合于速度差别不大的场合。 异步通信：指没有统一时钟控制的通信，部件间采用应答方式进行联系，控制方式较同步复杂，灵活性高，当系统中各部件工作速度差异较大时，有利于提高总线工作效率。 7、例题3.1 3.2 和3.4 第四章 1、存储器分类和各自特点 图4.1描述 主存储器、辅助存储器、缓冲存储器 主存的主要特点是它可以和CPU直接交换信息。 辅存是主存储器的后援存储器，用来存放当前暂时不用的程序和数据，它不能与 CPU直接交换信息。 缓存用在两个速度不同的部件之中，起到缓冲作用 2、存储器分几层，解决了什么问题，速度快慢 存储器的层次结构主要体现在缓存-主存和主存-辅存这两个存储层次上。 缓存-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于缓存的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。 主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存 3、存储容量计算 存取时间和存取周期 存储带宽计算 4、动态RAM为什么要刷新，刷新的分类 刷新原因：因电容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰减需要及时补充，因此安排了定期刷新操作； 常用的刷新方法有三种：集中刷新、分散刷新、异步刷；集中刷新：在最大刷新间隔时间内，集中安排一段时间；分散刷新：在每个读/写周期之后插入一个刷新周期， 5、存储器和CPU的连接（不考了） 6、校验 奇偶校验、海明校验（）、冗余校验（见作业4.41和例题） 7、提高访存的措施 例题4.6 1、高速件 2、采用层次结构 3、调整主存的结构 8、什么是高速缓存，为什么设置高速缓存，解决了什么问题 高速缓存就是高速缓冲存储器。用来解决主存与CPU速度的不匹配问题。 9、例题 4.7 4.8 4.9 10、 CACHE-主存地址映射几种方式下主存和CACHE地址构成？几种映射方式的优缺点，掌握组相联和直接映射 主要有三种地址映射方式分别为全相联映射、直接相联映射和组相联映射。 1. 全相联映射 全相联映射是指主存中任一块都可以映射到Cache中任一块的方式。 全相联映射方式的优点是Cache的空间利用率高但缺点是相联存储器庞大比较电路复杂因此只适合于小容量的Cache之用。 2. 直接相联映射方式是指主存的某块j只能映射到满足特定关系的Cache块i中，直接相联映射方式的优点 是比较电路最简单但缺点是Cache块冲突率较高从而降低了Cache的利用率。由于主存的每一块只能映射到Cache的一个特定块上，当主存的某块 需调入Cache时，如果对应的Cache特定块已被占用而Cache中的其它块即使空闲，主存的块也只能通过替换的方式调入特定块的位置，不能放置到其它块的位置上 3、组相联映射方式，将Cache分成2u组每组包含2v块。主存的块与Cache的组之间采用直接相联映射，而与组内的各块则采用全相联映射。也就是说主存的某块只能映射到Cache的特定组中的任意一块。。 11、会辅助存储器的计算 例如 作业4.38 和4.39 第五章 1、I/O设备编址的两种方法及特点 统一编址和不统一编址 统一编址就是将I/O地址看做是存储器地址的一部分。统一编址占用了存储空间，减少了主存容量，但无须专用的I/O指令 不统一编址就是指I/O地址和存储器地址是分开的，所有对I/O设备的访问必须有专用的I/O指令。不统一编址由于不占用主存空间，故不影响主存容量，但需设I/O专用指令。 2、I/O于主机交换的几种方式及优缺点（简答） 程序直接控制方式：也称查询方式，采用该方式，数据在CPU和外设间 的传送完全靠计算机程序控制，CPU的操作和外围设备操作同步，硬件结构简单，但由于外部设备动作慢，浪费CPU时间多，系统效率低。 程序中断方式：外设备准备就绪后中断方式猪肚通知CPU，在CPU相应 I/O设备的中断请求后，在暂停现行程序的执行，转为I/O设备服务可明显提高CPU的利用率，在一定程度上实现了主机和I/O设备的并行工作，但硬件结构负载，服务开销时间大 DMA方式与中断方式一样，实现了主机和I/O设备的并行工作，由于DMA 方式直接依靠硬件实现贮存与I/O设备之间的数据传送，传送期间不需要CPU程序干预，CPU可继续执行原来的程序，因此CPU利用率和系统效率比中断方式更高，但DMA方式的硬件结构更为复杂 3、显示器的分辨率、灰度、显存的容量（上课没有学，考） 4、I/O接口的功能（见幻灯片） 几种方式要求电路相关知识不看，重点会描述流程图 1、选址功能 2、传送命令功能 3、传送数据功能 4、反映I/O设备工作状态的功能 5、程序查询的特点优缺点 例5.1 特点：其特点是主机与I/O串行工作。 优点：简单、经济、CPU和I/O设备接口只需配置少量的硬设备 缺点：系统效率低 6、概念题：中断，中断屏蔽字，开中断，关中断、中断向量、中断向量表（P195-196类似电路都不看）中断响应的时间和条件，P199 中断处理的四个部分及作用 中断：计算机在执行程序的过程中，当出现异常情况或特殊请求时，计算机停止 现行程序的运行，转向对这些异常情况或特殊请求的处理，处理结束后再返 回到现行程序的间断处，继续执行原程序，这就是“中断”。 四个部分： 1、保护现场。其一是保存程序的断点，其二是保存通用寄存器和状态寄存 器的内容 2、中断服务。提供中断服务操作 3、恢复现场。退出服务程序前，将原程序中断时的“现场”恢复到原来的 寄存器中 4、中断返回。使其返回到原程序的断点处，以便继续执行原程序 效率低 7、什么是DMA？解决了什么问题？DMA和主存交换数据方式（三种简答） DMA：（即直接存储器存取方式） DMA与主存交换数据方式：1、停止CPU访问主存 2、周期挪用 3、DMA与CPU交替访问 8、DMA的传输过程分为哪三个？解决了什么（简答） 一、预处理 1、给DMA控制逻辑指明数据传送方向是输入还是输出 2、向DMA设备地址寄存器送入设备号，并启动设备 3、向DMA主存地址寄存器送入交换数据的主存起始地址 4、对字计数器赋予交换数据的个数 二、数据传送 解决数据输入和数据输出的问题 后处理 当DMA的中断请求得到响应后，CPU停止原程序的执行，转去执行中断服务 程序，做一些DMA的结束工作。 第六章 1、N位带符号数和无符号数的范围 以机器字长为16位为例，无符号数的表示范围为0~65535，而有符号数的表示范围为 -32768~32767 2、定点小数和定点整数的区别 区别定点小数和定点整数的存储时，计算机会将定点小数先规范化再存储，定点整数则是直接存储的，这样就能够区分了 3、给定真值X和Y，能求[-X]和 [-Y]的原码，补码、移码，[X±Y]补并判断是否溢出（考） 4、已知真值X和Y，求其左移和右移后的原码和补码（考） 原码乘 补码乘 原码除 5、什么是浮点数？浮点数的优点？32位和64位浮点数的构成？浮点数规格化的目的？ 浮点表示的数称为浮点数。 浮点数的优点是 数值范围不受限制、表示格式也不受限制 浮点数规格化的目的是为了提高浮点数的精度 5、已知浮点数X和Y，求[X±Y]浮（考） 6、ALU的功能，74181和74182的作用 ALU主要完成算术运算和逻辑运算 74181的作用是 完成4位二进制代码的算逻运算 74182是超前进位产生器，具有超前进位功能的芯片。 第七章 1、机器指令有哪两部分构成，各自的作用？ 指令是由操作码和地址码两部分组成。 操作码用来指明该指令所要完成的操作，如加法、减法、传送、移位、转移等。 地址码用来指出该指令的源操作数的地址、结果的地址以及下一条指令的地址。 2、指令字长和存储字长、机器字长概念 指令字长:一个指令字中包含二进制代码的位数。 存储字长：一个存储单存储一串二进制代码（存储字），这串二进制代码的位 数称为存储字长，存储字长可以是8位、16位、32位等。 机器字长：是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。 3、指令的分类 4、能够写出不同寻址方式的数的EA的计算，能够根据EA及其它写出寻址方式，熟悉每一种寻址方式的寻址过程（必考） 5 、RISC 和CISC的意思，各自的特点 RISC即精简指令系统计算机。 CISC即复杂指令系统计算机。 第八章 1、CPU的功能？ 2、CPU里面有哪些特殊寄存器，各自的功能？ 3、指令周期概念？ 4、取指令、间址周期、中断周期的操作？（幻灯片有）（或者看第九章） 5、提高处理器速度的方法（P345和355） 6、影响流水线的因素，并且能够分析哪种相关（幻灯片） 7、流水线的相关题，看例8.1 8、中断系统需要解决的问题P359? 9、习题8.54-8.28 第九章 1、例9.1和9.2，会9.2 2、指令周期、 机器周期、时钟周期概念和关系 会做 例9.3 10.1 第十章 1、什么叫组合逻辑控制器？ 2、什么叫微程序控制器？微指令和机器指令关系，微操作？ 3、垂直型微指令和水平型微指令的特点？ 例10.1 10.2 10.4 10.6
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