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以5位表示,则(-0.1011)原=1.1011以8位表示,则(-0.1011)原=1.10110000的原码有二种表示方式:
小数:
(+0.0000)原=0.0000,(-0.0000)原=1.0000整数:
(+00000)原=00000,(-00000)原=10000符号位不是数值的一部分,不能直接参与运算,需单独处理。
约定数据位数的目的是约定数据的表示范围,即:
-1<
X<
1整数:
-2n<
2n
(2)反码:
正数的反码与原码同;
负数的反码是原码除最高位(符号位)外,各位求反。
正数:
(+0.1011)原=(+0.1011)反=0.1011;
负数:
(-0.1001)原=1.1001,则(-0.1001)反=1.0110反码的数学定义若定点小数反码序列为X0.X1X2...Xn共n+1位数,则:
X反=X当1>
X≥0X反=(2-2-n)+X当0≥X>
-1若定点整数反码序列为X0X1X2...Xn共n+1位数,则:
X反=X当2n>
X≥0X反=(2n-1)+X当0≥X>
-2n(3)补码:
正数的补码与原码同;
负数的补码是反码的最低加1。
正数:
(+0.1011)原=(+0.1011)反=(+0.1011)补=0.1011;
(-0.1001)原=1.1001(-0.1001)反=1.0110(-0.1001)补=1.0111数学定义(X)补=M+X(MODM)其中:
M表示模,即容器的最大容量。
若定点小数补码序列为X0.X1X2...Xn共n+1位数,则M=2;
若定点整数补码序列为X0X1X2...Xn共n+1位数,则M=2n+1
2、为什么计算机中数值类型的数据以补码表示
补码的符号位是数值的一部分,可以参与运算。
0的补码表示具有唯一性。
补码的表示范围比原码、反码大。
3、常见寻址方式的特点
(1)寻址方式:
获得指令或操作数的方式。
(2)指令寻址:
由程序计数提供即将要执行的指令的地址。
(3)操作数寻址:
与具体的寻址方式有关。
操作数寻址方式应说明是源操作数还是目标操作数的寻址方式。
4、采用多种寻址方式的目的(缩短指令长度,扩大寻址空间,提高编程灵活性)
缩短指令长度,扩大寻址空间,提高编程的灵活性。
5、如何减少指令中地址数的方法
采用隐地址(隐含约定)可以简化指令地址结构,即减少指令中的显地址数。
6、外设的编址方式(在任何一种方式每个外设都有一个独立的地址)
(1)I/O与主存统一编址,即I/O是看作是主存的延伸。
(2)I/O与主存单独编址:
I/O编址到设备级,即一个I/O只有一个地址。
I/O编址到寄存级,即一个I/O有多个地址。
7、指令系统优化的趋势(CISC、RISC)
(1)CISC(复杂指令系统计算机)从编程角度出发,希望指令系统中包含的指令尽可能多,每条指令中的操作信息尽可能多。
该类指令系统一般包含300-500指令。
为提高机器效率,采用了向量化、超标量、超长指令字等技术。
(2)指令系统的发展趋势早期:
面向用户编程,采用CISC技术现代:
面向系统、向高级语言靠近,采用RISC技术(3)实际上CISC和RISC均是当前的发展(优化)趋势
第三章存储器
1、存储器的按工作原理和存取方式的分类
(1)物理原理分类:
A、磁芯B、半导体存储器C、磁表面存储器D、光盘存储器E、其它存储器
(2)存取方式的划分:
A、随机存取存储器(RAM)B、只读存储器(ROM)C、顺序存取存储器(SAM)D直接存取存储器(DAM)
2、存储器的三级层次结构及各层次的功能
(1)主存:
基本要求:
随机访问、工作速度快、具有一定容量;
功能:
存放当前执行的指令和数据。
(2)外存:
容量大、成本低、一定的速度
长期保存数据;
作为主存的外援存储器。
外存也可采用多级存储结构。
(3)cache:
速度足够快、一定容量
CPU与主存的缓冲,匹配主存与CPU的速度。
内容:
是当前主存中最活跃数据的副本。
内容形成的依据:
程序局部性原理:
时间和空间局部性。
3、静态与动态存储器间的区别、动态存储器为什么还需要刷新及刷新有分类
(1)根据信息表示方式分为:
动态存储器(DRAM):
以电容中的电荷表示信息,需动态刷新;
静态存储器(SRAM):
以双稳态信息。
(2)需动态刷新:
因为动态存储器是依靠电容上的存储电荷暂存信息,而电容上存储的电荷会逐渐减变弱所以需要刷新。
(3)刷新的分类:
A、集中刷新B、分散刷新C、异步刷新。
4、校验码:
奇偶、循环校验码(CRC)计算
(1)奇/偶校验:
奇/偶校验:
使校验码中“1”的个数和为奇/偶数,主要用于主存校验。
例:
有效信息:
01101011,则奇校验码:
011010110偶校验码:
011010111
(2)循环校验码
A、编码原理:
现假设有:
有效信息:
M;
除数G(生成多项式)有:
M/G=Q+R/G此时,可选择R作为校验位,则MR即为校验码。
B、校验原理:
(M-R)/G=Q+0/G说明:
以接收到的校验码除以约定的除数,若余数为0,则可认为接收到的数据是正确的。
例:
有效信息1101,生成多项式样1011,求循环校验码解:
有效信息1101(k=4),即M(x)=x3+x2+x0生成多项式1011(r+1=4,即r=3),即G(x)=x3+x1+x0M(x)·
x3=x6+x5+x3,即1101000(对1101左移三位)M(x)·
x3/G(x)=1101000/1011=1111+001/1011即1010的CRC是:
1101001
循环校验码的来源余数与出错序号间处理存在对应模式,该模式只与只与码制和生成多项式有关,与具体的码字无关。
生成多项式满足的条件:
任一位发生错误都应使余数不为0;
不同的位发生的错误余数应不同。
用的生成多项式:
CCITT:
G(x)=x16+x15+x2+1IEEE:
G(x)=x16+x12+x5+1
5、存储器的扩展
(1)位扩展:
2K×
4芯片组成2K×
8特点:
(1)片选信号连接在一起,二个芯片分别提供高低位的数据;
(2)芯片的地址线直接与AB按位连接。
(2)字扩展例:
4芯片组成4K×
4特点:
AB高位地址通过译码形成芯片的片选信号;
AB低位地址通过译码连接芯片的低位地址;
(3)综合扩展例:
4K×
4芯片组成16K×
8
6、数据传输率的计算
R=
(单位bps)
7、提高存储性能(速度、容量)的措施
A、双端口存储器,B、并行主存系统C、高速缓存D、虚拟存储E、相联存储技术等。
8、高速缓存的功能及替换算法
(1)高速缓存的功能:
提供的是cpu与内存的一个缓存。
(2)替换算法:
1先进先出算法(FIFO)2近期最少使用算法(LRU)
p命中率=
9、Cache与内存在直接映像方式中怎样将内存地址转换为Cache地址
A、直接映像B、全相联映像C、组相联映像。
10、虚拟存储器的分类
A、页式虚存储器B、段式虚拟存储器C、段页式虚拟存储器。
第四章CPU
1、为什么会产生溢出、及溢出的解决方法、正负溢出的概念
(1)产生溢出的原因:
需表示的数据或运算结果超出了正常表示范围
(2)溢出的解决方法:
多符号位;
(3)正溢出:
两个正数相加而绝对值超出允许的表示范围;
(4)负溢出:
两个负数相加而绝对值超出允许的表示范围。
2、补码加减法的依据
X补+Y补=(X+Y)补和X补-Y补=X补+(-Y)补。
3、串行和并行加法的原理
串行加法原理如下:
C1=G1+P1C0;
其中C0=0
C2=G2+P2C1
·
·
Cn=Gn+PnCn-1
∑i=Ai⊕Bi⊕Ci-1
并行加法原理如下:
C1=G1+P1C0
C2=G2+P2C1=G2+P2G1+P2P1C0
C3=G3+P3C2=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0
C4=G4+P4C3
=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0
而∑i=Ai⊕Bi⊕Ci-1.
4、一位原码乘法的计算及运算特点
(1)数学原理:
两个原码数相乘,其乘积的符号为相乘两数符号的异或值,数值等于两数绝对值之积。
假设[X]原=X0.X1X2..Xn,[Y]原=Y0.Y1Y2..Yn,则有:
[X·
Y]原=(X0⊕Y0).[(X1X2..Xn)·
(Y1Y2..Yn)]
(2)算法:
假设X=0.X1X2..Xn,Y=0.Y1Y2..Yn,即均为正纯小数X·
Y=X·
0.Y1Y2..Yn=X·
(2-1Y1+2-2Y2+...+2-n+1Yn-1+2-nYn)=X·
(2-nYn+2-n+1Yn-1+...+2-2Y2+2-1Y1)=(..((0+YnX)2-1+Yn-1X)2-1)+...)+Y2X)2-1)+Y1X)2--1)根据上述计算过程,可得算法如下:
A0=0A1=(A0+YnX)2-1A2=(A1+Yn-1X)2-1...An-1=(An-2+Y2X)2-1An=(An-1+Y1X)2-1积X·
Y=An
(3)运算特点
符号位和绝对值分别独立运算。
5、主机与外设间的连接方式
(1)辐射型
(2)总线型(3)通道型
6、数据传送方式
(1)以打印机为例说明中断方式数据的传输过程
(2)DMA方式的特点及应用
DMA方式的特点:
传送速率快,操作简单;
应用:
高速外部设备与主存储器之间的简单批量数据传送。
中断的响应过程、区别中断处理与中断服务
7、中断的响应过程、区别中断处理与中断服务
(1)中断的响应过程
①置位中断优先级有效触发器,即关闭同级和低级中断:
②调用入口地址,断点入栈,相当于LCALL指令;
③进入中断服务程序。
(2)中断处理就是执行中断服务程序,从中断入口地址开始执行,直到返回指令(RETI)为止。
此过程一般包括三部分内容,一是保护现场,二是处理中断源的请求,三是恢复现场。
(3)中断服务是要完成处理的事务,用户根据需要编写中断服务程序,程序中要注意将主程序中需要保护的寄存器内容进行保护
8、控制器的功能
CPU内部控制功能的寄存器及相应的功能
硬件系统时序层次的划分及各层次次的含义
控制器的分类及各自的优缺点
指令流程(MOV和运算类双操作数指令)
微程序控制器的基本思想
9、CPU内部控制功能的寄存器及相应的功能
(1)PC:
程序计数器,用来指示指令在存储器中的存放位置。
(2)IR:
指令寄存器,用来存放当前正在执行的指令,它的输出包括操作信息、地址信息等。
(3)PSW:
程序状态寄存器,用来记录现行程序的运行状态和指示程序的工作方式。
10、硬件系统时序层次的划分及各层次次的含义
(1)指令周期:
执行一条指令所需的时间,一般由若个个机器周期(工作周期)组成,是从取指令、分指令到执行指令完所需的全部时间。
(2)工作周期:
完成一个阶段性的任务所需时间。
(3)时钟周期:
完成一个基本操作所需时间。
(4)定时脉冲:
启停控制逻辑的时钟脉冲。
(工作脉冲:
决定一个周期的长短)
11、控制器的分类及各自的优缺点
(1)组合逻辑控制
A、优点:
思路简单、可用于实现任一指令系统。
B、缺点:
*控制器的核心零乱、繁琐,设计效率低,检查调试困难。
*不易扩展和修改。
(2)微程序控制
A、优点:
*用规整的存储逻辑结构代替硬连逻辑,有利于设计自动化。
*易于修改与扩展,灵活,通用性强。
*适用性作素列机的控制器。
*可靠性高,易于诊断与维护。
B、缺点:
*速度慢,效率低。
*由于增加了相关的微程序控制部件,成本较高。
12、指令流程(MOV和运算类双操作数指令)
(1)MOV
3、DT由目的操作数的寻址方式确定DT的指令流程:
若目的数在内存中,则将目的数的地址送到MAR;
若目的数在R中,则省略。
4、ET由源操作数、目的操作数的寻址方式及操作码共同确定ET的指令流程。
源数可在R中(SR)或内存中(SR);
目的数可在R中(DR)或内存中(DR)。
由源数和目的数的位置可以有下列四种类型:
(2)双操作数指令包括:
ADD、SUB、OR、AND、EOR。
双操作数指令的FT和ST的流程与MOV指令完全相同。
下面只描述DT及ET的指令流程。
1、DT由目的操作数的寻址方式确定DT的指令流程:
若目的数在内存中,则将目的数送到D;
2、ET由源操作数、目的操作数的寻址方式及操作码共同确定ET的指令流程。
由源数和目的数的位置可以有下列四种类型。
其中:
Rs表示源寄存器;
Rd表示目的寄存器。
13、微程序控制器的基本思想
(1)机器指令由微程序解释;
微程序由微指令组成,每条微指令中可包含多个微命令;
微命令控制实现微操作。
(2)微指令以代码(微码)存储在ROM中,该ROM称为控制存储器(CM)。
9、I/O系统
1、总线的分类及接口的分类
(1)总线的分类
A、按据传送格式分类:
串行总线;
并行总线
B、按时序控制方式分类:
同步总线;
异步总线
(2)接口的分类
A、按数据传送格式划分并行接口:
接口与系统总线及I/O间均以并行方式传送数据。
串行接口:
接口与I/O间以串行方式,而与系统总线间以并行方式传送数据。
B、按时序划分同步接口:
与同步总线连接的接口,接口与系统总线间的数据传送由统一的时序信号(由CPU或专门的系统总线时序信号)控制。
异步接口:
与异步总线连接的接口,接口与系统总线间的传送采用异步应答的工作方式。
C、按信息的传送控制方式划分中断接口、DMA接口、磁盘存储接口等。
***I/O接口的基本功能
(1)寻址:
将地址信息译码为I/O或接口中的寄存器的选中信号。
(2)数据传送与缓冲(速度匹配)(3)数据格式变换、电平变换等预处理(4)控制逻辑:
接口对主机发送的命令字进行解释,并将产生的操作命令发送给I/O;
将I/O及接口的状态信息送回CPU。
如在中断接口中有中断请求信号产生、中断屏蔽、优先排队等部件。
2、总线的概念及分时共享的含义、总线的组成
总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线,它是由导线组成的传输线束,按照计算机所传输的信息种类,计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线,分别用来传输数据、数据地址和控制信号。
总线是一种内部结构,它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道,主机的各个部件通过总线相连接,外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接,从而形成了计算机硬件系统。
在计算机系统中,各个部件之间传送信息的公共通路叫总线,微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。
3、PCI总线的仲裁方式
当多个设备竞争总线时,由总线仲裁器进行仲裁,在微机中就是南北桥芯片组。
仲裁方式分集中和竞争二种方式。
(1)集中式仲裁:
分配原则是:
优先级高的设备可以剥夺优先级低的设备的总线使用权。
当仲裁器接收到总线请求时,就发出总线授权信号。
设备的优先级由设备和仲裁器的逻辑距离决定。
当设备较多时,可采用分级仲裁方式。
(2)竞争式仲裁分配原则:
优先级不同的设备同时申请总线,则分配给高优先级的设备;
先来先占用:
谁先抢占总线,只要该设备没有释放总线,则其它优先级高的设备不能强行占用总线。
4、中断接口的模型及工作过程
中断接口的模型
(1)设备选择电路是一个译码器,用于选择接口中的某一个寄存器。
(2)命令字寄存器用于接收CPU发送的命令字,一般用于初始化接口,如数据的输入/出方向、工作方式(R或W)等。
(3)状态字寄存器用以记录、反映设备与接口的运行状态,作为CPU执行I/O程序的依据。
(4)数据缓冲寄存器作为主机与I/O间数据传送的缓冲。
其容量称为缓冲深度。
若对缓冲深度要求较高,则可采用半导体存储器作为缓冲区。
(5)其它控制逻辑接口不同,则该逻辑不同,属接口中不规整的部分,一般有如下部分:
A、中断请求IRQ的产生B、与主机间的应答逻辑C、控制时序,包括振荡电路、分频电路。
D、面向设备的某些特殊逻辑。
如对机电性的设备所需的电机的启动、停止、正转、反转、加速,数据格式的转换,电平信号的转换等E、智能控制器。
功能复杂的接口,常使用通用的微处理器、单片机或专用控制器等芯片,与半导体存储器构成可编程的控制器。
(6)中断控制器现通常采用8259A芯片。
****模型接口的抽象工作过程:
(1)初始化接口与中断控制器:
CPU调用程序或系统初始化时完成
(2)启动外设:
通过专门的启动信号或命令字,使接口状态为B=1、D=0。
(3)设备向中断控制器提出中断请求:
设备准备好或完成一次操作(数据传送),使接口状态为:
B=0、D=1,据此形成中断请求信号IRQi。
(4)中断控制器向CPU提出中断请求:
IRQi送中断控制器8259A,经屏蔽优先,向CPU发出公共请求INT,同时形成中断类型码。
(5)CPU响应:
CPU经中断判优后向8259A发回响应信号INTA,CPU从DB取回中断类型码。
(6)CPU在中断周期IT执行中断隐指令操作,转入中断服务程序。
第六章I/O设备
1、键盘对按键识别方式的分类
软件扫描、硬件扫描
2、显存容量的计算
显存容量应该能保证一帧图像的存储。
下面以例说明:
显示器在字符方式下:
分辨率25行×
80列,颜色256种。
显示字符集有256个字符;
在图形方式下分辨率1024×
1024,颜色216种解:
(1)字符方式下:
256个字符集中的每个字符需8位(1B)表示,256种颜色需8位(1B)表示,则:
基本缓存:
25×
80×
8/8=2000B,2KB属性缓存:
2KB×
1=2KB显存容量至少:
4KB
(2)图形方式下:
颜色216种需用16位(2B)表示显示屏上共有:
1024×
1024=220个点每个点所属性需2B表示则所需的属性显存:
220×
2B=221B=2MB显存容量至少:
2M注意:
在图形方式下无基本显存
三、计算题的例题
1、原码的一位乘法
见上面复习重点的第四章CPU的第4点
2、循环校验码
见上面复习重点的第三章存储器的第4点
3、将内存地址转入高速缓存
现有一个cache,其容量为1kB,其页大小为128B,若cache与内存的地址映像方式为直接映像,且内存编址方式为字节,现有一内存单元地址为1a2b3cH,若该单元数据已调入cache,试问:
该单元在cache中的地址(页号和页内地址)。
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