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15.取指周期、机器周期、执行周期、指令周期。
①取指周期:
指CPU从内存中取出一条指令所需要的时间,通常用机器周期来表示。
②机器周期:
指计算机完成一种基本操作所需要的时间。
③执行周期:
指CPU执行一条指令所需要的时间。
④指令周期:
指CPU从内存取出一条指令并执行完这条指令所需要的时间。
16.计算机软件的分类。
计算机软件一般分为系统软件和应用软件。
17.总线的基本概念。
总线是计算机多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。
单总线结构的特点是:
各部件连接在单一的一组总线上。
CPU与主存之间、CPU与外设之间、主存与外设、外设与外设之间都可以直接交换信息,不需要CPU的干预;
多总线结构的特点是CPU、主存、I/O之间互联需要多条总线。
CPU与Cache间采用高速CPU总线,主存连在系统总线上;
CPU总线、系统总线和高速总线通过“桥”相连;
高速总线通过扩充总线接口与扩充总线相连,扩充总线上可以连接串行工作方式的I/O设备。
第二章数据的机器层次表示
1.计算机中的数值数据类型。
无符号数和有符号数,其中无符号数表示的数值范围为非负数,无符号数主要用来表示指令和数据地址,n位无符号数表示的正整数范围为0~2n-1。
,最高位作为符号位,“0”为正号“+”,“1”代表负号“-”,其余数位用除数值位代表数值,8位有符号数的整数范围-127~+127
2.机器数。
符号位被数字化的数为机器数,机器数可以用原码,补码,反码和移码表示
3.机器数的原码“0”。
有正负之分[+0]原码=0.。
。
0,[-0]原码=10.。
4.真值0表示形式唯一的机器数什么?
补码和移码
5.机器数的补码表示。
数符与数字部分可以一起参加运算,做减法运算时转加法进行,补码分纯小数,补码小数点的位置固定在数符之后,数字有效位之前,以2为模,纯整数补码小数点固定在最低位之后模是2的n+1次方。
n+1位的定点小数,其补码表示是-1≤x≤1-2-n。
6.机器数的反码表示。
纯小数反码以2-2-n为模,纯整数反码以2的n+1次方-1为模反码的0有正负之分,[+0]=0000.[-0]=1111
7.由原码求补码和反码。
正数的补码=反码=原码,负数的原码符号位不变数字部分按位取反为反码,反码加一为补码。
8.由负数补码、反码求原码。
负数的补码符号位不变数字为部分按位取反末位加一为原码
9.机器数的定点表示与浮点表示
(1)机器数的定点表示。
某定点小数X的数符为0,尾数8位全1,其最大正数真值是1-2-8。
某定点小数X的数符为1,尾数8位全0,其最小正数真值是2-8。
(2)机器数的浮点表示法
一个浮点数由阶码和尾数两部分组成规格化浮点数,当尾数m不等于0时,m>
=0.5,m的最高有效位为1,对非规格化小数须采用左移或右移小数点来修正阶码E的大小,目的是使尾数m最高位为1.浮点数表示法能够扩大数的表示范围,但可能产生溢出。
(3)浮点数阶码的移码表示法
移码等于符号位取反的补码,补码0表示正,1表示负,移码0表示负,1表示正。
[+0]移码=[-0]移码=10…0
10.奇偶校验码。
第三章指令系统
1.微指令。
微CPU像各个部件发出的控制信号
2.指令系统。
一台计算机能够运行的全部指令的集合。
3.指令的构成。
4.指令类型
①单字长指令。
指令长度等于机器字长的指令称为单字长指令;
②半字长指令。
指令长度等于半个机器字长的指令称为半字长指令
③双字长指令。
指令长度等于两个机器字长的指令称为双字长指令。
④定长指令。
指令系统中所有字长相等。
⑤变长指令。
指令长度随指令的功能而异。
5.分析下面的指令格式的特点。
15107430
OP
…
目标寄存器
源寄存器
1.指令类型属于RR型指令,2.寻址方式寄存器寻址3.指令格式单字长二地址指令4.指令系统中包含有64条指令
6.指令格式如下图所示,试分析其特点。
1.指令格式为双字长二地址指令2.指令类型为RS型指令3.指令系统中包含有64条指令4.指令执行速度介于RS型和SS型指令之间
7.寻址技术
(1)指令的寻址方式
①顺序寻址。
按照指令在内存中的存放顺序寻找其有效地址。
通过程序计数器PC+1,自动形成下一条指令的地址。
②跳跃寻址。
下一条将要执行的指令地址码不是由PC给出的,而是由本条指令直接给出的,即通过转移类指令实现。
程序跳跃后,按新的指令地址顺序执行,PC内容必须相应改变,以便及时跟踪新的指令地址。
(2)操作数的寻址方式。
(3)隐含寻址。
(4)立即寻址。
(5)寄存器寻址。
(6)直接寻址。
(7)间接寻址。
(8)相对寻址。
(9)假设某条指令的一个操作数采用两次间接寻址方式,指令中给出的地址码为1200H,地址为1200H的内存单元中的内容为12FCH,地址为12FCH的内存单元的内容为38B8H,而38B8H单元的内容为88F9H。
则该操作数的有效地址是下列选项中的哪一个?
为什么?
即(1200H)→12FCH。
(10)假设某条指令的一个操作数采用一次间接寻址方式,指令中给出的地址码为1200H,地址为1200H的内存单元中的内容为12FCH,地址为12FCH的内存单元的内容为38B8H,而38B8H单元的内容为88F9H。
即(1200H)→(12FCH)→38B8H
(11)寄存器间接寻址。
操作数在内存的某个存储单元中,指令中的寄存器内容不是操作数而是操作数的地址,该地址指明的操作数在内存中,即:
EA=(R),D=((R))。
(12)解释寄存器寻址与寄存器间接寻址。
采用间接寻址,指令地址字段中的形址A不是操作数D的真正地址,而
是操作数地址的指示器(操作数地址的地址)。
间接寻址的速度次于直
接寻址和寄存器间接寻址。
寄存器寻址,操作数不在内存而在寄存器中。
指令中给出的操作数地
址D不是内存地址单元号,而是通用寄存器编号,有效地址EA=R,无主
存访问。
寄存器数量较少,其地址码字段比主存单元地址字段短,缩
短了指令长度,提高了指令执行速度。
(13)对直接寻址、间接寻址、立即寻址三种寻址方式的寻址由快到慢排序。
立即寻址,直接寻址,间接寻址
第四章数值的机器运算
1.全加器。
全加器有3个输入量和2个输出量。
2.原码定点数加减运算
(1)运算规则
(1)参加运算的操作数均取其绝对值,符号位不参加运算。
(2)做加法运算时,两数直接相加;
做减法运算时,减数先变补,然后再做加法运算。
运算结果可能有两种情况:
①若最高位有进位,为正数,运算结果正确;
②若最高位无进位,为负数,对运算结果需要再变一次补(后变补)才能得到正确的运算结果。
(3)给运算结果添加上正确的符号位:
即正数添0,负数添1。
3.补码定点数加减运算
(1)补码定点加减运算的规则
①符号位与数值部分一起参加运算。
②参加运算的数均用补码表示。
③求差时用求和替代,将减数求补。
④运算结果为补码。
符号位为0是正数,符号位为1是负数。
⑤符号位有进位则丢掉。
4.数据的溢出。
(1)单符号位判断法:
①若XS=YS=0,SS=1,正溢出。
两正数相加和为负,正溢出。
②若XS=YS=1,SS=0,负溢出。
两负数相加和为正,负溢出。
③相加两数符号位相异,不会产生任何溢出。
(2)双符号位判断法
正数变形补码:
00X1X2…Xn无溢出
01X1X2…Xn正溢出
负数变形补码:
10X1X2…Xn负溢出
11X1X2…Xn无溢出
例1:
设X=0.1011,Y=0.1100,用双符号位补码计算X+Y,判断是否产生溢出。
解:
[X]补=0.1011,[Y]补=0.1100,采用双符号位补码加法运算过程如下:
[X]补00.1011
+[Y]补00.1100
010111正溢出
例2:
说明下图所描述的原理。
5.带符号数的移位原则。
有符号数的移位称为算术移位,无符号的移位称为逻辑移位
例如:
补码定点整数01010101左移2位后的值是01010100。
6.原码一位乘法运算规则
(1)符号位与数值位分别进行单独计算。
(2)乘积的符号位取相乘两数符号位的异或值。
(3)乘积为相乘两数的绝对值之积。
7.原码一位除法原理:
商的符号位=被除数与除数符号的异或值;
商=两数的绝对值相除。
8.原码恢复余数法:
“恢复余数”就是用当前余数+除数。
在原码不恢复余数除法中,仅当最后一步不够减时,才恢复一次余数。
9.浮点加减运算原则:
①阶码与尾数分别运算;
②一律采用补码。
对阶原则为小阶向大阶看齐。
设X=10Ex×
Mx=102×
0.3,Y=10Ey×
My=103×
0.2,求X+Y和X-Y。
Ex=2,Ey=3,Ex<Ey。
X+Y=(Mx·
10Ex-Ey+My)×
10Ey=(0.3×
102-3+0.2)×
103=0.23×
103=230
X-Y=(My·
10Ex-Ey-My)×
102-3-0.2)×
103=(-0.17)×
103=-170
例2.用浮点数运算方法对56+5进行二进制运算。
浮点数的格式为1位符号位、5位阶码、10位尾码,基数为2(要求写出解题过程)。
设X=(56)10=(111000)2=0.111000×
26,则Ex=6,Mx=0.111000
设Y=(5)10=(101)2=0.101×
23,则Ey=3,My=0.101
(1)对阶:
△E=Ex-Ey=6-3=3,Ex>Ey,My右移3位,Ey+3,得:
[Y]浮=0.000101×
26,
(2)尾数求和:
Mx0.111000
+My0.000101
Mc0.111101
(3)尾数规格化:
Mc=0.111101×
26
(4)舍入:
未超出存储范围,不必舍入。
(5)溢出判断:
无溢出。
第五章内存储器
1.存储系统的层次结构。
计算机多级存储器体系结构由Cache、主存和外存构成
2.数据在主存中的存放方式:
(1)64位存放方式
(2)起始位置存放方式
(3)边界存放方式。
3.SRAM存储器。
用双稳态电路存储0和1,信息读出后不需再生,存取速度很快,断电后原存数据丢失(易失性)。
4.DRAM存储器。
利用电容器存储电荷特性存储数据,依靠定时刷新和读后再生对信息进行保存,若电容上有足够的电荷,则存储“1”,否则,则存储“0”。
5.主存容量的扩展:
所需芯片总数d=存储器的总容量/每个芯片的容量。
6.Cache存储器。
Cache是位于位于CPU与主存之间的存储器。
7.主存与cache的地址映射。
全相联映射,直接映射,组相联映射方式
8.Cache的替换策略。
1.RND算法(随机替换)2.FIFO算法(先进先出)3.LRU算法(近期最少使用)
第六章中央处理器
1.现代计算机CPU的基本组成。
运算器+Cache+控制器
2.CPU中有若干寄存器,用于存放指令和数据。
①DR:
暂存算术逻辑运算单元ALU的运算结果。
②IR:
保存当前正在执行的一条指令。
③PC:
指出下一条将要执行的指令在主存中的地址,具有自动增1功能。
程序流动方向最终是由PC来控制的。
④AR:
保存当前CPU所访问的数存单元地址。
3.CPU主频。
CPU内部脉冲信号的震荡频率。
4.CPU外频。
CPU的基准频率,反映了CPU与主板之间同步运行的速度,它决定主板的运行速度。
5.CPU倍频。
CPU核心工作频率与外频之间的比值关系。
6.FSB频率。
指CPU和主板北桥芯片之间总线的数据传输速度,
7.解释CPU外频与CPUFSB频率两个概念。
8.机器指令与微指令的关系。
①一条机器指令的功能由若干条微指令组成的序列来实现。
②机器指令存放在内存中,微指令固化在控存中。
③每一个CPU周期对应一条微指令。
9.时序信号。
10.CPU是如何识别从内存中取出的是指令还是数据的?
CPU利用时序信号辨认从内存中取出的是指令还是数据
11.CPU通过总线类型来识别信息是地址还是数据的。
第七章外部存储器和输入输出设备
1.计算机的外围设备。
除了CPU和内存以外的其他设备
2.磁盘存取信息的方式。
磁盘是一种以直接存取方式存取数据的存储设备。
3.①道密度。
指沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数,单位:
道/in。
②位密度。
指磁道单位长度上能记录的二进制代码位数,单位:
位/in。
③面密度。
位密度与道密度的乘积,单位:
位/in2。
4.CD-ROM光盘的外缘5mm宽范围不记录数据,标准播放时间为60分钟。
计算在模式1和模式2情况下光盘的存储容量。
光盘的恒定速度为每秒读出75个扇区
扇区总数=75×
3600=270000(扇区)
模式1存储容量=270000×
2048/220=527MB
模式2存放音像等媒体数据,存储容量=270000×
2336B/220=601MB
5.①解释“刷新”。
刷新指CRT不断扫描整个屏幕的过程。
②简述刷新存储器的作用和其容量的决定因素。
刷新存储器的存储容量M由图像分辨率r和灰度级C决定,即:
M=r×
C
③某台显示器的分辨率为1024×
1024,颜色级为256级,求刷新存储器的存储容量。
其M=1024×
1024×
8b=1MB
①显示器刷新。
②刷新存储器的作用和其存储量大小的决定因素。
③计算刷新存储器的存储容量。
第八章CPU与外界交换信息的方式
1.程序中断方式
(1)单级中断:
在单级中断系统中,所有中断源属于同一级,所有中断源触发器排成一行,其优先次序是离CPU近的优先权高。
(2)多级中断:
多级中断系统是指计算机系统中有相当多的中断源,根据各中断事件的轻重缓急程度不同而分成若干级别,每一中断级分配给一个优先权。
一般说来,优先权高的中断级可以打断优先权低的中断服务程序,以程序嵌套方式进行工作。
例如,三级中断优先权高于二级,而二级中断优先权又高于一级。
2发生中断请求的条件有:
一次I/O操作结束、机器内部发生故障、一次DMA操作结束。
在中断周期中,将允许中断触发器置“0”的操作是由硬件完成的。
3.DMA传送方式
(1)停止CPU访问内存
(2)周期挪用
(3)DMA与CPU交替访内
4.通道方式:
通道是一个具有特殊功能的处理器。
通道有两种类型:
选择通道和多路通道。
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