计算机组成复习自己整理的.docx
- 文档编号:30123135
- 上传时间:2023-08-05
- 格式:DOCX
- 页数:50
- 大小:3.53MB
计算机组成复习自己整理的.docx
《计算机组成复习自己整理的.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计算机组成复习自己整理的.docx(50页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
计算机组成复习自己整理的
第三章
1、ALU(Arithmetic&LogicUnit):
算术逻辑运算单元,计算机中可以进行逻辑运算和算术运算的部件。
例1:
()10=2×103+3×102+4×101+5×100+4×10-1+5×10-2+9×10-3
例2:
()2=1×24+1×23+0×22+1×21+1×2-0+0×2-1+1×2-2+1×2-3=()10
例3:
()8=1×82+2×81+3×80+6×8-1+7×8-2=()10
2、十进制(Decimal)、二进制(Binary)、八进制(Octal)、十六进制(Hexdecimal)数分别用D、B、Q、H来标志。
例如:
(1011)2→(1011)B→1011B→1011b
()2→()D→→
;
()16=()H=()10=Q
3、十进制转化为R进制:
转换方法
整数部分:
除以R取余,先得低位,直到商为0。
小数部分:
乘R取整,先得高位,直到积为0或者达到精度要求为止。
例:
()10=()2
()10=()8
4、写出X与Y的规格化浮点数。
!
(1)X=-
(2)Y=34/128
(1)X=(-)10
=(-)2
=-0.1×2+7
EX=+7=(+00111)2,MX=-0.1
[EX]补=000111,[MX]补=1.000010011
则:
[X]浮=1000111000010011
《
(2)Y=(34/128)10
=()2
=0.10001×2-1
EY=-00001,MY=0.0
[EY]补=111111,[MY]补=0.0
则:
[Y]浮=01111110
循环冗余码CRC(CyclicRedundancyCode),又称为多项式码。
.
5、补码的加减运算的公式是:
[X+Y]补=[X]补+[Y]补
[X-Y]补=[X]补+[-Y]补
例:
已知X=+1011,Y=-0100,用补码计算X+Y和X-Y。
写出补码:
[X]补=0,1011[Y]补=1,1100
[-Y]补=0,0100
计算:
】
确定发生溢出的情况:
正数相加,且结果符号位为1;
负数相加,且结果符号位为0;
正数-负数,且结果符号位为1;
负数-正数,且结果符号位为0;
6、双符号位判溢方法举例
例:
用补码计算X+Y和X-Y
—
(1)X=+1000,Y=+1001
(2)X=-1000,Y=1001
Sf1Sf2=01,正溢出Sf1Sf2=11,无溢出
(
Sf1Sf2=00,无溢出Sf1Sf2=10,负溢出
7、机器数的移位运算:
二进制数据(真值)每相对于小数点左移一位,相当于乘以2;每相对于小数点右移一位,相当于除以2。
算术左移:
符号位不变,高位移出,低位补0。
算术右移:
符号位不变,低位移出,高位正数补0,负数补1,即高位补符号位。
、
例:
设X=,Y=-,求
[X]补=
[2X]补=(溢出)
[X/2]补=
[Y]补=
[2Y]补=
[Y/2]补=
8、原码乘法及实现
<
1、手工乘法算法
手工计算1011×1101,步骤:
手工算法:
对应每1位乘数求得1项位积,并将位积逐位左移,然后将所有的位积一次相加,得到最后的乘积。
2、原码一位乘法算法:
假设[X]原=XSX1X2……Xn,[Y]原=YSY1Y2……Yn,P=X·Y,PS是积的符号:
符号位单独处理 Ps=Xs⊕Ys
绝对值进行数值运算|P|=|X|*|Y|
例如:
X=+1011,Y=-1101,用原码一位乘法计算
、
控制单元(ControlUnit,CU)
第4章
?
第五章
一个二进制位(bit)是构成存储器的最小单位;字节(8bits)是数据存储的基本单位。
单元地址是内存单元的唯一标志。
存储器具有两种基本的访问操作:
读和写。
一、存储器的分类
1、计算机存储系统中的存储器分类
:
(1)按存储介质分类
半导体器件:
半导体存储器(RAM、ROM,用作主存)
磁性材料:
磁表面存储器(磁盘、磁带,用作辅存)
光介质:
光盘存储器(用作辅存)
(2)按存取方式分类
随机存取存储器:
存储器中任何存储单元的内容都能被随机存取,且存取时间和存储单元的物理位置无关(主存)
顺序存取存储器:
存取时间和存储单元的物理位置有关(磁盘、磁带)
相联存储器:
按内容访问。
-
(3)按存储器的读写功能分类
只读存储器(ROM):
一般隐含指随机存取。
读写存储器(RAM):
一般隐含指随机存取。
(4)按信息的可保存性分类
永久记忆的存储器:
又称非易失性存储器,在断电后还能保存信息(辅存、ROM)
非永久记忆的存储器:
又称易失性存储器,在断电后信息丢失(主存中的RAM)
(5)按在计算机系统中的作用分类
主存储器:
又称内存,为主机的一部分,用于存放系统当前正在执行的数据和程序,属于临时存储器。
#
辅助存储器:
又称外存,为外部设备,用于存放暂不用的数据和程序,属于永久存储器。
2、计算机的主存储器分类
主存的地位:
在现代计算机中,主存储器处于全机的中心地位。
主存的分类:
要求为随机存取、快速
随机读写存储器(RAM)
只读存储器(ROM)
掩膜式只读存储器(MROM)
|
可编程只读存储器(PROM)
可擦除可编程序的只读存储器(EPROM)
电可擦除的可编程序的只读存储器(E2PROM)
闪存(Flashmemory):
介于EPROM和E2PROM之间的永久性存储器
二、主存储器的性能指标
1、存储容量:
指存储器可容纳的二进制信息量,描述存储容量的单位是字节或位。
量化单位:
"
1K=2101M=2201G=2301T=240
存储器芯片的存储容量=存储单元个数×每存储单元的位数
2、存储速度:
由以下3个方法来衡量。
存取时间(MemoryAccessTime):
指启动一次存储器操作到完成该操作所需的全部时间。
存取时间愈短,其性能愈好。
通常存取时间用纳秒(ns=10-9s)为单位。
存储周期(MemoryCycleTime):
指存储器进行连续两次独立的存储器操作所需的最小间隔时间。
通常存取周期TC大于存取时间tA,即TC≥tA。
存储器带宽:
是单位时间里存储器所能存取的最大信息量,存储器带宽的计量单位通常是位/秒(bps)或字节/秒,它是衡量数据传输速率的重要技术指标。
存储容量、速度和价格的关系:
、
速度快的存储器往往价格较高,容量也较小。
容量、速度和价格三个指标是相互制约的。
一、随机读写存储器RAM:
静态存储器(SRAM)、动态存储器(DRAM)
SRAM存储器:
特点:
使用双稳态触发器表示0和1代码。
电源不掉电的情况下,信息稳定保持(静态)。
存取速度快,集成度低(容量小),价格高。
常用作高速缓冲存储器Cache。
DRAM存储器的特点:
使用半导体器件中分布电容上有无电荷来表示0和1代码。
电源不掉电的情况下,信息也会丢失,因此需要不断刷新。
存取速度慢,集成度高(容量大),价格低。
常用作内存条。
SRAM和DRAM的对比:
^
2、只读存储器ROM
几种非易失性存储器的比较:
EDRAM,即增强型DRAM
CDRAM,带Cache的DRAM
EDORAM(ExtendedDataOutRAM)。
也称“扩展数据输出RAM”
SDRAM(SynchronousDynamicRAM),也称“同步DRAM”。
RDRAM(RambusDRAM)
—
DDRSDRAM(双倍速率SDRAM),简称DDR。
2、存储器容量扩展的三种方法:
从字长方向扩展、从字数方向扩展、从字长和字数方向扩展
字扩展
.
|
2、字扩展
分析地址:
A10用于选择芯片
A9~A0用于选择芯片内的某一存储单元
例5-1:
设CPU有16根地址线,8根数据线,并用MREQ#作访存控制信号(低电平有效),用R/W#作读/写控制信号(高电平为读,低电平为写)。
现有下列存储芯片:
1K*4位SRAM;4K*8位SRAM;8K*8位SRAM;2K*8位ROM;4K*8位ROM;8K*8位ROM;及3:
8译码器和各种门电路。
要求:
主存的地址空间满足下述条件:
最小8K地址为系统程序区(ROM区),与其相邻的16K地址为用户程序区(RAM区),最大4K地址空间为系统程序区(ROM区)。
请画出存储芯片的片选逻辑,存储芯片的种类、片数
画出CPU与存储器的连接图。
-
第二步:
选择芯片
最小8K系统程序区←8K*8位ROM,1片
16K用户程序区←8K*8位SRAM,2片;
4K系统程序工作区←4K*8位SRAM,1片。
第三步,分配CPU地址线。
CPU的低13位地址线A12~A0与1片8K*8位ROM和两片8K*8位SRAM芯片提供的地址线相连;将CPU的低12位地址线A11~A0与1片4K*8位SRAM芯片提供的地址线相连。
例5-2:
设有若干片256K×8位的SRAM芯片,问如何构成2048K×32位的存储器需要多少片RAM芯片该存储器需要多少根地址线画出该存储器与CPU连接的结构图,设CPU的接口信号有地址信号、数据信号、控制信号MREQ#和R/W#。
解:
采用字位扩展的方法。
]
SRAM芯片个数:
2048K/256K×32/8=32片
每4片一组进行位扩展,共8组芯片进行字扩展
片选:
该存储器需要21条地址线A20~A0,其中高3位用于芯片选择接到74LS138芯片的CBA,低18位接到存储器芯片地址。
高速缓冲存储器Cache
Cache是指位于CPU和主存之间的一个高速小容量的存储器,一般由SRAM构成。
Cache功能:
用于弥补CPU和主存之间的速度差异,提高CPU访问主存的平均速度。
设置Cache的理论基础,是程序访问的局部性原理。
Cache的内容是主存部分内容的副本,Cache的功能均由硬件实现,对程序员是透明的。
|
Cache的速度比主存快5-10倍。
Cache、主存与CPU的关系
CPU在读写存储器时,Cache控制逻辑首先要依据地址来判断这个字是否在Cache中,若在Cache中,则称为“命中”;若不在,则称为“不命中”。
针对命中/不命中、读/写操作,Cache的处理是不同的:
-
读命中:
立即从Cache读出送给CPU;读不命中:
通常有两种解决方法:
A)将主存中该字所在的数据块复制到Cache中,然后再把这个字传送给CPU;
B)把此字从主存读出送到CPU,同时,把包含这个字的数据块从主存中读出送到Cache中。
写不命中:
直接将该字写入主存中,且不再调入Cache;
写命中:
通常也有两种方法进行处理:
写贯穿方法:
同时对Cache和主存进行写操作;
写回:
只写Cache,仅当此Cache块被替换时,才将该块写入主存
Cache的命中率
:
命中率指CPU访问主存数据时,命中Cache的次数,占全部访问次数的比率;失效率就指不命中Cache的次数,占全部访问次数的比率。
命中率h取决于程序的行为、Cache的容量、组织方式、块大小。
若tc表示Cache的访问时间,tm表示主存的访问时间,则Cache/主存系统的平均访问时间ta为:
Cache/主存系统的访问效率e:
如何根据主存地址,判断Cache有无命中并变换为Cache的地址,以便执行读写。
有三种地址映射方式:
直接映射\全相联映射\组相联映射
Cache的数据块称为行,主存的数据块称为块,行与块是等长的;主存容量为2m块,Cache容量为2c行,每个字块中含2b字。
三、替换算法
1、随机替换算法
、
2、先进先出算法(FIFO)
3、最近最少使用算法(LRU)
常用的写策略通常有写贯穿和写回两种
设计Cache主要考虑五个问题:
第一,容量。
第二,Cache中行的大小。
第三,Cache的组织(地址映射方式)。
第四,指令和数据共用同一个Cache还是分享不同Cache。
—
第五,Cache的层次。
虚拟存储器的实现方式有三种:
段式、页式或段页式
常见的外存储器有磁盘、磁带、光盘等
特点:
大都采用磁性和光学材料制成。
与内存相比,容量大,价格低,速度慢。
在断电的情况下可以长期保存信息,所以称为永久性存储器。
一般为顺序存取的存储器,即访问所需时间与数据所在的地址相关。
…
磁盘特点:
是微型计算机系统中最重要的外部存储器。
同时它又是重要的输入输出设备,它即可作为输入设备,又可作为输出设备。
磁盘属于磁表面存储设备。
它的信息存储是一种电磁转换过程,它是通过磁头与磁盘片的相对运动来实现。
磁盘存储器由磁盘控制器、磁盘驱动器和磁盘盘片三部分构成。
磁盘分为软磁盘存储器和硬磁盘存储器。
存储保护包括两方面:
存储区域保护和访问方式保护。
存储区域保护:
当多个用户共享主存时,应防止由于一个用户程序出错而破坏其他用户的程序和系统软件,以及一个用户程序不合法地访问不是分配给它的主存区域。
—
在虚拟存储系统中,通常采用页表保护、段表保护、键式保护和环保护方法。
访问方式保护:
对主存信息的使用可以有三种方式:
读(R)、写(W)、执行(E)
第六章
1、指令寻址
1、\
2、顺序寻址方式
3、跳跃寻址方式
2、数据寻址
/
第七章
第3章、
第4章习题练习
逻辑门(logicgates)与非门(NAND)或非门(NOR)异或门(XOR)同或门(XNOR)
算术逻辑运算单元ALU(Arithmetic&LogicUnit)
1、计算机中的所有信息都以二进制表示的原因是()。
A.信息处理方便B.运算速度快
C.节约元器件D.物理器件特性所致
2、引入八进制和十六进制的目的是()。
A.节约原件B.实现方便
~
C.可以表示更大范围的数
D.用于等价的表示二进制,便于阅读和书写。
3、108对应的十六进制形式是()。
A.6CHB.B4HC.5CHD.63H
4、下列数中最小的数为()。
A.(10010110)2B.(63)8
C.(10010010)BCDD.(2F)16
5.下列数中最小的数为()。
>
A.(11100101)2B.(93)10
C.(10010010)BCDD.(5A)16
6、负零的补码表示为()。
A.100...00B.000…00
C.011…11D.111…11
7.下列编码中,零的表示形式是唯一的编码为()。
A.反码B.原码C.补码D.原码和补码
8.计算机内部的带符号整数大多用补码表示,一下是一些关于补码特点的叙述:
[
(1)零的表示是唯一的
(2)符号位可以和数值部分一起参加运算
(3)和其真值的对应关系简单、直观
(4)减法和用加法来实现
以上叙述中,哪些选项是补码表示的特点()
A.
(1)、
(2)B.
(1)、(3)C.
(1)、
(2)、(3)D.
(1)、
(2)、(4)
9.假定某数x=-1001010,在计算机内部的表示为10110110B,则该数所用的编码方法是()。
A.原码B.反码C.补码D.移码
·
10.在一般的计算机系统中,西文字符编码普遍采用()。
A.BCD码B.ASCII码C.格雷码D.CRC码
参考答案:
1.D2.D3.A4.D5.D6.B7.C8.D9.C10.B
难点解答:
第3题:
将各项转换成10进制数:
A:
6x161+12=96+12=108,其他各项以此类推。
第4题:
将各项转换成10进制数:
A:
1x27+1x24+1x22+1x21=128+16+4+2=150
:
B:
6x81+3x80=48+3=51
C:
按BCD码(具体见书上p66页)中的8421码计算:
高4位:
8+1=9,低4位:
4+2=6,因此C项的值为96
D:
2x161+15=32+15=47
第5题:
将各项转换成10进制数:
A:
1x27+1x26+1x25+1x22+1x20=128+64+32+4+1=229
B:
9x101+3x100=93
C:
按BCD码(具体见书上p66页)中的8421码计算:
—
高4位:
8+1=9,低4位:
2,因此C项的值为92
D:
5x161+10=80+10=90
第6题:
详见书p69
第9题:
假设为1一个字节,即一个数用8位表示,A.原码:
B.反码:
C.补码:
总结:
1.负数的补码可采用“各位取反,末尾加1”+符号位得到。
2.负数的反码可采用“各位取反”+符号位得到。
第5章、
第6章复习要点
1、计算机的组成部分及功能
2、由运算器或称算术逻辑单元(ArithmeticalandLogicalUnit),控制器(ControlUnit),存储器(Memoryunit),输入设备(Inputdevice)和输出设备(Outputdevice)五大部件组成计算机,通常把输入设备和输出设备合称为I/O设备(输入/输出设备),通常把控制器与运算器合称为中央处理器(CentralProcessingUnit-CPU)
3、运算器的主要功能以及组成
运算器由:
算术逻辑单元(ALU)、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。
运算器的基本功能是完成对各种数据的加工处理,例如算术四则运算,与、或、求反等逻辑运算,算术和逻辑移位操作,比较数值,变更符号,计算主存地址等。
运算器中的寄存器用于临时保存参加运算的数据和运算的中间结果等。
运算器中还要设置相应的部件,用来记录一次运算结果的特征情况,如是否溢出,结果的符号位,结果是否为零等。
计算机所采用的运算器类型很多,从不同的角度分析,就有不同的分类方法。
从小数点的表示形式可分为定点运算器和浮点运算器。
定点运算器只能做定点数运算,特点是机器数所表示的范围较小,但结构较简单。
浮点运算器功能较强,既能对浮点数,又能对定点数进行运算,其数的表示范围很大,但结构相当复杂。
从进位制方面分为二进制运算器和十进制运算器。
一般计算机都采用二进制运算器,随着计算机广泛应用于商业和数据处理,越来越多的机器都扩充十进制运算的功能,使运算器既能完成二进制的运算,也能完成十进制运算。
计算机中运算器需要具有完成多种运算操作的功能,因而必须将各种算法综合起来,设计一个完整的运算部件。
3、算术逻辑运算部件的功能
运算器的功能是完成算术运算和逻辑运算
计算机的算术运算是比较高级的,实际上只有一个加法运算,减法是通过取逆进行的;当算乘法的时候,采用的是移位运算,向右移位,除法则是向左移位,逻辑运算主要包括(与,或,否,异或等),从而完成电平(0低电平,1高电平)之间的切换,送出控制信号,协调计算机工作。
4、定点运算器部件的功能与组成
基本组成包括:
…
算术逻辑运算单元ALU:
核心部件
暂存器:
用来存放参与计算的数据及运算结果,它只对硬件设计者可见,即只被控制器硬件逻辑控制或微程序所访问
通用寄存器堆:
用于存放程序中用到的数据,它可以被软件设计者所访问。
内部总线:
用于连接各个部件的信息通道。
其他可选电路
设计定点运算器,如何确定各部件的功能和组织方式是关键,这取决于以下几个方面:
指令系统
机器字长
`
机器数及其运算原理
体系结构
5、Am2901的组成及运行原理
P100运算功能选择(表)I5I4I3
P100数据来源(表)I2I1I0
P100结果处理方案(表)I8I7I6
P103标志寄存器的接收与保持(表)SST
P104形成最低位进位输入信号Cin的逻辑(表)SCI
?
P104最低、最高位的移位输入信号的设计(表)SSH
1.CPU中能进行算术和逻辑运算的最基本的运算部件是()。
A.多路选择器B.移位器
C.加法器D.ALU
2.ALU的核心部件是()。
A.多路选择器B.移位器
C.加法器D.寄存器
参考答案:
1.D2.C
>
状态寄存器:
B忙位(busybit)C3~C0条件码位(conditioncodebit)TOP栈顶(top-of-stack,ST)
ES错误汇总(errorsummary)SF堆栈标志(stackflag)PE精度错误(precisionerror)
UE下溢错误(underflowerror)OE上溢错误(overflowerror)
ZE被零除错误(zeroerror)DE非规格化操作数错误(denormalizederror)
IE非法操作错误(Invaliderror)
控制寄存器:
IC无穷大控制(infinitycontrol)
?
RC舍入控制(roundingcontrol)
PC精度控制(precisioncontrol)
ExceptionMasks异常屏蔽字段
标记寄存器(tagregister)
无符号数据(Unsigned)带符号数据(Signed)
循环冗余码CRC(CyclicRedundancyCode)压缩的(packed)非压缩(unpacked)
第五章复习要点
1、指令以及指令系统的概念
[
指示是命令旧时公文的一种,是上级对下级呈请的批示。
另有解释,告诉计算机从事某一特殊运算的代码。
如:
数据传送指令、算术运算指令、位运算指令、程序流程控制指令、串操作指令、处理器控制指令。
指令系统是计算机硬件的语言系统,也叫机器语言,它是软件和硬件的主要界面,从系统结构的角度看,它是系统程序员看到的计算机的主要属性。
因此指令系统表征了计算机的基本功能决定了机器所要求的能力,也决定了指令的格式和机器的结构。
对不同的计算机在设计指令系统时,应对指令格式、类型及操作功能给予应有的重视。
2、指令的组成以及各组成部分的作用
通常一条指令包括两方面的内容:
操作码和操作数,操作码决定要完成的操作,操作数指参加运算的数据及其所在的单元地址。
在计算机中,操作要求和操作数地址都由二进制数码表示,分别称作操作码和地址码,整条指令以二进制编码的形式存放在存储器中。
3、程序计数器(ProgramCounter,PC)
程序计数器是用于存放下一条指令所在单元的地址的地方。
4、堆栈(Stack)
;
堆栈都是一种数据项按序排列的数据结构,只能在一端(称为栈顶(top))对数据项进行插入和删除。
要点:
堆,顺序随意。
栈,后进先出(Last-In/First-Out)。
5、堆栈指针(Stack
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 计算机 组成 复习 自己 整理