计算机组成原理复习要点复习必过.docx
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计算机组成原理复习要点复习必过
计算机组成原理复习要点
一、题型分布
选择题20分;填空题30分;判断题10分;计算题20/25分;简答题20/15分
二、每章重点内容
第一章概述
1、什么是计算机组成
2、诺依曼体系结构计算机的特点
〔1〕硬件由五大部份组成〔运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备〕。
〔2〕软件以2#表示。
〔3〕采用存储程序
所有的程序预先存放在存储器中,此为计算机高速自动的根底;
存储器采用一维线性结构;
指令采用串行执行方式。
控制流〔指令流〕驱动方式;
〔4〕非诺依曼体系结构计算机
数据流计算机
多核(芯)处理机的计算机
3、计算机系统的层次结构
〔1〕从软、硬件组成角度划分层次结构
〔2〕从语言功能角度划分的层次结构
虚拟机:
通过软件配置扩充机器功能后,所形成的计算机,实际硬件并不具备相应语言的功能。
第二章数据表示
1、各种码制间的转换及定点小数和定点整数的表示范围
〔1〕原码:
计算规那么:
最高位表示符号位;其余有效值局部以2#的绝对值表示。
如:
〔+1011〕原=01011;〔-1001〕原=11001
注意:
在书面表示中须写出小数点,实际上在计算机中并不表示和存储小数点。
原码的数学定义
假设定点小数原码序列为X0.X1X2...Xn共n+1位数,那么:
X原=X当1>X≥0
X原=1-X=1+|x|当0≥X>-1
假设定点整数原码序列为X0X1X2...Xn共n+1位数,那么:
X原=X当2n>X≥0
X原=2n-X=2n+|x|当0≥X>-2n
说明:
在各种码制〔包括原码〕的表示中需注意表示位数的约定,即不同的位数表示结果不同,如:
0的原码有二种表示方式:
整数:
〔+00000〕原=00000,〔-00000〕原=10000
符号位不是数值的一局部,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:
小数:
-1 整数: -2n 〔2〕反码: 计算规那么: 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。 如: 正数: 〔+0.1011〕原=〔+0.1011〕反=0.1011; 反码的数学定义 假设定点小数反码序列为X0.X1X2...Xn共n+1位数,那么: X反=X当1>X≥0 X反=〔2-2-n〕+X当0≥X>-1 假设定点整数反码序列为X0X1X2...Xn共n+1位数,那么: X反=X当2n>X≥0 X反=〔2n-1〕+X当0≥X>-2n 〔3〕补码: 计算规那么: 正数的补码与原码同;负数的补码是反码的最低加1。 如: 正数: (+0.1011)原=(+0.1011)反=(+0.1011)补=0.1011; 负数: 数学定义 〔X〕补=M+X〔MODM〕 其中: M表示模,即容器的最大容量。 假设定点小数补码序列为X0.X1X2...Xn共n+1位数,那么M=2; 假设定点整数补码序列为X0X1X2...Xn共n+1位数,那么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局部,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编址到存放级,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〕指令系统的开展趋势 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均是当前的开展(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、磁外表存储器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: 根本要求: 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: 根本要求: 容量大、本钱低、一定的速度 功能: 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: 根本要求: 速度足够快、一定容量 功能: CPU与主存的缓冲,匹配主存与CPU的速度。 内容: 是当前主存中最活泼数据的副本。 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,那么 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,那么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,假设余数为0,那么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+x0 M(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+1 IEEE: G(x)=x16+x12+x5+1 5、存储器的扩展 (1)位扩展: 例: 2K×4芯片组成2K×8 特点: (1)片选信号连接在一起,二个芯片分别提供上下位的数据; (2)芯片的地址线直接与AB按位连接。 (2)字扩展 例: 2K×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,那么有: [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=0 A1=〔A0+YnX)2-1 A2=〔A1+Yn-1X)2-1 ... An-1=〔An-2+Y2X)2-1 An=〔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效劳 7、中断的响应过程、区别中断处理与中断效劳 (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,
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