计算机组成原理复习要点(复习必过)
更新时间:2023-05-31 04:33:01 阅读量: 实用文档 文档下载
- 计算机组成原理知识点推荐度:
- 相关推荐
--
-- 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基础;
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:?计算规则:最高位表示符号位;其余有效值部分以2#的绝对值表示。如:?(+0.1011)原=0.1011; (-0.1001)原=1.1001
(+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?若定点小数原码序列为X0.X1X 2...Xn 共n+1位数,则:? X 原=X 当 1 >X ≥0? X 原=1-X=1+|x | 当 0≥X>-1?若定点整数原码序列为X0X1X2...Xn 共n +1位数,则:
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:
以5位表示,则(-0.1011)原=1.1011
以8位表示,则(-0.1011)原=1.1011000?0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:
小数:-1 < X < 1
整数:-2n < X < 2n
(2)反码:?计算规则: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; ?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...X n共n+1位数,则:
X 反=X 当 1 >X ≥0
--
X反=(2-2-n)+X 当0≥X>-1?若定点整数反码序列为X0X 1X2...Xn共n+1位数,则:?X反=X 当2n >X≥0?X反=(2n -1)+X 当0≥X>- 2n
(3)补码:?计算规则: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:?(-0.1001)原=1.1001
(-0.1001)反=1.0110?(-0.1001)补=1.0111?数学定义
(X)补=M+X(MOD M)?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:基本要求:容量大、成本低、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:基本要求: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+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:
C CITT :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,二个芯片分别提供高低位的数据;
(2)芯片的地址线直接与A B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;?A B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=主频
cpu 1(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(FI FO)2近期最少使用算法(LR U)
p 命中率=次数)
访问数访问总次数(访问内存次数访问cache cache 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+ Yn X)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、D T? 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(D R)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F T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;若目的数在R 中,则省略。
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。?源数可在R 中(S R)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。
其中:R s 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RO M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CP U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、
D MA 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(B us)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c pu 、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:?例: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)。
--
-- --
正在阅读:
计算机组成原理复习要点(复习必过)05-31
六年级数学行程问题58题06-27
有机化学基础+判断同分异构体的五种常用方法和有机分子结构的测定11-07
旅行社的现状及发展趋势04-23
14级ACM第二次作业03-25
单晶硅纳米力学性能的测试06-04
铁路企业安康杯知识题库06-03
中国人民人寿保险股份有限公司营销员管理基本办法(B类)03-05
县城市管理行政执法局年"双创双服"活动工作方案08-03
下半年学生会秘书处工作总结03-13
- 教学能力大赛决赛获奖-教学实施报告-(完整图文版)
- 互联网+数据中心行业分析报告
- 2017上海杨浦区高三一模数学试题及答案
- 招商部差旅接待管理制度(4-25)
- 学生游玩安全注意事项
- 学生信息管理系统(文档模板供参考)
- 叉车门架有限元分析及系统设计
- 2014帮助残疾人志愿者服务情况记录
- 叶绿体中色素的提取和分离实验
- 中国食物成分表2020年最新权威完整改进版
- 推动国土资源领域生态文明建设
- 给水管道冲洗和消毒记录
- 计算机软件专业自我评价
- 高中数学必修1-5知识点归纳
- 2018-2022年中国第五代移动通信技术(5G)产业深度分析及发展前景研究报告发展趋势(目录)
- 生产车间巡查制度
- 2018版中国光热发电行业深度研究报告目录
- (通用)2019年中考数学总复习 第一章 第四节 数的开方与二次根式课件
- 2017_2018学年高中语文第二单元第4课说数课件粤教版
- 上市新药Lumateperone(卢美哌隆)合成检索总结报告
- 复习
- 要点
- 组成
- 原理
- 计算机
- 浅析马尔萨斯人口理论
- 国家自然科学基金管理中几个问题的再思考
- 八年级上册课内文言文古诗重点复习题加答案
- 增值税转型对企业固定资产投资的影响分析
- 活动策划书和总结书模板
- 中医证候规范和测量的多元统计学方法研究进展_李国春_王均琴_刘德麟_余小金_吴勉
- (苏教版)六年级数学上册第五单元测试卷(一)
- 白酒甲醇含量的测定毛细管柱气相色谱法
- 语言符号任意性与非任意性研究两问
- 2021小学二年级班级工作计划报告
- 【历史】第19课 建国以来的重大科技成就
- 大邑构造须家河组二段致密砂岩成岩作用对储层物性的影响
- 红楼梦主要人物赏析
- 北师大高州市南塘中学2009-2010学年度初二数学第二学期期末试题
- 课堂教学改革阶段总结
- V2视频会使用说明
- 2008-2010 年中国生物制药行业调研及投资咨询报告
- 小学数学十三班第3期 - 国培计划(2013) ——江西省农村中小学教师
- 民用航空签派员执照管理规则
- 宏观经济学习题集第15、16章答案