计算机组成原理复习要点

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第一章计算机系统概论

1 计算机的分类

电子计算机从总体上来说分为两大类:电子模拟计算机和电子数字计算机。

电子模拟计算机的特点是数值由连续量来表示,运算过程也是连续的。

电子数字计算机的主要特点是按位运算,并且不连续地跳动计算。

数字计算机与模拟计算机的主要区别见表1.1:

2 计算机系统结构与性能之间的关系

分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、单片机六类，其结构复杂性、性能、价格、依次递减。

3 计算机的硬件组成一般结构

由：运算器+存储器+控制器+适配器与输入/输出设备等构成。

应掌握各部分的主要功能。

[指令与程序的基本概念]：

1)?????? 指令的形式

指令的内容由两部分组成,即操作的性质和操作的地址。前者称为操作码,后者称为地址

码。

2)?????? 存储程序的思想（冯.诺依曼结构计算机原理）：周而复始地进行取指/执行的操作，完成既定的任

务。

非冯.诺依曼结构计算机则是指：脱离“存储程序”控制的模式，完成计算机功能。

3)?????? 指令流和数据流概念

指令和数据统统放在内存中,从形式上看,它们都是二进制数码。一般来讲，在取指周期中从内存读出的信息是指令流,它流向控制器；而执行周期中从内存读出的信息流是数据流,它由内存流向运算器。

适配器与输入设备、计算机的系统结构发展发展趋势（自阅）

4 计算机的软件

[软件的组成和分类]

计算机软件一般分为两大类：一类叫系统程序,一类叫应用程序。

系统程序用来简化程序设计,简化使用方法,提高计算机的使用效率,发挥和扩大计算机的功能及用途。

应用程序是用户利用计算机来解决某些问题所编制的程序,如工程设计程序、数据处理程序、自动控制程序、企业管理程序、情报检索程序、科学计算程序等等。

[软件的发展演变]目的程序--汇编程序--源程序--操作系统--数据库管理系统

5 计算机系统的层次结构

计算机系统多级结构包括：微程序设计级--一般机器级--操作系统级--汇编语言级--高级语言级

第二章运算方法与运算器

1 数据与文字的表示方法

[数据格式 ]

计算机中常用的数据表示格式有两种，一是定点格式，二是浮点格式。一般来说，定点格式容许的数值范围有限，但要求的处理硬件比较简单。而浮点格式容许的数值范围很大，但要求的处理硬件比较复杂。

应当掌握：

1）定点数的表示方法，包括：纯小数、纯整数

目前计算机中多采用定点纯整数表示，因此将定点数表示的运算简称为整数运算。

2）浮点表示法：

一个机器浮点数由阶码和尾数及其符号位组成（尾数：用定点小数表示，给出有效数字的位数决定了浮点数的表示精度；阶码：用整数形式表示，指明小数点在数据中的位置，决定了浮点数的表示范围。）。

[数的机器码表示]

计算机中把数据的符号位和数字位一起编码，来表示相应的数据。各种表示法有：原码、补码、反码、移码等。为了区别一般书写表示的数和机器中这些编码表示的数，通常将前者称为真值，后者称为机器数或机器码。

要求重点掌握：原码、补码、反码、移码表示方法的求取和相互转换。

上面的数据四种机器表示法中，移码表示法主要用于表示浮点数的阶码。

[字符、字符串及汉字的表示方法]（自阅）

注意：汉字的输入编码、汉字内码、字模码是计算机中用于输入、内部处理、输出三种不同用途的编码,不要混为一谈。

[校验码]

为了防止计算机在处理信息过程中出现错误,可将信号采用专门的逻辑线路进行编码，以检测错误,甚至校正错误。

掌握最简单且应用广泛的检错码：采用一位校验位的奇校验或偶校验。

注意到：奇偶校验可提供单个错误检测,但无法检测多个错误,更无法识别错误信息的位置。

2 定点加法减法运算

?[补码加减法]

[溢出概念与检测方法]

两个正数相加,结果大于机器所能表示的最大正数,称为上溢。而两个负数相加,结果小于机器所能表示的最小负数,称为下溢。

为了判断“溢出”是否发生,可采用两种检测的方法：

第一种方法是采用双符号位法,这称为“变形补码”或“模4补码”。

结论为：

1）当以模4补码运算,运算结果的二符号位相异时,表示溢出；相同时,表示未溢出。此逻辑表达式可用异或门实现。

2）模4补码相加的结果,不论溢出与否,最高符号位始终指示正确的符号。

第二种方法是采用单符号位法。当最高有效位产生进位而符号位无进位时,产生上溢；当最高有效位无进位而符号位有进位时,产生下溢。此逻辑表达式也可用异或门实现。

[基本的二进制加法/减法器]：

由n个一位全加器组成。

[十进制加法器]

十进制加法器可由BCD码(二－十进制码)来设计,它可以在二进制加法器的基础上加上适当的“校正”逻辑来实现,该校正逻辑可将二进制的“和”改变成所要求的十进制格式。

3 定点乘、除法运算

1）????????????? 不带符号的阵列乘（除）法器

2）????????????? 带符号的阵列乘（除）法器

包括：原码并行乘（除）法器和补码并行乘（除）法器。

掌握：补码与真值的关系、求补器原理和一般化全加器概念。

4???????? 定点运算器的组成

[逻辑运算] 主要掌握是指逻辑非、逻辑加、逻辑乘、逻辑异四种基本运算。

[多功能算术/逻辑运算单元(ALU)]

多功能算术/逻辑运算单元(ALU)不仅具有多种算术运算和逻辑运算的功能,而且具有先行进位逻辑, 从而能实现高速运算。

[定点运算器的基本结构]

运算器包括ALU\阵列乘除器\寄存器\多路开关\三态缓冲器\数据总线等逻辑部件。

计算机的运算器大体有如下三种结构形式?

✍???????? 单总线结构的运算器

这种结构的主要缺点是操作速度较慢。但是由于它只控制一条总线,故控制电路比较简单。✍???????? 双总线结构的运算器

在这种结构中,两个操作数同时加到ALU进行运算,只需一次操作控制,而且马上就可以得到运算结果。✍???????? 三总线结构的运算器

在三总线结构中,ALU的两个输入端分别由两条总线供给,而ALU的输出则与第三条总线相连。这样,算术逻辑操作就可以在一步的控制之内完成。很显然,三总线结构的运算器的特点是操作时间快。5????????? 浮点运算方法和浮点运算器

[浮点加法、减法运算]

设有两个浮点数ｘ和ｙ,它们分别为

ｘ＝2Eｘ·Mｘ

ｙ＝2Eｙ·Mｙ

其中Eｘ和Eｙ分别为数ｘ和ｙ的阶码,Mｘ和Mｙ为数ｘ和ｙ的尾数。

完成浮点加减运算的操作过程大体分为四步：1） 0 操作数的检查；2）比较阶码大小并完成对阶；3）尾数进行加或减运算；4）结果规格化并进行舍入或溢出处理。

掌握运算规则与方法（如：对阶规则、运算结果的规格化方法、舍入及溢出处理等）。

[浮点乘法、除法运算]

浮点数的乘除运算大体分为四步：

1）0 操作数检查；2）阶码加/减操作；3）尾数乘/除操作；4）结果规格化及舍入处理。

[浮点运算流水线]

理解流水线原理与特点，线性流水线定义以及k级线性流水线的加速比的计算。

第三章存储系统

1 存储器概述

[掌握存储器分类]

[存储器的分级结构]

目前通常采用多级存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。

2 随机读写存储器

[SRAM存储器]

基本存储元

基本存储元主要掌握六管SRAM存储元的电路图及读写操作过程。

SRAM存储器的组成

包括：存储体；地址译码器；驱动器；I/O电路；片选；输出驱动电路等。

[存储器与CPU连接]

主要掌握：

★位扩展法：只加大字长，而存储器的字数与存储器芯片字数一致,对片子没有选片要求。

★字扩展法:仅在字向扩充，而位数不变.需由片选信号来区分各片地址。