计算机组成原理(第一章复习)
计算机组成原理重点难点(复习)
第三章系统总线
第三章系统总线
总
总 线 基 本 概 念
总 线 的 分 类
线 的 特 性 及
总 线 结 构
总 线 结 构
性
举
总 线 控 制
总 线 举 例
能
例
指
标
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7
*重 点
要求掌握总线的基本概念、总线的类型、总 线控制器和总线接口的结构原理；理解总线在 计算机系统中的作用，深入了解总线的裁决方 式和总线的同步方式。
计算机组成原理重点难点(复习)
第一章 计算机系统概论
知识结构
计算机系统概论
计 算 机 发 展 简 史
计 算 机 系 统 层 次 结
计 算 机 体 系 结 构
冯
计* 算诺 机依 组曼 成体
系 结
计 算 机 结 构 与 功 能
构
构
计 算计 机算 工机 作分 步类 骤
2020/11/14
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*重 点
本章重点突出计算机组成的概貌和框架， 由此简洁明了地了解计算机内部的工作过 程实际上是指令流和数据流在此框架内由 I/O→存储器→CPU→存储器→I/O 的过程， 是通过逐条取指令、分析指令和执行指令 来运行程序的。同时要了解到当今计算机 尽管发展到千变万化的程度，但其最根本 的组成原理还是基于冯诺依曼的结构。
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*难 点
难点是中断的概念与过程、DMA以及 通道方式的概念及其工作过程。
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考核知识点
1.基本的输入输出方式，要求达到“理解” 层次
1.1 外围设备的定时方式和寻址方式
1.2 CPU与外围设备的信息交换方式 1.3 外围设备的编址方式
计算机组成原理复习题
第一章一、填空1．计算机系统主要由（）、（）两大部分组成。
2．计算机硬件子系统由（）、（）、（）、（）、（）3．计算机软件子系统由（）、（）4．计算机应用软件由（）、（）、（）、（）5．计算机系统软件由（）、（）、（）、（）6．计算机的主要技术指标（）、（）、（）7．计算机发展五代主要代表计算机（）、（）、（）、（）、（）8．计算机未来发展方向（）、（）、（）、（）9．计算机按功能可分为（）、（）、（）10. ( )与（）、输入输出接口和系统总线合称为计算机主机。
11．用高级语言编写的程序称为（）程序，经编译程序或解释程序翻译后成为（）程序。
12．程序设计语言一般分为三类()、()、()。
13．数控机床是计算机在（）方面的应用，邮局自动分拣信件是计算机在（）方面的应用。
14．现代计算机主要采用（）结构作为计算机硬件之间的连接方式。
15．用二进制代码表示的计算机语言称为（），用助记符编写的语言称为（）。
二、选择题1.“从中间开始”设计的“中间”目前多数在（）A.传统机器语言机器级与操作系统机器级之间B.传统机器语言机器级与微程序机器级之间C.微程序机器级与汇编语言机器级之间D.操作系统机器级与汇编语言机器级之间2．在计算机系统设计中，比较好的方法是( )A ．从上向下设计B．从下向上设计C ．从两头向中间设计D ．从中间开始向上、向下设计第二章1.R-S触发器逻辑框图是什么？它有几个输入端各是什么？它有几个输出端？各是什么？2.D触发器逻辑框图是什么？它有哪几个同步输入端？哪几个异步输入端？它有哪几个输出端？3.二—四译码器的工作原理？（如图）4.并行四位寄存器的工作原理？（如图）1． 三态开关的工作原理：D IN D OUTE5.半加器本位和逻辑表达式6. 半加器进位逻辑表达式。
7．全加器本位和逻辑表达式是： 8 . 全加器向高位进位的逻辑表达式：9．SN74181是什么芯片？作什么运算取决哪些引脚？ 10. SN74182是什么芯片？作用?11．用SN74181芯片组成一个16位运算器，片内并行进位片间串行进位。
计算机组成原理期末复习资料要点
计算机组成原理期末复习资料（陆瑶编著）第一章计算机的系统概述（P1-8）1.1计算机的组成任务（P1）1.计算机系统由硬件和软件两个子系统组成；2.计算机系统结构主要有a、研究计算机系统硬件、软件功能的分配；b、确定硬件和软件的界面；c、完成提高计算系系统性能的方法；3.计算机的组成是按照计算机系统结构分配给硬件子系统的功能以与确定的概念结构，研究硬件子系统各组成部分的内部构造和相互联系，以实现机器指令集的各种功能和特性。
4.计算机实现是计算机组成的物理实现，即按计算机组成制定的方案，制作出实际的计算机系统，它包括处理器、主存、总线、接口等各部件的物理结构的实现，器件的集成度和速度的选择和确定，器件、模块、插件、底板的划分和连接，专用器件的设计，电源配置、冷却、装配等各类技术和工艺问题的解决等。
1.2计算机的硬件系统结构P2（1.2.1）5.电子数字计算机普遍采用冯·诺依曼计算机系统结构。
6. 主机：由、存储器与接口合在一起构成的处理系统称为主机。
7. ：中央处理器，是计算机的核心部件，由运算器和控制器构成。
8.冯·诺依曼计算机系统结构由运算器、控制器、储存器、输入设备、输出设备5大部件组成，相互间以总线连接。
9.运算器的作用：计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。
运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以与移位、比较和传送等操作，亦称算术逻辑部件()。
（算数逻辑部件（）：用于完成各种算术运算和逻辑运算（主要用于条件判断、设备控制等）。
）10.控制器的作用：是计算机的指挥中心,负责决定执行程序的顺序,给出执行指令时机器各部件需要的操作控制命令.由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的"决策机构"，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。
11储存器的作用：是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。
计算机组成原理期末重点章节知识点
计算机组成原理第一章计算机系统概论（清楚一个概念）计算机的性能指标：吞吐量：表征一台计算机在某个时间间隔内能够处理的信息量。
响应时间：表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来度量。
利用率：在给定的时间间隔内系统被实际使用的时间所占的比率，用百分比表示。
处理机字长：指处理机运算器中一次能够完成二进制数运算的位数。
总线宽度：一般指CPU中运算器与存储器之间进行互连的内部总线二进制位数。
存储器容量：存储器中所有存储单元的总数目，通常KB,MB,GB,TB来表示。
存储器带宽：单位时间内存储器读出的二进制数信息量，一般用字节数/秒表示。
主频/时钟周期：CPU的工作节拍受主时钟控制，主时钟不断产生固定频率的时钟，主时钟的频率叫CPU的主频。
度量单位MHZ（兆赫兹）、GHZ（吉赫兹）主频的倒数称为CPU时钟周期（T),T=1/f，度量单位us，nsCPU执行时间：表示CPU执行一般程序所占的CPU时间，公式：CPU执行时间=CPU时钟周期数xCPU时钟周期CPI：表示每条指令周期数，即执行一条指令所需的平均时钟周期数。
公式：CPI=执行某段程序所需的CPU时钟周期数/程序包含的指令条数MIPS：表示平均每秒执行多少百万条定点指令数，公式：MIPS=指令数/（程序执行时间x10^6）第二章运算方法和运算器原码定义：（1）整数（范围（-（2^n-1）~ 2^n-1)（2）小数(范围-（2^-n-1 ~ 1-2^-n)反码定义：（3）整数（范围（-（2^n-1）~ 2^n-1)（4）小数(范围-（2^-n-1 ~ 1-2^-n)补码定义：（5）整数（范围（-（2^n ）~ 2^n-1)（6）小数(范围（-1 ~ 1-2^-n)移码表示法（用于大小比较与对阶操作）IEEE754标准格式：符号位（1位）+ 阶码（移码）+ 尾数正溢：两个正数相加，结果大于机器字长所能表示的最大正数负溢：两个负数相加，结果小于机器字长所能表示的最小负数检测方法：1、双符号位法2、单符号位法不带符号阵列乘法器：同行间并行不同行间串行浮点加减运算操作过程大体分四步：1、0操作数检查2、比较阶码大小完成对阶3、尾数进行加减运算4、结果规格化所进行舍入处理流水线原理:时间并行性线性流水线的加速比：C k=T L/T K =nk/k+（n-1）第三章存储系统程序局部性原理：在某一段时间内频繁访问某一局部的存储器地址空间，而对此范围以外的地址空间则很少访问的现象。
计算机组成原理第一章总结
第一章计算机系统概述1.电子（电子线路）数字（电子线路是数学式）通用（计算机本身功能多样）计算机系统。
2.计算机系统由计算机硬件（构成计算机的所有实体部件的组合）和计算机软件（一系列按照待定顺序组织的计算机数据和指令的集合）组成。
3.硬件指由中央处理器，存储器以及外围设备等组成的实际装置，硬件的作用是完成每条指令规定的功能。
指令是计算机运行的最小的功能单位，指令是指示计算机硬件执行某种运算，处理功能的命令。
4.软件是为了使用计算机而编写的各种系统的和用户的程序，程序由一个序列的计算机指令组成。
指令是用于设计的一种计算机语言。
5.计算机系统的层次结构：数字逻辑层，微体系结构层（这两层是硬件部分），指令系统层（处在硬件和软件系统），操作系统层，汇编语言层，高级语言层（这三层是软件部分）。
6.运算器（ALU，算术逻辑单元）（1）算术运算和逻辑运算（2）在计算机中参与运算的数是二进制的（3）运算器的长度一般是8，16，32或64位。
7.存储器（1）存储单元：在存储器中保存一个n位二进制数的n个触发器，组成一个存储单元。
（2）存储器地址：存储器是由许多存储单元组成，每个存储单元的编号称为地址。
（3）内存储器（ROM,RAM）8.信息单位（1）位（bit，简写b）数字计算机信息单位；包含1位二进制（0或1）（2）字节（Byte,简写B）由8位二进制信息组成（3）字（Word）计算机一次所能处理的二进制位数，至少一个字节，通常把组成一个字的二进制位数称为字长9.存储器的分类（1）按照在计算机中的作用（主存储器，寄存器，闪速存储器，高速缓冲存储器，辅助存储器等）10.主存储器（主存）通常采用半导体存储器（1）随机存取存储器（RAM）CPU可读写，断电时内容被消除（2）只读存储器（ROM）CPU只能读写，断电后可保留其数据，存储在ROM中的软件常被称为固件。
11.寄存器（CPU内部的一组特殊存储单元）（1）读写速度比主存快的多，通常被用于使用最为频繁的数据项，以避免多次访问主存，减少主存访问可大大加快计算机速度。
计算机组成原理
2、总线规范
每个总线标准都有详细的规范说明，一般包括以下几个部分 1）机械性能规范：模板尺寸、插头、连接器的规格及位置 等。 2）功能规范：信号线的序号、名称及功能等。 3）电气特性的规范：信号线的电平种类、动态转换时间、 负载能力等。
五、总线的性能指标
评价总线性能的优劣 1、总线宽度：主要是指数据总线的数目。如4/8/16/32/64 直接影响总线的传输率（吞吐量） 2、标准传输率（总线带宽） 单位时间内总线上传输数据的位数。以MB/S表示。 例如：某总线工作频率为8.33MHZ，总线宽度为16位，则 标准传输率为 8.33M×2B/s=16.66MB/s 3、总线定时协议（握手机制） 数据传输采用何种时钟控制。分为同步、异步、半同步、 分离式几种 4、总线控制方式：如仲裁机制、自动配置等。 5、总线复用 两种不同时出现的信号共用一组物理线路，即分时使用同 一组总线，称为总线的多路分时复用。其目的在于减少芯 片的引脚数。 6、信号线数：总线所包含的全部信号线的总数。 7、其它指标：如负载能力、电源电压、能否扩展等。
第三章 系统总线
3.1 总线概述 3.2 常用的总线标准 3.3 总线结构
3.4 总线控制
3.1 总线概述
一、为什么要用总线
机内部件间互连方式：
早期：分散连接 以运算器为核心，内部连线复杂，尤其是当I/O 与存储器交换信息时，都需要经过运算器，严重影 响CPU的工作效率。
采用存储器为核心的分散连接结构，虽采用中断、 DMA等技术，仍无法解决I/0设备与主机之间连接的 灵活性。 目前：总线连接
MAR MDR 容量 10 8 1 K × 8位 16 32 64 K × 32位
1K = 210
2 b = 1 KB 1B = 23b 221b = 256 KB 80 GB
计算机组成原理：第一章-计算机系统体系结构
一计算机系统体系结构1.1 什么是计算机体系结构本章的第一个概念是计算机系统(computer system)。
计算机系统包括读取并执行程序的中央处理单元(CPU，保存程序和数据的存储器以及将芯片转换为实用系统的其他子系统。
这些子系统会使CPU与显示器、打印机、Internet等外部设备之间的通信变得更加容易。
•cpu(处理器): 计算机实际执行程序的部分•微处理器: 在单个硅片上实现的CPU•微机: 围绕微处理器构建的计算机计算机的性能既取决于CPU；也取决于其他子系统。
如果不能高效进行数据传输，仅仅提高CPU的性能是毫无意义的。
Figure 1:•信息(程序和数据): 保存在存储器中；计算机会使用不同类型的存储器，达到不同的目的。
–如果不能叫信息保存在正确的存储器，那么CPU的速度再快也将毫无意义–Cache: 保存常用的数据是高速专用的存储器。
–主存: 存放大量的工作数据，断电消失–辅存: 指磁盘等，用于存储海量的数据。
永久存储•组成计算机的各个子系统通过总线连接在一起，数据通过总线从计算机中的一个位置传递到另一个位置。
什么是计算机Figure 2:•输入: 指用户交给计算机的信息•输出: 指计算机返回给用户的信息可编程计算机接收两种类型的输入: 它将要处理的数据，以及准确描述要如何处理输入数据的程序。
程序不过是计算机所执行的完成给定任务的操作序列。
Figure 3:•CPU读程序并完成程序指定的操作。
内部使用寄存器来保存数据•存储器系统保存两类信息:程序，程序处理或产生的数据计算机从存储器中读出指令并执行这些指令(即完成或执行指令定义的动作)。
执行指令时，可能要从存储器中读出数据，对数据进行操作，将数据写回存储器。
寄存器是CPU内部用来存放数据的存储单元。
时钟提供了脉冲流,所有内部操作都在时钟脉冲的触发下进行。
时钟频率是决定计算机速度的一个因素程序执行过程Figure 4:CPU先读取一条指令；在CPU分析或解码指令；从存储器中读出这条指令所需的所有数据。
计算机组成原理总复习
选择控制 线
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什么是时序逻辑电路？ SR-触发器及其逻辑符号(2-或非门)
(2或非门)
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理解状态特征表：
Q(t)原态和Q(t+1) 新态
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事实上，SR触发器 可看作有三个输入: S, R 和 Q，所以其 真值表如右 注意：当S=R=1 时，存在输出状 态不定的可能
48
5
1.3计算机系统的实例
• Millisecond = 千分之一秒=毫秒
– 硬盘存取速度通常是10 --20 milliseconds.
• Nanosecond = 纳秒=1 billionth of a second
– 主存存取速度50 --70 nanoseconds.
• Micron (micrometer) = 百万分之一米= 微米
什么是低位和高位交叉存取技术？
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4.1 概述
例子：若采用256k × 8的RAM芯片构建一个2M × 16的主 存储器，且按字编址，回答： • 需要多少片 RAM芯片？ • 每个字需要多少RAM芯片？ • 每个RAM芯片需要多少个地址线？ • 这个存储器有多少组？ • 所有存储器需要多少地址线？ • 采用高位交叉方式，地址14存储单元位于什么位置？ • 采用低位交叉方式，地址14存储单元位于什么位置？
• 符号幅值表示法 符号（1=负，0=正）+幅值. 表数范围=-（2N-1-1）~+（2N-1-1） •补码运算的概念，利用“计算9的个数”算术 理论实现补码运算 正数的补码=原码 负数的补码=反码+1
•浮点表示法： •符号位指出了数值的正负 •指数部分的长度决定了表数范围的大小 •尾数部分的长度决定了表数的精度 •两种方法表达一个小数：（1）在指数带符 号位；（2）偏移指数 •什么是规格化浮点数？ •什么是浮点误差？如何克服？ •什么是IEEE-754浮点标准？
《计算机组成原理》总结完整版
《计算机组成原理》总结完整版《计算机组成原理》学科复习总结★第⼀章计算机系统概论本章内容：本章主要讲述计算机系统的组成、计算机系统的分层结构、以及计算机的⼀些主要指标等需要掌握的内容：计算机软硬件的概念，计算机系统的层次结构、体系结构和计算机组成的概念、冯.诺依曼的主要思想及其特点、计算机的主要指标本章主要考点：概念1、当前的CPU由哪⼏部分组成？控制器、运算器、寄存器、cache (⾼速缓冲存储器)2、⼀个完整的计算机系统应包括哪些部分？配套的硬件设备和软件系统3、什么是计算机硬件、计算机软件？各由哪⼏部分组成？它们之间有何联系？计算机硬件是指计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电⼦元器件，各类光、电、机设备的实物组成。
主要包括运算器(ALU)、控制器(CU)、存储器、输⼊设备和输出设备五⼤组成部分。
软件是计算机程序及其相关⽂档的总称，主要包括系统软件、应⽤软件和⼀些⼯具软件。
软件是对硬件功能的完善与扩充，⼀部分软件⼜是以另⼀部分软件为基础的再扩充。
4、冯·诺依曼计算机的特点●计算机由运算器、存储器、控制器、输⼊设备和输出设备五⼤部件组成●指令和数据以同等地位存于存储器内，可按地址寻访●指令和数据⽤⼆进制表⽰●指令由操作码和地址码组成，操作码⽤来表⽰操作的性质，地址码⽤来表⽰操作数在存储器中的位置●指令在存储器内按顺序存放●机器以运算器为中⼼，输⼊输出设备和存储器间的数据传送通过运算器完成5、计算机硬件的主要技术指标●机器字长：CPU ⼀次能处理数据的位数，通常与CPU 中的寄存器位数有关●存储容量：存储容量= 存储单元个数×存储字长；MAR（存储器地址寄存器）的位数反映存储单元的个数，MDR（存储器数据寄存器）反映存储字长主频吉普森法●运算速度MIPS 每秒执⾏百万条指令CPI 执⾏⼀条指令所需的时钟周期数FLOPS 每秒浮点运算次数◎第⼆章计算机的发展及应⽤本章内容：本章主要讲述计算机系统、微型计算机系统的发展过程以及应⽤。
计算机组成原理总结
第一章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：P3计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。
5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么？解：冯•诺依曼计算机的特点是：P8●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；●指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；●指令和数据均用二进制表示；●指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；●指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；●机器以运算器为中心（原始冯•诺依曼机）。
7. 解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
解：P9-10主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。
CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。
主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
存储单元：可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。
存储元件：存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。
存储字：一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。
存储字长：一个存储单元所存二进制代码的位数。
存储容量：存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分开描述）。
机器字长：指CPU一次能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
指令字长：一条指令的二进制代码位数。
计算机组成原理第一章
计算机组成原理第一章计算机组成原理第一章主要涉及计算机发展的历史背景及计算机的基本概念。
在计算机产生之前，人们使用机械计算器进行数学计算，并且需要手动操作进行算术运算。
而计算机的诞生改变了这种情况，计算机可以自动执行计算任务，大大提高了计算速度和精确度。
计算机系统由硬件和软件两部分组成。
硬件包括中央处理器(CPU)、内存、输入输出设备等。
而软件则是安装在计算机硬件上的程序和数据。
计算机通过执行软件中的指令来完成各种任务。
计算机的基本运算包括加法、减法、乘法和除法。
在计算机中，数值以二进制形式表示，并且利用电子开关来表示0和1。
这种二进制形式的计算和存储使得计算机系统更加高效和可靠。
在计算机系统中，信息的传输是通过电路连接实现的。
信息可以通过数据总线、控制总线和地址总线进行传输。
数据总线负责传输数据，控制总线负责控制和协调计算机内部各个部件的工作，地址总线用于指定存储器或者设备的地址。
计算机也需要进行数据的存储和检索。
内存是计算机存储数据和程序的地方，它被划分为多个存储单元，每个存储单元可以存储一个数据或者指令。
计算机还需要外部存储器来存储大量的数据，例如硬盘和光盘等。
计算机的指令集架构是计算机体系结构的重要组成部分。
指令集架构定义了计算机系统中处理器的指令和寄存器，以及指令的执行方式。
目前常用的指令集架构包括x86、ARM和MIPS 等。
计算机的工作方式可以分为单指令周期工作方式和多指令周期工作方式。
单指令周期工作方式意味着计算机每个指令在一个时钟周期内完成执行。
而多指令周期工作方式则允许计算机在一个时钟周期内执行多个指令。
总之，计算机组成原理第一章主要介绍了计算机的基本概念和发展历史，以及计算机系统的组成和工作方式。
了解这些基本知识对于理解计算机的工作原理和设计原则非常重要。
计算机组成原理复习
WE
A1
A0
•••
A9
1
CS1
第4章 存储器
*
字扩展（增加存储字的数量）
存储器与 CPU 的连接
MDR
MAR
CPU
主 存
读
数据总线
地址总线
写
第4章 存储器
*
主存和 CPU 的联系
存储器与 CPU 的连接
地址线的连接 数据线的连接 读/写线的连接 片选线的连接 合理选用芯片 其他 时序、负载
总线控制
主要包括两部件：判优控制
01
主设备(模块)：对总线有 控制权
02
从设备(模块)：响应从主设备发来的总线命令
03
总线判优控制 分布式 集中式 计数器定时查询 独立请求方式 链式查询 第3章 系统总线
*
总线控制
通信控制
目的解决通信双方协调配合问题 总线通信的四种方式
同步、异步结合
通信双方由 统一时标 控制数据传送 采用 应答方式 ，没有公共时钟标准
周期挪用
*
真值与机器数
第6章 计算机的运算方法
*
真值 X=-0.11111 机器数 原码 X=1.11111 补码 X=1.00001 反码 X=1.00000 移码 X=0.00001 转换
第4章 存储器
字块2m－1
字块2c-r+1
字块2c-r + 1
字块2c-r
字块2c-r －
字块1
字块0
…
…
…
字块 3
标记
字块 1
标记
字块 2c－1
标记
字块 2
标记
字块 0
标记
字块 2c－2
计算机组成原理知识点总结
计算机组成原理白中英复习第一章计算机系统概论电子数字计算机的分类P1通用计算机超级计算机、大型机、服务器、工作站、微型机和单片机和专用计算机;计算机的性能指标P5数字计算机的五大部件及各自主要功能P6五大部件：存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备;存储器主要功能：保存原始数据和解题步骤;运算器主要功能：进行算术、逻辑运算;控制器主要功能：从内存中取出解题步骤程序分析,执行操作;输入设备主要功能：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式;输出设备主要功能：把计算机处理的结果变换为人或其他机器所能接收和识别的信息形式;计算机软件P11系统程序——用来管理整个计算机系统应用程序——按任务需要编制成的各种程序第二章运算方法和运算器课件+作业第三章内部存储器存储器的分类P65按存储介质分类：易失性：半导体存储器非易失性：磁表面存储器、磁芯存储器、光盘存储器按存取方式分类：存取时间与物理地址无关随机访问：随机存储器RAM——在程序的执行过程中可读可写只读存储器ROM——在程序的执行过程中只读存取时间与物理地址有关串行访问：顺序存取存储器磁带直接存取存储器磁盘按在计算机中的作用分类：主存储器：随机存储器RAM——静态RAM、动态RAM只读存储器ROM——MROM、PROM、EPROM、EEPROMFlash Memory高速缓冲存储器Cache辅助存储器——磁盘、磁带、光盘存储器的分级P66存储器三个主要特性的关系：速度、容量、价格/位多级存储器体系结构：高速缓冲存储器cache、主存储器、外存储器;主存储器的技术指标P67存储容量：存储单元个数M×每单元位数N存取时间：从启动读写操作到操作完成的时间存取周期：两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间 ,时间单位为ns;存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量,位/秒、字节/每秒,是衡量数据传输速率的重要技术指标;SRAM存储器P67基本存储元：用一个锁存器触发器作为存储元;基本的静态存储元阵列P68双译码方式P68读周期、写周期、存取周期P70DRAM存储器P70基本存储元：由一个MOS晶体管和电容器组成的记忆电路;存储原理：所存储的信息1或0由电容器上的电荷量来体现充满电荷：1；没有电荷：0;一个DRAM存储元的写、读、刷新操作P71DRAM的刷新：集中式刷新和分散式刷新P73存储器容量的扩充P73位扩展——增加存储字长P73字扩展——增加存储字的数量P73字、位扩展P74例题P73只读存储器ROM P80掩模ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash 存储器P80-86并行存储器P86双端口存储器：指同一个存储器具有两组相互独立的读写控制线路;多模块交叉存储器：连续地址分布在相邻的不同模块内,同一个模块内的地址都是不连续的;对连续字的成块传送可实现多模块流水式并行存取,大大提高存储器的带宽; cache基本原理P92避免 CPU“空等”现象CPU 和主存DRAM的速度差异程序访问的局部性原理cache由高速的SRAM组成cache的基本原理P93命中、未命中、命中率P93例题P94cache与主存的地址映射P94全相联映像：主存中的任一块可以映象到缓存中的任一块;直接映像：每个缓存块可以和若干个主存块对应；每个主存块只能和一个缓存块对应;组相联映像：某一主存块 j 按模 u 映射到缓存的第i 组中的任一块;替换算法P98先进先出算法FIFO：把一组中最先调入cache的块替换出去,不需要随时记录各个块的使用情况,所以实现容易,开销小;近期最少使用算法LRU：将近期内长久未被访问过的行块换出;每行设置一个计数器,cache每命中一次,命中行计数器清零,其它各行计数器增1;当需要替换时,比较各特定行的计数值,将计数值最大的行换出;最不经常使用LFU：被访问的行计数器增加1,换值小的行,不能反映近期cache的访问情况;随机替换：从特定的行位置中随机地选取一行换出; cache的写操作策略P99写回法、全写法、写一次法P99-100第四章指令系统指令系统P103程序、高级语言、机器语言、指令、指令系统、复杂指令系统计算机CISC、精简指令系统计算机RISCP103指令格式P105操作码：指令操作性质的二进制数代码地址码：指令中的地址码用来指出该指令的源操作数地址一个或两个、结果地址及下一条指令的地址;三地址指令、二地址指令、一地址指令、零地址指令；三种二地址指令SS、RR、RSP106指令字长度、机器字长P107例题P110操作数类型P110地址数据、数值数据、字符数据、逻辑数据寻址方式P112确定本条指令的操作数地址,下一条欲执行指令的指令地址指令寻址顺序寻址——PC+1跳跃寻址——转移类指令数据寻址P112-116立即寻址——形式地址就是操作数直接寻址——有效地址由形式地址直接给出隐含寻址——操作数地址隐含在操作码中间接寻址——有效地址由形式地址间接提供寄存器寻址——有效地址即为寄存器编号寄存器间接寻址——有效地址在寄存器中基址寻址——有效地址=形式地址+基地址变址寻址——有效地址=形式地址+变址寄存器的内容相对寻址——有效地址=PC的内容+形式地址堆栈寻址——栈顶指针段寻址例题P118指令的分类119数据处理、数据存储、数据传送、程序控制RISC技术P121RISC——精简指令系统计算机CISC——复杂指令系统计算机RISC指令系统的特点P121第五章中央处理器CPU的功能P127指令控制、操作控制、时间控制、数据加工CPU的基本组成P127控制器、运算器、cacheCPU中的主要寄存器P128数据缓冲寄存器DR、指令寄存器IR、程序计数器PC、数据地址寄存器AR、通用寄存器、状态字寄存器PSW操作控制器的分类P130时序逻辑型：硬布线控制器存储逻辑型：微程序控制器指令周期P131取出并执行一条指令所需的全部时间;指令周期、机器周期、时钟周期P131一个指令周期含若干个机器周期一个机器周期包含若干个时钟周期取指周期数据流P132执行周期数据流P133—138时序信号的作用和体制P141时序信号的基本体制是电位—脉冲制;数据加在触发器的电位输入端D ,打入数据的控制信号加在触发器的时钟脉冲输入端 CP;电位高低表示数据是1还是0,要求打入数据的控制信号来之前电位信号必须已稳定;节拍电位、节拍脉冲P142控制器的控制方式P144同步控制方式：即固定时序控制方式,各项操作都由统一的时序信号控制,在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲;异步控制方式：不受统一的时钟周期节拍的约束；各操作之间的衔接与各部件之间的信息交换采取应答方式;联合控制方式：同步控制和异步控制相结合的方式,大部分指令在固定的周期内完成,少数难以确定的操作采用异步方式;微程序控制原理P145微程序控制是指运行一个微程序来实现一条机器指令的功能;微程序控制的基本思想：仿照计算机的解题程序,把微操作控制信号编制成通常所说的“微指令”,再把这些微指令按时序先后排列成微程序,将其存放在一个只读存储器里,当计算机执行指令时,一条条地读出这些微指令,从而产生相应的操作控制信号,控制相应的部件执行规定的操作;微程序、微指令、微命令、微操作P145机器指令与微指令的关系P150微命令的编码方法P151直接表示法：微指令的每一位代表一个微命令,不需要译码;编码表示法：把一组相斥性的微命令信号组成一个小组即一个字段,然后通过小组字段译码器对每一个微命令信号进行译码,译码输出作为操作控制信号;混合表示法：把直接表示法与字段编码表示法混合使用,以便能综合考虑微指令字长、灵活性、速度等方面的要求;微指令格式P153水平型微指令：是指一次能定义并能并行执行多个微命令的微指令;垂直型微指令：微指令中设置微操作码字段,采用微操作码编译法,由微操作码规定微指令的功能,称为垂直型微指令;垂直型微指令的结构类似于机器指令的结构;硬连线控制器P155基本思想：通过逻辑电路直接连线而产生的,又称为组合逻辑控制方式;这种逻辑电路是一种由门电路和触发器构成的复杂树形逻辑网络;三个输入：来自指令操作码译码器的输出；来自执行部件的反馈信息；来自时序产生器的时序信号,包括节拍电位信号M和节拍脉冲信号T;一个输出：微操作控制信号硬布线控制器的基本原理：某一微操作控制信号C用一个逻辑函数来表达;并行处理技术P161并行性的概念：问题中具有可以同时进行运算或操作的特性;时间并行：让多个处理过程在时间上相互错开,轮流使用同一套硬件设备的各个部件,以加快硬件周转而赢得速度,实现方式就是采用流水处理部件;空间并行：以数量取胜;它能真正的体现同时性时间+空间并行：综合应用;Pentium中采用了超标量流水线技术;流水线的分类P163指令流水线：指指令步骤的并行;将指令流的处理过程划分为取指令、译码、取操作数、执行、写回等几个并行处理的过程段;算术流水线：指运算操作步骤的并行;如流水加法器、流水乘法器、流水除法器等;处理机流水线：是指程序步骤的并行;由一串级联的处理机构成流水线的各个过程段,每台处理机负责某一特定的任务;流水线中的主要问题P164资源相关：指多条指令进入流水线后在同一机器时钟周期内争用一个功能部件所发生的冲突;数据相关：在一个程序中,如果必须等前一条指令执行完毕后,才能执行后一条指令;解决数据相关冲突的办法：为了解决数据相关冲突,流水CPU的运算器中特意设置若干运算结果缓冲寄存器,暂时保留运算结果,以便于后继指令直接使用,称为“向前”或定向传送技术;控制相关：由转移指令引起的;解决控制相关冲突的办法：延迟转移法、转移预测法;例题P165第六章总线系统总线的概念P184总线是构成计算机系统的互联机构,是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路;总线的分类P184内部总线——CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线;系统总线——CPU和计算机系统中其他高速功能部件相互连接的总线;按系统传输信息的不同,又可分为三类：数据总线,地址总线和控制总线;I/O总线——中、低速I/O设备之间互相连接的总线;总线性能指标P185总线宽度：指数据总线的根数;寻址能力：取决于地址总线的根数;PCI总线的地址总线为32位,寻址能力达4GB;传输率：也称为总线带宽,是衡量总线性能的重要指标;例题P193总线上信息传送方式P190串行传送：使用一条传输线,采用脉冲传送有脉冲为1,无脉冲为0;连续几个无脉冲的处理方法：位时间;并行传送：每一数据位需要一条传输线,一般采用电位传送电位高为1,电位低为0;分时传送：总线复用、共享总线的部件分时使用总线;总线接口P192I/O接口,也叫适配器,和CPU数据的交换一定是并行的方式,和外设数据的交换可以是并行的,也可以是串行的;总线的仲裁P193集中式仲裁：有统一的总线仲裁器;链式查询方式、计数器定时查询方式、独立请求方式P193—195分布式仲裁：不需要中央仲裁器,每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁器和仲裁号;P195总线的定时P196同步定时：事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定;异步定时：后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的出现,即建立在应答式或互锁机制基础上;PCI总线P200PCI：外围设备互连,PCI总线：连接各种高速的PCI设备;PCI是一个与处理器无关的高速外围总线,又是至关重要的层间总线;它采用同步时序协议和集中式仲裁策略,并具有自动配置能力;PCI总线支持无限的猝发式传送;即插即用;第七章外围设备外围设备的定义和分类P209除了CPU和主存外,计算机系统的每一部分都可作为一个外围设备来看待;外围设备可分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备和过程控制设备几大类;磁记录原理P210计算机的外存储器又称磁表面存储设备;所谓磁表面存储,是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息;磁盘存储器、磁带存储器均属于磁表面存储器;磁性材料上呈现剩磁状态的地方形成了一个磁化元或存储元,是记录一个二进制信息位的最小单位;磁表面存储器的读写原理P211在磁表面存储器中,利用一种称为磁头的装置来形成和判别磁层中的不同磁化状态;通过电-磁变换,利用磁头写线圈中的脉冲电流,可把一位二进制代码转换成载磁体存储元的不同剩磁状态；通过磁-电变换,利用磁头读出线圈,可将由存储元的不同剩磁状态表示的二进制代码转换成电信号输出;磁盘的组成和分类P213硬磁盘是指记录介质为硬质圆形盘片的磁表面存储设备; 它主要由磁记录介质、磁盘控制器、磁盘驱动器三大部分组成;温彻斯特磁盘简称温盘,是一种采用先进技术研制的可移动磁头固定盘片的磁盘机;它是一种密封组合式的硬磁盘,即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写电路等组装成一个不可随意拆卸的整体;磁盘上信息的分布P215记录面、磁道、扇区P215磁道编号P215磁盘地址由记录面号也称磁头号、磁道号和扇区号三部分组成;磁盘存储器的技术指标P216存储密度：存储密度分道密度、位密度和面密度;道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数,单位道/英寸;位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数,单位为位/英寸;面密度：位密度和道密度的乘积,单位为位/平方英寸;平均存储时间=寻道时间+等待时间+数据传送时间P216数据传输率P217例题P217磁盘cacheP218磁盘cache是为了弥补慢速磁盘和主存之间速度上的差异;磁盘阵列RAIDP218RAID：独立磁盘冗余阵列廉价冗余磁盘阵列,或简称磁盘阵列;简单的说, RAID 是一种把多块独立的硬盘物理硬盘按不同方式组合起来形成一个硬盘组逻辑硬盘,从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据冗余的技术;组成磁盘阵列的不同方式成为 RAID 级别;RAID 0 提高存储性能的原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取, 这样,系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行,每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求;这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽,显着提高磁盘整体存取性能;第八章输入输出系统外围设备的速度分级P236在CPU和外设之间数据传送时加以定时：速度极慢或简单的外设：CPU只需要接受或者发送数据即可;慢速或者中速的设备：可以采用异步定时的方式;高速外设：采用同步定时方式;I/O和主机信息交换方式P237程序查询方式、程序中断方式、直接内存访问DMA方式、通道方式程序查询方式P239数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制;当需要输入/输出时,CPU暂停执行主程序,转去执行设备输入/输出的服务程序,根据服务程序中的I/O指令进行数据传送;这是一种最简单、最经济的输入/输出方式,只需要很少的硬件;但由于外围设备动作很慢,程序进入查询循环时将浪费CPU时间;中断的概念P242中断是指CPU暂时中止现行程序,转去处理随机发生的紧急事件,处理完后自动返回原程序的功能和技术;程序中断方式的原理P242在程序中断方式中,某一外设的数据准备就绪后,它“主动”向CPU发出请求中断的信号,请求CPU暂时中断目前正在执行的程序而进行数据交换;当CPU响应这个中断时,便暂停运行主程序,并自动转移到该设备的中断服务程序;当中断服务程序结束以后,CPU又回到原来的主程序;中断处理过程中的几个问题P243CPU只有在当前一条指令执行完毕后,即转入公操作时才受理设备的中断请求;保存现场P243中断屏蔽P243中断处理过程P243单级中断和多级中断P245单级中断系统中,所有的中断源都属于同一级,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; 当响应某一中断请求时,执行该中断源的中断服务程序;在此过程中,不允许其他中断源再打断中断服务程序,既使优先权比它高的中断源也不能再打断;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;优先权高的中断级可以打断优先权低的中断服务程序,以程序嵌套方式工作;一维多级中断是指每一级中断里只有一个中断源,二维多级中断是指每一级中断里又有多个中断源;DMA的基本概念P253直接内存访问DMA是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式;在这种方式中,DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制,数据交换不经过CPU,而直接在内存和I/O设备之间进行;DMA方式一般用于高速传送成组数据;DMA方式的优点P253DMA能执行的一些操作P254从外围设备发出DMA请求；CPU响应请求,把CPU工作改成DMA操作方式,DMA控制器从CPU接管总线的控制；由DMA 控制器对内存寻址,即决定数据传送的内存单元地址及数据传送个数的计数,并执行数据传送的操作；发中断,向CPU报告DMA操作的结束;DMA传送方式P254停止CPU访问内存、周期挪用、DMA与CPU交替访内P254 DMA数据传送过程P257传送前预处理；正式传送；传送后处理;P257通道的基本概念P261通道是一个特殊功能的处理器,它有自己的指令和程序专门负责数据输入输出的传输控制,而CPU将“传输控制”的功能下放给通道后只负责“数据处理”功能;这样,通道与CPU 分时使用内存,实现了CPU内部运算与I/O设备的平行工作;通道的功能P253通道具有两种类型的总线：存储总线：承担通道与内存、CPU与内存之间的数据传输任务;通道总线即I/O总线,承担外围设备与通道间的数据传送任务;从逻辑结构上讲,I/O系统一般具有四级连接：CPU与内存通道设备控制器外围设备优先级别：由于大多数I/O设备的读写信号具有实时性,不及时处理会丢失数据；所以通道与CPU同时要求访内时,通道优先权高于CPU;CPU对通道的管理P262CPU是通过执行I/O指令以及处理来自通道的中断,实现对通道的管理;来自通道的中断有两种,一种是数据传送结束中断,另一种是故障中断;通道对I/O模块的管理P262通道通过使用通道指令控制I/O模块进行数据传送操作,并以通道状态字接收I/O模块反映的外围设备的状态;通道的类型P262选择通道、数组多路通道、字节多路通道P263第九章操作系统支持虚拟存储器的概念P282虚拟存储器是借助于磁盘等辅助存储器来扩大主存容量,使之为更大或更多的程序所使用;是一个容量非常大的存储器的逻辑模型,不是任何实际的物理存储器;它指的是主存-外存层次;以透明的方式给用户提供了一个比实际主存空间大得多的程序地址空间;实地址：或物理地址,计算机物理内存的访问地址,由CPU引脚送出,是用于访问主存的地址,对应的存储空间——物理存储空间或主存空间;虚地址：或逻辑地址,在编制程序时独立编址,使用的地址,对应的存储空间——虚存空间或逻辑地址空间;虚地址到实地址的转换过程——程序的再定位;虚存的访问过程P283虚拟存储器的用户程序以虚拟地址编址并存放在辅存中；程序运行时CPU以虚地址访问主存,由辅助硬件找出虚地址和物理地址的对应关系,判断这个虚地址指示的存储单元是否已装入主存：如果在主存,CPU就直接执行已在主存的程序；如果不在,要进行辅存向主存的调度;虚存与cache的异同P283几种虚拟存储器P284段式、页式、段页式页式虚拟存储器P284页、页表：页式虚拟存储系统中,虚地址空间被分成等长大小的页,称为逻辑页；主存空间也被分成同样大小的页,称为物理页;相应地,虚地址分为两个字段：高字段为逻辑页号,低字段为页内地址偏移量；实存地址也分两个字段：高字段为物理页号,低字段为页内地址;通过页表可以把虚地址逻辑地址转换成物理地址;页式虚存地址映射：地址变换时,用逻辑页号作为页表内的偏移地址索引页表,并找到相应物理页号,用物理页号作为实存地址的高字段,再与虚地址的页内偏移量拼接,就构成完整的物理地址;虚页内容若没有调入主存,则计算机启动输入输出系统,把虚地址指示的一页内容从辅存调入主存,再提供CPU访问;转换后援缓冲器P285段式虚拟存储器P286段式虚拟存储器,是以程序的逻辑结构所形成的段如主程序、子程序、过程、表格等作为主存分配单位的虚拟存储器管理方式的存储器;每个段的大小可以不相等;每个程序都有一个段表映象表,用于存放该道程序各程序段从辅存装入主存的状况信息;段表一般驻留在主存中;段式虚存地址映射P287段页式虚拟存储器P287把程序按逻辑单位分段以后,再把每段分成固定大小的页;程序对主存的调入调出是按页面进行的,但它又可以按段实现共享和保护,兼备页式和段式的优点;虚存的替换算法P289虚拟存储器中的替换策略一般采用LRU Least Recent1y Used算法、LFU算法、FIFO算法,或将两种算法结合起来使用;例题P289。
计算机组成原理第一章总结
计算机组成原理第一章总结
一计算机的分类
计算机从总体上可以分为两大类，电子模拟计算机和电子数字计算机。
数字计算机又可以进一步分为，专用计算机和通用计算机。
通用计算机又分为超级计算机，大型机，服务器，工作站，微型机，单片机六类，其结构复杂性，性能，价格依次递减。
二计算机的硬件
计算机的硬件是由有形的电子器件构成，包括运算器，存储器，控制器，适配器，输入输出设备。
早期将运算器和控制器合在一起称为CPU，现在的CPU中也包含了存储器，称为中央处理机。
存储程序并按地址顺序执行是冯诺依曼型计算机的工作原理，也是CPU自动工作的关键。
三计算机软件
计算机软件一般分为系统程序和应用程序两大类。
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，发挥计算机的功能和用途，包括各种服务性程序，语言类程序，操作系统，数据库管理系统。
应用程序是针对某一应用课题领域开发的软件。
四计算机系统的层次结构
第一级是微程序设计级或逻辑电路级。
这是一个实在的硬件级。
第二级是一般机器级。
这一级也是硬件级。
第三级是操作系统级。
这一级是混合级。
第四级是汇编语言级。
这一级由汇编程序支持和执行。
第五级是高级语言级。
这一级由各种高级语言编译程序支持和执行。
五软件和硬件具有逻辑等价性。
第1章 概论 计算机组成原理
5
第一台电子数字计算机ENIAC 第一台电子数字计算机 ENIAC的特点： 的特点： 的特点 – 采用十进制 – 20 个10位的累加器 位的累加器 – 用开关手动编程 – 18,000个电子管 个电子管 – 重30 吨 – 占地170平方米 占地 平方米 – 耗电 耗电140 KW – 5,000次/秒加法运算 次 秒加法运算
第1章 概论 章
12
5.控制器 控制器 控制器是根据从存储器读来的指令， 控制器是根据从存储器读来的指令， 产生一系列控制信号， 产生一系列控制信号，控制其他部件完 成指令的功能。 成指令的功能。 在控制器的控制下，各部件协调工作， 在控制器的控制下，各部件协调工作， 完成指令的功能，这就是整机概念。 整机概念 完成指令的功能，这就是整机概念。
第1章 概论 章
27
固件 固件是指那些存储在能永久保存信息 的器件（ 的器件（如ROM）中的程序，是具有软件 ）中的程序， 功能的硬件。 功能的硬件。固件的性能指标介于硬件与 软件之间，吸收了软、硬件各自的优点， 软件之间，吸收了软、硬件各自的优点， 其执行速度快于软件，灵活性优于硬件， 其执行速度快于软件，灵活性优于硬件， 是软、硬件结合的产物。 是软、硬件结合的产物。
7
第1章 概论 章
存储程序概念（ 1.1.2 存储程序概念（续）
世界上第一台计算机ENIAC不是存储程序 不是存储程序 世界上第一台计算机 计算机。 计算机。 EDVAC 冯·诺依曼设计的存储程序计算机 诺依曼设计的存储程序计算机 1951年诞生。 年诞生。 年诞生 EDSAC 事实上的第一台存储程序计算机 1949年诞生 1949年诞生。 年诞生。 目前绝大多数计算机仍建立在存储程序概 念的基础上， 诺依曼型计算机。 念的基础上，称冯·诺依曼型计算机。 诺依曼型计算机 也出现了一些突破冯·诺依曼结构的计算机 诺依曼结构的计算机， 也出现了一些突破冯 诺依曼结构的计算机， 统称非冯结构计算机， 统称非冯结构计算机，如：数据驱动的数据流 计算机、需求驱动的归约计算机和模式匹配驱 计算机、 动的智能计算机等。 动的智能计算机等。
知识点 计算机组成原理
知识点计算机组成原理知识点-计算机组成原理计算机组成原理重要知识点第一章绪论一、冯．诺依曼思想体系――计算机（硬件）由运算器、控制器、存储器、输入输出设备五部分组成，存储程序，按地址出访、顺序继续执行二、总线的概念。
按传送信息的不同如何划分；按逻辑结构如何划分三、冯．诺依曼结构（普林斯顿结构）与哈弗结构的存储器设计思想四、计算机系统的概念，软件与硬件的关系、计算机系统的层次结构（实际机器与交互式机器）五、计算机的主要性能指标的含义（机器字长，数据通路宽度，主存容量，运算速度）六、cpu和主机两个术语的含义，完备的计算机系统的概念，硬件、软件的功能分割七、总线概念和总线分时共享资源的特点、三态门与总线电路第二章数据的机器层次表示一、真值和机器数的概念数的真值变为机器码时存有四种则表示方法：原码表示法，反码表示法，补码表示法，移码则表示码。
其中移码主要用作则表示浮点数的阶码e，以利比较两个指数的大小和对阶操作方式二、一个定点数由符号位和数值域两部分组成。
按小数点位置不同，定点数有纯小数和纯整数两种表示方法。
几种定点机器数的数值则表示范围。
三、浮点数浮点数的标准表示法：符号位s、阶码e、尾数m三个域组成。
其中阶码e通常用移码表示（其值等于指数的真值e加上一个固定偏移值）。
规格化浮点数（原码，补码则表示的规格化浮点数的区别）五、处理字符信息（符号数据即非数值信息），七、常用的bcd码：8421码、2421码、余3码、格雷码（有权码，无权码，特点）八、检错纠错码：奇偶校验（掌握奇偶校验原理及校验位的形成及检测方法）,海明码的纠错原理（理解）第三章指令系统一、指令格式:指令的基本格式,指令的地址码结构（3、2、1、0地址指令的区别），非规整型指令的操作码（扩展览会操作码）二、编址方式（位，字节，字…）三、操作数串行方式――立即串行、轻易串行、间接串行、寄存器串行、寄存器间接串行、相对串行、基址寻址、变址寻址、页面寻址四、指令串行方式――顺序对串行方式、弹跳串行方式五、指令类型及功能六、不同的计算机的i/o指令差别很大，通常有两种方式：独立编址方式,统一编址方式第四章数值的机器运算一、为运算器构造的简单性，运算方法中算术运算通常采用补码加减法，原码乘除法或补码乘除法。
计算机组成原理(第一章复习)
• 奇偶校验、CRC冗余校验
定点数的表示和运算
– 无符号数的表示，有符号数的表示 – 定点数的运算
移位、原码加/减、补码加/减、乘/除、溢出判别
浮点数的表示和运算
– 浮点:表示范围、IEEE754标准、浮点数加/减运算
ALU结构
– 串行加法器和并行加法器、ALU的功能和结构
第三章 存储器层次结构
课程教学要求
本课程复习基本要求：
（1）掌握和理解基本概念、学会分析方法 ；
（2）注重系统性学习特点，建立计算机整机概念； （3）注重对计算机总体结构知识的分析与把握； （4）注意相关知识点的综合分析能力练习。
课程主要内容：
（1）计算机系统概述 （2）运算方法与运算器 （3）存储系统 （4）指令系统 （5）中央处理器
– 基本概念、基本原理和方法，注重记忆类知识点
综合应用题（70分）
– 运用基本原理和基本方法，分析、判断和解决有关理论 问题和实际问题 – 考试一般包括：
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总线操作和定时
– 同步定时方式 – 异步定时方式
总线的标准
– 了解正式标准和工业标准
第七章 输入输出系统
I/O系统的基本概念 各种外部设备
– 输入设备(键盘、鼠标)、输出设备(显示器、打印机)、外存储器(硬 盘存储器、磁盘阵列、光盘存储器等)。 – 要理解这些设备的基本工作原理和常见的性能指标。例如显示器 的分辨率、磁盘的读写时间等，特别是磁盘的有关读写过程(寻道 时间、等待时间等)，应当注意掌握。
根据全国考研大纲要求，下面对各章节的 主要知识点内容依次进行梳理。
第一章 计算机系统概述
本章复习要求:
了解计算机的发展历程 搞清楚计算机的系统层次结构
计算机硬件的基本组成
计算机软件的分类 计算机的基本工作过程
了解计算机性能评价指标和相关参数
吞吐量、响应时间; CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间; MIPS、MFLOPS等。
考试内容
– 数据结构45分 –计算机组成原理45分 占30% – 操作系统35分 – 计算机网络25分
数据结构 计算机组成原理 操作系统 计算机网络
计算机组成原理考查目标
理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原
理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计 算机系统的整机概念；
理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软
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2010年试题结构分析（选择题）
试题编号 12 对应考试大纲知识点 一、计算机系统概念 说明
计算机性能指标(执行速度)
13
14 15 16 17
二、数据的表示和运算 计算与溢出判断
二、数据的表示和运算 IEEE754格式与计算
三、存储器系统 三、存储器系统 五、CPU 五、CPU 六、总线系统 七、输入输出系统 存储空间地址分析 RAM、ROM特点分析 虚拟存储器及TLB表分析
虚拟存储器
– 虚拟存储器的基本概念及分类，包括页式虚拟存储器、段式虚 拟存储器、段页式虚拟存储器、TLB(快表)等 – 各种方法的优点和缺点
第四章 指令系统
指令的格式
– 指令的基本格式、定长操作码指令格式、扩展 操作码指令格式
常见寻址方式
– 有效地址的概念、数据寻址和指令寻址、常见 寻址方式
考试试题结构（2011年试题-选择题）
选择题 综合应用题 题数 分数 题数 分数 11 22 2 23 11 22 2 23 10 20 2 15 8 16 1 9 40 80 7 70 小计 45 45 35 25 150
数据结构 计算机组成原理 操作系统 计算机网络 合计
试题不交叉 选择题难度不高
数据结构 计算机组成原理 操作系统 计算机网络 合计
考试试题结构（2010年试题-选择题）
选择题 综合应用题 题数 分数 题数 分数 11 22 2 23 11 22 2 23 10 20 2 15 8 16 1 9 40 80 7 70 小计 45 45 35 25 150
数据结构 计算机组成原理 操作系统 计算机网络 合计
础综合考试大纲解析》 2010年版，高等教育
出版社
考查目标 试卷题型 考试大纲知识点解析
统考试题结构分析
考试试题结构（2009年试题-选择题）
选择题 综合应用题 题数 分数 题数 分数 10 20 2 25 12 24 2 21 10 20 2 15 8 16 1 9 40 80 7 70 小计 45 45 35 25 150
四、指令系统
五、CPU 六、总线系统 七、输入输出系统
转移条件分析 RISC系统特点应用 指令周期与中断的关系
系统总线概念 中断屏蔽字的设计分析 查询周期的计算
综合应用题：（23分）
试题编号 对应考试大纲知识点 第二章 运算方法与运 算器分析 说明 （11分） 运算方法分析、溢 出分析、运算器结构 分析
18 19
20 21 22
CPU结构理解 指令流水线特点分析
总线标准名称 单级中断的概念与分析 显示器显存带宽的计算
综合应用题：（23分）
试题编号 对应考试大纲知识点 说明 （11分） 指令格式的设计、 计算及执行过程分析 （12分） “Cache+主存系统” 执行分析、参数计算 与性能分析
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第四章 指令系统
课程教学要求
本课程复习基本要求：
（1）掌握和理解基本概念、学会分析方法 ；
（2）注重系统性学习特点，建立计算机整机概念； （3）注重对计算机总体结构知识的分析与把握； （4）注意相关知识点的综合分析能力练习。
课程主要内容：
（1）计算机系统概述 （2）运算方法与运算器 （3）存储系统 （4）指令系统 （5）中央处理器
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44
（12分） 虚拟存储器分析 虚拟存储器地址转 （Cache+主存+虚存） 换分析、TLB表分析
注意：各年考题中常常伴有C语言程序的分析。
复习方法（建议）：
正确理解考试大纲中规定的各种基本概念，
掌握各概念中的要点
属于记忆型的知识比较多，需要花时间去
对相关概念、原理进行理解和记忆
有关参数和性能指标的计算和评价，这一
总共七章
– 1 计算机系统概述 – – – – – – 2 数据的表示与运用 3 存储器层次结构 4 指令系统 5 中央处理器 6 总线 7 输入输出系统
各章的主要知识点
第二章 数据的表示与运用
数值与编码
– 进位记数制及其相互转换
十进制、二进制、八进制、十六进制
– 真值、机器数（原码、反码、补码） – 字符与字符串的编码 – 数据校验
《计算机组成原理》 (第4版) 白中英主编，
科学出版社
《计算机组成原理： 解题指南》(白中英主 编，科学出版社)
主要参考教材 2
《计算机组成原理(第2版)
(唐朔飞主编，高等教育出版社)
《计算机组成原理：学习指导 与习题解答》(唐朔飞，高等 教育出版社)
主要参考教材 3
《计算机学科专业基
块是需要理解的，不能仅靠死记硬背
注意：
建立整机系统概念
能将有关的概念和原理联系起来，不要孤立地学习各个 部分的内容，比如数据表示、运算和运算器部件等，都要 关联起来
分清主次
把握重点、难点问题，紧抓大纲 强化重点： 如， CPU结构与指令执行过程（指令周期流程分析） 存储器设计（包括Cache技术、地址映射） 中断和DMA（包括：分析与计算） 虚拟存储器（表管理、TLB表）等。
1.1 计算Hale Waihona Puke 的分类与应用1 计算机的分类
计算机的分类与应用
2 计算机的应用
计算机的分类
计算机组成原理（综合复习）
主讲人：宋宜斌
计算机组成原理
前
言
“计算机组成原理”是计算机科学与技术、软件工程
专业的核心专业基础课程之一。
从课程地位来说，它在先导课和后续课之间起着承上
启下的作用。
本课程以单处理机作为主要对象，研究和学习计算机
系统的组成与体系结构原理。课程内容具有知识面广、 内容多、概念强、更新快等特点。
– 基本概念、基本原理和方法，注重记忆类知识点
综合应用题（70分）
– 运用基本原理和基本方法，分析、判断和解决有关理论 问题和实际问题 – 考试一般包括：
• • • • 2道数据结构 2道计算机组成原理 2道操作系统 1道计算机网络
答题时间建议对4:6分配
– 单选题60-90分钟，综合应用题90分钟
指令集分类
– CISC(复杂指令系统计算机)和RISC(精简指令 系统计算机)基本概念、特征，以及它们之间的 主要区别
第五章 中央处理器
CPU 的功能、基本结构
数据通路的功能和基本结构 指令执行过程（指令周期的概念与分析）
控制器的功能和工作原理
– 硬布线控制器 – 微程序控制器：微程序、微指令和微命令，微指令的 编码方式，以及微地址的形式方式。
考查目标
考试题型
考试大纲知识点内容解析
2009年统考试题结构分析 《计组》教学的一点建议
计算机组成原理
基本要求
– 掌握计算机常用的逻辑器件、部件的原理、 参数及使用方法 – 学懂简单、完备的单台计算机的基本组成 原理 – 学习计算机设计中的入门性知识 – 掌握维护、使用计算机的技能
考试大纲主要内容
• 奇偶校验、CRC冗余校验
定点数的表示和运算
– 无符号数的表示，有符号数的表示 – 定点数的运算
移位、原码加/减、补码加/减、乘/除、溢出判别
浮点数的表示和运算
– 浮点:表示范围、IEEE754标准、浮点数加/减运算
ALU结构
– 串行加法器和并行加法器、ALU的功能和结构
第三章 存储器层次结构
I/O接口(I/O控制器)的功能和基本结构、I/O端口及其编址
方式 I/O工作方式
– 程序查询方式 – 程序中断方式（重点）
• 掌握中断的基本概念、中断响应过程、中断处理过程、多重中断和中 断屏蔽的概念
– DMA方式 （重点）
• DMA控制器组成、DMA传送过程
– 通道方式
主要参考教材 1
课程内容简介
（6）总线系统
（7）输入/输出（I/O） 设备与系统 （8）虚拟存储器
2009年统考情况分析
统考考查目标
考试题型 考试大纲知识点解析 统考试题结构分析
计算机专业研究生入学考试科目
政治理论100分、外国语100分、数学一150分
计算机学科专业基础综合
– 满分：150分 – 考试时间：180分钟 – 考试形式：闭卷笔试
指令流水线