计算机组成原理_ CPU的结构和功能_84 中断系统_
计算机组成原理考试重点
计算机组成原理第一章计算机系统概论1.概念：存储单元，存储字长,存储容量P17，机器字长P17,指令字长（P19—1.7)2.什么是指令？3.P8，冯诺依曼计算机特点，计算机结构框图，图1。
7.（P19—1。
5)第二章计算机发展及应用1。
什么是摩尔定律?第3章系统总线1．总线的概念P412．总线的分类，系统总线分类?通信总线分类？3．了解总线结构,尤其是双总线和三总线（P53）4．总线控制（重点）P57（1）总线判优控制：集中式,分布式，特点是什么呢？集中式控制：●链式查询,计数器定时查询，独立请求方式；●分别采用怎样的控制方式?（2)总线通信控制(P59）●什么是总线周期？可以分为哪些阶段？●申请分配阶段，寻址阶段,传数阶段，结束阶段各自有哪些功能？●总线通信控制的主要功能:解决通信双方如何获知传输开始和传输结束,以及通信双方如何协调，如何配合的问题。
●四种通信方式：同步通信，异步通信,半同步通信和分离式通信。
●同步通信特点？●异步通信特点？根据应答方式的不同进行分类：不互锁方式，半互锁方式，全互锁方式.●例题:3。
2, 例题3.35课后题3.2, 3.4 3。
5 3。
6 3。
7 3。
13 3.14 3.16第4章存储器1了解主存的基本组成P722。
了解主存存储单元地址分配, 存储字长:一个存储单元存放一串二进制代码的位数。
P73 3。
概念:存储容量,存储速度，存取时间，存取周期, 存储器带宽。
4. 动态RAM的三种刷新方式：P86●集中刷新●分散刷新●异步刷新5存储器容量的扩展方式：位扩展，字扩展,位字扩展P916存储器与CPU连接（设计题）P93 例题4。
17存储器校验：汉明码校验方法P100 例题4。
4 例题4.58 Cache—主存地址映射方式: 直接映射，全相联映射、组相连映射，各自特点，例题4.8，例题4.99替换策略: 先进先出算法，近期最少用算法，随即算法10. 辅助存储器章节的概念：磁表面存储器主要技术指标：记录密度,存储容量，平均寻址时间，数据传输率,误码率P12511 循环冗余校验码CRC编码P145 例题4。
唐朔飞《计算机组成原理》课后习题详解(CPU的结构和功能)【圣才出品】
8.2课后习题详解1．CPU有哪些功能？画出其结构框图并简要说明每个部件的作用。
答：CPU功能：CPU具有控制程序的顺序执行、产生完成每条指令所需的控制命令、控制各种操作的执行时间、对数据进行算术和逻辑运算以及处理中断等功能，其框图如图8-5所示。
图8-5图中寄存器包括专用寄存器（如程序计数器、指令寄存器、堆栈指示器、存储器地址寄存器、存储器数据寄存器、状态寄存器等）以及通用寄存器（存放操作数）；CU产生各种微操作命令序列；ALU完成算术和逻辑运算；中断系统用于处理各种中断。
2．什么是指令周期？指令周期是否有一个固定值？为什么？答：指令周期是CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间，也即CPU完成一条指令的时间。
操作指令又可以分为：取指，分析，执行指令。
取指阶段完成取指令和分析指令的操作，又称取指周期；执行阶段完成执行指令的操作，又称执行周期。
指令周期=取指周期+执行周期。
因为各种指令操作功能不同，所以各种指令的指令周期也不同，指令周期的长度主要受到指令在执行阶段的访存次数和执行阶段需要完成的操作的影响。
如图8-6所示，各种指令周期的比较结果表明指令周期没有固定值。
图8-6各种指令周期的比较3．画出指令周期的流程图，分别说明图中每个子周期的作用。
答：指令周期图如图8-7所示：取指周期完成取指令和分析指令的操作；间址周期用于取操作数的有效地址；执行周期完成执行指令的操作；中断周期是当CPU响应中断时，由中断隐指令完成保护程序断点、硬件关中断和向量地址送PC（硬件向量法）的操作。
图8-74．设CPU内有这些部件：PC、IR、SP、AC、MAR、MDR和CU。
（1）画出完成间接寻址的取数指令“LDA @X”（将主存某地址单元的内容取至AC 中）的数据流（从取指令开始）。
（2）画出中断周期的数据流。
答：CPU数据流向与所采用的数据通路结构直接相关，不同的数据通路中的数据流是不一样的。
通常用的数据通路结构方法有直接连接、单总线、双总线、三总线等形式。
计算机体系结构与组成原理
计算机体系结构与组成原理计算机体系结构与组成原理讨论了计算机系统的基本原理、组成结构和相互关系。
它研究了计算机的硬件和软件组件，并介绍了计算机如何执行指令以及数据在计算机内部的处理方式。
本文将从计算机体系结构和计算机组成原理两个方面来探讨这一主题。
一、计算机体系结构计算机体系结构是指计算机硬件和操作系统之间的接口关系。
它定义了计算机的结构、功能和性能特征，包括内存、输入输出设备和处理器等组件。
计算机体系结构的设计决定了计算机系统的可扩展性和性能。
1. 冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是一种广泛应用的计算机体系结构，是由冯·诺依曼于1945年提出的。
它包括了一个存储器、一个运算器、一个控制器、输入设备和输出设备等组件。
其中存储器用于存储数据和指令，运算器用于执行算术和逻辑运算，控制器用于指挥各个组件的操作。
2. 硬件层次结构计算机体系结构还可以按照硬件的层次结构进行分类。
常见的硬件层次结构包括计算机系统、总线、处理器和存储器等。
计算机系统是最高层次的硬件，它由多个处理器和存储器组成，并通过总线进行连接。
二、计算机组成原理计算机组成原理研究了计算机硬件的内部结构和功能，包括处理器、存储器、输入输出设备等。
它关注计算机内部数据的存储、传输和处理方式。
1. 处理器处理器是计算机的核心组件，负责执行指令和处理数据。
它由控制器和算术逻辑单元组成。
控制器用于解析和执行指令，算术逻辑单元用于执行算术和逻辑运算。
2. 存储器存储器用于存储计算机内部的数据和指令。
根据存取方式的不同，存储器可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM用于临时存储数据和程序，而ROM则用于存储固定的指令和数据。
3. 输入输出设备输入输出设备用于将数据和指令传递给计算机系统，或将计算结果输出到外部设备。
常见的输入输出设备包括键盘、鼠标、显示器和打印机等。
三、计算机体系结构与组成原理的关系计算机体系结构和组成原理是相互关联的，在计算机系统设计和优化过程中起着重要作用。
计算机组成原理课后答案(第二版)_唐朔飞_第八章
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26. 设某机配有A、B、C三台设备， 其优先级按A→B→C降序排列，为改 变中断处理次序，它们的中断屏蔽字 设置如下：
设备 A B C 屏蔽字 111 010 011
请按下图所示时间轴给出的设备 请求中断的时刻，画出CPU执行程序 的轨迹。设A、B、C中断服务程序的 执行时间均为20s。
向量编码器——向量中断时，用 来产生向量地址； 中断允许触发器（EINT）—— CPU中的中断总开关，完成开、关中 断状态的设置； 中断标记触发器（INT）——用来 建立中断周期状态。INT=1，表示进 入中断周期，即开始执行中断隐指令； 中断屏蔽触发器——对于可屏蔽 的中断源进行开、关中断操作，可视 为各中断源的中断分开关； 采用程序中断技术时，指令系统 中往往有相关指令支持。常见的指令 有：开中断、关中断、中断返回等。
17. 在中断系统中，INTR、INT、 EINT这三个触发器各有何作用？ 解：INTR——中断请求触发器，用 来登记中断源发出的随机性中断请求信号， 以便为CPU查询中断及中断排队判优线路 提供稳定的中断请求信号； EINT——中断允许触发器，CPU中 的中断总开关。当EINT=1时，表示允许 中断（开中断），当EINT=0时，表示禁 止中断（关中断）。其状态可由开、关中 断等指令设置； INT——中断标记触发器，控制器时 序系统中周期状态分配电路的一部分，表 示中断周期标记。当INT=1时，进入中断 周期，执行中断隐指令的操作。
4. 设CPU内有下列部件：PC、IR、 SP、AC、MAR、MDR和CU，要求： （1）画出完成间接寻址的取数指 令LDA@X（将主存某地址单元X的内 容取至AC中）的数据流（从取指令开 始）。 （2）画出中断周期的数据流。 解：CPU中的数据流向与所采用 的数据通路结构直接相关，不同的数 据通路中的数据流是不一样的。常用 的数据通路结构方式有直接连线、单 总线、双总线、三总线等形式，目前 大多采用总线结构，直接连线方式仅 适用于结构特别简单的机器中。
计算机组成原理习题
• 某机有三个中断源，其优先级按1、2、3 降序排列。假设中断处理时间均为T，在 图中所示的时间内共发生五次中断请求， 画出CPU执行程序的轨迹。
程序 3服务 2服务 1服务 T
1T 2T 3T 4T 5T 6T
1
2
3
2
1
• 流水线中有三类数据相关冲突：写后读 相关（RAW），读后写（WAR），写后 写（WAW），判断下面三组指令各存在 哪种类型的数据相关。 • （1）SUB R1,R2,R3 • ADD R4,R5,R1 • （2）STA M,R2 • ADD R2,R4,R5 • （3）MUL R3,R2,R1 • SUB R3,R4,R5
指令寄存器的位数取决于____ A、 存储器的容量； B、 指令字长； C、 机器字长
• 在中断周期中，由（）将允许中断触发 器置“0”。 • A 关中断指令 • B中断隐指令 • C开中断指令
• • • •
CPU中通用寄存器的位数取决于（） A 存储器容量 B 指令的长度 C 机器字长
• • • •
指令周期是____ A、 CPU执行一条指令的时间； B、 CPU从主存取出一条指令的时间； C、CPU从主存取出一条指令加上执行这 条指令的时间
• • • •
下列说法中____是正确的 A、 指令周期等于机器周期； B、 指令周期大于机器周期； C、 指令周期是机器周期的两倍。
• • • •
程序计数器的位数取决于____ A、 存储器的容量； B、 机器字长； C、 指令字长
• • • •
中断标志触发器用于____ A、 向CPU发中断请求； B、 指示正有中断在进行； C、 开放或关闭中断系统
• • • •
允许中断触发器用于____ A、 向CPU发中断请求； B、 指示正有中断在进行； C、 开发或关闭中断系统
南航参考用书及专业课大纲
（1）内存管理的基本概念：链接与装入，逻辑地址与物理地址空间，对换与覆盖，
（2）连续内存分配方法，离散内存分配方法（分页、分段、段页），
（3）虚拟内存分配方法（虚拟内存的概念，局部性原理，实现虚拟内存所需的硬件和软件支持，请求分页（段）管理，页面置换算法）
（4）内存保护与共享
（5）抖动的概念和处理方法
（2）二叉排序树；平衡二叉树；B-树；
（3）哈希表的构造和冲突处理方法；
9．内部排序
（1）插入排序；
（2）交换排序；
（3）选择排序；
（4）归并排序；
（5）基数排序；
（6）内部排序算法的比较和应用；
2.能对算法的时间复杂度与空间复杂度进行基本的分析。
3.能选择合适的数据结构和方法进行问题求解，具备采用C或C++语言设计与实现算法的能力。
【大纲】
1．数据结构基本概念及简单的算法分析
（1）数据结构基本概念；
（2）算法的定义、特性；
（3）简单的算法分析：时间复杂度、空间复杂度；
2．线性表
（1）顺序表和链表的存储与基本操作；
2.理解操作系统的基本概念、原理，掌握操作系统设计方法与实现技术。
3.能够运用所学的操作系统原理、方法与技术分析问题和解决问题。
【大纲】
1．操作系统概述
（1）操作系统的概念、特征、功能和提供的服务
（2）操作系统的发展与分类
（3）操作系统的结构运行环境
2．进程管理
(1)程序顺序执行和并发执行的特点
(2)进程概念
【大纲】
1．计算机系统概述
（1）计算机系统简介
（2）计算机的基本组成
（3）计算机硬件的主要技术指标
计算机组成原理(考研期末)知识点总结
计算机组成原理（考研期末）知识点总结(一)存储系统1.存储器的基本概念●分类●作用（层次）：CACHE 主存辅存●存储介质：磁半导体光●存取方式●随机存取：RAM ROM●串行访问●顺序存取：磁带●直接存取：磁盘●信息可保存性－－易失性破坏性读出非●性能指标●存储容量字●单位成本每位成本●存储速度（数据传输率主存带宽）●层次化结构●Cache－主存层次：硬件实现，解决速度不匹配问题●主存－辅存层次：硬件+操作系统实现，解决容量问题，逐渐形成虚拟存储系统2.半导体存储器●存储器芯片的基本结构●译码驱动电路(译码器：扩充容量)●存储矩阵●读写电路●地址线，数据线，片选线，读写控制线●半导体存储器RAM（易失性存储器）●SRAM：触发器存储信息，速度快成本高集成度低，用于高速缓存●DRAM：电容存储信息，需要刷新，速度慢成本低，集成度高，用于主存SDRAM●DRAM的刷新：集中刷新，分散刷新，●异步刷新●不需要CPU控制●行为单位，仅需要行地址●存储器中所有芯片同时刷新●RAM的读写周期●ROM（非易失性存储器）●特点：结构简单，位密度比RAM高，非易失性，可靠性高●类型：MROM，PROM，EPPROM，FLASH MEMORY，SSD3.存储器与CPU的协同工作（提高存储系统的工作速度）●主存与CPU的连接●字扩展●位扩展●线选法●译码片选法●译码器的使用●分析地址空间●字位同时扩展●选择存储器芯片●与CPU进行连接●双口RAM和多模块存储器●多模块存储器●单体多字●多体并行●低位交叉编址●高位交叉编址●双端口RAM●高速缓冲存储器●CACHE局部性原理和性能分析●局部性原理●空间局部性●时间局部性●性能分析●命中率和失效率●CACHE----主存体系的平均访问时间●CACHE工作原理●地址映射方式●全相联●直接相联●组相联●替换算法●RAND随机●FIFO先入先出●LRU最近最少使用●LFU最不经常使用●写策略●命中●全写法●写回法●不命中●写分配法●非写分配法●虚拟存储器（主存和辅存共同构成）（增加存储系统的容量）●基本概念：虚地址（逻辑地址）映射到实地址（物理地址）●解决问题：进程并发问题和内存不够用问题●类型●页式●段式●段页式●虚实地址转换（提高速度）●快表TLB●慢表Page(二)指令系统1.指令格式●操作码和地址码组成一条指令●操作码●定长操作码和扩展操作码●操作码类型2.指令寻址方式●指令寻址（通过PC）●顺序寻址●跳跃寻址●数据寻址●隐含寻址●立即寻址：给寄存器赋初值●直接寻址●间接寻址：扩大寻址范围，便于编制程序●寄存器寻址：指令执行速度更快●寄存器间接寻址●偏移寻址（各寄存器内容+形式地址）：基址寻址，变址寻址（处理数组，编制循环程序），相对寻址●堆栈寻址3.CISC和RISC●CISC复杂指令系统计算机（用微程序控制器）●更多更复杂，一般为微程序控制，用于计算机系统●RISC精简指令系统计算机（用硬布线控制器）●指令数目少，字长固定，寻址方式少，寄存器数量多，一般为组合逻辑控制，用于手机(三)中央处理器1.CPU的功能和基本结构●CPU的功能：指令控制，操作控制，时间控制，数据加工，中断处理●运算器●功能：对数据进行加工●基本结构：●算术逻辑单元ALU●暂存寄存器●通用寄存器组●累加寄存器ACC●程序状态字寄存器PSW●移位器，计数器●控制器●功能：取指令，分析指令，执行指令●控制器的基本结构●程序计数器PC●指令寄存器IR●指令译码器，时序系统，微操作信号发生器●存储器地址寄存器MAR●存储器数据寄存器MDR●数据通路的基本结构●专用通路●内部总线2.指令执行过程●指令周期●构成：机器周期、CPU周期——CPU时钟周期、节拍●类型：取指周期，间址周期，执行周期，中短周期●标志触发器FE,IND,EX,INT：区别工作周期●数据流●取指周期：根据PC取出指令代码存放在IR●间址周期：根据IR中指令地址码取出操作数的有效地址●执行周期：根据指令字的操作码和操作数进行相应操作●中断周期：保存断点，送中断向量，处理中断请求●执行方案●单指令周期：串行，指令相同执行时间●多指令周期：串行，指令不同执行时间●流水线方案：隔一段时间启动一条指令，多条指令处于不同阶段，同事并行处理3.数据通路的功能和基本结构（连接路径）●CPU内部总线●单总线●多总线●专用数据通路：多路选择器和三态门●了解各阶段微操作序列和控制信号4.控制器的功能和工作原理●控制器的结构和功能●计算机硬件系统连接关系●控制器的功能：取指令，分析指令，执行指令●控制器的输入和输出●硬布线控制器●硬布线控制单元图：组合逻辑电路+触发器●设计步骤（了解）●分析每个阶段的微操作序列●选择CPU的控制方式●安排微操作序列●电路设计●微程序控制器●基本结构●微地址形成部件●微地址寄存器CMAR●控制存储器CM●微指令寄存器CMDR●微指令的格式●水平型：并行操作●字段直接编码方式●直接编码方式●字段间接编码方式●垂直型：类似机器指令●微指令的地址形成方式●下地址字段指出：断定方式●根据机器指令的操作码形成●基本概念●微命令和微操作●微指令和微周期●主存储器和控制存储器●程序和微程序●寄存器：MAR和CMAR，IR和CMDR●硬布线和微程序的比较（微操作控制信号的实现形式）5.指令流水线●指令流水线的概念●指令执行过程划分为不同阶段，占用不同的资源，就能使多条指令同时执行●表示方法●指令流程图：分析影响流水线的因素●时空图：分析性能●性能指标●吞吐率TP●加速比S●效率E●影响流水线的因素●结构相关（资源冲突）●数据相关（数据冲突）●控制相关（控制冲突）●流水线的分类●按使用级别：部件功能级，处理机级，处理机间●按完成功能：单功能，多功能●按连接方式：动态，静态●按有无反馈信号：线性，非线性●多发技术●超标量流水线技术●超流水线技术●超长指令字技术(四)总线1.总线概念和分类●定义：一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路●分类●按数据传输格式●串行，并行●按功能●片内总线●系统总线●数据总线，地址总线，控制总线●通信总线●按时序控制方式●同步，异步●总线结构●单总线结构——系统总线●双总线结构（通道）●主存总线●IO总线●三总线结构●主存总线●IO总线●DMA总线2.总线的性能指标●总线传输周期（总线周期）●总线带宽●总线宽度（位宽）●总线复用：一种信号线传输不同信息3.总线仲裁●集中仲裁方式●链式查询方式●计数器定时查询方式●独立请求方式●分布仲裁方式4.总线操作和定时●总线传输的四个阶段●申请分配阶段●传输请求●总线仲裁●寻址阶段●传输阶段●结束阶段●定时●同步定时方式（同步通信）●异步定时方式（异步通信）●不互锁●半互锁●全互锁●半同步通信●分离式通信5.总线标准(五)IO系统1.IO系统基本概念●演变过程●早期：分散连接，CUP与IO串行，程序查询方式●接口模块和DMA阶段：总线连接，cpu与io并行，中断方式及DMA方式●具有IO通信结构的阶段●具有IO处理机的阶段●IO系统的基本组成●IO软件——IO指令和通道指令●IO硬件——外设，设备控制器和接口，IO总线等●IO方式简介●程序查询方式：IO与CPU串行，CPU有“踏步等待”现象（由程序控制）●程序中断方式：IO准备数据时CPU继续工作，在指令执行结束时响应中断（由程序控制）●DMA方式：主存与IO交换信息时由DMA控制器控制，在存取周期结束时响应DMA请求（由硬件控制）●通道方式：通过IO指令启动通道，通道程序放在主存中（由硬件控制）2.外部设备●输入设备——键盘，鼠标●输出设备●显示器●分类●阴极射线管（CRT）●液晶（LCD）●发光二极管（LED）●参数●屏幕大小，分辨率，灰度级，刷新频率●显示存储器（VRAM）●容量=分辨率*灰度级位数●带宽=容量*帧频●打印机●外存储器●磁盘存储器●组成●存储区域：磁头，柱面，扇区●硬盘存储器：磁盘驱动器，磁盘控制器，盘片●工作过程：寻址，读盘，写盘对应的控制字，串行读写●性能指标●容量●记录密度●平均存取时间●数据传输率●磁盘阵列RAID——利用磁盘廉价的特点提高存储性能，可靠性和安全性●光盘存储器●固态硬盘SSD——采用FLASH Memory记录数据3.IO接口●主要功能●设备选址功能：地址译码和设备选择●传送命令●传送数据：实现数据缓冲和格式转换●反应IO设备的工作状态●基本结构●设备选择电路，命令寄存器和命令译码器，数据缓冲寄存器DBR，设备状态标记，控制逻辑电路●内部接口和外部接口●编址●统一编址——与存储器共用地址，用访存命令访问IO设备●独立编址：单独使用一套地址，有专门的IO指令●分类●数据传送方式：并行接口，串行接口●主机访问IO设备的控制方式●程序查询接口●中断接口●DMA接口●功能选择的灵活性●可编程接口●不可编程接口4.IO方式●程序查询方式：CPU与IO串行工作，鼠标，键盘●程序中断方式●中断系统●中断的基本概念●工作流程●中断请求●分类●中断请求标记触发器INTR●中断响应●中断响应的条件●中断判优●软件：查询程序●硬件：排队器●优先级的设置●中断处理●中断隐指令●关中断●保存断点PC●引出中断服务程序●中断服务程序●单重中断与多重中断●中断服务程序的具体步骤●中断屏蔽技术●屏蔽字●程序执行轨迹●程序中断方式●工作流程●CPU占用情况●中断响应（隐指令）●中断服务程序●DMA方式●DMA控制器●组成●主存地址计数器：存放要交换数据的主存地址●传送长度计数器：记录传送数据的长度●数据缓冲寄存器：暂存每次传送的数据●DMA请求触发器：设备准备好数据后将其置位●控制/状态逻辑：由控制和时序电路及状态标志组成●中断机构：数据传送完毕后触发中断机构，提出中断请求●主要功能●传送前：接受外设的DMA请求，向CPU发出总线请求，接管总线控制权●传送时：管理总线，控制数据传送，确定主存单元地址及长度，能自动修改对应参数●传送后: 向CPU报告DMA操作的结束●传送过程●预处理：CPU完成寄存器初值设置等准备工作●数据传送：CPU继续执行主程序，DMA控制器完成数据传送●后处理：CPU执行中断服务程序做DMA结束处理。
计算机组成原理第6章
第6章中央处理器
图 6－6 指令周期与 CPU 周期的包含关系
第6章中央处理器
6. 1. 4 指令执行流程 指令的执行是从取指周期开始的。取指周期主要完成从
内存取出要执行的指令,并使指针指向下一条指令,即 PC=PC+ “ 1 ”,这里的“ 1 ”表示当前这条指令的实际字长。 取指完成后,对指令进行译码,再转入具体的指令执行过程。 指令在执行过程中如果采用间接寻址方式,还需要增加间址 周期,如图 6－5 所示。
第6章中央处理器
3. 时序控制 每一条指令在执行的过程中,必须在规定的时间给出各 部件所需操作控制的信号,才能保证指令功能的正确执行。 因此,时序控制就是定时地给出各种操作信号,使计算机系统 有条不紊地执行程序。 4. 数据加工 数据加工是指对数据进行算术运算、逻辑运算或其他处 理。
第6章中央处理器
第6章中央处理器
图 6－7 所示是一个采用总线结构将运算器、寄存器连 接起来的控制器内部数据通路。其各部件与内部总线 IBUS 和系统总线 ABUS 、 DBUS 的连接方式如图中所示,图中的 “ o ”为控制门,在相应控制信号(信号名称标在“o ”上)的控 制下打开,建立各部件之间的连接。GR 是通用寄存器组, X 和 Z 是两个暂存寄存器。
计算机体系结构与组成原理
计算机体系结构与组成原理计算机体系结构是指计算机硬件系统的结构组织，包括硬件层次的划分、组成和功能设计等内容；而计算机组成原理则是指计算机内部各个功能模块的设计与实现原理。
本文将通过介绍计算机体系结构与组成原理，帮助读者更好地理解计算机的组成和工作原理。
一、计算机体系结构计算机体系结构是计算机硬件结构的逻辑和功能组织方式。
它主要包括指令系统结构、数据结构、处理单元结构和控制机构结构。
指令系统结构描述计算机的指令集、寻址方式等，数据结构描述数据的存储方式和组织形式，处理单元结构描述计算机的算术逻辑单元(ALU)、寄存器等主要硬件组件，控制机构结构描述计算机的控制方式和流程。
在计算机体系结构中，主要有三种类别：冯·诺伊曼体系结构、哈佛体系结构和混合体系结构。
冯·诺伊曼体系结构是目前使用最广泛的体系结构，它将指令和数据存储在同一个内存中，并通过总线进行传输。
哈佛体系结构则将指令和数据存储在不同的内存中，通过不同的总线进行传输。
混合体系结构则是冯·诺伊曼体系结构和哈佛体系结构的结合，可以根据实际需求灵活选择。
二、计算机组成原理计算机组成原理是计算机内部各个功能模块的设计与实现原理。
它主要包括中央处理器(CPU)、内存、输入输出设备以及总线等组件。
1. 中央处理器(CPU)中央处理器(CPU)是计算机的核心部件，负责执行各种计算和控制操作。
CPU主要由控制单元和算术逻辑单元(ALU)组成。
控制单元负责指令的解码和执行，ALU则负责数据的运算和逻辑判断。
2. 内存内存是计算机用来存储数据和程序的地方，分为主存和辅助存储器。
主存通常指的是随机存取存储器(RAM)，用来暂时存储正在运行的程序和数据。
辅助存储器包括磁盘、光盘等，用来长久保存数据。
3. 输入输出设备输入输出设备用来与计算机进行数据的输入和输出。
常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等，输出设备有显示器、打印机、音频设备等。
计算机组成原理答案
习题解答（唐朔飞版）第一章思考题与习题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？2．如何理解计算机系统的层次结构？3．说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别和联系。
4．如何理解计算机组成和计算机体系结构？5．冯·诺依曼计算机的特点是什么？6．画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标。
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。
8．解释下列英文代号：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS。
9．根据迭代公式)(21nn yxyx+=，设初态y0=1，要求精度为ε，试编制求x的解题程序（指令系统自定），并结合所编程序简述计算机的解题过程。
10．指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？第一章计算机系统概论习题答案1、答：计算机系统由硬件和软件两大部分组成。
硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸的着的各种电子元器件，各类光电、机设备的实物组成，如主机、外设等。
软件时看不见摸不着的，由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，用来充分发挥硬件功能，提高机器工作效率，便于人们使用机器，指挥整个计算机硬件系统工作的程序集合。
软件和硬件都很重要。
2、答：从计算机系统的层次结构来看，它通常可有五个以上的不同级组成，每一个上都能进行程序设计。
由下至上可排序为：第一级微程序机器级，微指令由硬件直接执行；第二级传统机器级，用微程序解释机器指令；第三级操作系统级，一般用机器语言程序解释作业控制语句；第四级汇编语言机器级，这一级由汇编程序支持合执行；第五级高级语言机器级，采用高级语言，由各种高级语言编译程序支持合执行，还可以有第六级应用语言机器级，采用各种面向问题的应用语言。
3、答：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。
计算机组成原理教学大纲
计算机组成原理教学大纲本门课程的教学目标和要求：计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门核心专业基础课..通过本课程的学习;使学生掌握计算机系统的基本组成、计算机中数据的表示方法、计算机各硬件部件的功能和工作原理等;为学生学习计算机专业课打下坚实的基础..要求学生：1.从总体上了解计算机硬件、软件、计算机主要部件的基本概念；2.掌握计算机中各种数据的表示方法；3.掌握运算器的功能、组成和工作原理；4.掌握广泛使用的各类半导体存储器的工作原理和特性、主存储器系统的设计、多级存储器层次结构；5.掌握CPU的组成、CPU各个部件在计算机运行过程中的作用、如何实现各条指令的功能；6.掌握指令的格式、常见的寻址方式和指令的主要类型；7.掌握总线的概念、特性和几种常用的总线标准；8.掌握几种基本的信息交换方式和常用的外围设备的工作原理..教学重点和难点：本课程重点是：运算方法和运算器、存储系统、中央处理器..本课程难点是：存储系统和中央处理器..教学对象：计算机科学与技术专业本科大学生..教学方式：采用多媒体教学..教学时数：60学时..教学具体内容及学时分配：第一章概论2学时教学目标和要求：通过学习本章;使学生了解计算机硬件、软件的概念和计算机的基本组成;从总体上认识计算机..要求学生：1.了解计算机的分类和应用领域；2.了解计算机硬件的概念和基本组成；3.了解计算机层次结构..教学重点和难点：本章重点：计算机硬件、软件的概念和计算机的基本组成..无难点..教学方式：课堂讲授2学时..第一节计算机系统简介0.5学时一、计算机系统简介计算机软件、硬件概念..二、计算机层次结构将计算机的层次结构..第二节计算机的基本组成1学时一、数字计算机的硬件组成介绍数字计算机的基本组成..二、计算机的工作步骤介绍数字计算机的工作步骤..第三节计算机硬件的主要技术指标0.5学时计算机硬件的主要技术指标..复习与思考题：1.数字计算机如何分类2.数字计算机主要应用有哪些3.数字计算机的主要组成部分有哪些4.计算机的系统软件包括哪几类第二章总线系统2学时教学目标和要求：通过学习本章;使学生掌握总线的概念和基本技术;掌握当前流行的PCI总线的结构..要求学生：1.掌握总线的特性和性能指标；2.掌握单机系统中总线结构的基本类型；3.掌握总线传送信息的方式；教学重点和难点：本章重点：1.总线的特性和性能指标；2.总线的仲裁方式和定时方式；本章难点：总线的仲裁方式和定时方式..教学方式：课堂讲授2学时..第一节总线的概念1学时一、总线的基本概念介绍总线的特性和总线带宽..二、总线的连接方式介绍单机系统总线结构的三种类型..三、总线结构对计算机系统性能的影响介绍总线结构对计算机的最大存储容量、指令系统和吞吐量的影响..第二节总线分类1学时介绍片内总线、系统总线、通信总线..复习与思考题：1.总线的特性有哪些如何计算总线带宽2.片内总线、系统总线、通信总线区别..第三章运算方法和运算器16学时教学目标和要求：通过学习本章;使学生掌握各种数据、字符在计算机中的表示方法;掌握运算器的功能、组成和工作原理..要求学生：1.掌握定点数、浮点数、字符和汉字的表示方法;数的机器码表示；2.掌握定点加、减法运算、定点乘除法运算、浮点加、减法运算的实现方法；3.掌握定点运算器、浮点运算器的基本结构和工作原理..教学重点和难点：本章重点：1.定点数、浮点数的表示方法、数的机器码表示；2.定点加减法运算、定点乘除法运算、浮点加减法运算；3.定点运算器..本章难点：定点乘除法运算、浮点加减法运算..教学方式：课堂讲授14学时;习题课2学时..第一节无符号数和有符号数1学时一、无符号数介绍无符号数表示法二、有符号数介绍无符号数表示法第二节数的定点表示和浮点表示2学时一、数的定点表示介绍数的定点表示..二、数的浮点表示介绍数的浮点表示..第三节定点运算8学时一、补码加法介绍补码加法公式..二、补码减法介绍补码减法公式..三、溢出概念与检测方法介绍溢出的概念、溢出的两种检测方法：双符号位法和单符号位法..四、基本的二进制加法/减法器介绍行波进位的补码加法/减法器..五、原码乘法介绍原码乘法运算过程..六、原码除法介绍原码除法运算过程..第四节浮点四则运算2学时一、浮点加法、减法运算介绍浮点加、减法运算的操作过程..二、浮点乘法、除法运算介绍浮点乘法、除法运算规则和浮点乘、除法运算步骤..第五节算术逻辑单元1学时一、逻辑运算介绍逻辑非运算、逻辑加运算、逻辑乘运算和逻辑异或运算..二、多功能算术/逻辑运算单元介绍多功能算术/逻辑运算单元ALU的基本思想、逻辑表达式;还介绍了ALU芯片74181和先行进位发生器74182的逻辑电路..复习与思考题：1.已知一个数的原码;如何求它的补码2.试说明乘法器原理..3.试说明不恢复余数阵列除法器的工作原理..4.试说明多功能算术/逻辑运算单元的基本思想..5.试说明浮点加、减法运算的操作过程..第四章存储系统10学时教学目标和要求：通过学习本章;使学生掌握各类半导体存储器的工作原理和特性、主存储器容量的扩充方法、多级存储器的层次结构..要求学生：1.掌握主存储器的主要技术指标；2.掌握静态MOS存储器、SRAM的结构和工作原理；3.掌握动态MOS存储器;EPROM的工作原理；4.掌握SRAM、EPROM与CPU连接的方法；5.掌握Cache的工作原理、主存与Cache的地址映射方式；教学重点遇难点：本章重点：1.各类半导体存储器的工作原理；2.主存储器容量的扩充方法；3.虚拟存储器；4.多级存储器的层次结构..本章难点：1.主存储器容量的扩充方法；2.虚拟存储器..教学方式：课堂讲授8学时;习题课2学时..第一节存储器概述1学时一、存储器分类介绍存储器的作用和存储器的五种分类方法..二、存储器的分级结构介绍多级存储系统的层次结构和每级存储器的职能..三、主存储器的技术指标介绍主存储器的主要技术指标..第二节主存储器4学时一、SRAM存储器主要介绍SRAM存储器的原理、SRAM存储器的结构、SRAM存储器芯片与CPU的连接方式..二、DRAM存储器介绍DRAM存储元的工作原理、DRAM存储器芯片和DRAM的刷新..三、主存储器与CPU的连接第三节Cache存储器2学时一、Cache基本原理介绍Cache的功能、工作原理、Cache的命中率..二、主存与Cache的地址映射介绍三种映射方式：全相联映射、直接映射和组相联映射..三、替换策略介绍常用的三种替换算法..四、Cache的写操作策略介绍三种写操作策略..五、奔腾PC机的Cache奔腾PC机采用两极Cache结构;集成在CPU内的是一级Cache;安装在主板上的是二级Cache..第四节辅助存储器1学时一、硬盘的原理介绍硬盘的储存原理..复习与思考题：1.在设计主存储器时;如何将存储器芯片与CPU连接2.在三级存储器体系结构中;各级存储器的职能是什么3.主存与Cache的地址映射方式有那三种4.试说明段页式虚拟存储器地址变换过程..第五章指令系统7学时教学目标和要求：通过学习本章;使学生掌握指令的格式、地址码的结构、指令和数据的寻址方式、指令的类型;为下一章分析CPU的组织打下基础..要求学生：1.掌握指令的格式和地址码的结构；2.掌握指令和数据的寻址方式；3.掌握堆栈的概念和两种堆栈的结构；4.掌握指令的分类；5.掌握精简指令系统的特点..教学重点和难点：本章重点：指令的格式、地址码的结构和寻址方式..本章无难点..教学方式：课堂讲授6学时;习题课1学时..第一节机器指令0.5学时一、机器指令格式介绍机器指令格式..二、机器指令字长介绍机器指令字长..第二节操作数类型和操作类型1.5学时一、操作数类型二、操作类型第三节指令和数据的寻址方式3学时一、指令的寻址方式指令的寻址方式有两种：一种是顺序寻址方式;另一种是跳跃寻址方式..二、操作数的寻址方式介绍了九种寻址方式..三、寻址方式举例第四节RISC和CISC1学时一、RISC介绍介绍RISC概念..二、CISC介绍介绍CISC概念..复习与思考题：1.试说明指令操作码、地址码的功能和地址码的结构..2.试说明操作数的寻址方式有哪几种..3.试说明存储器堆栈进栈和出栈的操作过程..第六章中央处理器23学时教学目标和要求：通过学习本章;使学生掌握CPU的功能和逻辑组成;从指令流程和微操作命令序列这两个层次上懂得计算机是如何工作的..要求学生：1.掌握CPU的功能和基本组成；2.掌握指令的执行过程；3.掌握微程序控制器的工作原理；4.掌握机器指令与微指令的关系；5.掌握微程序设计技术..教学重点和难点：本章重点：CPU的功能和基本组成；微程序控制器的工作原理；微程序设计技术..本章难点：微程序设计技术..教学方式：课堂讲授19学时;习题课4学时..第一节CPU的功能和结构2学时一、CPU的功能介绍CPU四个方面的功能..二、CPU的基本组成介绍控制器、运算器的组成和功能..三、CPU中的主要寄存器介绍CPU中六类寄存器的作用..四、操作控制器与时序产生器操作控制器有三种类型;其作用是在各寄存器之间建立数据通路；时序产生器的作用是对各种操作实施时间上的控制..第二节指令周期2学时一、指令周期的基本概念介绍指令周期的概念和指令周期、CPU周期、时钟周期三者之间的关系..二、CLA指令的指令周期CLA是一条非访内指令;分析这条指令的执行过程..三、ADD指令的指令周期ADD是一条访内存指令;分析这条指令的执行过程..四、STA指令的指令周期STA是一条访问内存的存数指令;分析这条指令的执行过程..五、NOP指令和JMP指令的指令周期分析NOP指令和JMP指令的执行过程..六、用方框图语言表示指令周期介绍如何用方框图语言来表示机器指令的周期..第三节指令流水2学时一、指令流水原理二、影响流水线性能因素第四节中断系统2学时中断系统工作过程..第五节控制单元的功能4学时一、微操作命令的分析介绍取指令周期、间址周期、执行周期、中断周期二、控制单元的功能介绍控制单元特性、控制方式..第六节控制单元的设计5学时一、微程序设计思想二、微程序控制单元工作原理三、微指令的编码方式四、微指令格式微指令格式大体上分为两类：水平型微指令和垂直型微指令..介绍了每种微指令的格式..第七节控制单元的设计举例2学时微程序设计举例..复习与思考题：1.试说明CPU的功能和基本组成..2.试说明微命令、微操作、微指令和微程序的概念..3.微程序控制器由哪三部分组成每部分的作用是什么4.试说明机器指令与微指令的关系..5.微命令编码有哪几种方法参考文献：1.王爱英;计算机组成与结构;第二版;清华大学出版社;19962.俸远祯;计算机组成原理;修订本;电子工业出版社;19973.王诚等;计算机组成与设计;第二版;清华大学出版社;2004。
电子科大实验报告
一、实验名称计算机组成原理实验二、实验目的1. 掌握计算机组成原理的基本概念和组成结构。
2. 理解计算机各部件之间的逻辑关系和功能。
3. 学习计算机指令系统的基本原理和应用。
4. 培养动手实践能力和分析问题的能力。
三、实验内容1. 计算机硬件系统组成实验2. 计算机指令系统实验3. 计算机寻址方式实验4. 计算机中断系统实验四、实验原理1. 计算机硬件系统组成实验：通过搭建计算机硬件系统，了解计算机各个部件的功能和相互关系，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
2. 计算机指令系统实验：学习计算机指令系统的基本原理，包括指令格式、寻址方式、指令执行过程等。
3. 计算机寻址方式实验：了解计算机寻址方式的基本概念，包括直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等，并掌握不同寻址方式的应用。
4. 计算机中断系统实验：学习计算机中断系统的原理，包括中断源、中断控制器、中断处理程序等，以及中断处理过程。
五、实验设备及器材1. 计算机组成原理实验箱2. 示波器3. 数字万用表4. 计算机软件：Keil、Proteus等六、实验过程及数据记录1. 计算机硬件系统组成实验（1）搭建计算机硬件系统，包括CPU、存储器、输入输出设备等。
（2）观察各个部件之间的连接和信号传输。
（3）测试计算机硬件系统的基本功能。
2. 计算机指令系统实验（1）编写简单的汇编语言程序，实现加法、减法等运算。
（2）使用Proteus软件模拟程序执行过程，观察CPU的运行状态和寄存器的内容。
3. 计算机寻址方式实验（1）编写汇编语言程序，实现不同寻址方式的操作。
（2）使用Proteus软件模拟程序执行过程，观察不同寻址方式对指令执行的影响。
4. 计算机中断系统实验（1）编写汇编语言程序，实现中断请求和处理。
（2）使用Proteus软件模拟程序执行过程，观察中断处理过程。
七、实验结果分析1. 通过搭建计算机硬件系统，了解了计算机各个部件的功能和相互关系，掌握了计算机硬件系统的基本原理。
计算机科学与技术课表
计算机科学与技术课表计算机科学与技术课表通常包括了计算机科学与技术专业所必修的课程以及方向选修课程。
在国内大多数高校里，计算机科学专业课程设置较为齐全，涵盖了计算机基础、编程语言、数据结构、计算机组成原理、操作系统、网络与通信、数据库等方向。
下面我们就具体介绍一下国内大多数高校的计算机科学与技术专业所包含的必修和选修课程。
一、计算机科学与技术专业必修课程1.程序设计与数据结构：程序设计是计算机科学与技术专业中最重要的课程之一，它主要讲授计算机编程语言和数据结构。
学生们在课程中将学习如何用编程语言编写程序，如何设计数据结构，并使用这些技能解决实际问题。
2.计算机组成原理：这门课程主要教授计算机系统的组成和结构，包括处理器、存储器、输入输出设备等。
学生们将学习计算机的各个组成部分以及它们是如何协调工作的。
3.操作系统：这门课程主要讲授操作系统的概念、结构和基本功能等。
它包括进程管理、内存管理、文件系统、设备管理等方向，学生们将学会如何对计算机进行操作系统配置和管理。
4.数据库系统：这门课程为学生介绍数据库的设计、实现和管理。
它涵盖关系数据库、NoSQL数据库、数据仓库、数据挖掘等方向，学生们将学会如何正确使用数据库，管理数据库，并设计安全可靠的数据库应用。
5.计算机网络：这门课程为学生介绍计算机网络的结构、技术和应用等。
学生们将通过学习网络体系结构、网络协议、网络安全等方向，了解计算机网络的基础知识，掌握网络配置、管理和维护等技能。
二、计算机科学与技术专业选修课程1.人工智能：这门课程教授人工智能的理论和实践。
学生们将通过讨论神经网络、机器学习、自然语言处理等方向的基础理论和应用技术，深入了解人工智能的实现机制和应用场景。
2.并行计算：并行计算是计算机科学与技术领域的前沿方向之一。
学生们将学习如何利用多核处理器和分布式计算机系统，提高计算效率，增强计算系统的容错性和伸缩性。
3.软件工程与项目管理：这门课程为学生介绍软件开发过程和项目管理。
计算机组成原理(唐朔飞)CPU结构和功能 PPT
指令1、指令3、 指令 1 与指令 指令存储器和数据存储器分开 6 冲突 指令 、指令 、指令 解决办法 4• 冲突 …… 指令 2 与指令 5 冲突
• 指令预取技术 （适用于访存周期短的情况） 适用于访存周期短的情况）
《计算机组成原理》 计算机组成原理》
2、 控制相关 程序的相近指令之间出现某种关联 、
解决办法 ？
4. 指令的六级流水
t 1
指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 指令 5 指令 6 指令 7 指令 8 指令 9 FI
《计算机组成原理》 计算机组成原理》
取指、指令译码、算操作数地址、取操作数、执行指令、 取指、指令译码、算操作数地址、取操作数、执行指令、写操作数
2
DI FI
3
CO DI FI
IF ID EX WR
流水线速度是原来速度的 3 倍
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
12 13
t
3. 超长指令字
《计算机组成原理》 计算机组成原理》
并行性， 由编译程序 挖掘 出指令间 潜在 的 并行性，将 多条 一条具有 能 并行操作 的指令组合成 一条具有 多个操作码字段 的 超长指令字（可达几百位） 超长指令字（可达几百位） 多个处理部件(EX部件 部件) 采用 多个处理部件 部件
组合逻辑设计 微程序设计 硬连线逻辑
参见 第四篇
存储逻辑
参见 8.4 参见 第六章
2. 中断系统
五、ALU
《计算机组成原理》 计算机组成原理》
8.2 指 令 周 期
一、 指令周期的基本概念
1 . 指令周期 取出并执行一条指令所需的全部时间 指令周期:
西安电子科技大学_计算机组成原理第5章中央处理器_课件PPT
控制信号 指令译码 /控制器
F→IR
IR
总线B IR→B
设ALU的功能有： F = A + B (ADD)， F = A - B (SUB)， F = A + 1 (INC)， F = A - 1 (DEC)，
MAR F→MAR
ABUS
M
Read Write
DBUS
F→PC F→R0 F→R1
F→Rn-1
28
5了5条微指令I1～I5所发出的控制信号a～j。 设计微指令的控制字段，要求保持微指令本身的并 行性，需要最少的控制位数为______。
A. 6
B. 7
C. 8
D. 10
微指令
激活的控制信号
abcde f gh i j
I1 √
√√√
I2
√√
√√
I3
西安电子科技大学 计算机学院
计算机组成原理考研辅导
5 第 章 中央处理器
2021年9月3日 21:40:12
考研大纲
（一）CPU的功能和基本结构 （二）指令执行过程 （三）数据通路的功能和基本结构 （四）控制器的功能和工作原理
1. 硬布线控制器 2. 微程序控制器
微程序、微指令和微命令 微指令格式，微命令的编码方式 微地址的形成方式
水平型 垂直型 混合型
A1 A2 … An-1 An 判断测试字段 后续地址字段
操作控制
顺序控制
μOP 微操作码
Rd 目的地址
Rs 源地址
25
5.4 硬布线控制器和微程序控制器 二、微程序控制器 硬布线与微程序控制器的特点： 硬布线：速度快，不规整，修改及扩充困难 微程序：速度慢，规整，容易修改及扩充
计算机组成原理(任国林第二版)名词解释
计算机组成原理（任国林第二版）名词解释第一单元计算机系统概述存储程序方式：⑴程序和数据预先存放在存储器中⑵机器工作时，自动、逐条地取出指令并执行主机：CPU（运算器+控制器）+MM（主存储器）外设：输入设备，输出设备，辅助存储器CPU：运算器，控制器ALU：算术逻辑单元（只进行整型运算）FPU：浮点运算部件CU：Controller Unit，控制单元PC：Program Counter，程序计数器IR：Instruction Register，指令寄存器ID：Instruction Decode，指令译码器存储元：可存储一个二进制位的元件，存储单元—可同时存储一串二进制位的元件(与一个地址相对应)，存储阵列—所有存储单元的集合存储单元：一般以8位二进制作为一个存储单元，也就是一个字节存储阵列：多个存储单元排列形成存储单元长度：存储字长,一个字节由多少位二进制组成存储单元地址：每个存储单元被赋予的唯一编号，存储单元长度—一个存储单元能存储的二进制信息位数存储字：存储单元中存储的二进制信息存储字长：存储单元中容纳的二进制信息个数总线：一组用于信息传输的公共信号线主设备：发送信息（CPU）从设备：接收信息（存储器等）I/O接口：实现数据缓冲，格式转换，通信控制，协调总线系统总线：连接计算机各大部分的总线DBus：Data Bus，数据总线ABus：Address Bus，地址总线Cbus：Control Bus，控制总线实际机器：所编写程序可悲硬件识别和执行的机器虚拟机器：除了实际机器的机器解释：先将程序转换为低级机器上的等效程序，再运行翻译：对程序中每一条语句，都转去执行低级机器上的一段等效程序指令：告诉计算机从事其中一特殊运算的代码语句：计算机结构：硬件的概念性结构和功能特性计算机实现：物理结构（硬件）ISA：Instruction Set Architecture执行时：指令在主存中的首地址(由系统随机分配)逻辑地址：指令地址物理地址：运行时在存储器中的地址机器字长：CPU一次能处理的二进制（整型）位数时钟周期：CPU主时钟脉冲宽度主频：主时钟脉冲频率主存编址单位：主存单元长度：主存地址空间：主存为最大容量时的地址空间CPU可寻址空间：主存地址空间响应时间：一个任务从提交到完成的总时间（T响应＝TCPU＋T等待）吞吐率：单位时间能处理的工作量CPI：Cycles Per Instruction（一条指令所需的平均时钟周期）MIPS：每秒百万次指令（主频/CPI/10^6）MFLOPS：每秒百万次浮点运算第二单元数据的表示与运算数制：进位计数制，二进制，八进制，十进制，十六进制码制：机器数：计算机内部用编码表示的数真值：数学上的数原码：最高位为符号位，其余各位为真值的绝对值补码：正数的补码为本身，负数的补码为取反加一移码：正数为前加一位1，复数取反加1首位补0（000的移码为1000）模：\log_{2}模表示机器数的位数补数：补码同余：余数相同BCD码：二进制数表示十进制的编码交换码：用于字符的索引、传送（例：ASCII码）内码：用于字符的存储和处理码距：任意两个码字中位值不相同的个数的最小值校验码：由数据信息和校验信息组成的编码奇偶校验：检测校验码中1的个数是奇数还是偶数（所有位取异或的结果补在最后）海明校验：多重奇偶校验，将数据位分为多个有重叠的组，每个组进行奇偶校验循环冗余校验(CRC)：数据类型：一个值的集合，及定义在该值集上的一组操作（例：8位二进制及二进制逻辑）数据表示：截断运算：保留数据的低位部分位扩展运算：零扩展，符号扩展零扩展：无符号数补零符号扩展：有符号数补符号位上溢：浮点数的阶大于最大阶码，是真正的溢出，应进行溢出处理（正上溢，负上溢）下溢：浮点数的阶小于最小阶码，下溢可以认为是机器零不是溢出机器零：机器零在数轴上表示为0点及其附近的一段区域，即在计算机中小到机器数的精度达不到的数均视为“机器零”，而真值零则表示0这一个点。
西北工业大学2024年研究生初试考试大纲 847计算机原理及网络
题号：847
《计算机原理及网络》
考试大纲
一、计算机组成原理
1.计算机体系结构
2.系统总线的结构、分类及性能指标
3.存储器分类、主存储器、高速存储器
4.输入输出系统、I/O接口、中断、DMA
5.计算机的运算方式、定点数和浮点数的表示和运算
6.计算机指令系统及寻址
7.CPU的结构、指令周期和指令流水
二、计算机网络
1.OSI和TCP/IP参考模型
2.传输介质、数据编码技术及传输复用技术
3.介质访问控制(MAC)协议、差错控制技术、流量控制技术
4.以太网及快速以太网技术、CSMA/CD协议
5.CSMA/CA协议及WiFi技术
6.中继器、网桥、交换器与路由器的工作原理
7.网络层协议及寻址技术
8.路由基础及距离矢量路由、链路状态路由、RIP协议、OSPF协议、BGP协议
9.TCP协议、UDP协议
10.应用层协议基本原理（DNS、DHCP、FTP、HTTP）
11.网络安全的基本知识。
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B处理完 t
A、B、C、D
C处理完
同时请求中断
CPU 执行程序轨迹（新屏蔽字）
六、中断屏蔽技术
3. 屏蔽技术
PC
向量地址 形成部件
…
Q
S INTR
& ≥1
… 排队器
Q
SEINTR
1
五、保护现场和恢复现场
1.保护现场 2.恢复现场
断点
中断隐指令 完成
寄存器 内容 中断服务程序 完成
中断服务程序 完成
保护现场
PUSH
中
断
其它服务程序 视不同请求源而定
服
务
恢复现场
POP
程
序
中断返回
IRET
小结
中断请求标 记和中断判
二、中断标记和中断判优逻辑
1.中断请求标记 INTR
一个请求源 一个 INTR 中断请求标记触发器 多个INTR 组成 中断请求标记寄存器
1掉
2过
3
主
4阶
5非
电热存 上法
读 溢除
写
法
校
验
错
键 n打 盘印 输机 入输
出
INTR 分散 在各个中断源的 接口电路中 INTR 集中 在 CPU 的中断系统 内
二、中断标记和中断判优逻辑
2.中断判优逻辑
(2)软件实现（程序查询）
A、B、C 优先级按 降序 排列
是否 A 请求？ 是
否 是否 B 请求？ 是
否 是否 C 请求？ 是
否
转 A 的服务程序 入口地址 转 B 的服务程序 入口地址 转 C 的服务程序 入口地址
…
三、中断程序入口地址寻找
1.硬件向量法
3. 屏蔽技术
(3)屏蔽技术可改变处理优先等级
服务程序 D程序
C程序 B程序 A程序
主程序
A处理完 A、B、C、D 同时请求中断
B处理完
D处理完 t
C处理完
CPU 执行程序轨迹（原屏蔽字）
六、中断屏蔽技术
3. 屏蔽技术
(3)屏蔽技术可改变处理优先等级
服务程序
D程序 C程序 B程序 A程序
主程序
A处理完 D处理完
中断向量 …
向量地址 形成部件
… 排队器输出
主存
12 H JMP 200 13 H JMP 300 14 H JMP 400
12 H 13 H 14 H
向量地址 12H、13H、14H 入口地址 200、 300、 400
主存
入口地址 200 入口地址 300 入口地址 400
三、中断程序入口地址寻找
2.软件查询法
八个中断源 1，2， … 8 按 降序 排列
中断识别程序（入口地址 M）
地址
指令
说明
M
SKP DZ 1#
JMP 1# SR
SKP DZ 2# JMP 2# SR
1# D = 0 跳 （D为完成触发器） 1# D = 1 转1# 服务程序
2# D = 0 跳 2# D = 1 转2# 服务程序
屏
蔽
字
1111111111111111 0111111111111111 0011111111111111 0001111111111111 0000111111111111 0000011111111111
… …
15
0000000000000011
0000000000000001
六、中断屏蔽技术
1
&
INTP4
1
&
&
Q
INTR1
INTR2
INTR3
INTR4
D
MASK1
MASK2
MASK3
MASK4
MASK = 0（未屏蔽）
MASKi = 1 （屏蔽）
INTR 能被置 “1”
INTPi = 0 （不能被排队选中）
六、中断屏蔽技术
3.屏蔽技术
(2)屏蔽字
优先级 1 2 3 4 5 6
16个中断源 1，2，3 ，… 16 按 降序 排列
优逻辑
中断服务程 序入口地址
的寻找
中断 响应
保护现场和 恢复现场
第８章 CPU的结构和功能 8.4 中断系统（2）
六、中断屏蔽技术
1.多重中断的概念
k
l
m
k +1 l +1 m +1
第一次 第二次 第三次 中断 中断 中断
程序断点 k+1 , l+1 , m+1
六、中断屏蔽技术
2.实现多重中断的条件
(1)提前 设置 开中断 指令 (2)优先级别高 的中断源 有权中断优先级别低 的中断源
中断
请求 B、C
主程序
中断服务程序 （ A、B、 C、 D 优先级按 降序 排列）
A
B
C
D
D
A
六、中断屏蔽技术
3.屏蔽技术
(1)屏蔽触发器的作用
CPU 查询
INTR
D
1
MASKQ
INTP1
1
&
INTP2
1
&
INTP3
3. 屏蔽技术
(3)屏蔽技术可改变处理优先等级
响应优先级
不可改变
处理优先级
可改变（通过重新设置屏蔽字）
中断源
A B C D
原屏蔽字
1111 0111 0011 0001
新屏蔽字
1111 0100 0110 0111
响应优先级 A→B→C→D 降序排列
处理优先级 A→D→C→B 降序排列
六、中断屏蔽技术
…
SKP DZ 8# JMP 8# SR
8# D = 0 跳 8# D = 1 转8# 服务程序
四、中断响应
1.响应中断的条件
允许中断触发器 EINT = 1
2.响应中断的时间
指令执行周期结束时刻由CPU 发查询信号
至排队器
CPU 中断查询
Q
DINTR1
中断源 1
Q
DINTR2
…
Q
DINTRn
中断源 2
中断源 n
四、中断响应
3.中断隐指令
(1)保护程序断点
断点存于 特定地址（ 0 号地址） 内
断点 进栈
(2)寻找服务程序入口地址
向量地址
PC （硬件向量法）
中断识别程序 入口地址 M
PC （软件查询法）
四、中断响应
3.中断隐指令
(3) 硬件 关中断
INT 中断标记 EINT 允许中断
R – S 触发器
第８章 CPU的结构和功能 8.4 中断系统（1）
一、概述
1.引起中断的各种因素
(1)人为设置的中断 如 转管指令
转管指令
管理程序
……
(2)程序性事故 (3)硬件故障 (4)I/O 设备 (5)外部事件
溢出、操作码不能识别、除法非法 用 键盘中断 现行程序
一、概述
2.中断系统需解决的问题
(1)各中断源如何向CPU提出请求 ？ (2)各中断源同时提出请求怎么办 ？ (3)CPU什么条件、什么时间、以什么方式响应中断 ？ (4)如何保护现场 ？ (5)如何寻找入口地址 ？ (6)如何恢复现场，如何返回 ？ (7)处理中断的过程中又出现新的中断怎么办 ？
二、中断标记和中断判优逻辑
2.中断判优逻辑
(1)硬件实现（排队器）
①分散在各个中断源的接口电路中 链式排队器
②集中在 CPU 内
参见 第五章
INTP1
INTP2
INTP3
INTP4
1
1
1
1
1
&
&
&
INTR1
INTR2
INTR3
INTR4
INTR1 、 INTR2 、 INTR3 、 INTR4 优先级 按 降序 排列