计算机组成原理期末复习资料-王爱英
计算机组成原理王爱英(清华)(2)
虚拟机器 M3 （汇编语言或中
间机器语言）
本 级 语 言程 序 经编 译 程 序翻 译 成 机器语言程序或操作系统语言
虚拟机器 M2 （操作系统 语言机器） 间机器语言）
一般用机器语言解释操作系统语言
实际机器 M1 （机器语言机器）
由 硬 件 或 微 程 序 *执 行 机 器 语 言
*注 ： 微 程 序 将 在 第 6 章 中 讲 述
Cray-1,Cray-2,Cray-3,国产银河I, 银河II, 银河III
• 小巨型机——功能同巨型机相近，价格相对便宜，发展十分迅速
美国Convex公司的C系列机为其代表产品。
• 大型机——大中型企事业单位作为计算中心的主机使用，统一调
度主机资源，代表产品有IBM360，370，4300等。 • 小型机——它可以满足部门性的需求，供小型企事业单位使用，
• 存储器用来存放程序和数据，是计算机各种信息的存储和交流 中心。存储器可与CPU、输入输出设备交换信息，起存储、缓冲、 传递信息的作用，
• 中央处理器又叫CPU，在早期的计算机中分成运算器和控制器两 部分，由于电路集成度的提高，现在已把它们集成在一个芯片中。
• 在计算机中各部件间来往的信号可分成三种类型，即地址、数据 和控制信号。通常这些信号是通过总线传送的， CPU发出的控制 信号，经控制总线送到存储器和输入输出设备，控制这些部件完 成指定的操作。与此同时，CPU（或其他设备）经地址总线向存
储器或输入输出设备发送地址，A 使得计算机各个部件中的数3 据能 根据需要互相传送。
1.3 计算机系统的层次结构（从语言功能层次划分）
虚拟机：通过配置软件扩展功能后形成的与实际机无关的 机器。它将提供给用户的功能抽象出来，脱离了物理机。
计算机组成原理王爱英(清华)
2）十进制转换成二进制方法
一般分为两个步骤：
• 整数部分的转换
– 除2取余法（基数除法） – 减权定位法
• 小数部分的转换
– 乘2取整法（基数乘法）
除基取余法：把给定的除以基数,取余数作为最低位的 系数,然后继续将商部分除以 基数,余数作为次低位 系数,重复操作直至商为 0
例如：用基数除法将(327)10转换成二进制数 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 327 163 81 40 20 10 5 2 1 0 余数 1 1 1 0 0 0 1 0 1 2
例如: (7AC.DE ) 16 =(0111,1010,1100.1101,1110 ) 2 =(11110101100 .1101111 )2
3、 数值符号的表示
带符号数的编码 名词解释：真值和机器数 • 真值:正、负号加某进制数绝对值的形 式称为真值。如二进制真值： • X=+1011 y=-1011 • 机器数：符号数码化的数称为机器数 如 ：X=01011 Y=11011
3）十六进制(Hexadecimal)
• 基数:16 • 符号:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F • 计算规律:逢十六进一或借一当十六 • 二进制的多项式表示: • N16=dn-1 ×16n-1 + dn-2 ×16n-2 + • • • • • •d1 ×161 + d0 ×160 + d-1 ×16-1 + d-2 ×16-2 + • • • • • •d-m ×16-m • 其中n为整数位数；m为小数位数。Di表示第i 位的系数,16i称为该位的权.
若二进制原码小数的位数分别是8、16 位,求其该数表示的最大值、最小值及所能 表示数的个数？
计算机组成与结构第四版(王爱英著)清华大学出版社课后答案(全)
计算机的算术运算
单精度浮点数
1000 1111 1110 1111 1100 0000 0000 0000 S E F S =(-1)1=-1 E =00011111=3110 F’ =110+(110 1111 1100 0000 0000 0000)2
单精度浮点数=S×F’×2E
WANG Wei, Computer Organization and Architecture, Copyright 2004 TJU
若它分别表示如下所示的三种数，那么他们 的含义各是什么？
2的补码表示的整数 无符号整数 单精度浮点数
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计算机的算术运算
分析与解答：
2的补码表示的整数
(1000 1111 1110 1111 1100 0000 0000 0000)补 =(1111 0000 0001 0000 0100 0000 0000 0000)原 =-(111 0000 0001 0000 0100 0000 0000 0000) =-188011315210
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计算机的逻辑部件
+6
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计算机的逻辑部件
0100 0001 0010 1000 0000 0000 0000 0000
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计算机组成与结构经典例题(王爱英
计组例题一、有一个（7，4）码，写出代码0011的海明效验码，画出效验电路(1)求信息码001的海明效验码。
①确定海明效验位的位数因为是（7，4）码，所以N=7，K=4，效验位的位数为3。
②确定效验位的位置：位号（1∽7）为2的权值的那些位，即：20 、21、22 的位置作为效验位，即：1 2 3 4 5 6 7 P1 P2 D 3 P3 D 2 D 1 D 0④ 效验位的形成P1= D 3⊕D 1⊕D 0= 0⊕1⊕1=0 P2= D 3⊕D 2⊕D 0= 0⊕0⊕1=1 P3= D 3⊕D 2⊕D 1= 0⊕0⊕1=1所以：信息码0011的海明效验码为：001 1 1 10。
(2)海明效验逻辑电路如图所示。
②H 7 H 6 H 5 H 4 H 3 H 2 H 1 D 3 D 2 D 1 P3 D 0 P2 P1 0 0 1 1 第一组（P1） √ √ √ √ 第二组（P2） √ √ √ √ 第三组（P3） √ √ √ √3 2 1 0无错 有错H7 H 6 H 5 H 4 H 7 H 6 H 3 H 2 H 7 H 5 H 3 H 1二、求有效信息1010、0111的CRC 校验码，并求循环余数，说明校验原理,画出译码与纠错电路。
(1)求有效信息1010的CRC 校验码①确定校验位的位数设R 为校验位的位数，则整个码字的位数应满足不等式：N=K ＋R ≤2R －1 设R=3，则23－1=7，N=4＋3=7，不等式满足。
所以R 最小取3。
②选一个R ＋1位的生成多项式G(x),如G(x)=1011③在有效信息后面添R 个0。
然后用它和G(x)进行模2除法运算，所得的余数即为所求的校验位。
运算过程如下： １００１ １０１１ １０１００００ １０１１ １０００ １０１１ １１ 余数为０１１，所以，所求的CRC 校验码为：１０１００１１(2) 求循环余数：在上面１１余数的基础上添０继续进行模２除, 如下：第一个余数１１０第二个余数１１００ 余数循环次序如下：１０１１ １１１ 第三个余数 ０１１ １１１０ １０１１ １０１ 第四个余数 １０１０ １０１１ １ 第五个余数 １０ 第六个余数 １００ 第七个余数 １０００ １０１１ １１ 第一个余数(3)校验原理G (x)=1011时的1010(7，4)循环码的出错模式(4)译码与纠错电路校验的原理是根据余数来判断出错位，取反即可纠错, 译码与纠错电路如下。
计算机组成原理复习资料
12
32位单精度浮点数
IEEE 754标准
Ｅ：含阶符的阶码，8 位
阶码采用移码方式来表示 正负指数
Ｓ：1位符号位
0表示正数 1表示负数
Ｍ：尾数，23位小
数表示，小数点放 在尾数域最前面
IEEE 754标准
64位双精度浮点数
Ｅ：含阶符的阶码，11位
Ｓ：1位符号位 Ｍ：尾数，52位小数
规格化表示原则
④ X＝(-1)s×1.M×2e ＝＋(1.011011)×23 ＝＋1011.011＝(11.375)10
例2：真值20.59375，求32位单精度浮点数
① 分别将整数和分数部分转换成二进制数 20.59375＝10100.10011 ② 移动小数点，使其在第1、2位之间 10100.10011＝1.010010011×24 e＝4 E＝4+127＝131＝10000011 S＝0 M＝010010011 ③ 得到32位浮点数的二进制存储格式为： 0 100 0001 1010 0100 1100 0000 0000 0000 ＝(41A4C000)16
3
计算机系统组成（硬件部分）
计算机系统由硬件部分和软件部分组成。 按照传统划分，硬件部分主要由运算器、控制器、存储 器、输入部分和输出部分组成；软件部分则由系统软件 和应用软件两部分组成。 现代计算机中将运算器和控制器集成在一块芯片上，称 为中央处理器（CPU），因此，通常认为现代计算机硬 件部分由CPU、存储器和输入输出系统构成。
本章要点:
• Von Neumann型计算机的基本原理（存储程 序控制）和特点（按地址访问并顺序执行指令 、二进制运算……）和组成框图（以运算器为 中心演变成以存储器为中心）图的变迁 • 个人电脑（Personal Computer） • 普及运算（Pervasive Computing） • 计算机性能指标：处理机字长、速度（吞吐量 、响应时间、主频、时钟周期、存取周期、 CPU执行时间、每条指令周期数CPI、单位时 间内的执行指令（MIPS、MFLOPS））、存 储器容量以及带宽（存储器带宽、总线带宽等 ）
计算机组成原理白中英本科生试题库附答案
计算机组成原理白中英—、选择题 1从器件角度看，计算机经历了五代变化。
但从系统结构看，至今绝大多数计算机仍属于(B)计算机 A 并行 B 冯•诺依曼 C 智能 D 串行 2某机字长32位，其中1位表示符号位。
若用定点整数表示，则最小负整数为(A) o A _(231_1) 3以下有关运算器的描述， A 只做加法运算 4 EEPR0M 是指(D ) A 读写存储器 B -理-1) (C )是正确的。
B 只做算术运算 B 只读存储器 (B )两级存储器组成, B 主存-辅存 5常用的虚拟存储系统由A cache-主存 6 RISC 访内指令中，操作数的物理位置一般安排在 A 栈顶和次栈顶 两个主存单元 -(231+1) -(230+1) 算术运算与逻辑运算 D 只做逻辑运算 电擦除可编程只i 器 其中辅存是大容量的磁表面存储器。
C (D )C 闪速存储器 cache-辅存 —个主存单元和一个 通用寄存器 通用寄存器-cacl: 两个通用寄存器7当前的CPU 由(B A 控制器 )组成。
B 控制器、运算器、 cache 8流水CPU 是由一系列叫做“段”的处理部件组成。
运算器、主存控制器、ALU 、主和具备m 个并行部件的CPU 相比，一个m 段流水C吞吐能力是(A ) o A 具备同等水平9在集中式总线仲裁中，A 独立请求B 不具备同等水平 (A )方式响应时间最快。
B 计数器定时查询 小于前者 菊花链大于前者 分布式仲裁 10 CPU 中跟踪指令后继地址的寄存器是(C ) O A 地址寄存器 B 指令计数器C 11从信息流的传输速度来看，(A )系统工作效率最低。
A 单总线B 双总线C 12单级中断系统中，CPU-旦响应中断，立即关闭(C ) 源产生另一次中断进行干扰。
A 中断允许 B 中断请求 13下面操作中应该由特权指令完成的是(B ) o A 设置定时器的初值 B 从用户模式切换到管 C 理员模式 14冯•诺依曼机工作的基本方式的特点是(B ) o A 多指令流单数据流 B 按地址访问并顺序执行指令 C 堆栈操作15在机器数(B )中，零的表示形式是唯一的。
计算机组成原理总复习串讲
另外，还需要了解相联存储器组成和相联存 器一般应用在什么场合。
第五小节：讲授的是cache存储器
Cache是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPU和 主存之间的速度不匹配采用的一种重要的硬件技 术。了解主存与cache的地址映射方式。有三种 映射方式全相联映射方式直接映射方式组 相联映射方式，其中组相联方式是前二者的折中 方案。
微命令： 对应某个微操作的命令称为微命令，它 是执行单元可以接受的控制信号序列的最小单位。
微指令： 是对指令的分解，是一组微命令的组合。
主要包含两个字段：操作控制字段、顺序控制字段。
微程序： 微指令的有序集合称为微程序。一条机器指令的功能通
过许多条微指令来实现，即一条机器指令对应一段微程 序。 控制存储器：
储器、光存储器等
按存取方式分：随机存储器，顺序存储器
按在计算机中的作用分：主存储器，辅助存储器， 高速缓冲存储器，控制存储器
还有按读写功能分，按信息的可保存性分等分类 方法。
2，要掌握存储器的分级结构 分级结构主要是高速缓冲存储器—主存储器—— 外存储器三层结构
3，了解主存储器的性能指标
主要包括存储容量、存取时间、存储周期、存储器 带宽几个方面。
ROM它只能读出，不能写入，故称只读存储器。 最大的优点是具有不易失性，即使电源切断， ROM的信息也不会丢失。根据编程方法不同，我 们通常分成三类：掩模式只读存储器、一次编程 只读存储器、多次编程只读存储器。
2、闪速存储器的优点，工作原理、和CPU连接等
第四节讲述的高速存储器
高速存储器包括双端口存储器、多模块交叉 存储器、相联存储器、
计算机组成原理期末复习资料-王爱英
第1、 2 章1：简述冯诺依曼机的特点?答: (1)计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成；(2) 采用存储程序的方式，程序和数据放在同一个存储器中，指令和数据一样可以送到运算器运算，即由指令组成的程序是可以修改的；(3) 指令和数据均用二进制码表示；(4) 指令由操作码和地址码组成；(5) 指令在存储器内按顺序存放。
由指令计数器(PC指明要执行的指令所在单元地址，一般按顺序递增，但可按运算结果或外界条件而改变；(6) 机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器的数据通过运算器。
2：触发器触发方式种类?答: ( 1)电平触发器[D]; (2)边沿触发器[D]; (3)主-从触发器[JK] 。
3: 阵列逻辑电路?答：(1 )读/写存储器RAM;⑵只读存储器R0M;(3)可编程逻辑阵列PAL-熔丝；(4)通用阵列逻辑GAL-电擦除；(5)门阵列GA;( 6)宏单元阵列MA;( 7)可编程门阵列PGA;4:PAL和GAL区别？(1) PAL采的采用的是熔丝工艺，一旦编程后就不能改写，而GAL采用电擦除的CMOS(E*ECMS) 工艺，可擦除重写100 次以上，数据可保存20 年以上，在数秒钟内即可完成擦除和编程过程。
(2) PAL器件的应用局限性较大，对于不同的输出结构，需选用不同型号的PAL器件，而GAL的输出结构有一个输出逻辑宏单元OLMC通过对它的编程，使GAl有多种输出方式：寄存器型输出、组合逻辑输出，并可控制三态输出门，因此显得很灵活。
5: 单元阵列由哪几个部分组成？答: 标准单元、通道区、I/O 单元、压焊点。
第 4 章主存储器1: 主存储器类型？答:(1)随机存储器又叫读写存储器RAM易失性存储器];非……(2)只读存储器ROM;(3)可编程只读存储器PROM;(4)可擦出可编程只读存储器EPROM;(5)可用电擦除的可编程只读存储器E*EPROM;2: 主存储器主要性能指标？答: 主存储容量、存储器存取时间和存储周期时间。
计算机组成与结构(王爱英)总复习
一、计算机的发展包括哪几个阶段？与微电子有哪些关系？请举例说明。
二、计算机硬件结构由哪些部件组成？相互如何进行信息传递？三、设X=0.1001,Y=0.1011,求X*Y，并结合实现原码一位乘法逻辑电路图，说明其实现过程。
四、推导定点补码一位乘法公式，设X=0.1001,Y=0.1011,求X*Y，并结合实现原码一位乘法逻辑电路图，说明其实现过程。
五、推导定点补码二位乘法公式，设X=0.100111,Y=0.101111,求X*Y。
六、说明加减交替法除法运算原理，设X=0.100111,Y=0.101111,求X/Y。
七、简述静态存储器SRAM工作原理和工作过程。
八、简述动态存储器DRAM工作原理和工作过程（含再生原理和过程）。
九、简述存储器容量的扩展方法和控制过程，并举例说明。
十、举例说明指令操作码的扩展方法。
十一、计算机的操作数有哪些类型？举例说明其寻址方式。
十二、有条件转移指令的条件有哪些？推导带符号数比较大于时转移的条件。
十三、计算机为什么要设计堆栈？堆栈的操作为什么是“先进后出”？十四、根据控制器的基本组成框图简述其工作过程。
十五、根据CPU逻辑框图简述加法指令和转移指令的执行过程。
十六、简述机器指令、机器程序；微程序、微指令；毫微程序、毫微指令相互之间的区别和联系。
十七、根据微程序控制计算机的基本工作原理，从主存储器中取程序、从控制存储器中取微程序到微程序流的控制等说明程序的执行过程。
十八、简述硬布线控制器和微程序控制器之间的区别。
十九、存储系统包括哪些层次结构？CPU与之如何交换信息？并简述其优缺点。
二十、主存与cache之间如何通过地址映像将信息cache？二十一、结合多用户虚拟存储器工作过程图简述虚拟存储器、辅存与主存之间通过地址变换传递信息的过程。
计算机组成原理王爱英第三章运算方法和运算部件(31,2)
3.1 数据的表示方法和转换
例：3＋5＝8
0100(3) + 1000(5)
1110 - 11
1011(8)
6＋7＝13
1001(6) + 1010(7) 1 0011 + 11 1 0110(13)
计算机学院
3.1 数据的表示方法和转换
(2)格雷码(Gray Code) 方法：任何两个相邻的代码只有一个二进制位的状态不同，其
反码的定义：[X]反＝ X
0<=X<1
(2-2-n)+x -1<X<=0
例：X=+0.1011, [X]反＝0.1011 X=-0.1011, [X]反=10100
计算机学院
3.2 带符号数的表示及加减运算
反码的特性：
(1) 反码的最高位为符号位，0为正，1为负，机器数与真值的
《计算机组成与结构》
——本科生课程教学
计算机学院
计算机组成与结构
本课程主要讲授计算机系统的硬件和软件构成方法，包括 硬件系统中运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设 备和总线系统的构成原理等；并与当代先进的计算机技术 相结合。是计算机科学与技术本科专业核心课程。
本课程着重计算机系统组成与结构方面的教学和研究。
1 0110
计算机学院
3.1 数据的表示方法和转换
有权码的特性： ➢ 有十个不同的符号； ➢ 逢“十”进位，任何两个十进制数位相加产生10或大于10的结
果，相应的基2码相加会从最高位向左产生进位，符号十进制加 法进位规则； ➢ 任何两个相加之和等于9的十进制数位的基2码互为反码，即满 足二进制数按9互补（9’s Complement）的关系，有利于减 法处理。
燕山大学计算机组成原理课程复习大纲
计算机组成原理课程复习大纲教材：《计算机组成与结构》（第二版）王爱英主编清华大学出版社一、课程的性质、目的与任务本课程是计算机科学与工程、计算机信息管理、信息科学与工程等专业的一门专业技术基础课。
课程教学所要达到的目的是：使学生了解计算机的基本结构；掌握计算机的基本组成与结构原理，各功能部件在整机中的作用以及所要完成的任务；掌握程序和数据在计算机中是如何存储的以及指令在计算机中的编译和执行过程。
掌握计算机与外部设备之间的接口技术与原理；了解计算机外部设备的基本结构与工作原理。
并能够用课程中学到的知识，对计算机系统硬件进行初步设计、组装和调试。
二、课程的主要内容和考试要点第一章计算机系统概论计算机的硬件；计算机系统的层次结构；计算机的发展及未来；计算机系统的应用。
第二章数据化信息编码与数据表示数据化信息编码的基本概念；常用的信息编码；计算机中数值数据的表示、转换和运算；数据校验码和数据校验原理。
第三章计算机的逻辑部件基本逻辑门的实现；计算机中常用的组合逻辑电路的工作原理；阵列逻辑电路。
第四章运算器定点运算器的基本组成及功能；定点运算器的运算方法；加速乘除法运算技术及逻辑实现；浮点运算器的工作原理和运算方法。
第五章指令系统指令格式和数据表示；寻址方式；指令的类型和功能，堆栈的概念及对堆栈的操作指令；指令系统的举例．第六章中央处理器（CPU）控制器的组成原理和基本结构，控制器的功能；微程序控制计算机的基本工作原理，微程序控制器的组成；微程序设计技术与微指令的编译方法；硬布线控制计算机的工作原理与组成；流水线处理器的基本原理；控制器的控制方式。
第七章存储系统存储系统的基本概念和存储器的分类，存储器的功能；主存储器的主要技术指标和基本操作。
随机存储器的组成，工作原理及结构；高速缓冲存储器的功能，高速缓冲存储器的基本原理及地址映射方式；虚拟存储器的工作原理，虚拟地址空间的管理方法；信息存储的保护方式。
第八章辅助存储器辅助存储器的种类与技术指标，磁性记录原理与记录方式；硬磁盘存储器基本组成和工作原理。
计算机组成与结构王爱英版第四讲
02
指令系统
2.1指令系统
计算机指令就是指挥计算机工作的指示和命令，程序就是一系列按一定顺序排列的指令，执行 程序的过程就是计算机的工作过程。控制器靠指令指挥机器工作，人们用指令来表达自己的意图， 并交给控制器执行。一台计算机所能执行的各种不同指令的全体称为计算机的指令系统，不同型号 的计算机均有特定的指令系统，其指令形式和内容各不相同。
计算机组成 第四讲
第四讲 主存储器及指令系统
目录
CONTENTS
01 主存储器的技术指标及基本操作 02 指令系统
03 计算机语言
01
主存储器的技术指标及基本操作
4.1 主存储器
在现代计算机中，主存储器（简称主存或内存）处于全机中心地位，其原因是：
（1）当前计算机正在执行的程序和数据（除了暂存于CPU寄存器以外的所有原始数据、中间结果和最 后结果）均存放在存储器中。CPU直接从存储器取指令或存取数据
主存储器的速度和容量两项指标随着存储器件的发展得到了极大的提高。但是，具有合适价格的主存 储器能提供信息的速度总是跟不上CPU的处理指令和数据的速度。
4.2 主存储器的基本操作
当CPU需要从存储器中取一个信息字时，CPU必须指定存储器字地址， 并令存储器进行“读”操作。CPU需要把信息字的地址送到AR，经地址 总线送往主存储器。同时，CPU应用控制线（读写）发出一个“读”请求。
CPU
AR
此后，CPU等待从主存储器发来的回答信号，通知CPU“读”操作完成。
K
主存储器通过ready线做出回答，若ready信号为1，说明存储字的内容已 读/写
经读出，并放在数据总线上，送入DR,这是，“取”数操作完成。
DR
n 地址总线 数据总线
王爱英,《计算机组成与结构》考研大纲
计算机组成原理考研大纲参考书目:王爱英,《计算机组成与结构》(第三版),清华大学出版社,2001年. 一:课程性质和目的1,适用的专业:本课程适用于计算机科学与技术专业.2,前期课程: 数字逻辑,汇编语言程序设计.3,本课程的目的:本课程是计算机科学与技术专业的一门重要的专业基础课,是计算机硬件课程群中的核心课程.本课程在大学三年级开设,在计算机的专业基础课和专业课之间起着重要的承上启下的作用.本课程教学的目的是使学生较全面地掌握计算机硬件系统各大部件的组织结构,工作原理,逻辑设计方法.各部件的培养学生对计算机硬件系统的分析,设计能力,打下计算机硬件的知识基础,为学好后续相关课程做好铺垫.二:课程内容本课程讲授的主要内容是:计算机的基本设计思想--冯.诺依曼原理,计算机硬件系统的基本组成和它的层次结构;计算机中各种常用的组合逻辑电路;各种数据的表示方法和相互转换,二进制定点数和浮点数的加,减,乘,除各种运算,数据各种校验:奇偶校验,海明校验,循环冗余校验;存储系统的层次结构,半导体存储器存储信息的原理,各种存储芯片的基本特点和使用,主存储器的设计方法及主存储器与CPU的连接方法,并行主存系统,高速缓冲存储器Cache,虚拟存储器的工作原理;指令格式与各种寻址方式,RISC计算机特点;CPU的组成和各功能部件的作用,CPU的时序控制方式及指令的执行流程,计算机的组合逻辑控制器设计原理,微程序控制器的原理与结构,微程序设计方法,流水线工作原理;主机与外部设备间传送数据的四种控制方式,系统总线的基本结构,程序中断方式,DMA方式,通道方式.三,各章考试主要内容及考核要求第一章:计算机系统概论考核知识点:计算机硬件系统基本组成与特点,计算机系统的层次结构,计算机的发展史.考核要求: 理解冯.诺依曼原理,掌握计算机硬件系统的基本组成,各部件的功能,理解计算机系统的层次结构和发展史.第二章:计算机的逻辑部件考核知识点:逻辑函数的运算,逻辑门的实现,常用的组合逻辑电路和时序逻辑电路.考核要求: 基本掌握逻辑运算的各种操作,基本公式,各种化简方法,时序逻辑电路.掌握组合逻辑部件并行加法器的实现.基本掌握国际流行的美国SN74181型四位ALU集成电路的原理.第三章:运算方法和运算部件考核知识点:数据的表示方法和转换,二进制的加,减,乘,除法的各种元算方法,各种校验方法.考核要求:基本掌握数据的各种表示方法二进制,十进制等的表示和转换.掌握带符号的二进制数据在计算机中的表示方法原码,补码,反码,移码,定点数,浮点数,以及相应的加减法运算.了解阵列逻辑电路.基本掌握二进制的定点原码的一位乘法,定点补码一位乘法运算(*布斯乘法),以及逻辑实现.掌握定点数原码的两位乘法原理,定点数补码的两位乘法原理并会运算.了解阵列乘法器.掌握定点原码一位的除法运算:恢复余数法和加减交替法.掌握浮点数的加减法运算步骤和计算题目.基本掌握奇偶校验码,循环冗余校验码的原理和运算.掌握海明校验码的原理和运算.第四章:主存储器考核知识点:主存储器的地位,分类,主要技术指标,基本操作.考核要求: 了解主存储器在全机所处的地位,它的分类,基本操作.理解半导体存储器多种存储原理,及其发展.掌握半导体存储器的组成与控制,会实现存储器的扩充.基本上掌握多提交叉存储器.第五章:指令系统考核知识点:指令系统的发展,格式,数据表示,寻址方式,类型,及其它的发展方向.考核要求: 了解指令系统的发展.基本掌握RISC与CISC,数据表示,寻址方式,指令格式,指令类型.掌握灵活地设计给定条件(寻址方式,指令长度等)的机器的指令系统.第六章:中央处理部件考核知识点:计算机的硬件系统,微程序控制计算机的基本工作原理,微程序设计技术,硬布线控制的计算机,控制器的控制方式,流水线的工作原理.考核要求: 了解Intel 80386微处理器的结构,各个部件的主要功能及外部连线. 基本掌握控制器的功能,组成.掌握处理器的指令的执行过程.掌握微程序控制的基本概念,基本原理,时序信号及工作脉冲的形成.掌握微程序设计技术:微指令的编译法,微程序流的控制,微指令的格式.掌握硬布线控制的时序与节拍,控制信号的产生,组成.了解微程序控制与硬布线控制的不同.掌握控制器的控制方式.掌握流水线工作原理,会计算流水线的相关的性能值.第七章:存储系统考核知识点:存储系统的层次结构,性能指标,高速缓冲存储器,虚拟存储器,相联存储器,存储保护.考核要求: 掌握存储系统的性能指标.掌握高速缓冲存储器的原理,各种映像(组相联,直接,全相联),会计算访问命中率.掌握虚拟存储器的页式,段式,段页式管理的原理,会计算相应的命中率.了解相联存储器.基本掌握存储的各种保护方式.四,大纲说明1,本考试大纲对概念,方法,技术等的认知程度由高到低分为四个层次:了解,理解,基本掌握,掌握.2,考试教材:王爱英,《计算机组成与结构》(第三版),清华大学出版社,2001年.。
计算机组成与结构王爱英版第三讲
1.1.2 数制间的转换
2.十进制转换为非十进制（举例练习）
Windows操作系统
Windows操作系统
在人们使用最多的进位记数制中，表示数的符号在不同的位置上时所代表的数值是不同的，按 进位的方法进行记数的规则称为进位记数制。
日常生活中，人们最常用的是十进位记数制，即按照“逢十进一”的原则进行记数
1.1.1 进位记数制
进位记数制的基本要素
一种进位记数制包含一组数码符号和基数、数位、位权3个基本要素 数码：数制中表示基本数值大小的不同数字符号。例如：十进制的数码就是0、1、2、3、4、5、 6、7、8、9,二进制数的数码就是0、1 基数：某数制可以使用的数码个数。可以理解为：具体使用多少个数字符号来表示数目的大小， 对于N进制数，实际上基数就是N。 数位：数码Wi在nd一ow个s操数作系中统所处的位置。 位权：位权是基数的幂，表示数码在不同位置上的数值。可以理解为：对于多位数，处在某一 位上的“1”所表示的数值大小称为该位的位权。如果规定小数点左起第一位的序号位0，向左序号 自然递增，则位权等于基数的序号次方 例如：（123)10 (1011)2
计算机组成 第三讲
第三讲 运算方法和存储
目录
CONTENTS
01 数据的表示方法和转换 02 带符号的二进制表示及计算 03 二进制乘法运算
04 二进制除法运算 05 浮点数的运算方法
01
数据的表示方法和转换
1.1 数制及其转换
1.计算机中的数据 计算机中的数据包括文字、数字、声音、图形以及动画等，所有类型的数据在计算机中都是用 二进制形式表示和存储的。 2.为什么还有其他进制数 由于数据在计算机中的表示，最终以二进制的形式存在，所以有时候使用二进制，可以更直观 地解决问题。但二进制数太长了。比如int 类型占用4个字节，32位。
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第1、2章1：简述冯诺依曼机的特点?答:（1）计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成；（2）采用存储程序的方式，程序和数据放在同一个存储器中，指令和数据一样可以送到运算器运算，即由指令组成的程序是可以修改的；（3）指令和数据均用二进制码表示；（4）指令由操作码和地址码组成；（5）指令在存储器内按顺序存放。
由指令计数器（PC）指明要执行的指令所在单元地址，一般按顺序递增，但可按运算结果或外界条件而改变；（6）机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器的数据通过运算器。
2：触发器触发方式种类?答:（1）电平触发器[D];（2）边沿触发器[D];（3）主-从触发器[JK]。
3:阵列逻辑电路?答:（1）读/写存储器RAM;（2）只读存储器ROM;（3）可编程逻辑阵列PAL-熔丝;（4）通用阵列逻辑GAL-电擦除;（5）门阵列GA;（6）宏单元阵列MA;（7）可编程门阵列PGA;4:PAL和GAL区别？（1）PAL采的采用的是熔丝工艺，一旦编程后就不能改写，而GAL采用电擦除的CMOS(E*ECMS)工艺，可擦除重写100次以上，数据可保存20年以上，在数秒钟内即可完成擦除和编程过程。
（2）PAL器件的应用局限性较大，对于不同的输出结构，需选用不同型号的PAL器件，而GAL的输出结构有一个输出逻辑宏单元OLMC，通过对它的编程，使GAl有多种输出方式:寄存器型输出、组合逻辑输出，并可控制三态输出门，因此显得很灵活。
5:单元阵列由哪几个部分组成？答:标准单元、通道区、I/O单元、压焊点。
第4章主存储器1:主存储器类型？答:(1)随机存储器又叫读写存储器RAM[易失性存储器];非……(2)只读存储器ROM;(3)可编程只读存储器PROM;(4)可擦出可编程只读存储器EPROM;(5)可用电擦除的可编程只读存储器E*EPROM;2:主存储器主要性能指标？答:主存储容量、存储器存取时间和存储周期时间。
3:读写存储器分为？答:静态存储器SRAM和动态存储器DRAM;DRAM以“读出”方式再生或刷新，周期小于等于2ms。
DRAM分为三管存储单元电路和单管存储单元电路。
单管的优点:线路简单，单元占用面积小，速度快。
缺点:是破坏性的，读出后要立即对单元进行“重写”，已恢复原信息;单元独处信号很小，要求有高灵敏度的独处放大器。
SRAM和DRAM比较:DRAM优点：(1)集成度高-单管存储，(2)封装尺寸小-地址分批进入，管脚少;(3)价格便宜;(4)功率小。
缺点:(1)速度慢-用了动态原件;(2)需要再生。
第5章指令系统1：一条指令包含哪些信息？答：操作码、操作数地址、操作结果的存储地址、下一条指令的地址。
2：15条三地址指令操作码由0000~1110给出；15条而地址指令由11110000~11111110给出；15条以地址指令由111111110000~111111111110给出；16条零地址指令由1111111111110000~1111111111111111给出。
3：霍夫曼编码-依据指令出现概率；字长决定运算精度和寻址能力。
寻址能力可通过加长机器字长和地址扩展技术。
指令的长度主要取决于：操作码的长度、操作数的地址长度和操作数地址的个数。
短格式指令和长格式指令。
4：8种寻址方式？答：(1)直接寻址-->MOV AX，[3000H]；特点：只访问一次存储器，地址位数决定了寻址范围，操作数的地址不易改变。
(2)寄存器寻址:MOV SS,AX；不访存，AX是通用寄存器，可以缩短指令长度，节省存储空间，提高指令执行速度。
(3)带位移量的基址寻址-->EA=（BR）+A；BR为基址寄存器（通用寄存器），A为位移量disp；特点：解决了程序在存储器中的定位和扩大寻址空间的问题，对多道程序和浮动程序很有用。
(4)变址寻址-->EA=（IX）+A;IX为変址寄存器，由用户给定，可作为偏移量，A不变，可作为基地址。
如果还有基址寄存器，计算有效地址时还要加上。
特点：可扩大寻址范围，変址由用户给定；便于处理数组问题。
(5)间接寻址-->EA=（A）；分为寄存器间接和存储器间接寻址。
（A）是操作数的地址或指令的地址。
特点：多次访存，可扩大寻址范围，便于変址程序。
(6)相对寻址-->EA=（PC）+A；当前指令地址+偏移量A；特点：转移地址不固定，随PC变化，总是相差一个disp，对于浮动程序适用。
disp可正可负，通常用补码。
(7)立即数寻址-->特点：指令执行阶段不访存，提高了执行速度，只能适用于操作数固定情况下。
(8)堆栈寻址5：指令的分类与功能?答：(1)算术逻辑运算指令这类指令包括逻辑加、逻辑乘、按位加、逻辑移位等指令，主要用于无符号数的位操作、代码的转换、判断及运算。
移位指令用来对寄存器的内容实现左移、右移或循环移位。
(2)移位操作指令（算术、逻辑和循环移位）算术右移时最高位（符号位）不变，逻辑右移最高位补零。
(3)浮点运算指令(4)十进制运算指令(5)字符串处理指令——字符串的传送、比较、查询、转换等。
(6)数据传送指令数据传送指令主要包括取数指令、存数指令、传送指令、成组传送指令、字节交换指令、清累加器指令、堆栈操作指令等等。
这类指令主要用来实现主存和寄存器之间，或寄存器和寄存器之间的数据传送。
(7)转移类指令——a、无条件转移jump和条件转移指令branch；b、调用指令和返回指令call和return；c、陷阱与陷阱指令——意外中断。
(8)堆栈及堆栈操作指令——PUSH OPR：先（SP）-1->SP后OPR->（SP）；在中断、子程序调用中广泛用于保存返回地址，状态标志及现场信息。
不同语言子程序调用时参数的传递，用堆栈普遍。
(9)输入输出(I/O)指令——输入输出指令主要用来启动外围设备，检查测试外围设备的工作状态，并实现外部备和CPU之间，或外围设备与外围设备之间的信息传送。
(10)特权指令——特权指令是指具有特殊权限的指令。
这类指令只用于操作系统或其他系统软件，一般不直接提供给用户使用。
在多用户、多任务的计算机系统中特权指令必不可少。
它主要用于系统资源的分配和管理。
(11)其他指令——除以上各类指令外，还有状态寄存器置位、复位指令、测试指令、暂停指令，空操作指令，以及其他一些系统控制用的特殊指令。
6：CISC指令的主要特点？答：(1)指令系统复杂庞大，指令数目一般多达两三百条；(2)指令长度不固定，指令格式多；(3)可以访存指令不受限制；(4)各种指令使用频率相差很大；(5)各种指令执行时间相差很大，大多数指令需多个时钟周期才能完成；(6)控制器大多数采用微程序控制；(7)难以用优化编译生成高效的目标代码程序。
7：SISC指令特点？答：(1)选取适用频率较高的一些简单指令，复杂指令的功能由简单指令的组合来实现；(2)指令长度固定，指令格式种类少；(3)只有Load/Store指令访存，其余指令的操作数在寄存器之间进行；(4)CPU中有多个通用寄存器；(5)控制器采用组合逻辑控制；(6)采用流水技术，大部分指令在一个时钟周期内完成；(7)采用优化的编译程序。
8:CISC和SISC比较？答：(1)SISC更能充分利用VLSI芯片的面积；(2)SISC更能提高运算速度；(3)SISC便于设计，可降低成本；(4)SISC有利于编译程序代码优化；(5)SISC不易实现指令系统兼容。
第6章中央处理器1：Intel80386微机系统组成？答：(1)80386微机处理器；(2)80384时钟发生器；reset：0FFFFFFF0H(3)80387协处理器；(4)总线控制逻辑；(5)存储器与输入输出系统；(6)DMA控制器及中断控制器；DMA控制I/O设备和与主存直接传送信息逻辑电路；中断控制器用于传送一个数据或发生故障时进行处理。
(7)"ready"逻辑电路。
由主存向80386发出。
2：Intel80386结构？答：指令部件、执行部件和存储管理。
指令部件：完成取指及指令译码功能，并发出控制信号；执行部件：包括ALU、乘法部件和寄存器组等；存储管理：用来确定存储地址。
(1)D0~D31:双向32位数据总线；(2)A2~A31地址线和“字节使能”信号BE0#~BE3#，#表低电位有效。
(3)CLK2：40MHz时钟；(4)RESET:总清或复位信号；(5)总线定义周期信号：W/R#写/读周期，D/C#数据/控制周期，M/IO#访问主存储器/IO设备，LOCK#总线锁定信号(0);(5)总线控制信号：ADS#地址状态信号(0),NA#主存或IO送80386信号，指令重叠，BS16#兼容16位主存信号或IO，READY#；(7)HOLD和HLDA总线仲裁信号。
主设备发出占用总线请求(HOLD)，处理机释放总线后发出应答信号HLDA,放弃总线控制权。
此时HLDA是80386唯一送到引出端上的信号。
(8)中断INTR和NMI：为中断请求信号和不可屏蔽中断请求信号。
(9)协处理器接口信号：PEREQ请求信号，BUSY#忙信号，ERROR#出错信号。
3：控制器概括作用和功能及组成？答;作用：发出满足一定时序关系的控制信号，实现指令系统规定的各条指令的功能，并保证计算机系统正常运行。
功能：(1)取指令；(2)分析指令；(3)执行指令；(4)控制程序和数据的输入与结果输出；(5)对异常情况和某些请求的处理。
组成：(1)程序计数器PC；(2)指令寄存器IR；(3)指令译码器或操作码译码器；(4)脉冲源及启停线路；(5)时序控制信号形成部件。
补：程序状态字PAW和程序状态控制器PSR。
4：加法指令执行过程。
操作码-rs,rd-rsl-imm/disp答：(1)取指微指令1)指令地址送地址总线:PC->AB2)发访存控制命令:ADS,W/R非=0,M/IO非=13)指令送指令寄存器:DB->IR4)程序寄存器加1:PC+1;(2)计算有效地址微指令1)取两个源操作数：rsl->GR,(rsl)->ALU,disp->ALU2)加法运算："+"3)地址送寄存器：ALU->AR；(3)取数微指令1)数据地址送地址总线：AR->AB2)发访存控制命令：ADS,W/R非=0,M/IO非3)数据送数据寄存器：DB->DR；(4)加法运算和送结果微指令1)两源操作数送ALU：rs->GR,(rs)->ALU,DR->ALU2)加法运算：“+”3)送结果：ALU->GR(rd->GR,ALU->rd),置状态位N,Z,V,C。