《计算机组成原理》考研白中英版考研复习笔记与考点归纳
白中英《计算机组成原理》(第5版)笔记和课后习题详解复习答案
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第1章计算机系统概论
1.1复习笔记
1.2课后习题详解
第2章运算方法和运算器
2.1复习笔记
2.2课后习题详解
第3章多层次的存储器
3.1复习笔记
3.2课后习题详解
第4章指令系统
4.1复习笔记
4.2课后习题详解
第5章中央处理器
5.1复习笔记
5.2课后习题详解
第6章总线系统
6.1复习笔记
6.2课后习题详解
第7章外存与I/O设备
7.1复习笔记
7.2课后习题详解
第8章输入输出系统
8.1复习笔记
8.2课后习题详解
第9章并行组织与结构
9.1复习笔记
9.2课后习题详解
第10章课程教学实验设计
第11章课程综合设计。
计算机组成原理本全白中英
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１、定点数的表示
定点表示：约定机器中所有数据的小数点位置是 固定不变的。 由于约定在固定的位置，小数点就不再使用记号 “.”来表示。通常将数据表示成纯小数或纯整数。 n+1位定点数表示： X0 X1 X2X3… Xi … Xn-2 Xn-1Xn 其中X0为符号位， X１… Xn为数值部分, Xi为０或１。
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任意十进制N，可以化为 N＝M×10E 其中M为小数，E为整数 一个数S的任意进制表示 （S）R＝m×Re m ：尾数，是一个纯小数。 e ：比例因子的指数，称为浮点的指数，是一个 整数。 R ：比例因子的基数，对于二进计数值的机器 是一个常数，一般规定Ｒ 为2，8或16。
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浮点表示法：把一个数的有效数字和数的范围 在计算机的一个存储单元中分别予以表示， 这种把数的范围和精度分别表示的方法，数 的小数点位置随比例因子的不同而在一定范 围内自由浮动。 对于：101.1101（=0.1011101×20011） 只需存放0.1011101和0011即010111010011
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第三节
计算机的硬件
一、数字计算机硬件的组成
硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。 计算机硬件由五大部分组成：即运算器、控制器、 存储器、输入设备、输出设备。 运算器 进行数据处理或信息加工（Ｐ８） 包括各种算术运算、逻辑运算和判断处理 存储器 存放程序和数据（Ｐ９） 程序 是计算机进行各种操作和控制的依据 数据 是计算机进行操作的对象 计算机中存放的程序和数据都是二进制形式的
计算机系统具有层次性，它是由多级层次结 构组成的。其层次之间的关系十分紧密，上 层是下层功能的扩展，下层是上层的基础； 层次的划分不是绝对的，各层之间有时是相 互渗透的。
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计算机组成原理重点整理(白中英版)_考试必备复习进程
1．若浮点数x的754标准存储格式为(41360000)16，求其浮点数的十进制数值。
解：将16进制数展开后，可得二制数格式为0 100 00010011 0110 0000 0000 0000 0000S 阶码(8位) 尾数(23位)指数e=阶码-127=10000010-01111111=00000011=(3)10包括隐藏位1的尾数1.M=1.011 0110 0000 0000 0000 0000=1.011011于是有x=(-1)S×1.M×2e=+(1.011011)×23=+1011.011=(11.375)102. 将数(20.59375)10转换成754标准的32位浮点数的二进制存储格式。
解:首先分别将整数和分数部分转换成二进制数：20.59375=10100.10011然后移动小数点，使其在第1，2位之间10100.10011=1.010010011×24e=4于是得到：S=0, E=4+127=131, M=010010011最后得到32位浮点数的二进制存储格式为：01000001101001001100000000000000=(41A4C000)163.假设由S,E,M三个域组成的一个32位二进制字所表示的非零规格化浮点数ｘ,真值表示为（非IEEE754标准）：ｘ＝(－1)s×(1.M)×2E－128问：它所表示的规格化的最大正数、最小正数、最大负数、最小负数是多少？(1)最大正数0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111ｘ＝[1＋(1－2-23)]×2127(2)最小正数000 000 000000 000 000 000 000 000 000 00ｘ＝1.0×2－128(3)最小负数111 111 111111 111 111 111 111 111 111 11ｘ＝－[1＋(1－2－23)]×2127精品文档100 000 000000 000 000 000 000 000 000 00ｘ＝－1.0×2－1284.用源码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算xXy。
计算机组成原理考研知识点非常全
计算机组成原理一, 计算机系统概述(一) 计算机开展历程第一台电子计算机ENIAC诞生于1946年美国宾夕法尼亚大学.ENIAC用了18000电子管,1500继电器,重30吨,占地170m2,耗电140kw,每秒计算5000次加法.冯•诺依曼(VanNeumann)首次提出存储程序概念,将数据和程序一起放在存储器,使编程更加方便.50年来,虽然对冯•诺依曼机进行很多改革,但结构变化不大,仍称冯•诺依曼机.一般把计算机的开展分为五个阶段:开展阶段时间硬件技术速度/(次/秒)第一代1946-1957 电子管计算机时代40 000第二代1958-1964 晶体管计算机时代200 000第三代1965-1971 中小规模集成电路计算机时代 1 000 000第四代1972-1977 大规模集成电路计算机时代10 000 000第五代1978-现在超大规模集成电路计算机时代100 000 000 ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)电子数字积分机和计算机EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)电子离散变量计算机组成原理是讲硬件结构的系统结构是讲结构设计的摩尔定律微芯片上的集成管数目每3年翻两番.处理器的处理速度每18个月增长一倍.每代芯片的本钱大约为前一代芯片本钱的两倍新摩尔定律全球入网量每6个月翻一番.数学家冯·诺依曼(von Neumann)在研究EDVAC机时提出了“储存程序〞的概念.以此为根底的各类计算机通称为冯·诺依曼机.它有如下特点:①计算机由运算器,控制器,存储器,输入和输出五局部组成②指令和数据以同等的地位存放于存储器内,并可按地址寻访③指令和数据均用二进制数表示④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⑤指令在存储器内按顺序存放⑥机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成图中各部件的功能·运算器用来完成算术运算和逻辑运算并将的中间结果暂存在运算器内·存储器用来存放数据和程序·控制器用来控制,指挥程序和数据的输入,运行以及处理运行结果·输入设备用来将人们熟悉的信息转换为机器识别的信息·输出设备将机器运算结果转为人熟悉的信息形式运算器最少包括3个存放器(现代计算机内部往往设有通用存放器)和一个算术逻辑单元(ALU Arithmetic Logic Unit).其中ACC(Accumulator)为累加器,MQ(Multiplier-Quotient Register)为乘商存放器,X为操作数存放器,这3个存放器在完成不同运算时,说存放的操作数类别也各不相同.计算机的主要硬件指标(4.a) 主机完成一条指令的过程——以取数指令为例(4.b) 主机完成一条指令的过程——以存数指令为例(二) 计算机系统层次结构1. 计算机硬件的根本组成计算机硬件主要指计算机的实体局部,通常有运算器,控制器,存储器,输入和输出五局部.CPU是指将运算器和控制器集成到一个电路芯片中.2. 计算机软件的分类计算机软件按照面向对象的不同可分两类:系统软件:用于管理整个计算机系统,合理分配系统资源,确保计算机正常高效地运行,这类软件面向系统.(包括:标准程序库,语言处理程序,OS,效劳程序,数据库管理系统,网络软件)应用软件:是面向用户根据用户的特殊要求编制的应用程序,这类软件通常实现用户的某类要求.3. 计算机的工作过程(1)计算机的工作过程就是执行指令的过程指令由操作码和操作数组成:操作码指明本指令完成的操作操作码地址码地址码指明本指令的操作对象(2)指令的存储指令按照存储器的地址顺序连续的存放在存储器中.(3)指令的读取为了纪录程序的执行过程,需要一个记录读取指令地址的存放器,称为指令地址存放器,或者程序计数器.指令的读取就可以根据程序计数器所指出的指令地址来决定读取的指令,由于指令通常按照地址增加的顺序存放,故此,每次读取一条指令之后,程序计数器加一就为读取下一条指令做好准备.(4)执行指令的过程在控制器的控制下,完成以下三个阶段任务:1)取指令阶段按照程序计数器取出指令,程序计数器加一2)指令译码阶段分析操作码,决定操作内容,并准备操作数3)指令执行阶段执行操作码所指定内容(三) 计算机性能指标1. 吞吐量,响应时间(1) 吞吐量:单位时间内的数据输出数量.(2) 响应时间:从事件开始到事件结束的时间,也称执行时间.2. CPU时钟周期,主频,CPI,CPU执行时间(1) CPU时钟周期:机器主频的倒数,T C(2)主频:CPU工作主时钟的频率,机器主频Rc(3)CPI:执行一条指令所需要的平均时钟周期(4)CPU执行时间:T CPU=In×CPI×T CIn执行程序中指令的总数CPI执行每条指令所需的平均时钟周期数T C时钟周期时间的长度3. MIPS,MFLOPS(1)MIPS:(Million Instructions Per Second)Te:执行该程序的总时间=指令条数/(MIPS×)In:执行该程序的总指令数Rc:时钟周期Tc的到数MIPS只适合评价标量机,不适合评价向量机.标量机执行一条指令,得到一个运行结果.而向量机执行一条指令,可以得到多个运算结果.(2) MFLOPS: (Million Floating Point Operations Per Second)MFLOPS=Ifn/(Te×)Ifn:程序中浮点数的运算次数MFLOPS测量单位比拟适合于衡量向量机的性能.一般而言,同一程序运行在不同的计算机上时往往会执行不同数量的指令数,但所执行的浮点数个数常常是相同的.特点：1.MFLOPS取决于机器和程序两方面,不能反映整体情况,只能反映浮点运算情况2.同一机器的浮点运算具有一定的同类可比性,而非同类浮点操作仍无可比性当前微处理器的开展重点①进一步提高复杂度来提高处理器性能②通过线程进程级的并发性提高处理器性能③将存储器集成到处理器芯片来提高处理器性能④开展嵌入式处理器软件开发有以下几个特点1)开发周期长2)制作本钱昂贵3)检测软件产品质量的特殊性计算机的展望一、计算机具有类似人脑的一些超级智能功能要求计算机的速度达1015/秒二、芯片集成度的提高受以下三方面的限制•芯片集成度受物理极限的制约• 按几何级数递增的制作本钱 •芯片的功耗、散热、线延迟计算机辅助设计CAD 计算机辅助制造CAM计算机辅助工艺规划 Computer Aided Process Planning CAPP 计算机辅助工程 Computer Aided Engineering CAE 计算机辅助教学 Computer Assisted Instruction CAI 科学计算和数据处理 工业控制和实时控制网络技术应用 虚拟现实办公自动化和管理信息系统 Computer Aided DesignCAD,CAM,CIMS Computer Aided Manufacturing多媒体技术 Computer Integrated Manufacturing System 人工智能,模式识别,文字/语音识别,语言翻译,专家系统,机器人…二, 数据的表示和运算(一) 数制与编码1. 进位计数制及其相互转换 1)进位计数制进位计数制是指按照进位制的方法表示数,不同的数制均涉及两个根本概念:基数和权. 基数:进位计数制中所拥有数字的个数.权:每位数字的值等于数字乘以所在位数的相关常数,这个常数就是权. 任意一个R 进制数X,设整数局部为n 位,小数局部为m 位,那么X 可表示为: X ＝an-1rn-1+ an-2rn-2+ ┅ + a 0r 0 + a -1r -1 + a -2r -2 + ┅ + a -mr -m(X)r =∑--=mn i iirK 12)不同数制间的数据转换(1)二,八,十六进制数转换成十进制数利用上面讲到的公式: (N)2=∑Di•2i ,(N)8=∑Di•8i, (N)16=∑Di•16i,进行计算.(2)十进制数转换成二进制数通常要对一个数的整数局部和小数局部分别进行处理,各自得出结果后再合并.◆对整数局部,一般采用除2取余数法,其规那么如下:将十进制数除以2,所得余数(0或1)即为对应二进制数最低位的值.然后对上次所得商除以2,所得余数即为二进制数次低位的值,如此进行下去,直到商等于0为止,最后得的余数是所求二进制数最高位的值.◆对小数局部,一般用乘2取整数法,其规那么如下:将十进制数乘以2,所得乘积的整数局部即为对应二进制小数最高位的值,然后对所余数的小数局部局部乘以2,所得乘积的整数局部为次高位的值,如此进行下去,直到乘积的小数局部为0,或结果已满足所需精度要求为止.(3)二进制数,八进制数和十六进制数之间的转换八进制数和十六进制数是从二进制数演变而来的:由3位二进制数组成1位八进制数;由4位二进制数组成1位十六进制数.对一个兼有整数和小数局部的数以小数点为界,小数点前后的数分别分组进行处理,缺乏的位数用0补足.对整数局部将0补在数的左侧,对小数局部将0补在数的右侧.这样数值不会发生过失.2. 真值和机器数真值:数据的数值通常以正(+)负(-)号后跟绝对值来表示,称之为“真值〞.机器数:在计算机中正负号也需要数字化,一般用0表示正号,1表示负号.把符号数字化的数成为机器数.3. BCD码(Binary Coded Decimal以二进制编码的十进制码)在计算机中采用4位二进制码对每个十进制数位进行编码.4位二进制码有16种不同的组合,从中选出10种来表示十进制数位的0～9,用0000,0001,…,1001分别表示0,1,…,9,每个数位内部满足二进制规那么,而数位之间满足十进制规那么,故称这种编码为“以二进制编码的十进制(binary coded decima1,简称BCD)码〞.在计算机内部实现BCD码算术运算,要对运算结果进行修正,对加法运算的修正规那么是:如果两个一位BCD码相加之和小于或等于(1001)2,即(9)10,不需要修正;如相加之和大于或等于(1010)2,或者产生进位,要进行加6修正,如果有进位,要向高位进位.4. 字符与字符串在计算机中要对字符进行识别和处理,必须通过编码的方法,按照一定的规那么将字符用一组二进制数编码表示.字符的编码方式有多种,常见的编码有ASCII码,EBCDIC码等.1)ASCII码(American Standard Code for Information Interchange 美国信息交换标准码)ASCII码用7位二进制表示一个字符,总共128个字符元素,包括10个十进制数字(0-9),52个英文字母(A-Z和a-z),34专用符号和32控制符号.2)EBCDIC码为Extended Binary Coded Decimal Interchange Code的简称,它采用8位来表示一个字符.3)字符串的存放向量存储法:字符串存储时,字符串中的所有元素在物理上是邻接的.串表存储法:字符串的每个字符代码后面设置一个链接字,用于指出下一个字符的存储单元的地址.5. 校验码Check Digit数据校验码是一种常用的带有发现某些错误或自动改错能力的数据编码方法.其实现原理,是加进一些冗余码,使合法数据编码出现某些错误时,就成为非法编码.这样,可以通过检测编码的合法性来到达发现错误的目的.合理地安排非法编码数量和编码规那么,可以提高发现错误的能力,或到达自动改正错误的目的.码距:码距根据任意两个合法码之间至少有几个二进制位不相同而确定的,仅有一位不同,称其码距为1.1)奇偶校验码(Parity Bit)WIKI(开销最小,能发现数据代码中一位出错情况的编码,常用于存储器读写检查或ASCII字符或其它类型的信息传输的检查)P216它的实现原理,是使码距由1增加到2.假设编码中有1位二进制数出错了,即由1变成0,或者由0变成1.这样出错的编码就成为非法编码,就可以知道出现了错误.在原有的编码之上再增加一位校验位,原编码n位,形成新的编码为n+1 位.增加的方法有2种:奇校验:增加位的0或1要保证整个编码中1的个数为奇数个.偶校验:增加位的0或1要保证整个编码中1的个数为偶数个.2)海明校验码(Hamming Code)P100实现原理,在数据中参加几个校验位,并把数据的每一个二进制位分配在几个奇偶校验组中.当某一位出错就会引起有关的几个校验组的值发生变化,这不但可以发现出错,还能指出是哪一位出错,为自动纠错提供了依据.假设校验位的个数为r,那么它能表示2r个信息,用其中的一个信息指出“没有错误〞,其余2r-1个信息指出错误发生在哪一位.然而错误也可能发生在校验位,因此只有k=2r-1-r个信息能用于纠正被传送数据的位数,也就是说要满足关系:2r k+r+13)CRC校验码(Cyclic Redundancy Check 循环冗余校验)P144CRC校验码一般是指k位信息之后拼接r位校验码.关键问题是如何从k位信息方便地得到r位校验码,以如何从位k+r信息码判断是否出错.将带编码的k位有效信息位组表达为多项式:式Ci中为0或1.假设将信息位左移r位,那么可表示为多项式M(x).xr.这样就可以空出r位,以便拼接r位校验位.CRC码是用多项式M(x).xr除以生成多项式G(x)所得的余数作为校验码的.为了得到r位余数,G(x)必须是r+1位.设所得的余数表达式为R(x),商为Q(x).将余数拼接在信息位组左移r位空出的r位上,就构成了CRC码,这个码的可用多项式表达为:M(x)·xr+R(x)=[Q(x)·G(x)+R(x)]+R(x)=[Q(x)·G(x)]+[R(x)+R(x)]=Q(x)·G(x)因此,所得CRC码可被G(x)表示的数码除尽.将收到的CRC码用约定的生成多项式G(x)去除,如果无错,余数应为0,有某一位出错,余数不为0.(二) 定点数的表示和运算1. 定点数的表示1)无符号数的表示无符号数就是指正整数,机器字长的全部位数均用来表示数值的大小,相当于数的绝对值.对于字长为n+1位的无符号数的表示范围为: 0-12)带符号数的表示(真值范围-n-1n)带符号数是指在计算机中将数的符号数码化.在计算机中,一般规定二进制的最高位为符号位,最高位为“0〞表示该数为正,为“1〞表示该数为负.这种在机器中使用符号位也被数码化的数称为机器数.根据符号位和数值位的编码方法不同,机器数分为原码,补码和反码.(1)原码表示法机器数的最高位为符号位,0表示正数,1表示负数,数值跟随其后,并以绝对值形式给出.这是与真值最接近的一种表示形式.原码的定义:(2)补码表示法机器数的最高位为符号位,0表示正数,1表示负数,其定义如下:(3)反码表示法机器数的最高位为符号,0表示正数,1表示负数.反码的定义:原码补码反码整数(mod ) (mod())小数(mod 2) (mod(2-))=0.0000=1.000=0.0000 =0.0000=1.1111负数原码求反+1 负数每位求反移码移码表示中零也是唯一的真值的移码和补码仅差一个符号位.假设将补码的符号位由0改为1或从1改为0即可得到真值的移码乘法运算可用移码和加法来实现,两个n位数相乘,总共要进行n次加法运算和n次移位运算·三种机器数的最高位均为符号位.符号位和数值位之间可用“.〞(对于小数)或“,〞(对于整数)隔开·当真值为正时,原码,补码和反码的表示形式均相同,即符号位用“0〞表示,数值局部与真值局部相同·当真值为负时,原码,补码和反码的表示形式不同,其它符号位都用“1〞表示,而数值局部有这样的关系,即补码是原码的“求反加1〞,反码是原码的“每位求反〞.1)定点数的位移运算左移,绝对值扩大;右移,绝对值缩小.算术移位规那么符号位不变码制添补代码正数0负数原0补右移添0左移添1 反 1算术移位和逻辑移位的区别:算术移位:带符号数移位;逻辑移位:无符号数移位;2)原码定点数的加/减运算;对原码表示的两个操作数进行加减运算时,计算机的实际操作是加还是减,不仅取决指令中的操作码,还取决于两个操作数的符号.而且运算结果的符号判断也较复杂.例如,加法指令指示做(＋A)＋(－B)由于一操作数为负,实际操作是做减法(＋A)-(+B),结果符号与绝对值大的符号相同.同理,在减法指令中指示做(＋A)－(－B)实际操作做加法(＋A)＋(＋B),结果与被减数符号相同.由于原码加减法比拟繁琐,相应地需要由复杂的硬件逻辑才能实现,因此在计算机中很少被采用.3)补码定点数的加/减运算;(1) 加法整数[A]补+ [B]补= [A+B]补(mod 2n+1)小数[A]补+ [B]补= [A+B]补(mod 2)(2) 减法整数[A]补- [B]补= [A+(-B)]补=[A]补+ [-B]补(mod 2n+1)小数[A]补- [B]补= [A+(-B)]补=[A]补+ [-B]补(mod 2)无需符号判定,连同符号位一起相加,符号位产生的进位自然丢掉4)定点数的乘/除运算(1)一位乘法<1>原码定点一位乘法两个原码数相乘,其乘积的符号为相乘两数的异或值,数值两数绝对值之积.设[X]原=X0 X1 X2 …Xn[Y]原=Y0 Y1 Y2 …Yn[X·Y]原=[X]原·[Y]原= (X0⊕Y0)∣(X1 X2 …Xn)·(Y1 Y2 …Yn)符号∣表示把符号位和数值邻接起来.原码两位乘和原码一位乘比拟原码一位乘原码两位乘符号位操作数绝对值绝对值的补码移位逻辑右移算术右移移位次数n最多加法次数n有的机器为方便加减法运算,数据以补码形式存放.乘法直接用补码进行,减少转换次数.具体规那么如下: [X·Y]补=[X]补(－Y0 + 0. Y1 Y2… Yn )<3>布斯法“布斯公式〞: 在乘数Yn后添加Yn+1=0.按照Yn+1 ,Yn相邻两位的三种情况,其运算规那么如下:(1) Yn+1 ,Yn =0( Yn+1 Yn =00或11),局部积加0,右移1位;(2) Yn+1 ,Yn =1( Yn+1 Yn =10) ,局部积加[X]补,右移1位;(3) Yn+1 ,Yn =-1( Yn+1 Yn =01) ,局部积加[－X]补,右移1位最后一步不移位. (2)两位乘法<1>原码两位乘法,因此实际操作用Yi-1,Yi,C三位来控制,运算规那么如下Yi-1 Yi C 操作<2>补码两位乘法当乘数由1位符号位和以n(奇数)位数据位组成时,求局部积的次数为(1＋n)／2,而且最后一次的右移操作只右移一位.假设数值位本身为偶数n,可采用下述两种方法之一:①可在乘数的最后一位补一个0,乘数的数据位就成为奇数,而且其值不变,求局部积的次数为1+(n+l)/2,即n/2＋1,最后一次右移操作也只右移一位.②乘数增加一位符号位,使总位数仍为偶数,此时求局部积的次数为n/2+1,而且最后一次不再执行右移操作.(3)补码除法笔算除法和机器除法的比拟笔算除法机器除法商符单独处理符号位异或形成心算上商余数不动低位补“0〞减右移一位的除数余数左移一位低位补“0〞减除数2 倍字长加法器 1 倍字长加法器上商位置不固定在存放器最末位上商1>恢复余数法被除数(余数)减去除数,如果为0或者为正值时,上商为1,不恢复余数;如果结果为负,上商为0,再将除数加到余数中,恢复余数.余数左移1位.2>加减交替法当余数为正时,商上1,求下一位商的方法,余数左移一位,再减去除数;当余数为负时,商上0,求下一位商的方法,余数左移一位,再加上除数.<2>定点补码一位除法(加减交替法)1〉如果被除数与除数同号,用被除数减去除数;假设两数异号,被除数加上除数.如果所得余数与除数同号商上1,否那么,商上0,该商为结果的符号位.2〉求商的数值局部.如果上次商上1,将除数左移一位后减去除数;如果上次商上0,将余数左移一位后加除数.然后判断本次操作后的余数,如果余数与除数同号商上1,如果余数与除数异号商上0.如此重复执行n-1次(设数值局部n位).3〉商的最后一位一般采用恒置1的方法,并省略了最低+1的操作.此时最大的误差为2-n.5)溢出概念和判别方法当运算结果超出机器数所能表示的范围时,称为溢出.显然,两个异号数相加或两个同号数相减,其结果是不会溢出的.仅当两个同号数相加或者两个异号数相减时,才有可能发溢出的情况,一旦溢出,运算结果就不正确了,因此必须将溢出的情况检查出来.判别方法有三种:1〉当符号相同的两数相加时,如果结果的符号与加数(或被加数)不相同,那么为溢出.2〉当任意符号两数相加时,如果C=Cf,运算结果正确,其中C为数值最高位的进位,Cf为符号位的进位.如果C≠Cf ,那么为溢出,所以溢出条件=C⊕Cf .3〉采用双符号f s2f s1.正数的双符号位为00,负数的双符号位为11.符号位参与运算,当结果的两个符号位甲和乙不相同时,为溢出.所以溢出条件= fs2⊕fs1 ,或者溢出条件= fs2fs1 + fs2fs1(三) 浮点数的表示和运算1. 浮点数的表示1)浮点数的表示范围;浮点数是指小数点位置可浮动的数据,通常以下式表示:N=M×R E其中,N为浮点数,M(Mantissa)为尾数(可正可负),E(Exponent)为阶码(可正可负),R(Radix)称为“阶的基数(底)〞,而且R为一常数,一般为2,8或16.在一台计算机中,所有数据的R都是相同的,于是不需要在每个数据中表示出来.因此,浮点数的机内表示一般采用以下形式:Ms E MMs是尾数的符号位,设置在最高位上.E为阶码(移码),有n+1位,一般为整数,其中有一位符号位,设置在E的最高位上,用来表正阶或负阶.M为尾数(原码),有m位,由Ms和M组成一个定点小数.Ms=0,表示正号,Ms=1,表示负.为了保证数据精度属数通常用规格化形式表示:当R＝2,且尾数值不为0时,其绝对值大于或等于(0.5)10.对非规格化浮点数,通过将尾数左移或右移,并修改阶码值使之满足规格化要求.浮点数的表示范围以通式N=M×R E设浮点数阶码的数值位取m位,尾数的数值位取n位2)IEEE754标准(Institute of Electrical and Electronics Engineers美国电气和电子工程协会)S 阶码(含阶符) 尾数数符小数点位置根据符号位S阶码尾数总位数短实数 1 8 23 32长实数 1 11 52 64临时实数 1 15 64 80S,处在最高位.由于IEEE754标准约定在小数点左部有一位隐含位,从而实际有效位数为24位.这样使得尾数的有效值变为1.M .例如,最小为x1.0…0,,最大为x1.1…1.规格化表示.故小数点左边的位横为1,可省去.N(共32位)S(1位) E(8位) M(23位)符号位0 0 0符号位0 不等于0 (-1)S·2-126·(0.M) 为非规格化数符号位1到254之间- (-1)S·2E-127·(1.M) 为规格化数符号位255 不等于0 NaN(非数值)符号位255 0 无穷大,减少下溢精度损失.非规格化数的隐含位是0,不是1.2. 浮点数的加/减运算加减法执行下述五步完成运算:1)“对阶〞操作比拟两浮点数阶码的大小,求出其差ΔE,保存其大值E,E=max(Ex, Ey).当ΔE≠0时,将阶码小的尾数右移ΔE位,并将其阶码加上ΔE,使两数的阶码值相等.2)尾数加减运算执行对阶之后,两尾数进行加减操作.3)规格化操作规格化的目的是使得尾数局部的绝对值尽可能以最大值的形式出现.4)舍入在执行右规或者对阶时,尾数的低位会被移掉,使数值的精度受到影响,常用“0〞舍“1〞入法.当移掉的局部最高位为1时,在尾数的末尾加1,如果加1后又使得尾数溢出,那么要再进行一次右规.5)检查阶码是否溢出阶码溢出表示浮点数溢出.在规格化和舍入时都可能发生溢出,假设阶码正常,加/减运算正常结束.假设阶码下溢,那么设置机器运算结果为机器零,假设上溢,那么设置溢出标志.定点数和浮点数可从如下几个方面进行比拟①当浮点机和定点机中的位数相同时,浮点数的表示范围比定点数大得多②当浮点数位规格化数时,其相对绝对远比定点数高③浮点数运算要分阶码局部和尾数局部,而且运算结果都要求规格化,故浮点运算步骤比定点运算的步骤多,运算速度比定点运算的低,运算线路比定点运算的复杂④在溢出的判断方法上,浮点数是对规格化的阶码进行判断,而定点数是对数值本身进行判断总之,浮点数在数的表示范围,数的精度,溢出处理和程序编程方面(不取比例因子)均优于定点数.但在运算规那么即硬件本钱方面又不如定点数。
白中英《计算机组成原理》第5版考研教材及真题视频讲解
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2．理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。
3．能够综合运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。
考纲要求1．计算机发展历程2．计算机系统层次结构（1）计算机硬件的基本组成；（2）计算机软件的分类；（3）计算机的工作过程。
3．计算机的性能指标吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、C PU执行时间；MIPS、MFLOPS1.1 计算机系统的分类一、计算机系统的分类如图1-1所示。
图1-1 计算机系统分类图二、计算机系统的基本组成如图1-2所示。
图1-2 计算机系统组成图三、概述计算机的分类：机械计算机电子模拟计算机：数值由连续的量来表示。
电子数字计算机：计算机中的数值由不连续的数字来表示。
专用机：经济，有效，快速，适应性差通用机：适应性强巨型机大型机中型机小型机微型机单片机低简易性高高体积，功耗，性能，价格低如图1-3所示。
图1-3数字计算机与模拟计算机的主要区别如表1-1所示。
表1-1 数字计算机与模拟计算机的主要区别考研真题精选一、选择题1下列关于冯·诺依曼结构计算机基本思想的叙述中，错误的是（）。
白中英《计算机组成原理》(第5版)教材精讲(多层次的存储器 只读存储器和闪速存储器)
3.4 只读存储器和闪速存储器一、只读存储器ROM叫做只读存储器。
顾名思义，只读的意思是在它工作时只能读出，不能写入。
然而其中存储的原始数据，必须在它工作以前写入。
只读存储器由于工作可靠，保密性强，在计算机系统中得到广泛的应用。
主要有两类：①掩模ROM：掩模ROM实际上是一个存储内容固定的ROM，由生产厂家提供产品。
②可编程ROM：用户后写入内容，有些可以多次写入。
一次性编程的PROM、多次编程的EPROM和E2PROM。
1．掩模ROM（1）掩模ROM的阵列结构和存储元（2）掩模ROM的逻辑符号和内部逻辑框图2．可编程ROMEPROM叫做光擦除可编程可读存储器。
它的存储内容可以根据需要写入，当需要更新时将原存储内容抹去，再写入新的内容。
现以浮栅雪崩注入型MOS管为存储元的EPROM为例进行说明，结构如图3-2-1所示。
图3-2-1 EPROM存储元现以浮栅雪崩注入型MOS管为存储元的EPROM为例进行说明，结构如图3-2-1（a）所示，图3-2-1（b）是电路符号。
若在漏极D端加上约几十伏的脉冲电压，使得沟道中的电场足够强，则会造成雪崩，产生很多高能量电子。
此时，若在G2栅上加上正电压，形成方向与沟道垂直的电场，便可使沟道中的电子穿过氧化层而注入到G1栅，从而使G1栅积累负电荷。
由于G1栅周围都是绝缘的二氧化硅层，泄漏电流极小，所以一旦电子注入到G1栅后，就能长期保存。
当G1栅有电子积累时，该MOS管的开启电压变得很高，即使G2栅为高电平，该管仍不能导通，相当于存储了“0”。
反之，G1栅无电子积累时，MOS管的开启电压较低，当G2栅为高电平时，该管可以导通，相当于存储了“1”。
图3-2-1（d）示出了读出时的电路，它采用二维译码方式：x地址译码器的输出xi与G2栅极相连，以决定T2管是否选中；y地址译码器的输出yi与T1管栅极相连，控制其数据是否读出。
当片选信号CS为高电平即该片选中时，方能读出数据。
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、EEPROM Flash 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。
白中英《计算机组成原理》(第5版)笔记和课后习题详解
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笔记
笔记
概论
复习
运算
系统
第章
内容摘要
白中英所著的《计算机组成原理》（第5版，科学出版社）是我国高校采用较多的计算机专业优秀教材，也被 众多高校指定为计算机专业考研参考书目。作为该教材的辅导书，本书具有以下几个方面的特点：1．整理名校笔 记，浓缩内容精华。在参考了国内外名校名师讲授白中英《计算机组成原理》的课堂笔记基础上，本书每章的复 习笔记部分对该章的重难点进行了整理，同时对重要知识点进行点拨，因此，本书的内容几乎浓缩了配套教材的 知识精华。2．解析课后习题，提供详尽答案。本书参考大量计算机组成原理相关资料对该教材的重难点课（章） 后习题进行了详细的分析和解答，并对相关重要知识点进行了延伸和归纳。
9.2课后习题 详解
作者介绍
读书笔记
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精彩摘录
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目录分析
1.1复习笔记
1.2课后习题 详解
2.1复习笔记
2.2课后习题 详解
3.1复习笔记
3.2课后习题 详解
4.1复习笔记
考研计算机组成原理复习重点
考研计算机组成原理复习重点考研计算机组成原理复习重点考生们在面对考研计算机的组成原理时，在复习上，需要重点的把知识点掌握好。
店铺为大家精心准备了计算机考研重点归纳，欢迎大家前来阅读。
计算机考研总线逻辑要点画一个具有双向传输功能的总线逻辑图。
解：此题实际上是要求设计一个双向总线收发器，设计要素为三态、双向、使能等控制功能的实现，可参考74LS245等总线收发器芯片内部电路。
逻辑图如下：(n位)几种错误的设计：几种错误的设计：设数据总线上接有A、B、C、D四个寄存器，要求选用合适的74系列芯片，完成下列逻辑设计：(1) 设计一个电路，在同一时间实现D→A、D→B和D→C寄存器间的传送;(2) 设计一个电路，实现下列操作：T0时刻完成D→总线;T1时刻完成总线→A;T2时刻完成A→总线;T3时刻完成总线→B。
解：(1)采用三态输出的D型寄存器74LS374做A、B、C、D四个寄存器，其输出可直接挂总线。
A、B、C三个寄存器的输入采用同一脉冲打入。
注意-OE为电平控制，与打入脉冲间的时间配合关系为：现以8位总线为例，设计此电路，如下图示：(2)寄存器设置同(1)，由于本题中发送、接收不在同一节拍，因此总线需设锁存器缓冲，锁存器采用74LS373(电平使能输入)。
节拍、脉冲配合关系如下：节拍、脉冲分配逻辑如下：节拍、脉冲时序图如下：以8位总线为例，电路设计如下：(图中，A、B、C、D四个寄存器与数据总线的连接方法同上。
) 几种错误的设计：(1)几种错误的设计：(1)几种错误的设计：(2)几种错误的设计：(2)几种错误的'设计：计算机考研总线要点是总线?总线传输有何特点?为了减轻总线负载，总线上的部件应具备什么特点?解：总线是多个部件共享的传输部件。
总线传输的特点是：某一时刻只能有一路信息在总线上传输，即分时使用。
为了减轻总线负载，总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通。
讲评：围绕“为减轻总线负载”的几种说法：× 应对设备按速率进行分类，各类设备挂在与自身速率相匹配的总线上;× 应采用多总线结构;× 总线上只连接计算机的五大部件;× 总线上的部件应为低功耗部件。
(NEW)白中英《计算机组成原理》(第5版)配套题库【考研真题精选+章节题库】
目 录第一部分 考研真题精选一、选择题二、综合应用题第二部分 章节题库第1章 计算机系统概论第2章 运算方法和运算器第3章 多层次的存储器第4章 指令系统第5章 中央处理器第6章 总线系统第7章 外存与I/O设备第8章 输入输出系统第9章 并行组织与结构第一部分 考研真题精选一、选择题1下列关于冯·诺依曼结构计算机基本思想的叙述中，错误的是（ ）。
[2019年408统考]A．程序的功能都通过中央处理器执行指令实现B．指令和数据都用二进制表示，形式上无差别C．指令按地址访问，数据都在指令中直接给出D．程序执行前，指令和数据需预先存放在存储器中【答案】C根据冯·诺依曼体系结构的基本思想可知，所有的数据和指令序【解析】列都是以二进制形式存放在存储器中，计算机根据周期来区分指令和数据，因此数据是从存储器读取而非在指令中给出，因此C项是错误的。
2下列有关处理器时钟脉冲信号的叙述中，错误的是（ ）。
[2019年408统考]A．时钟脉冲信号由机器脉冲源发出的脉冲信号经整形和分频后形成B．时钟脉冲信号的宽度称为时钟周期，时钟周期的倒数为机器主频C．时钟周期以相邻状态单元间组合逻辑电路的最大延迟为基准确定D．处理器总是在每来一个时钟脉冲信号时就开始执行一条新的指令【答案】D【解析】计算机完成一条指令的时间称为指令周期，而一条指令通常是由几个时钟周期组成的，因此计算机不可能每来一个时钟脉冲就执行一个新指令，所以D项是错误的。
3某指令功能为R[r2]←R[r1]+M[R[r0]]，其两个源操作数分别采用寄存器、寄存器间接寻址方式。
对于下列给定部件，该指令在取数及执行过程中需要用到的是（ ）。
[2019年408统考]Ⅰ．通用寄存器组（GPRs）Ⅱ．算术逻辑单元（ALU）Ⅲ．存储器（Memory）Ⅳ．指令译码器（ID）A．仅Ⅰ、ⅡB．仅Ⅰ、Ⅱ、ⅢC．仅Ⅱ、Ⅲ、ⅣD．仅Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ【答案】B一条指令的执行过程为取指令、分析指令、执行指令。
白中英《计算机组成原理》(第5版)笔记和课后习题详解
白中英《计算机组成原理》（第5版）笔记和课后习题详解
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第1章计算机系统概论
1.1复习笔记
一、计算机的分类
1电子模拟计算机
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。
2电子数字计算机
（1）概述
电子数字计算机是用数字来表示数量的大小，其特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。
（2）分类
①专用计算机
专用计算机是针对某一任务设计的计算机。
②通用计算机
通用计算机分类及区别如图1-1所示。
图1-1多核机、单片机、PC机、服务器、大型机、超级计算机之间的区别
3电子模拟计算机与电子数字计算机的区别
电子模拟计算机与电子数字计算机的主要区别如表1-1所示。
表1-1电子数字计算机与电子模拟计算机的主要区别
二、计算机的发展简史
1计算机的五代变化
①电子管计算机
②晶体管计算机
③中小规模集成电路计算机
④大规模和超大规模集成电路计算机
⑤巨大规模集成电路计算机
2计算机的性能指标
描述计算机性能的指标如表1-2所示
表1-2计算机性能指标
三、计算机的硬件
1硬件组成要素
数字计算机的主要组成部分可以表示为如图1-2所示。
图1-2数字计算机的主要组成结构
2运算器
运算器示意图如图1-3所示。
运算器的主要功能是进行加、减、乘、除等算术运算，也可以进行逻辑运算，因此通常称为ALU（算术逻辑运算部件），其运算方式为二进制。
图1-3运算器结构示意图。
2020计01班计算机组成原理复习重点(白中英版)
计算机组成原理课程总结&复习考试要点一、考试以讲授过的教材中的内容为主，归纳要点如下：第1章 -第2章计算机概念运算方法和运算器（一）学习目标1.了解计算机的分类和应用。
2.掌握计算机的软、硬件构成。
3.掌握计算机的层次结构。
3．掌握数的原码、反码、补码的表示方法。
4．掌握计算机中数据的定点表示和浮点表示方法，并熟练掌握各种表示方法下所能表示的数据的范围。
5．理解定点加法原理及其判断溢出的方法。
6．了解计算机定点乘法、除法的实现方法。
7．了解浮点加法，乘法，除法的实现方法。
8．理解ALU运算器的工作原理及其扩展方法。
（二）第1章学习内容第一节计算机的分类和应用要点：计算机的分类，计算机的应用。
第二节计算机的硬件和软件要点：了解计算机的硬件构成及各部分的功能；了解计算机的软件分类和发展演变。
第三节计算机系统的层次结构要点：了解计算机系统的层次结构。
（三）第2章学习内容第一节数据和文字的表示方法要点：△定点数的表示方法，及其在原码、反码和补码表示下的数值的范围；△○浮点数的表示方法及其不同表示格式下数据的表示范围；常见汉字和字符的几种表示方法；第二节定点加法、减法运算要点：△补码加、减法及其溢出的检测方法；二进制加法器和十进制加法器的逻辑构成。
第三节定点乘法运算要点：原码并行乘法原理；不带符号的阵列乘法器；补码并行乘法原理；○直接补码阵列乘法器。
第四节定点除法运算1文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.要点：理解原码除法原理以及并行除法器的构成原理。
第五节多功能算术/逻辑运算单元要点：△74181并行进位运算器；74182进位链；△○多位ALU的扩展。
第六节浮点运算运算和浮点运算器要点：了解浮点加/减；浮点乘/除原理。
浮点存储：1．若浮点数x的754标准存储格式为()16，求其浮点数的十进制数值。
解：将16进制数展开后，可得二制数格式为0 100 00010011 0110 0000 0000 0000 0000S 阶码(8位) 尾数(23位)指数e=阶码-127=-01111111=00000011=(3)10包括隐藏位1的尾数1.M=1.011 0110 0000 0000 0000 0000=1.011011于是有x=(-1)S×1.M×2e=+(1.011011)×23=+1011.011=(11.375)10转换成754标准的32位浮点数的二进制存储格式。
计算机组成原理 考研知识点
计算机组成原理考研知识点一、知识概述《计算机组成原理- 指令系统》①基本定义：指令系统就是一台计算机能执行的所有指令的集合。
就好比一个厨师能做的所有菜的菜谱，计算机就按照这个“菜谱”来干活儿。
②重要程度：在计算机组成原理中超级重要。
它相当于计算机的智慧源泉，如果没有指令系统，计算机就不知道该干啥了。
③前置知识：得先了解二进制，因为计算机里都是用二进制来表示这些指令的。
还得稍微知道点计算机硬件的基本结构，比如有运算器、控制器这些东西。
④应用价值：比如说编写操作系统的时候就必须按照指令系统的规则来搞，开发各种软件也离不开它。
要是开发一款游戏，那游戏里的各种操作，像人物走动、攻击等，最后都要转化成指令系统里的指令。
二、知识体系①知识图谱：指令系统处于计算机硬件和软件的中间地带，连接着计算机的物理结构和软件系统。
②关联知识：和计算机硬件中的运算器、控制器、存储系统等关系很密切。
比如指令要在运算器里进行运算操作，控制器来取指令指挥计算机各个部分的协同工作。
③重难点分析：- 掌握难度：指令格式的理解有点难，不同类型的指令格式可能有各种不同的字段。
- 关键点：理解每条指令的功能、指令的编码方式以及指令在计算机中的执行过程。
④考点分析：- 在考试中的重要性：非常重要。
经常在考研里出现。
- 考查方式：可能是直接考指令格式的意义，也可能给出一段程序描述，让你判断需要用到哪些指令或者写出指令序列。
三、详细讲解【理论概念类】①概念辨析：- 指令：是计算机执行某种操作的命令，例如让计算机把两个数相加，“相加”这个操作对应的命令就是指令。
- 指令系统：前面说过啦，所有能执行的指令的集合。
它有一定的指令格式，就像写信有一定的格式一样，比如说有操作码字段，表示要进行什么操作，还有地址码字段，可能表示操作数在哪里。
②特征分析：- 格式固定性：就类似菜谱的格式固定一样，指令系统有它固定的格式，不过不同计算机可能格式不同。
- 功能明确性：每条指令的功能都很明确，不会模棱两可。
计算机组成原理考研题库-白中英（第5版）课后习题第一章至第九章（圣才出品）
计算机组成原理考研题库-白中英（第5版）课后习题第一章至第九章（圣才出品）第二部分经典教材课后习题白中英《计算机组成原理》（第5版）课后习题第1章计算机系统概论1．比较数字计算机和模拟计算机的特点。
答：（1）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，用电压表示数据，采用电压组合和测量值的计算方式，盘上连线的控制方式；（2）数字计算机是在算盘的基础上发展起来的，采用数字表示数量的大小，其主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算，用数字0和1表示数据，采用数字计数的计算方式，程序控制的控制方式；（3）与模拟计算机相比，数字计算机的精度高，数据存储量大，逻辑判断能力强。
2．数字计算机如何分类?分类的依据是什么?答：数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，分类依据是计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性。
3．数字计算机有哪些主要应用?答：数字计算机的主要应用有：科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器、人工智能。
4．冯·诺依曼型计算机的主要设计思想是什么?它包括哪些主要组成部分?答：冯.诺依曼型计算机的主要设计思想是存储程序并按地址顺序执行，它由运算器，控制器，存储器，适配器及I/O设备组成。
5．什么是存储容量?什么是单元地址?什么是数据字?什么是指令字?答：（1）存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
（2）每个存储单元的编号，称为单元地址。
（3）如果某字代表要处理的数据，称为数据字。
（4）如果某字代表一条指令，称为指令字。
6．什么是指令?什么是程序?答：（1）每一个基本操作称为一条指令。
（1）解决某一问题的一串指令序列，称为程序。
7．指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据?答：（1）取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器；（1）执行器周期中从内存读出的信息流是数据流，它流向运算器。
8．什么是内存?什么是外存?什么是CPU?什么是适配器?简述其功能。
计算机考研408专业课复习 计算机组成原理(第4版)课件白中英完整版
15
1.3计算机的硬件
六、控制器
指令和程序:指令的形式（操作和地址码、存储程序的 概念、指令中程序和数据的存放、指令系统）
指令和数据存储
演示计算机执行模拟过程
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1.3计算机的硬件
七、控制器的基本任务
控制器的基本任务：按照一定的顺序一条接着一条取 指令、指令译码、执行指令。取指周期和执行周期
专用计算机：专用机是最有效、最经济和最快速的 计算机，但是它的适应性很差。
通用计算机：通用计算机适应性很大，但是牺牲了 效率、速度和经济性。
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1.1计算机的分类
三、通用计算机分类 通用计算机根据体积、简易性、功率损耗、
性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器 价格等可以分为： 超级计算机 大型机 服务器 工作站 微型机 单片机
②语言程序，如汇编程序、编译程序、解释程序等
③操作系统
④数据库管理系统
应用软件：用户利用计算机来解决某些问题而编制
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 2020/10/14
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1.4计算机的软件
二、软件的发展演变 编程语言的发展
➢ 手编程序：机器语言程序，手工编译二进制码 ➢ 汇编程序：符号语言程序，汇编程序汇编 ➢ 高级程序：算法语言/高级语言，机器编译程序/解
二、五级计算机层次系统
第一级是微程序设计级。这是一个实在的硬件级，它由 机器硬件直接执行微指令。如果某一个应用程序直接用 微指令来编写，那么可在这一级上运行应用程序。
第二级是一般机器级，也称为机器语言级，它由微程序 解释机器指令系统。这一级也是硬件级。
计算机考研408专业课复习 计算机组成原理(第4版)课件白中英chp1
②语言程序，如汇编程序、编译程序、解释程序等
③操作系统
④数据库管理系统
应用软件：用户利用计算机来解决某些问题而编制
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 2020/10/14
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1.4计算机的软件
二、软件的发展演变 编程语言的发展
➢ 手编程序：机器语言程序，手工编译二进制码 ➢ 汇编程序：符号语言程序，汇编程序汇编 ➢ 高级程序：算法语言/高级语言，机器编译程序/解
其中1K=210,1M=220,1G=230
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1.2计算机发展简史
三、微处理器的发展 1971年Intel公司开发出Intel 4004。这是第一个将CPU的所有元件
都放入同一块芯片内的产品，于是，微处理器诞生了。 微处理器演变中的另一个主要进步是1972年出现的Intel 8008，这
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1.1计算机的分类
数字计算机
数据表示方式 数字0/1
计算方式
数字计数
控制方式
程序控制
精度
高
数据存储量 大
逻辑判断能力 强
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模拟计算机 电压 电压组合和测量值 盘上连线 低 小 无
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1.1计算机的分类
二、数字计算机分类 数字计算机根据计算机的效率、速度、价
格、运行的经济性和适应性来划分，可以划分 为两类：
运算电路单元
寄存器B
累加器A
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1.3计算机的硬件
五、存储器
存储数据和程序（指令）
容量（存储单元、存储单元地址、容量单位）
白中英《计算机组成原理》(考研用)复习笔记和课后习题详解(并行组织与结构)【圣才出品】
第9章并行组织与结构9.1 复习笔记一、体系结构中的并行性1．并行性（1）概念并行性是指计算机系统具有可以同时进行运算或操作的特性，它包括同时性与并发性两种含义。
（2）等级①从处理数据角度，并行性等级从低到高可分为：a．字串位串；b．字串位并；c．字并位串；d．全并行。
②从执行程序角度，并行性等级从低到高可分为：a．指令内部并行；b．指令级并行；c．任务级或过程级并行；d．作业或程序级并行；2．提高并行性的技术途径（1）时间重叠（2）资源重复（3）时间重叠＋资源重复（4）资源共享3．单处理机系统中的并行性（1）时间并行技术实现时间并行的物质基础是“部件功能专用化”，即把一件工作按功能分割为若干相互联系的部分，把每一部分指定给专门的部件完成；然后按时间重叠原理把各部分执行过程在时间上重叠起来，使所有部件依次分工完成一组同样的工作。
时间并行技术开发了计算机系统中的指令级并行。
（2）空间并行技术在单处理机中，空间并行技术的运用也已经十分普遍。
在多操作部件处理机中，通用部件被分解成若干个专用操作部件，一条指令所需的操作部件只要空闲，就可以开始执行这条指令，这就是指令级并行。
（3）资源共享在单处理机中，资源共享的概念实质上是用单处理机模拟多处理机的功能，形成所谓虚拟机的概念。
4．多处理机系统中的并行性（1）耦合度耦合度反映多处理机系统各机器之间物理连接的紧密程度与交互作用能力的强弱。
多处理机系统的耦合度，分为紧耦合和松耦合两大类。
①紧耦合系统紧耦合系统又称直接耦合系统，指处理机之间物理连接的频带较高，一般是通过总线或高速开关实现互连，可以共享主存。
由于信息传输率较高，因而可以快速并行处理作业或任务。
②松耦合系统松耦合系统又称间接耦合系统，指处理机之间物理连接的紧密程度与交互作用能力较弱，一般是通过通道或通信线路实现处理机之间的互连，可以共享外存设备（磁盘、磁带等）。
（2）多处理机系统的分类①异构多处理机系统多处理机中为了实现时间重叠，将处理功能分散给各专用处理机去完成，即功能专用化，各处理机之间则按时间重叠原理工作。
计算机组成原理-白中英-第5版
MDR(存储器数据寄存器)：作为外界与存储器之间的数据通路。
1.3.4 控制器
功能： 根据所要执行指令的功能，按顺序发出各种控制命令，协调计算机的各个部件的工作。
主要任务： 解释并执行指令； 控制指令的执行顺序； 负责指令执行过程中，操作数的寻址； 根据指令的执行，协调相关部件的工作，如运算类指令执行时对标志寄存器的影响设置。
用简化模型描述使用计算机工作过程
使用计算机的工作过程 （1）提出问题：计算 y=ax+b-c （2）按照指令系统编制程序 （3）将指令变为机器代码，送入主存储器 （4）控制器控制执行程序 PC:程序计数器，其位数与MAR相同。 IR:指令寄存器，其位数与MDR相同。
处理机字长（机器字长） 处理机运算器中一次能够完成二进制运算的位数，如32、64位； 机器字长与系统数据总线宽度具有一定的相关性（不一定完全一样）。
1.2.4 计算机的性能指标（2/3）
总线宽度 一般指运算器与存储器之间的数据总线宽度。 注意课本上的表述错误！
主存储器容量 主存储器所能存储二进制数据的位数。 或者说“主存储器中所有存储元的总数目。”，而非“存储单元”！（8位）
1.3.3 存储器（2/2）
存储器的分类： 外存（辅助存储器）
存储器地址寄存器 MAR
磁盘存储器、光盘存储器；
CPU不可直接访问；
主存储器
内存（主存储器）
半导体存储器； CPU直接访问，存放当前系统运行所需的所有的程序和数据。存储器数据寄存器
MDR 两个与主存相关的寄存器
MAR(存储器地址寄存器)：接收由CPU送来的地址信息；
如课本P9 图1.5 表1.5
1.3.4 控制器（续）
控制器工作的周期 取指周期：取指令的一段时间 执行周期：执行指令的一段时间
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《计算机组成原理》考研白中英版考研复习笔记与考
点归纳
第1章计算机系统概论
1.1 复习笔记
一、计算机的分类
1电子模拟计算机
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。
2电子数字计算机
（1）概述
电子数字计算机是用数字来表示数量的大小，其特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。
（2）分类
①专用计算机
专用计算机是针对某一任务设计的计算机。
②通用计算机
通用计算机分类及区别如图1-1所示。
图1-1 多核机、单片机、PC机、服务器、大型机、超级计算机之间的区别3电子模拟计算机与电子数字计算机的区别
电子模拟计算机与电子数字计算机的主要区别如表1-1所示。
表1-1 电子数字计算机与电子模拟计算机的主要区别
二、计算机的发展简史
1计算机的五代变化
①电子管计算机
②晶体管计算机
③中小规模集成电路计算机
④大规模和超大规模集成电路计算机
⑤巨大规模集成电路计算机
2计算机的性能指标
描述计算机性能的指标如表1-2所示
表1-2 计算机性能指标
三、计算机的硬件
1硬件组成要素
数字计算机的主要组成部分可以表示为如图1-2所示。
图1-2 数字计算机的主要组成结构
2运算器
运算器示意图如图1-3所示。
运算器的主要功能是进行加、减、乘、除等算术运算，也可以进行逻辑运算，因此通常称为ALU（算术逻辑运算部件），其运算方式为二进制。
图1-3 运算器结构示意图
3存储器
存储器全是0或1表示的二进制代码，通常用单位KB、MB来表示。
4控制器
（1）计算程序
解决某一问题的一串指令序列，称作该问题的计算程序，简称为程序。
（2）指令的形式
指令的一般形式为：
其中操作码表示要进行的操作，地址码表示数据的存取位置，操作码和地址码都用二进制代码来表示。
根据指令和数据的不同存放方式，计算机可分为两种结构：①冯·诺依曼结构，其原理是存储程序并按地址顺序执行，指令和数据放在同一个存储器；
②哈佛结构，指令和数据分别放在两个存储器。
（3）控制器的基本任务
控制器的基本任务是按照计算程序所排的指令序列，先从存储器中取出指令，然后再执行指令。
通常把取指令的一段时间称作取指周期，把执行指令的一段时间称作执行周期。
（4）指令流和数据流
如果某字代表要处理的数据，称为数据字；如果某字代表一条指令，称为指令字。
指令流是指机器执行的指令序列，数据流是指由指令流调用的数据序列。
四、计算机的软件
凡是用于一台计算机的各种程序，统称为这台计算机的程序或软件系统，其分类为：（1）系统程序
①各种服务性程序；
②语言程序；
③操作系统；
④数据库管理系统。
（2）应用程序
五、计算机系统的层次结构
计算机通常由五个以上不同的级组成，每一级都能进行程序设计，如图1-4所示。
图1-4 计算机系统的层次结构。