计算机组成原理复习提纲

1、第第1章章 计算机系统概论计算机系统概论冯。诺依曼计算机的特点冯。诺依曼计算机的特点P3CPI以及与执行时间的关系以及与执行时间的关系P17CPI：执行一条指令所需的平均时钟周期数；：执行一条指令所需的平均时钟周期数；MIPS：每秒百万指令数，即单位时间内执行的指令数；：每秒百万指令数，即单位时间内执行的指令数；第第2/3章章 运算方法和运算运算方法和运算器器 补码的特点：补码的特点：P34例例2.14 IEEE 754浮点数标准浮点数标准P41 C语言中的数据类型语言中的数据类型P37 掌握定点数的补码加减法和溢出判断掌握定点数的补码加减法和溢出判断P86、87； 运算器运算器ALU的功能：

2、逻辑运算和算术运算的功能：逻辑运算和算术运算3补码特点补码特点l0有唯一的表示法有唯一的表示法l数据表示范围数据表示范围定点小数：定点小数：-1X1定点整数定点整数: -2nX2n （若（若n=3，则，则-8X8）l加减运算规则加减运算规则XY补补X补补 Y补补 (mod 2)只要结果不溢出，可将补码符号位与数值位一起参与运算。只要结果不溢出，可将补码符号位与数值位一起参与运算。4例例2：x1101，0110，求。判断是否溢出，求。判断是否溢出，并并给出相应的给出相应的Z（零标志）、（零标志）、V（溢出标志）和（溢出标志）和C（进位标志）。（进位标志）。 l解解: 补补0 1101，补补0 0

3、110，补补1 1010补补 补补补补 0 1101 1 1010 10 0111 0 011101110 1101) 1 10101 0 0111Cn=Cn-1=1；V=1 1=0，即结果无溢出。，即结果无溢出。Z=0,V=0,C=1第第4章章 内部存储器内部存储器存储器容量的扩展方法存储器容量的扩展方法P143/P73P143/P73（白）（白）Cache-Cache-主存地址映射方法，组相联映射主存地址映射方法，组相联映射P157P157分段式存储器的特点分段式存储器的特点P181P181、182 182 2022年4月15日星期五67.主存与主存与cache的地址映射的地址映射 l地址

4、映射的方式地址映射的方式全相联映射、直接映射、组相联映射全相联映射、直接映射、组相联映射7主存中的任意字主存中的任意字块块可调进可调进cache的任一的任一行行中；中；1、全相联映射、全相联映射主存块地址主存块地址块内地址块内地址s位位w位位在在主主存块写入存块写入Cache时，同时时，同时将将块地址块地址存于存于cache行的标记部分中行的标记部分中；特点：特点：冲突概率小，冲突概率小，Cache的利用高。的利用高。 比较器难实现，需要一个比较器难实现，需要一个访问速度很快代价高的相联存储器访问速度很快代价高的相联存储器 。适用于小容量的适用于小容量的Cache001621035647859

5、06171301561277位标记位位标记位2位块内地址位块内地址行号行号 标记标记 tagCAM主存主存块号块号主存地址格式：主存地址格式：92、直接映射、直接映射主存中的每一块数据只能调入主存中的每一块数据只能调入Cache的特定行的特定行中；设中；设Cache有有m行，主存块号行，主存块号 j = t * m + i, 只能调入只能调入cache的第的第i行中。只需记录行中。只需记录商商t就可定位主存块号就可定位主存块号j。主存标记主存标记tCache行号行号i块内地址块内地址s位位w位位s-r位位r位位特点：特点：硬件简单硬件简单,成本低。如果块号相距成本低。如果块号相距m整数倍的两个

6、块存于同一整数倍的两个块存于同一cache，会发生冲突。可能需要频繁置换数据。，会发生冲突。可能需要频繁置换数据。适合大容量适合大容量Cache 00(0)10(0)21 (10)3456715(127)0110181274位标记位位标记位3位行号位行号2位块内地址位块内地址行号行号 标记标记 tagCAM主存主存块号块号主存地址格式：主存地址格式：11l组相联映射是直接映射和全相联映射的一种折中方案。组相联映射是直接映射和全相联映射的一种折中方案。将将Cache中的行等分为若干组，主存中的每一块只能映射到中的行等分为若干组，主存中的每一块只能映射到Cache的特定组中，但是可调入到该组的任一

7、行中；的特定组中，但是可调入到该组的任一行中；组间为直接映射，组内为全相联映射组间为直接映射，组内为全相联映射。lCache一组包含一组包含v行，称为行，称为v路组相联映射路组相联映射。3、组相联映射、组相联映射12l组数组数 l主存地址格式主存地址格式l特点：特点：灵活性：比直接映射灵活（主存可映射到组内任一块）；灵活性：比直接映射灵活（主存可映射到组内任一块）；快速性：比全相联比较次数少，只需组内全部比较；快速性：比全相联比较次数少，只需组内全部比较；主存标记主存标记Cache组号组号块内地址块内地址2ru s-r位位r位位w位位s位位0110181274位标记位位标记位3位组号位组号2位

8、块内地址位块内地址组号组号 标记标记 tagCAM主存主存块号块号主存地址格式：主存地址格式：001121(10)2(18)3456715(127)第第5章章 指令系统指令系统指令格式、操作码的扩展指令格式、操作码的扩展P201P201，例，例5.15.1指令的格式、助记符、机器码的关系指令的格式、助记符、机器码的关系PCPC的位数和什么相同的位数和什么相同RISCRISC指令系统的特点指令系统的特点P204/P121(P204/P121(白中英白中英) )15指令的一般格式指令的一般格式l指令字（简称指令）指令字（简称指令）表示一条指令的机器字。表示一条指令的机器字。l指令格式指令格式指令字

9、用二进制代码表示的结构形式指令字用二进制代码表示的结构形式，由操作码字段和地址码字，由操作码字段和地址码字段组成。段组成。操作码字段：表征指令的操作特性与功能；操作码字段：表征指令的操作特性与功能；地址码字段：通常指定参与操作的操作数的地址。地址码字段：通常指定参与操作的操作数的地址。操作码字段操作码字段OP地址码字段地址码字段A16 0000 A1 A2 A3 . 1110 A1 A2 A3 1111 0000 A1 A2 . 1111 1110 A1 A2 1111 1111 0000 A1 . 1111 1111 1110 A1 1111 1111 1111 0000 . 1111 11

10、11 1111 1111 15条三地址指令条三地址指令 15条二地址指令条二地址指令 15条一地址指令条一地址指令 16条零地址指令条零地址指令此指令系统共具有此指令系统共具有61条指令条指令4 位操作码位操作码8 位操作码位操作码12 位操作码位操作码16 位操作码位操作码操作码扩展举例操作码扩展举例第6/7章 中央处理机PSWRPSWR程序状态字寄存器程序状态字寄存器指令和微指令的关系指令和微指令的关系CPUCPU控制器的两种类型和特点控制器的两种类型和特点流水段时间的设置流水段时间的设置P288P288流水线的冒险以及数据冒险的分析流水线的冒险以及数据冒险的分析P296P296非常简单非

11、常简单CPUCPU的设计的设计( (卡帕里第六章习题卡帕里第六章习题1 1、2)2)微指令的格式和控制存储器的容量微指令的格式和控制存储器的容量18机器指令与微指令的关系机器指令与微指令的关系l一条机器指令对应一个微程序，一个微程序由若干条微指一条机器指令对应一个微程序，一个微程序由若干条微指令序列组成的；令序列组成的；l从指令与微指令，程序与微程序，地址与微地址的一一对从指令与微指令，程序与微程序，地址与微地址的一一对应关系来看，应关系来看，前者与内存有关前者与内存有关，后者与控制存储器有关后者与控制存储器有关。19l顺序控制部分的顺序控制部分的P1、P2为判别测试标志；为判别测试标志；若为

12、若为00，则顺序寻址微指令；，则顺序寻址微指令；若为若为01、10，则跳跃寻址微指令。，则跳跃寻址微指令。l直接地址直接地址2023位位顺序寻址时，直接地址即为下一条微指令地址；顺序寻址时，直接地址即为下一条微指令地址；跳跃寻址时，则要对直接地址修改，得到下条微指令地址；跳跃寻址时，则要对直接地址修改，得到下条微指令地址；微指令基本格式微指令基本格式20 例例.已知某计算机采用微程序控制方式，其控存容量为已知某计算机采用微程序控制方式，其控存容量为51232位，微程序可以在控存中实现转移，可位，微程序可以在控存中实现转移，可控制微程序转移的条件有控制微程序转移的条件有6个，采用直接编码方式，个

13、，采用直接编码方式，后继微指令地址采用多路转移方式。后继微指令地址采用多路转移方式。l 微指令字长微指令字长32位，格式如下，请说明微指令中位，格式如下，请说明微指令中3个字段分别个字段分别应为多少位。应为多少位。 由控存单元数可知共由控存单元数可知共512个，则每个控存单元地址位为个，则每个控存单元地址位为9位，则位，则微指令中的后继微指令地址位数为微指令中的后继微指令地址位数为9位；位； 可控制微程序转移的条件为可控制微程序转移的条件为6个，且按照直接控制编码，则测试个，且按照直接控制编码，则测试条件位数为条件位数为6位；位； 剩下的为操作控制字段可用位数剩下的为操作控制字段可用位数329

14、617位；位；微操作编码微操作编码测试字段测试字段下址下址第6章 总线系统总线带宽（数据传输率）总线带宽（数据传输率）P333/P185(P333/P185(白白) )2、有关总线标准的正确描述、有关总线标准的正确描述P344：A、引入总线标准便于设备互换和新设备的添加、引入总线标准便于设备互换和新设备的添加B、主板上的处理器总线和存储器总路线通常是专用总线、主板上的处理器总线和存储器总路线通常是专用总线C、I/O总线通常是标准总线，所以总线通常是标准总线，所以PCI总线是标准总线总线是标准总线22(1)某总线在一个总线周期中并行传送某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数个字节的数据，假设一个总线周期等于据，假设一个总线周期等于4个总线时钟周期，总个总线时钟周期，总线时钟频率为线时钟频率为33MHz，则总线带宽是多少，则总线带宽是多少? l 一个总线周期一个总线周期 T =4/f=4/(33106)l 一个总线周期的传送的数据量一个总线周期的传送的数据量 D =4Bl 总线带宽总线带宽Dr = D/T = D1/T = Df/4 = 4B33106/4s=33MB/s(2)如果一个总线周期中并行传送如果一个总线周期中并行传送64位数据，总线时钟频率