计算机组成原理和体系结构复习提纲课件

一、课程考试的内容及基本要求

主要包括计算机系统概论、计算机的逻辑部件、运算方法和运算部件、存储系统、指令系统、中央处理部件等。一、课程考试的内容及基本要求1计算机系统概论第一章计算机系统概论第一章2本章回顾了计算机的发展历史，描述了计算机系统的层次结构、计算机的性能指标、分类和应用，并重点讨论计算机的组成和工作原理，希望在同学们头脑中初步建立一个整机的概念。本章回顾了计算机的发展历史，描述了计算机系统31.了解计算机的语言主要有机器语言、汇编语言和高级语言三种2.掌握计算机由运算器、控制器、存贮器、输入设备和输出设备等五大功能部件组成，掌握各功能部件的功能3.掌握计算机系统有机器语言（硬件或微程序）、操作系统、汇编语言或中间语言、高级语言等多级层次结构1.了解计算机的语言主要有机器语言、汇编语言和高级语言三种44.掌握冯·诺依曼思想的基本特点5.掌握计算机组成、体系结构和实现的内容和关系6.了解计算机的发展历史和各类计算机的特点7.了解计算机的主要应用领域

4.掌握冯·诺依曼思想的基本特点5运算方法和运算部件第二章运算方法和运算部件第二章6本章主要讨论数据在计算机中的表示方法、运算方法、运算部件的实现等问题。1.掌握数制表示和不同数制间的数据转换（二、八、十、十六进制的表示及相互转换）。2.了解十进制数的编码，数字串的表示和存储。本章主要讨论数据在计算机中的表示方法、运算方法、运算部件的实73.了解ASCII编码、BCD编码等4.掌握定点小数和整数的表示，以及原码、反码、补码、移码的表示原码、反码、补码的数据表示范围，它们所能表示的最大数、最小数、数据0。3.了解ASCII编码、BCD编码等85.掌握数据类型、数据表示、数据结构的基本概念，及数据表示的原则。6.掌握并行全加器及其进位链结构串行进位与并行进位的区别、并行进位的逻辑式。5.掌握数据类型、数据表示、数据结构的基本概念，及数据表示的97.掌握浮点数的表示，了解阶码的位数和尾数的位数对浮点数的表示有何影响数的浮点表示、规格化尾数、移码的表示。8.了解原码一位乘、补码一位乘的算法及具体运算，了解定点二位乘的算法。7.掌握浮点数的表示，了解阶码的位数和尾数的位数对浮点数的表109.了解原码一位除法（加减交替除法）的算法及具体运算，了解补码一位除法的算法10.掌握浮点数的加减法运算，了解浮点数的乘除法运算9.了解原码一位除法（加减交替除法）的算法及具体运算，了解补11存

储系统第三章存储系统第三章12本章着重介绍存贮器的各种存贮元件存贮信息的基本原理和存贮器的结构特点。1.了解主存在全机中的中心地位主存的速度和容量对整机有很大的影响。2.了解主存的分类及各类存储器的特点RAM、ROM、PROM、EPROM、E2PROM、Flashmemory。本章着重介绍存贮器的各种存贮元件存贮信息的基本原理和存贮器的133.了解主存容量、存储器存取时间和存储周期等主要技术指标4.了解主存与CPU的连接，CPU对主存的读/写过程3.了解主存容量、存储器存取时间和存储周期等主要技术指标145.了解SRAM和DRAM存储信息的原理、各自的特点SRAM靠双稳态触发器存储二进制信息，速度快、功耗大、集成度低。DRAM利用MOS晶体管极电容(或MOS电容)上充积的电荷来存贮信息的，集成度高，功耗小，速度较低，需要刷新。5.了解SRAM和DRAM存储信息的原理、各自的特点156.了解ROM、PROM、EPROM、E2PROM、工作原理和各自的特点7.掌握存储系统的扩展方法、主存贮器与CPU的连接位扩展、字扩展、字位全扩展。地址线、数据线、控制线的连接。6.了解ROM、PROM、EPROM、E2PROM、工作原理168.掌握DRAM的常见刷新方式刷新是动态存贮器区别于静态存贮器的明显标志。集中式刷新、分散式刷新、异步式刷新的优缺点。9.掌握多体交叉存储器的工作原理它是解决主存与CPU速度差别的另一种有效方法。

8.掌握DRAM的常见刷新方式1710.掌握cache存储器的相关概念和工作原理全相联、直接映射、组相联等。命中率、访问效率、平均访问时间等11.掌握虚拟存储器的相关概念和工作原理替换算法10.掌握cache存储器的相关概念和工作原理18指

令

系

统第四章指令系统第四章19指令：指示计算机执行某种操作的命令。

指令系统：一台计算机能执行的全部指令的集合。

1.了解指令系统的发展

2.掌握指令的基本格式及各个部分的功能操作码地址码指令：指示计算机执行某种操作的命令。操作码地址码203.掌握基本的寻址方式立即寻址、直接寻址、寄存器直接寻址、间接寻址(间址)、寄存器间址、变址寻址、基址寻址、堆栈寻址等。3.掌握基本的寻址方式214.了解指令系统兼容性的概念硬件实现方法可以不同，指令系统可以有较大的扩充，但仍保留原来的全部指令，保持软件向上兼容的特点。5.掌握RISC和CISC的定义，各自的特点指令系统很复杂，指令条数很多的计算机为CISC。精简指令系统使机器结构更加简单合理，提高运行速度的计算机为RISC。4.了解指令系统兼容性的概念22中央处理部件（CPU）第五章中央处理部件（CPU）第五章23微处理器将运算器和控制器集成在一个芯片上，称之为中央处理部件（CPU）。本章主要论述了CPU的组成原理，各个硬件在计算机运行过程中的作用；介绍了CPU中各个部件的操作过程及其实现方法的原理。重点讲述了程序是如何执行的；计算机怎样实现各条指令的功能；又如何保证逐条指令的连续执行过程。

微处理器将运算器和控制器集成在一个芯片上，称之为中央处理部件241.了解Intel80386微机系统的结构2.掌握控制器的组成、功能和指令的执行过程控制器的组成：程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器、时序产生器和操作控制器部件。1.了解Intel80386微机系统的结构25控制器的功能包括：取指令、分析指令、执行指令、控制程序和数据的输入与结果的输出、对异常情况和某些请示的处理。指令的执行过程中需要发出哪些控制信号。控制器的功能包括：取指令、分析指令、执行指令、控制程序和数据263.掌握微程序控制的基本概念、基本原理，掌握微程序控制器的组成及设计基本概念：微命令、微操作、微指令、微地址、微周期、微程序、控制存贮器CS。3.掌握微程序控制的基本概念、基本原理，掌握微程序控制器的组27基本原理：当指令取入IR后，根据操作码进行译码，得到指令的第一条微指令的地址，按此地址从控制存储器中取得第一条微指令。由微指令的控制字段产生控制信号，控制相应操作；由微指令的下址字段（或根据条件修改）确定下一条微指令的地址，从控制存储器中取得下一条微指令，并执行之。基本原理：当指令取入IR后，根据操作码进行译码，得到指令的第284.了解指令周期、机器周期、节拍的概念指令周期是完成一条指令所需的时间，包括取指令、分析指令及执行指令所需的全部时间。4.了解指令周期、机器周期、节拍的概念29机器周期是指同步控制中，被确定为全部指令执行过程中的归一化基准时间，通常等于取指时间(或访存时间)。时钟周期是时钟频率的倒数，也可称为节拍，它是处理操作的最基本单位。机器周期是指同步控制中，被确定为全部指令执行过程中的归一化基305.掌握常见的微指令编码法，掌握产生后继微指令地址的常用方法，了解微指令格式5.掌握常见的微指令编码法，掌握产生后继微指令地址的常用方法31产生后继微指令地址的方法：以增量方式产生后继微地址、增量与下址字段结合产生后继微地址、多路转移方式。

微指令格式：水平型指令、垂直型微指令、混合型微指令。产生后继微指令地址的方法：以增量方式产生后继微地址、增量与下326.了解组合逻辑控制器实现的方法硬布线控制又称组合逻辑控制，它是通过逻辑电路直接连线产生控制计算机各部分操作所需的控制信号的。7.掌握流水线技术及“相关”的概念

数据相关（WAR、WAW、RAW）、结构相关、控制相关，静态流水线、动态流水线，动态流水线的思想。6.了解组合逻辑控制器实现的方法338.掌握记分板、Tomasulo算法等技术特别是带有reorderbuffer的Tomasulo算法精确例外处理。8.掌握记分板、Tomasulo算法等技术特别是带有reo341．填空题（20%左右）例题：若十进制数为123.625，则其十六进制数为（7B.A

）。2．选择题（20%左右）例题：在计算机系统中，表征系统运行状态的部件是（

D

）。

A、程序计数器B、累加寄存器

C、中断计数器D、程序状态寄存器二、试题类型及比例1．填空题（20%左右）二、试题类型及比例353．简答题（20%左右）例题：冯·诺依曼思想的基本点有哪些？答：(1)计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。3．简答题（20%左右）36(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)数据以二进制码表示。(4)指令由操作码和地址码组成。(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37(5)指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器（即程序计数器PC）指明要执行的指令所在的单元地址，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间的数据传送都通过运算器。(5)指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器（即程序计384．计算题与设计（30%左右）5.填图题（10%左右）4．计算题与设计（30%左右）5.填图题（10%左右）39三、考核方式闭卷。考试用时120分钟。四、考试时间五、地点三、考核方式40一、课程考试的内容及基本要求

主要包括计算机系统概论、计算机的逻辑部件、运算方法和运算部件、存储系统、指令系统、中央处理部件等。一、课程考试的内容及基本要求41计算机系统概论第一章计算机系统概论第一章42本章回顾了计算机的发展历史，描述了计算机系统的层次结构、计算机的性能指标、分类和应用，并重点讨论计算机的组成和工作原理，希望在同学们头脑中初步建立一个整机的概念。本章回顾了计算机的发展历史，描述了计算机系统431.了解计算机的语言主要有机器语言、汇编语言和高级语言三种2.掌握计算机由运算器、控制器、存贮器、输入设备和输出设备等五大功能部件组成，掌握各功能部件的功能3.掌握计算机系统有机器语言（硬件或微程序）、操作系统、汇编语言或中间语言、高级语言等多级层次结构1.了解计算机的语言主要有机器语言、汇编语言和高级语言三种444.掌握冯·诺依曼思想的基本特点5.掌握计算机组成、体系结构和实现的内容和关系6.了解计算机的发展历史和各类计算机的特点7.了解计算机的主要应用领域

4.掌握冯·诺依曼思想的基本特点45运算方法和运算部件第二章运算方法和运算部件第二章46本章主要讨论数据在计算机中的表示方法、运算方法、运算部件的实现等问题。1.掌握数制表示和不同数制间的数据转换（二、八、十、十六进制的表示及相互转换）。2.了解十进制数的编码，数字串的表示和存储。本章主要讨论数据在计算机中的表示方法、运算方法、运算部件的实473.了解ASCII编码、BCD编码等4.掌握定点小数和整数的表示，以及原码、反码、补码、移码的表示原码、反码、补码的数据表示范围，它们所能表示的最大数、最小数、数据0。3.了解ASCII编码、BCD编码等485.掌握数据类型、数据表示、数据结构的基本概念，及数据表示的原则。6.掌握并行全加器及其进位链结构串行进位与并行进位的区别、并行进位的逻辑式。5.掌握数据类型、数据表示、数据结构的基本概念，及数据表示的497.掌握浮点数的表示，了解阶码的位数和尾数的位数对浮点数的表示有何影响数的浮点表示、规格化尾数、移码的表示。8.了解原码一位乘、补码一位乘的算法及具体运算，了解定点二位乘的算法。7.掌握浮点数的表示，了解阶码的位数和尾数的位数对浮点数的表509.了解原码一位除法（加减交替除法）的算法及具体运算，了解补码一位除法的算法10.掌握浮点数的加减法运算，了解浮点数的乘除法运算9.了解原码一位除法（加减交替除法）的算法及具体运算，了解补51存

储系统第三章存储系统第三章52本章着重介绍存贮器的各种存贮元件存贮信息的基本原理和存贮器的结构特点。1.了解主存在全机中的中心地位主存的速度和容量对整机有很大的影响。2.了解主存的分类及各类存储器的特点RAM、ROM、PROM、EPROM、E2PROM、Flashmemory。本章着重介绍存贮器的各种存贮元件存贮信息的基本原理和存贮器的533.了解主存容量、存储器存取时间和存储周期等主要技术指标4.了解主存与CPU的连接，CPU对主存的读/写过程3.了解主存容量、存储器存取时间和存储周期等主要技术指标545.了解SRAM和DRAM存储信息的原理、各自的特点SRAM靠双稳态触发器存储二进制信息，速度快、功耗大、集成度低。DRAM利用MOS晶体管极电容(或MOS电容)上充积的电荷来存贮信息的，集成度高，功耗小，速度较低，需要刷新。5.了解SRAM和DRAM存储信息的原理、各自的特点556.了解ROM、PROM、EPROM、E2PROM、工作原理和各自的特点7.掌握存储系统的扩展方法、主存贮器与CPU的连接位扩展、字扩展、字位全扩展。地址线、数据线、控制线的连接。6.了解ROM、PROM、EPROM、E2PROM、工作原理568.掌握DRAM的常见刷新方式刷新是动态存贮器区别于静态存贮器的明显标志。集中式刷新、分散式刷新、异步式刷新的优缺点。9.掌握多体交叉存储器的工作原理它是解决主存与CPU速度差别的另一种有效方法。

8.掌握DRAM的常见刷新方式5710.掌握cache存储器的相关概念和工作原理全相联、直接映射、组相联等。命中率、访问效率、平均访问时间等11.掌握虚拟存储器的相关概念和工作原理替换算法10.掌握cache存储器的相关概念和工作原理58指

令

系

统第四章指令系统第四章59指令：指示计算机执行某种操作的命令。

指令系统：一台计算机能执行的全部指令的集合。

1.了解指令系统的发展

2.掌握指令的基本格式及各个部分的功能操作码地址码指令：指示计算机执行某种操作的命令。操作码地址码603.掌握基本的寻址方式立即寻址、直接寻址、寄存器直接寻址、间接寻址(间址)、寄存器间址、变址寻址、基址寻址、堆栈寻址等。3.掌握基本的寻址方式614.了解指令系统兼容性的概念硬件实现方法可以不同，指令系统可以有较大的扩充，但仍保留原来的全部指令，保持软件向上兼容的特点。5.掌握RISC和CISC的定义，各自的特点指令系统很复杂，指令条数很多的计算机为CISC。精简指令系统使机器结构更加简单合理，提高运行速度的计算机为RISC。4.了解指令系统兼容性的概念62中央处理部件（CPU）第五章中央处理部件（CPU）第五章63微处理器将运算器和控制器集成在一个芯片上，称之为中央处理部件（CPU）。本章主要论述了CPU的组成原理，各个硬件在计算机运行过程中的作用；介绍了CPU中各个部件的操作过程及其实现方法的原理。重点讲述了程序是如何执行的；计算机怎样实现各条指令的功能；又如何保证逐条指令的连续执行过程。

微处理器将运算器和控制器集成在一个芯片上，称之为中央处理部件641.了解Intel80386微机系统的结构2.掌握控制器的组成、功能和指令的执行过程控制器的组成：程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器、时序产生器和操作控制器部件。1.了解Intel80386微机系统的结构65控制器的功能包括：取指令、分析指令、执行指令、控制程序和数据的输入与结果的输出、对异常情况和某些请示的处理。指令的执行过程中需要发出哪些控制信号。控制器的功能包括：取指令、分析指令、执行指令、控制程序和数据663.掌握微程序控制的基本概念、基本原理，掌握微程序控制器的组成及设计基本概念：微命令、微操作、微指令、微地址、微周期、微程序、控制存贮器CS。3.掌握微程序控制的基本概念、基本原理，掌握微程序控制器的组67基本原理：当指令取入IR后，根据操作码进行译码，得到指令的第一条微指令的地址，按此地址从控制存储器中取得第一条微指令。由微指令的控制字段产生控制信号，控制相应操作；由微指令的下址字段（或根据条件修改）确定下一条微指令的地址，从控制存储器中取得下一条微指令，并执行之。基本原理：当指令取入IR后，根据操作码进行译码，得到指令的第684.了解指令周期、机器周期、节拍的概念指令周期是完成一条指令所需的时间，包括取指令、分析指令及执行指令所需的全部时间。4.了解指令周期、机器周期、节拍的概念69机器周期是指同步控制中，被确定为全部指令执行过程中的归一化基准时间，通常等于取指时间(或访存时间)。时钟周期是时钟频率的倒数，也可称为节拍，它是处理操作的最基本单位。机器周期是指同步控制中，被确定为全部指令执行过程中的归一化基705.掌握常见的微指令编码法，掌握产生后继微指令地址的常用方法，了解微指令格式5.掌握常见的微指令编码法，掌握产生后继微指令地址的常用方法71产生后继微指令地址的方法：以增量方式产生后继微地址、增量与下址字段结合产生后继微地址、多路转移方式。

微指令格式：水平型指令、垂直型微指令、混合型微指令。产生后继微指令地址的方法：以增量方式产生后继微地址、增量与下726.了解组合逻辑控制器实现的方法硬布线控制又称组合逻辑控制，它是通过逻辑电路直接连线产生控制计算机各部分操作所需的控制信