计算机组成原理复习资料市公开课一等奖省赛课微课金奖

计算机组成原理

复习资料-1DepartmentofComputerSciencesSunYat-senUniversity第1页第一章计算机系统概论本章关键点:计算机划代（器件）、分类（规模或功效）和应用（桌面计算、服务器、嵌入式计算）依据；IC电路集成技术发展与计算机演变关联（摩尔定律）计算机系统组成和实现（硬件、软件、固件概念，硬件系统和软件系统及其关联）

计算机系统层次结构和虚拟机概念（结构、组成、实现三者关联；逻辑功效等效性、模拟与仿真等概念）第2页本章关键点:VonNeumann型计算机基本原理（存放程序控制）和特点（按地址访问并次序执行指令、二进制运算……）和组成框图（以运算器为中心演变成以存放器为中心）图变迁个人电脑（PersonalComputer）普及运算（PervasiveComputing）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、单位时间内执行指令（MIPS、MFLOPS））、存放器容量以及带宽（存放器带宽、总线带宽等）3第3页计算机系统组成（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、存放器、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。当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），所以，通常认为当代计算机硬件部分由CPU、存放器和输入输出系统组成。第4页冯·诺依曼结构存放程序计算机结构基本原理：存放程序控制基本特点：按地址访问并次序执行第5页计算机层次结构用户级高级语言级汇编语言级系统软件级

机器级控制级数字逻辑级

应用软件

系统软件

软硬件界面物理机虚拟机硬件固件硬件直接执行Level0(门电路、电子线路)Level1(微程序或硬布线)Level2(指令集结构ISA)Level3(操作系统、库代码)Level4(汇编语言代码)Level5(C++，Java，等)Level6(可执行程序)第6页软件与硬件逻辑功效等价性伴随大规模集成电路技术发展和软件硬化趋势，计算机系统软、硬件界限已经变得含糊了任何操作能够由软件来实现，也能够由硬件来实现；任何指令执行能够由硬件完成，也能够由软件来完成对于某一功效采取硬件方案还是软件方案，取决于器件价格、速度、可靠性、存放容量、变更周期等软件特点

易于实现各种逻辑和运算功效，不过常受到速度指标和软件容量制约；硬件特点

能够高速实现逻辑和运算功效，不过难以实现复杂功效或计算，受到控制复杂性指标制约。第7页系列机:由同一厂家生产含有相同系统结构，但含有不一样组成和实现一系列不一样型号机器。很好地处理软件开发要求系统结构相对稳定与器件、硬件技术快速发展矛盾。软件可移植性：一个软件能够不经修改或者只需少许修改就能够由一台计算机移植到另一台计算机上正确地运行。差异只是执行时间不一样。我们称这两台计算机是软件兼容。向上（下）兼容：按某档机器编制程序，不加修改就能运行于比它高（低）档机器。向前（后）兼容：按某个时期投入市场某种型号机器编制程序，不加修改地就能运行于在它之前（后）投入市场机器。向后兼容是系列机根本特征。第8页练习与思索题1.计算机中有两股信息在流动，它们分别是

和

。2.在计算机系统层次结构中，位于硬件之外全部层次统称为

。3.在多级层次结构中，实际机器向上延伸组成了各级虚拟机器，为何？4.计算机硬件和软件在

是等效，在

上是不一样。

5.计算机系统是一个由

和

组成多级层次结构。6.虚拟机实现有模拟和仿真两种方法。实现方式有何不一样？7.

同一软件在不一样计算机上运行并得到相同结果，这种特征称为（）8.

高档机必须能兼容低级机程序运行称为（

）。9.

基于

原理VonNeumann型计算机工作方式基本特点是

。10.计算机存放器读写时间量级为（）。第9页第二章运算方法和运算器本章关键点:数制：进位计数制、数转换、机器数码制：机器数编码方法、字符编码机器数加法和减法运算溢出判断和先行进位定点加法器设计和实现算逻运算单元（ALU）设计和实现第10页本章关键点机器数乘法和除法运算阵列运算和实现浮点运算方法和浮点运算器CRC编码和海明编码（可选）11第11页轻易混同概念机器数（原码、反码、补码、移码）、机器零、真值传统浮点数表示方法和规格化数向左规格化和向右规格化作用；移位概念和实现溢出及其判断方法（单符号位、变形补码）EEE754标准；区位码与汉字内码转换传统机器数四则运算浮点数运算方法步骤提升乘法和除法运算速度方法--阵列运算ALU设计与实现（加减控制、溢出判断、先行进位算术运算和逻辑运算）定点运算器和浮点运算器组成框图12第12页32位单精度浮点数Ｅ：含阶符阶码，8位阶码采取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IEEE754标准第13页64位双精度浮点数Ｅ：含阶符阶码，11位Ｓ：1位符号位Ｍ：尾数，52位小数IEEE754标准第14页规格化表示标准尾数最高有效位为1，隐藏，而且隐藏在小数点左边（即：1≤M＜2）32位单精度浮点数规格化表示 ｘ＝(-1)s×(1.Ｍ)×2E-127 e＝Ｅ－127（Ｅ＝e＋127）64位双精度浮点数规格化表示 ｘ＝(-1)s×(1.Ｍ)×2E-1023 e＝Ｅ－1023（Ｅ＝e＋1023）指数真值e用偏移码形式表示为阶码ＥIEEE754标准第15页④X＝(-1)s×1.M×2e

＝＋(1.011011)×23

＝＋1011.011＝(11.375)10②指数e＝阶码－127＝10000010－01111111

＝00000011=(3)10③包含隐藏位1尾数1.M＝1.011011例1：浮点机器数(41360000)16，求真值①十六进制数展开成二进制数01000001001101100000000000000000S阶码E(8位)尾数M(23位)第16页例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＝10100.10011②移动小数点，使其在第1、2位之间10100.10011＝1.010010011×24e＝4S＝0E＝4+127＝131＝10000011M＝010010011③得到32位浮点数二进制存放格式为：0

1000001101001001100000000000000＝(41A4C000)16第17页18第18页真值0机器数（机器零）阶码E＝0，尾数M＝0正0：S＝0，负0：S＝1非规格化浮点数：阶码E＝0，尾数M≠0规格化浮点数：阶码E＝1～254（11111110）无穷大机器数阶码E＝全1（11111111），尾数M＝0＋∞：S＝0，－∞：S＝1NaN（notanumber，不是一个数）阶码E＝全1（11111111），尾数M≠0用来通知异常情况IEEE754标准32位单精度浮点数第19页练习与思索1.何谓机器数？机器零和真值0有何不一样。2.写出真值-1补码表示。3.机器数编码表示中，原码、补码、反码表示范围有何不一样？4.浮点数尾数为0，不论其阶码为何值，机器都把该浮点数看成

处理。5.浮点补码二进制加减运算左规操作步骤是：尾数

移一位，阶码

，直至尾数部分出现

为止。6.在浮点补码二进制加减运算中，当尾数部分出现01.XX…X或10.XX…X时，须进行

；当尾数部分出现00.0X…X或11.1X…X时，需进行

。7.浮点数尾数为0，不论其阶码为何值，机器都把该浮点数看成

处理。8.字符“2”ASCII码是

，最高位引入偶校验，组成编码是

。