计算机组成原理总复习1

《计算机组成原理》复习

孙新德

计算机科学与应用系

《计算机组成原理》复习

京第一章计算机系统概述

次第二章运算方法和运算器

立第三章内部存储器

以第四章指令系统

以第五章中央处理机

口第六章总线系统

立第七章外围设备

京第八章输入输出系统

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（期末考试、

•考试形式

»闭卷笔试，120分钟

•考试题型

A填空题：ixio=io分

»单项选择题：2X10=20分

»分析简答题：15+5=20分

»计算题：10X3=30分

»设计题：10X2=20分

课程总成绩计算

\A考试成绩X70%+平时成绩X30%」

计羸几组成原理

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第1章计算机系统概述复习要点

•计算机性能指标

•计算机系统组成

•冯・诺依曼计算机设计思想及各部分功能

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第2章运算方法和运算器复习要点

2.1数据与文字的表示

•定点数X=X,XQ]…X]X0在定点机中表示如下：

小数点位置小数点位置

•纯小数表示范围（入2…X〃各位均为。时最小;

各位均为1时最大）：0<|^|<1-2n

•纯整数的表示范围为：O0|*F2n—1

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2.1数据与文字的表示

•浮点示

N=Re.M,阶码e为整数，尾数M为最高位

非零的纯小数

EsElE2....Em;Ms；MlM2....Mn

中符I<-----阶周——>|数符|<——星数——>

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2.1数据与文字的表示

一是符号位，河是尾数（23位），用小数表一

示，小数点放在尾数域的最左有效位的右

边。石为阶码（8位），采用移码方式来表示，

即石=e+127

薪;〕s|£，]

真值为X=（—1）S><（1.M><2ET27

-教材P18例1和例2

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2.1数据与文字的表示

■数的机器码表示

把符号位和数值位一起编码，也称机器数。

原码：符号位用o或1表示。

反码：正数的反码等于原码，负数的反码是把

原码符号位不变，各位取反。

补码：正数的反码等于原码，负数的反码是把

原码符号位不变，各位取反，末位加1。

移码：［e］移=2k+e,常用来表示浮点数的阶码。

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2.1数据与文字的表示

•原码、反码和补码相同点：三

（1）三种编码的最高位都是符号位。

（2）当真值为正时，三种编码的符号位都用0表示，

数值部分与真值相同。

（3）当真值为负时，三种编码的符号位都用1表示，

但数值部分的表示各不相同。

（4）表示的数据范围基本一样，・2nvXV2n（整数）或

-1<X<1（小数），补码多表示一个数（整数）或」（小

数）。

•原码、反码和补码区别：对负数的表示方法不同；

原码和反码有正0和负0之分，补码则没有。

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2.2定点加法、减法运算

•补码的加减法则：

［X+Y］补=凶补+［Y］补（mod2田）

［X-Y］补=凶补+卜丫］补

对［Y］补求补可得到［-Y］补

•掌握溢出判断的两种方法，会用变形补码

计算两个整数的和与差，注意溢出与最高

位进位的区别。

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2.2定点加法、减法运算

•基本的二进制加法器

-全加器的表达式为:

Sj=Aj©Bj

G+i=AjBj+BjCj+AjCj

-理解行波进位的补码加法/减法器的加减

过程和进位的传递

•掌握例17、例18和作业题

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2.3定点乘法运算

•主要掌握原码定点乘法

•基本法则：两个数的数值部分相乘，符号

由异或决定

-原码1位乘法

-不带符号的阵列乘法

-带符号的阵列乘法

•重点复习例20、例21和作业题

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2.4定点除法运算

•理解可控加法/减法（CAS）单元原理

•掌握利用加减交替法计算两个原码的商的

方法

•重点复习例23和作业题

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2.5定点运算器的组成

•理解ALU的多功能特点

•掌握串行进位链和并行进位链的表达式,

并分析并行进位运算器速度高的原因

•结合74181ALU逻辑结构图理解并行进位的

实现

•重点复习作业

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2.6浮点运算方法和运算器

•了解浮点数加减乘除运算过程

•初步认识流水线的功能

•本章习题：1,4,5,6,7,9,11

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第3章内部存储器复习要点

•三级存储体系满足计算机系统对存储器大

容量、高速度、低成本的要求

-Cache强调快速存取，以便使存取速度与CPU

速度相匹配

-外存主要强调大容量，以满足计算机的大容量

存储要求

-主存介于二者之间，要求适当的容量和存储周

期，以容纳系统的核心软件和较多的用户程序

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第3章内部存储器复习要点

■存储位元与存储单元

・比较SDRAM、DRAM、ROM存储位元，

理解它们的存储原理及DRAM刷新概念。

•寻址空间与存储容量

•存储器容量的扩充

-字长位数扩充

-字存储容量扩充

-字长和容量同时扩充

•复习例2、例3和补充例题及作业题1/2/5

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第3章内部存储器复习要点

•理解并行存储提高存取速度的原理，掌握

多模交叉存储器（例5和习题8）

•Cache的地位与作用，cache提速的原理

•Cache的命中率概念与有关计算，掌握例6

与习题10

•理解主存与cache的地址映射的三种方式

•了解三种替换算法

•了解三种写操作策略

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第4章指令系统复习要点

•理解由CISC发展到RISC

•掌握指令格式，理解RR、RS、SS型指令

特点

•了解基本寻址方式

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第5章中央处理机复习要点

•CPU的功能与组成

•CPU中的主要寄存器（6个）

•操作控制器分类：硬布线控制器和微程序控制器

•知道指令周期、机器周期、时钟周期的概念与相

互关系

•会分析指令的执行过程，能够画出指令周期流程

图

•理解节拍脉冲、节拍电位、时钟周期、CPU周期

的关系_

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第5章中央处理机

千微程序控制基本概念

1,微命令：控制部件通过控制线向执行部件发

出的各种控制命令。

2.微操作：执行部件接受微命令后所进行的操

作。可分为相容性微操作和相斥性微操作。

3,微指令：在一个CPU周期内，一组实现微

操作功能的微命令的组合构成一条微指令。

4.微程序：一系列微指令的有序集合构成微程

「序。一条机器指令对应一个微程序。，

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5,微指令周期：从控制存储器中读出一条微指

令并执行相应操作所需要的时间。常常取微

指令周期等于CPU周期

6,微地址：微指令在控制存储器中的位置编码

**理解关系

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第5章中央处理机

■微程序控制原理

1,原理：把操作控制信号编程微指令，存放

在一个只读存储器中，当机器运行时，一

条一条读出这些微指令，从而产生全机所

需要的各种操作控制信号，使相应部件执

行所规定的操作。

2,结合微程序控制器组成原理框图说明微指

令的执行过程

•掌握习题11

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第5章中央处理机

三、微程序设计技术

微程序设计技术是利用软件方法来设计硬件的一

门技术

1.微命令编码

(1)直接表示：简单直观，微指令字较长

(2)编码表示：可以较小的二进制信息位表示较多

的为命令信号

(3)混合表示，习题8

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第5章中央处理机

2.驰址形成方法

•微程序入口微地址可以由取指公操作所取

指令的操作码op决定

•后继微地址的形成则有计数器和多路转移

（断定）两种方式

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第5章中央处理机

3.微指令格式

•水平型微指令：一次可以定义并执行多个

并行微操作的微指令。其并行操作能力强,

效率高，灵活性强，执行一条指令用时短

•垂直型微指令：设置微操作码字段来表示

微指令的功能。每一条微指令功能简单，

微指令字较短，但是实现一条机器指令的

微程序要比水平型微指令长得多

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第5章中央处理机

四、流水CPU

•知道计算机流水线的种类

•绘制指令流水线时空图，并分析说明指令

执行效率的提高

•计算流水线的吞吐率和加速比

TP=n/Tk

S=T0/Tk=kn/k+n-1

•掌握习题13

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第六章总线系统复习要点

•总线概念：信息传递的公共通道

•基本性能指标：带宽，MB/S

•总线分类：

-内部总线：芯片内部连接各元件的总线

-系统总线：连接CPU、存储器和各种I/O模块

等主要部件的总线。

-I/O总线：用于主机和I/O设备之间或计算机系

统之间的通信。

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第六章总线系统

•系统总线的组成

-数据线双向，用来传递数据

-地址线单向，用来给出数据所在的主存

单元或I/O端口地址

-控制线用来传送主存和10接口设备的控

制信号和响应信号

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第六章总线系统

・计算机系统中信息传递的三种方式：串行、

并行和分时

•总线接口是指CPU、主存和外围设备之间

通过系统总线进行连接的变准化逻辑部件,

在两个部件之间起着“转换器”作用。

•外围设备控制器是对外围设备的操作进行

控制的部件。与总线接口有不同的分工。

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第六章总线系统

・总线的仲裁W

-主方申请总线使用权，启动一个总线周期；

从方响应主方的请求。

-仲裁方式分集中式仲裁和分布式仲裁两种

-集中式仲裁需要有一个总线仲裁器（总线

控制器，处于CPU之中）。该方式有链式

查询、计数器定时、独立请求三种方式

-分布式仲裁没有集中的总线仲裁器，每一

个主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁

器

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第六章总线系统

♦总统^^

-为了同步主从方的操作，必须制订定时协议，

定时就是事件出现在总线上的时序关系。分为

同步定时和异步定时

•总线一次传递信息的五个阶段：请求总线,

总线仲裁，寻址，信息传递，状态返回

•习题8,9,11,12,14

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《计