1计算机组成原理复习了解：指对事物有初步的认识，包括对概念、常识的必要记忆，但不要求清楚明白其内在规律或工作原理。理解：指对事物有比较深入地认识，不仅包括对概念、常识的记忆，而且要求清楚明白其内在规律或工作原理，并能用自己的言语加以陈述说明。掌握：指对事物理解的基础上，能够对所学知识加以运用。第一章 计算机系统概论1.1 计算机的分类了解计算机的分类方法。电子计算机：电子模拟计算机（01 表示数据） ，电子数字计算机（电压表示数据） 。数字计算机：专用计算机，通用计算机。通用计算机：超级计算机，大型机，服务器，工作站，微型机，单片机。1.2 计算机的发展简史了解计算机的发展简史电子管计算机（数据处理机）=晶体管计算机（工业控制机）=中小规模集成电路计算机（小型计算机）=大规模和超大规模集成电路计算机（微型计算机）=巨大规模集成电路计算机（单片计算机）1.3 计算机的硬件1）理解计算机硬件的组成要素（图 1.2）控制器：人的大脑的操作控制功能运算器：人的大脑的计算功能存储器：人的大脑记忆功能输入设备：交互接口，笔输出设备：交互接口，纸2）理解程序、指令的概念。以及存储程序和程序控制的概念。每一个基本操作就叫做一条指令，解决问题的一串指令序列就是程序。将指令序列存放到存储器中成为存储程序，而控制器依据存储的程序来控制全机协调地完成计算任务叫做程序控制。1.4 计算机的软件1）掌握系统软件和应用软件的概念系统程序用于简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能及用途。 （有服务性程序，语言程序，操作系统，数据库管理系统）应用程序是用户利用计算机来解决某问题而编制的程序。2）理解软件的发展演变机器语言：手编程序，目的程序=汇编语言：汇编程序=算法语言：源程序（需编译系统或解释系统）=操作系统=数据库管理系统1.5 计算机系统的层次结构了解计算机系统的层次结构（图 1.7）微程序设计级（或逻辑电路级）：直接由硬件执行=一般机器级：源程序=操作系统级：操作系统=汇编语言级：汇编语言=高级语言级：编译程序2第二章 运算方法和运算器2.1 数据与文字的表示方法1）掌握定点数、浮点数的表示方法（例 1、例 2）*定点数表示方式：0、1 分别表示正负，最左边的是符号位。浮点数表示方式：N= ，32 位（S+8 位 E+23 位 M） ，阶码代表范围，位数代表精度，10E鈭 橫64 位（S+11 位 E+52 位 M） ，偏移值分别为 127 和 1023，小数点位置不固定2）掌握数的机器码的原码、反码、补码表示方法（例 3、4、5）*原码：符号位+绝对值补码：正整数的原码、补码、反码相同；负整数则要取反加一。移码：e移= （e 为真值）2E鈭檈3）理解字符和字符串的表示方法字符表示方法：二进制的七位的 IRA 码，即 ASCII 码。4）掌握奇偶校验的原理和方法奇校验： ，当出现奇数个 1 时，C=0。2.2 定点加法、减法运算1）掌握定点补码加法和减法的运算方法*补码加法：x补+y补=x+y补补码减法：x-y补=x补-y补=x补+-y补2）掌握运算益处概念以及检测方法*溢出：运算中出现大于字长绝对值的现象。检测方法：双符号位法（变形补码） ，单符号位法3）理解基本二进制加法/减法器电路的工作原理及其特点减法时为A补+-B补 ；Si=Ai Bi Ci;Ci+1=AiBi+BiCi+CiAi=AiBi+(Ai+Bi)Ci; N 位加法器延迟时间 ta=2nT+9T（T 为单位门延迟）2.3 定点乘法运算1）了解不带符号阵列乘法器的算法和逻辑图2）理解对 2 求补电路工作原理及带符号阵列乘法器的组成逻辑图。原理：算前求补=乘法器=算后求补3R0 按 CPU 周期，方框内内容=数据通路操作或控制操作，菱形符号=判别或测试，=公操作；前边所讲述的 5 种操作的框图描述。4）掌握指令周期流程图的表示方法*5.3 时序产生器和控制方式了解时序信号的作用和体制，理解时序的控制方式作用：CPU 中的控制器用它指挥机器的工作；CPU 可以用时序信号/周期信息来辨认从内存中取出的是指令（取指）还是数据（执行） ；一个 CPU 周期中时钟脉冲对 CPU 的动作有严格的约束；操作控制器发出的各种信号是时间（时序信号）和空间（部件操作信号）的函数。组成计算机硬件的器件特性决定了时序信号的基本体制是电位脉冲制控制方式：同步控制方式（指令的机器周期和时钟周期数不变）：完全统一的机器周期执行各种不同的指令；采用不定长机器周期；中央控制于局部控制的结合；异步控制方式：每条指令需要多长时间就占多长时间；联合控制方式：大部分指令在固定的周期内完成，少数难以确定的操作采用异步方式；机器周期的节拍脉冲固定，但是各指令的机器周期数不固定（微程序控制器采用） ；5.4 微程序控制器1）理解微程序控制原理*工作过程：(1)执行取指令的公共操作。取指令的公共操作通常由一段取指微程序来完成，在机器开始运行时，自动将取指微程序的入口微地址送 MAR，并从 CM 中读出相应的微指令送入 IR。微指令的操作控制字段产生有关的微命令，用来控制实现取机器指令的公共操作。取指微程序的入口地址一般为 CM 的 0 号单元，当取指微程序执行完后，从主存中取出的机器指令就已存人指令寄存器 IR 中了。(2)由机器指令的操作码字段通过微地址形成部件产生出该机器指令所对应的微程序的入口地址，并送入 MA。(3)从 CM 中逐条取出对应的微指令并执12行之，每条微指令都能自动产生下一条微指令的地址。(4)一条机器指令对应的微程序的最后一条微指令执行完毕后，其下一条微指令地址又回到取指微程序的人口地址，从而继续第(1)步，以完成取下条机器指令的公共操作。2）理解微操作和微命令*微命令：控制部件向执行部件发出的各种控制命令叫作微命令，它是构成控制序列的最小单位。微命令是控制计算机各部件完成某个基本微操作的命令。微操作：是微命令的操作过程。微命令和微操作是一一对应的；微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程；微操作是执行部件中最基本的操作。3）理解微程序控制器的原理框图4）掌握微指令格式和微程序设计技术*设计微指令的目标：有利于缩短微指令的长度，缩小 CM 的容量，提高微程序的执行速度，对微指令的修改，提高微程序设计的灵活性编码方法：表示法：操作控制字段中的各位分别可以直接控制计算机，不需要进行译码。特点：这种方法结构简单，并行性强，操作速度快，但是微指令字太长，若微命令的总数为 N 个，则微指令字的操作控制字段就要有 N 位。另外，在 N 个微命令中，有许多是互斥的，不允许并行操作，将它们安排在一条微指令中是毫无意义的，只会使信息的利用率下降。编码表示法：将操作控制字段分为若干个小段，每段内采用最短编码法，段与段之间采用直接控制法。特点：可以避免互斥，使指令字大大缩短，但增加了译码电路，使微程序的执行速度减慢混合编码法：将前两种结合在一起，兼顾两者特点。一个字段的某些编码不能独立地定义某些微命令，而需要与其他字段的编码来 联合定义。135.5 硬布线控制器了解硬布线控制器的设计思路设计步骤：（1）画出指令流程图 （2）列出微操作时间表（3）进行微操作信号的综合 （4）实现电路5.7 流水 CPU1）理解并行处理基本方式、流水 CPU 的结构和时空图并行处理方式：时间并行（重叠）：让多个处理过程在时间上相互错开，轮流使用同一套硬件设备的各个部件，以加快硬件周转而赢得速度，实现方式就是采用流水处理部件。空间并行(资源重复):以数量取胜。它能真正的体现同时性，LSI 和 VLSI 为其提供了技术保证。时间+空间并行：Pentium 中采用了超标量流水线技术。流水方式 CPU 结构：指令部件、指令队列、执行部件。指令流水线；指令队列：FIFO；执行部件：可以有多个采用流水线方式构成的算术逻辑部件构成，可以将定点运算部件和浮点运算部件分开。2）理解流水线的主要问题（资源相关、数据相关和控制相关）瓶颈问题（流水线中有速度慢的段）：再分成几个段，用资源重复的方法也可以解决资源相关：多条指令进入流水线后在同一时钟周期内争用同一功能部件。解决办法：后边指令拖一拍再推进；增设一个功能部件。数据相关：必须等前一条指令执行完毕后才能执行后一条指令，这两条指令数据相关。解决办法：可以推后后继指令对相关单元的读操作，设置相关的直接通路（Forwarding）控制相关：由于转移指令引起的。解决办法：延迟转移法，转移预测法。5.8 RISC CPU掌握 RISC 机器的特点*要素：一个有限的简单的指令集；CPU 配备大量的通用寄存器，强调对指令的流水线优化。特征：使用等长指令，目前的典型长度是 4 个字节；寻址方式少且简单，绝不出现存储器间接寻址方式；只有取数指令、存数指令访问存储器；指令集中的指令数目一般少于 100 种， 指令格式一般少于 4 种；14指令功能简单，控制器多采用硬布线方式；平均而言，所有指令的执行时间为一个处理时钟周期；指令格式中，用于指派整数寄存器的个数不少于 32 个，而指派浮点数的不少于 18 个；强调通用寄存器资源的优化使用；支持指令流水并强调指令流水的优化使用；RISC 技术的复杂性在它的编译程序，因此软件系统开发时间比 CISC 机器长。第六章 总线系统6.1 总线的概念和结构形态1）了解总线的基本概念和总线的结构形态（单总线和多总线）总线：计算机的若干功能部件之间不可能采用全互联形式，因此就需要有公共的信息通道。单总线：使用一条单一的系统总线来连接 CPU、内存和 I/O 设备。多总线：在 CPU、主存、I/O 之间互联采用多条总线。2）掌握总线的内部结构，掌握三大总线的基本特性内部结构：由地址线、数据线、控制线组成。其结构与简单总线相似，但一般是 32 条地址线，32 或 64 条数据线。为了减少布线，64 位数据的低 32 位数据线常常和地址线采用多路复用方式。仲裁总线：包括总线请求线和总线授权线。中断和同步总线：用于处理带优先级的中断操作，包括中断请求线和中断认可线。公用线：包括时钟信号线、电源线、地线、系统复位线以及加电或断电的时序信号线等。6.2 总线接口1）掌握信息传送方式（串行和并行方式）串行传送：使用一条传输线，采用脉冲传送。优点是只需要一条传输线，这一点对长距离传输显得特别重要，不管数据量有多少，只需要一条传输线，成本比较低廉。缺点就是速度慢。并行传送：每一数据位需要一条传输线，一般采用电位传送。分时传送：总线复用或是共享总线的部件分时使用总线。2）掌握总线接口的概念及其功能*接口是 CPU 和主存、外设之间通过总线进行连接的逻辑部件。接口的典型功能：控制、缓冲、状态、转换、整理、程序中断。6.3 总线总裁掌握集中式仲裁三种方式的特点*链式查询方式：离中央仲裁器最近的设备具有最高优先权，离总线控制器越远，优先权越低。优点：只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制，并且这种链式结构很容易扩充设备。缺点：是对询问链的电路故障很敏 感，优先级固定。15计数器定时查询方式：总线上的任一设备要求使用总线时，通过 BR 线发出总线请求。中央仲裁器接到请求信号以后，在 BS 线为“0”的情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地址线发向各设备。每个设备接口都有一个设备地址判别电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时，该设备 置“1”BS 线，获得了总线使用权，此时中止计数查询。 每次计数可以从“0”开始，也可以从中止点开发始。如果从“0”开始，各设备的优先次序与链式查询法相同，优先级的顺序是固定的。如果从中止点开始，则每个设备使用总线的优级相等。独立请求方式中，每一个共享总线的设备均有一对总线请求线 BRi 和总线授权线 BGi。当设备要求使用总线时