计算机组成原理知识点整理.doc-资料库

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[键入文字] 计算机组成原理知识点 2011.6 各位同学，在使用这份资料复习时，要注意：带有红色标记的是重点内容；尽管很多知识点只有几个字，但是涉及的内容却非常多，比如Cache映像机制；我可以给大家整理详细，但是考虑到有些同学考试时有不好的习惯，为了避免麻烦，我在这儿只给大家提纲，请大家对应的看书；请大家看时，把你特别不明白的地方标出来，给课代表汇总，我在18周的时候一起给大家讲解。 --------------------------------------------------------------------- 一、计算机系统概述本章主要是一些计算机专业常识类的概念，非常基础，也非常重要。  计算机系统的构成；(软件和硬件)  理解层次结构的计算机系统；硬件（只能理解机器语言）、第一级虚拟机（汇编语言）、第二级虚拟机（高级语言）；冯.诺依曼机的特点、核心思想，对应的计算机系统的硬件框图，与现代计算机不同的地方。解：·由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成； ·指令和数据以同一形式（二进制形式）存于存储器中； ·指令由操作码、地址码两大部分组成； ·指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行； ·以运算器为中心（原始冯氏机）。   现代计算机硬件框图，理解计算机硬件各部件的作用；  衡量计算机性能的主要指标- 机器字长、主频、CPI、MIPS、FLOPS 等等课后练习 P19 1.3 1.5 1.7 1.8 二、系统总线  什么是总线？（总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质）总线的特点？  总线的分类（按照连接对象分类：片内总线、系统总线、通信总线）；  系统总线的组成；数据线、控制线、地址线；数据线的根数有什么意义，（是衡量系统性能的一个重要参数）地址线的根数有什么意义。（地址线的位数和存储单元的个数有 1

[键入文字] 计算机组成原理知识点 2011.6 关。20. 2 的 20 次方）  总线的性能指标总线宽度、总线带宽、总线复用、时钟同/异步、控制方式；总线带宽（总线数据传输率）= 总线时钟频率 × 总线宽度（结合课后练习）  理解总线标准的意义，看看你知道主板上的几种标准总线；  理解怎样通过总线实现器件之间的互联，构造计算机硬件系统；自己画一个基于单总线结构的计算机系统，看看是不是很简单。  理解多级总线结构的设计原则因为总线的共享特性，某一时间，总线上只能有一个设备进行数据的发送，这样，速度不同的设备挂接在同一条总线上，速度快的设备因为等待使用总线，而丧失了效率，因此有了多总线结构。原则：速度相近的设备挂接在同一条总线上；速度越快的总线距离 CPU 越近。  为什么要进行总线控制？总线控制的几种仲裁方式的仲裁过程、特点、用于仲裁的连接线的数量。  对存储器的读/写操作是一种基于系统总线同步通信，想想这个过程，看看时序图，理解什么是同步通信方式，（通信双方由统一时标控制数据传送称为同步通信）它和异步通信的最大不同在哪里？  并口芯片 8255 的工作方式 1、2 是一种异步的通信方式，想想这个过程，理解异步通信的要点在那儿？课后练习 P66 3.2 3.4 3.15 三、存储器  存储器的分类（按存储介质（半导体存储器，磁表面存储器，磁芯存储器，光盘存储器）、按照访问方式分类（随机存储器，只读存储器，串行访问存储器）、按在计算机中的作用分类（主存储器，辅助存储器，缓冲存储器））  RAM/ROM 各自的特点和分类 RAM：是一种可读写存储器，特点是存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取，而且存取时间与存储单元的物理位置无关。（静态 RAM，动态 RAM） ROM：只读存储器是能对其存储的内容读出，而不能对其重新写入的存储器。  计算机的层次结构（三级存储体系）缓存---主存层次和主存----辅助层次 2

[键入文字] 计算机组成原理知识点 2011.6  主存储器  主存储器的性能指标（存储容量、存储速度（存取周期和存取时间）、存储器带宽）；  半导体存储器芯片管脚（SRAM、EPROM 地址线、数据线）与容量之间的关系；  CPU 与存储器的连接（存储器扩展）  DRAM 的刷新问题（为什么要刷新？各种刷新方式及比较）；  提高访存速度的措施 –多体交叉存储器（高位/低位多体交叉的地址在体间的分布、应用特点）  高速缓冲存储器 Cache  程序访问的局部性原理  命中率/缺失率  影响命中率的因素- Cache 容量、Cache 的块长  理解带有 Cache 的存储系统的读操作过程  Cache 的两种写方式（与保持 Cache 一致性的问题）  Cache 的三种映像机制  Cache 的替换方式  辅助存储器  磁表面存储器（磁盘）的性能指标（道密度、位密度、道容量、存储容量、平均访问时间、平均找道时间、平均等待时间）  磁记录方式及衡量磁记录方式的指标。四、输入输出系统  外部设备的分类  显示设备的指标（分辨率，灰度级，帧存储器的大小）  IO 编址方式（端口地址空间与存储器存储空间关系）  为什么要使用 IO 接口？  IO 接口的功能与内部寄存器结构  IO 控制方式 – 程序查询方式  IO 查询程序的流程  查询方式的特点  IO 控制方式 – 程序中断方式 3

[键入文字] 计算机组成原理知识点 2011.6  IO 中断方式与 IO 查询方式进行比较  中断服务程序的流程（单重中断/多重中断）  关于中断技术本身的相关知识点，放在 CPU 一章说明  IO 控制方式 – DMA 方式  什么是 DMA？  DMA 与 CPU 分时使用主存（系统总线）的三种方法；比较死区问题  DMA 接口的组成与各部件的功能  DMA 传送过程及各阶段对 CPU 的占用情况  选择型 DMA 接口与多路型 DMA 接口（在数据传输率的计算方面不同）  DMA 与中断技术的比较五、计算机的运算方法  编码  定点编码 ①求编码 由十进制真值求原/反/补码；由补码求相反数的补码；补码与移码之间的转换关系； ②求表示范围 一定长度的机器码，原/反、补/移的表示范围；原、反、补、移码的零的表示；  浮点编码 ① 概念什么是规格化？给定一个浮点数，判断是否为规格化；明确浮点数的精度和范围分别取决于尾数的长度和阶码的长度； ②求规格化的浮点表示形式  给定十进制真值，指定阶码和尾数的编码方式，求规格化的浮点表示； ③求浮点数表示范围给定浮点数尾数和阶码的长度及编码方式，求浮点数的表示范围  运算  定点运算 4

[键入文字] 计算机组成原理知识点 2011.6 ① 补码移位运算明确移位运算的意义；能够正确的求给定补码移位运算后的结果； ② 补码的加减法及溢出判断方法。 ③ 乘法（注意需要描述运算过程）原码一位乘（不带符号运算）；补码一位乘 Booth 算法； ④ 除法（注意需要描述运算过程）原码不恢复余数法（加减交替法）；补码的不恢复余数法； ⑤ 明确 N 位数值位，进行各种乘法/除法运算，需要的加法和移位的次数；  浮点运算 浮点加减运算  运算器—快速进位链  快速进位原理。  用 4 位并行加法器 74181 和并行进位链芯片 74182 构成多位并行加法器的方法。六、指令系统  概念  机器指令与指令系统；  指令字长、机器字长、存储字长的；  操作数在存储器中的存放--边界对准原则；  什么是寻址方式？  寻址方式  操作数寻址要求，明确各种寻址方式的物理地址表达式，寻址过程，寻址范围，需要访存的次数。  指令格式的设计  操作码扩展技术+寻址方式；课后练习 P335 （7.6、7.7、7.8 操作码扩展技术），7.16（寻址方式） 5

[键入文字] 计算机组成原理知识点 2011.6 七、CPU 的结构与功能（概念都很重要。。）  CPU 功能与结构  CPU 的功能，简单的说就是取指令，分析指令，执行指令。  CPU 的组成，ALU,CU，寄存器  CPU 内部寄存器，需要清楚各种用户不可见的，用于状态/控制的寄存器。  指令周期  四个机器周期,及其顺序。  指令流水  并行性的四个级别。  指令流水的原理和指令流水的理想性能。  影响指令流水性能的因素和解决方法。  流水线性能指标的计算-吞吐率、加速比、效率。  中断系统  中断源，中断请求标记寄存器。  中断请求优先级的分配原则。  中断判优方法，硬件判优和软件判优。  中断服务程序入口地址的寻找方法，硬件向量法和软件判优对应的跳转方法。  中断响应：响应时间，响应条件，响应后中断周期所作的操作—中断隐指令。  中断现场的保护和恢复，中断现场包括的内容。  多重中断系统和单重中断系统，定义，中断服务流程的区别，形成中断嵌套的条件。  中断屏蔽技术，中断屏蔽寄存器，中断屏蔽技术的意义  分析题  多重中断系统-画 CPU 轨迹图；  多重中断系统，通过屏蔽技术改变处理优先级时，屏蔽字的设置方法课后练习 P371 8.12 、8.24 、8.25、8.26 (流水线性能指标、多重中断、中断屏蔽) 八、控制单元 – CU  CU 的功能  什么是微操作？什么是微命令（微操作控制信号）？什么是微指令？  时序信号的作用？多级时序系统中时钟周期、机器周期、指令周期三个时序信号， 6

[键入文字] 计算机组成原理知识点 2011.6 以及它们之间的关系。  指令的取指周期、间址周期、执行周期、中断周期，分别需要完成什么操作？  相应地，CU 需要发出什么样的控制信号序列，才能完成这些操作。根据给定 CU 框图，能够写出完整的微操作序列。（很简单的一句话，还是请大家根据教材 P380 图 9.3,9.4,9.5,自己尝试写出一条指令处理过程的完整的微操作序列）  CU 的外部输入信号和输出信号都有哪些？对于组合逻辑和微程序两种不同方法设计的 CU 在输入输出信号方面是否有所不同？  理解组合逻辑的 CU 设计思路  微程序结构 CU 的内部结构框图，核心器件是什么？  理解微程序，微指令，微命令都是什么？它们之间的关系？  微指令由哪两个字段构成?微指令格式设计（参考教材 P412 例 10.5 10.6）  操作控制字段有哪些编码方式？直接编码和字段直接编码两种方式各自的优缺点  下一条微指令的地址有哪些形成方式？  下地址字段指出  机器指令的操作码形成 – 什么时候用到？  分支转移  由硬件产生微程序入口地址 – 什么时候用到？  理解水平型微指令和垂直型微指令的含义。（实际是由操作控制字段的编码方式决定）  比较水平型微指令和垂直型微指令的特点。课后练习 P393 （9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8 同一类型，理解指令周期、时钟周期（主频）、机器周期的关系，及对 CPU 速度的影响），（9.11、9.12、9.13、9.14 同一类型，根据 CU 结构，写指令的微操作，随便挑一条指令做做就好），P421 10.15 微指令格式设计。 7

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