2017冬计算机组成原理抢救指南

机组要挂了怎么办QAQ
我保证下学期一定好好做人TAT

我上复习课从来不说废话。
余洁

第1章 计算机系统概论

数字计算机与模拟计算机的主要区别

比较内容 数字计算机 模拟计算机
数据表示方式 数字0和1 电压
计算方式 数字计数 电压组合和测量值
控制方式 程序控制 盘上连线
精度
数据存储量
逻辑判断能力

计算机的性能指标

  • 吞吐量
    表征一台计算机在某一时间间隔能够处理的信息量
  • 总线宽度
    一般指CPU中运算器与存储器之间进行互连的内部总线二进制位数
  • 存储器带宽
    单位时间内从存储器独处的二进制数信息量,一般用字节数/秒表示。
  • CPU执行时间
    表示CPU执行一般程序所占用的CPU时间。
    计算公式:CPU执行时间=CPU时钟周期数×CPU时钟周期
  • CPI
    表示每条指令的周期数,即执行一条指令所需的平均时钟周期数。
    计算公式:CPI=执行某段程序所需的CPU时钟周期数÷程序包含的指令条数
  • MIPS
    (Million Instructions Per Second)的缩写,表示平均每秒执行多少百万条定点指令数。
    计算公式:MIPS=指令数÷(程序执行的时间×10^6)
  • FLOPS
    (Floating-point Operations Per Second)的缩写,表示每秒执行浮点操作的次数,用来衡量机器浮点操作的性能。
    计算公式:FLOPS=程序中的浮点操作次数÷程序执行时间(s)

计算机的硬件

冯·诺依曼计算机的五个组成部分

  • 运算器
  • 存储器
  • 控制器
  • 输入设备
  • 输出设备

冯·诺依曼计算机的设计思想

  • 指令和数值二进制表示
  • 存储程序并按地址顺序执行

冯·诺依曼结构和哈佛结构之间的区别

  • 指令和数据放在同一存储器——冯·诺依曼结构
  • 指令和数据放在两个存储器——哈佛结构

计算机软件

  • 系统程序
    1. 各种服务性程序
    2. 语言程序
    3. 操作系统
    4. 数据库管理系统
  • 应用程序

计算机系统的层次结构

  1. 微程序设计级(或逻辑电路级)——直接由硬件执行
  2. 一般机器级——微程序
  3. 操作系统级——操作系统
  4. 汇编语言级——汇编程序
  5. 高级语言级——编译程序

第2章 运算方法和运算器

浮点数的表示方法

IEEE754标准32位浮点数和64位浮点数的标准格式。

  • S:浮点数的符号位(1位)
  • E:阶码(8/11位) e=E-127 / e=E-1023
  • M:尾数(23/52位)

浮点数的规格化表示

当尾数的值不为0时,尾数域的最高有效位应为1

P18例1~2

数的机器码表示

  • 原码
  • 反码
  • 补码
  • 移码

P22例6~7

校验码

定点乘法运算

P35例20~21

浮点的加减运算

  1. 对阶——小阶向大阶看齐
  2. 尾数求和运算
  3. 结果规格化

P54例28

第4章 指令系统

机器指令

介于微指令与宏指令之间,简称为指令,每一条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。

指令系统

一台计算机所有机器指令的集合。

  • 复杂指令系统计算机:CISC
  • 精简指令系统计算机:RISC

一个完善的指令系统应该满足的要求

  • 完备性
  • 有效性
  • 规整性
  • 兼容性

指令格式

指令字用二进制代码表示的结构形式,通常有操作码字段和地址码字段组成。

从操作数的物理位置来说:

  • 存储器-存储器(SS)型(最慢)

  • 寄存器-寄存器(RR)型(最快)

  • 寄存器-存储器(RS)型

  • CISC:功能强

  • RISC:速度快

寻址方式

指令寻址方式

  1. 顺序寻址方式(PC不断加一)
  2. 跳跃寻址方式

操作数寻址方式

  1. 隐含寻址
  2. 立即寻址
  3. 直接寻址
  4. 间接寻址
  5. 寄存器寻址
  6. 寄存器间接寻址
  7. 偏移寻址
    • 相对寻址
    • 基址寻址
    • 变址寻址
  8. 段寻址
  9. 堆栈寻址

RISC指令系统的最大特点

  1. 选取使用频率最高的一些简单指令,指令条数比较少。
  2. 指令长度固定,指令格式种类少,寻址方式种类少。
  3. 只有取数/存数指令访问存储器,其余指令的操作都在寄存器之间进行。

第5章 中央处理器

控制器的组成

  • 程序计数器
  • 指令寄存器
  • 指令译码器
  • 时序产生器
  • 操作控制器

控制器的功能

  1. 从指令cache中取出一条指令,并指出下一条指令在cache中的位置。
  2. 对指令进行译码或测试,并产生相应的操作控制信号,以便启动规定的动作。
  3. 指挥并控制CPU,数据cache和输入/输出设备之间数据流动的方向。

P140图5.1

CPU中的主要寄存器

  • 数据缓冲寄存器(DR)
  • 指令寄存器(IR)
  • 程序计数器(PC)
  • 数据地址寄存器(AR)
  • 通用寄存器(R0~R3)
  • 状态字寄存器(PSW)

操作控制器

根据指令操作码和时序信号,产生各种操作控制信号,以便正确地选择数据通路,把有关数据打入到一个寄存器,从而完成取指令和执行指令的控制。

  • 硬布线控制器
  • 微程序控制器

指令周期

指令周期是取出一条指令并执行这条指令的时间。
通常用CPU周期数来表示

P151例1
P183习题2~3

时序产生器

时序信号的体制

  • 硬布线控制器:主状态周期-节拍电位-节拍脉冲 三级体制
  • 微程序控制器:节拍电位-节拍脉冲 二级体制

控制方式

  • 同步控制
  • 异步控制
  • 联合控制

微程序控制器

微命令和微操作

  • 微命令:控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令。

  • 微操作:执行部件接受微命令后所执行的操作。

    • 相容性微操作:同时或同一个CPU周期内可以并行执行的微操作。
    • 相斥性微操作:不能同时或在同一个CPU周期内并行执行的微操作。

    P156图5.20

微指令结构

  • 操作控制
  • 顺序控制

微程序控制器原理

  1. 控制存储器:用来存放实现全部指令系统的微程序。
  2. 微命令寄存器:用来存放由控制存储器读出的一条微指令信息。
  3. 地址转移逻辑:微指令由控制存储器读出后直接给出下一条微指令的地址,微地址信息存放在微地址寄存器中。

机器指令与微指令的关系

一条机器指令对应一个微程序,这个微程序是由若干条微指令序列组成的。

微命令的编码方式

  1. 直接表示法:操作字段中的每一位代表一个微命令。
  2. 编码表示法:把一组互斥的微命令信号组成一个小组,然后通过字段译码器对每一个微命令信号进行译码,译码输出作为操作控制信号。
  3. 混合表示法:直接表示法与字段编码法混合使用。

微地址的形成方法

  1. 计数器方式:微指令的顺序控制字段较短,微地址产生机构简单。但是多路并行转移功能较弱,速度较慢,灵活性较差。
  2. 多路转移方式:能以较短的顺序控制字段配合,实现多路并行转移,灵活性好,速度较快,但地址转移逻辑需要用组合逻辑方法设计。

微指令的格式

  1. 水平型微指令:一次能定义并执行多个并行操作微命令的微指令。
  2. 垂直型微指令:设置微操作码字段,采用微操作码编译法,由微操作码规定微指令的功能。
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