组成原理总复习.

计算机组成原理总复习2014-5-292019年12月17日2☼第一章计算机系统概述☼第二章运算方法和运算器☼第三章内部存储器☼第四章指令系统☼第五章中央处理机☼第六章总线系统☼第七章外围设备☼第八章输入输出系统主要内容2019年12月17日3第1章计算机系统概论计算机五代变化P2计算机性能指标（理解各指标含义）P5如：主频、CPI、MIPS、带宽、吞吐量等完整的计算机系统应包括配套的硬件设备和软件系统冯.诺依曼计算机的主要设计思想及组成部分P15习题4计算机系统的层次结构P142019年12月17日4第2章运算方法和运算器2.1数据与文字的表示方法P16定点数x＝xnxn-1…x1x0在定点机中表示如下:纯小数表示范围：0≤|ｘ|≤1－2－n纯整数的表示范围为：0≤|ｘ|≤2n－1例:某机字长32位，其中1位表示符号位。若用定点整数表示，则最小负整数为（）。A-(231-1)B-(230-1)C-(231+1)D-(230+1)xnxn-1x1x0…数符数值部分小数点位置xnxn-1x1x0…数符数值部分小数点位置2019年12月17日52.1数据与文字的表示方法浮点数表示Ｎ＝Ｒe.Ｍ，R为基数，指数e为整数，尾数M为纯小数规格化：尾数M为原码：最高(左)有效位须为1尾数M为补码：最高有效位须与其符号位相反早期浮点数表示格式：2019年12月17日62.1数据与文字的表示方法例：某机浮点数规格化格式如下，阶码和尾数均为原码，试写出所能表示的最大值、最小值、最接近零的正负值。最大正值：0.111111111*211111，即(1-2-9)×231约等于2,143,289,344最小负值：-(1-2-9)×231最小正值：0.1×2-31最大负值：-0.1×2-311519阶符阶码数符尾数2019年12月17日72.1数据与文字的表示方法IEEE754标准Ｓ符号位，Ｍ尾数，原码表示，小数点放在尾数域的最左有效位的右边。Ｅ为阶码，移码表示，即Ｅ＝e＋127(32位)标准化：尾数为原码：最高(左)有效位须为1，为了节省位数，通常将最高位1不予存储，认为隐藏在小数点左边。真值ｘ＝(－1)s×(1.Ｍ)×2Ｅ－127教材P18例1和例22019年12月17日82.1数据与文字的表示数的机器码表示P19原码：符号位用0或1表示。反码：正数反码等于原码，负数反码是把原码符号位不变，各位取反。补码：正数补码等于原码，负数补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，便于对2个指数大小比较和对阶操作。2019年12月17日92.1数据与文字的表示原码、反码和补码相同点：（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）表示数据范围基本一样，-2nX2n(整数)或-1X1(小数)，补码多表示一个数-2n(整数)或-1(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。2019年12月17日102.2定点加法、减法运算补码的加减法则：[X+Y]补=[X]补+[Y]补（mod2n+1）[X-Y]补=[X]补+[-Y]补对[Y]补求补可得到[-Y]补(对[Y]补包括符号位求反且最末位加1)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。P29例17-18、P63习题5、62019年12月17日112.2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：Si=AiBiCiCi+1=AiBi+BiCi+AiCi理解行波进位的补码加法/减法器的多功能计算(加减)和进位特点(串行进位，速度慢)2019年12月17日122.3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不带符号的阵列乘法带符号的阵列乘法P35-36例20、例21和P63习题72019年12月17日132.4定点除法运算掌握利用加减交替法计算两个原码商的方法P43例23和P63习题82019年12月17日142.5定点运算器的组成理解ALU多功能特点(并行进位、算术、逻辑运算)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P63习题112019年12月17日152.6浮点运算方法和运算器了解浮点数加减乘除运算过程对阶：小阶向大阶看齐，尾数右移，阶码加1尾数求和：结果规格化：尾数溢出时需右规，阶码加1尾数不是规格化时需左规，阶码减1舍入处理：就近舍入、朝0舍入、朝正、负无穷舍入溢出处理：阶码上溢是正负无穷，阶码下溢为0初步认识流水线的功能(时间并行)P54例28、P63习题92019年12月17日16第3章多层次的存储器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了解存储器的主要性能指标：存储容量、存取时间、存储周期、存储器带宽理解几个概念：机器字、字节、存储位元、存储单元、访存空间与存储空间(容量)。2019年12月17日17第3章多层次的存储器了解SDRAM、DRAM、ROM的特点及存储原理理解DRAM刷新原因及刷新有几种方式。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P72例2、例3和P111习题1、62019年12月17日18第3章多层次的存储器理解并行存储提速原理(两组相互独立的读写控制电路)掌握顺序存储器和多模交叉存储器的带宽差别t顺=mT，t交=T+(m-1)τ,P88例5和P112习题8Cache的地位与作用，cache提速的原理为解决CPU和主存间速度不匹配，原理基于程序的空间局部性和时间局部性数据交换：CPU与cache以字为单位,cache与主存以块为单位Cache的命中率概念与计算，P92例6与P112习题92019年12月17日19第3章多层次的存储器了解主存与cache的地址映射的三种方式：全相联映射、直接映射、组相联映射P96例7、8、9了解三种替换算法：最不经常使用LFU、近期最少使用LRU、随机替换2019年12月17日20第4章指令系统理解由CISC发展到RISC掌握指令格式，理解RR、RS、SS型指令特点P121例1、2了解基本寻址方式P129例4、P137习题7、122019年12月17日21第5章中央处理器CPU的功能与组成CPU中的主要寄存器（6个）及功能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(CPU)、时钟周期(T周期)的概念与关系会分析指令的执行过程，能画指令周期流程图(P150)理解节拍脉冲、节拍电位的区别2019年12月17日22第5章中央处理器一、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。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。2019年12月17日235.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**理解关系微指令指令微程序程序组成组成解释支持2019年12月17日24第5章中央处理器二、微程序控制原理1.原理：把操作控制信号编成微指令，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2019年12月17日25第5章中央处理器三、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：用较小的二进制信息位表示较多的微命令信号（3）混合表示2019年12月17日26第5章中央处理器2.微地址形成方法微程序入口微地址：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：计数器和多路转移（断定）两种方式2019年12月17日27第5章中央处理器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P183-184习题6、8、102019年12月17日28第5章中央处理器四、流水CPU并行概念与种类(空间并行、时间并行)知道计算机流水线的种类(指令流水线、算术流水线、处理机流水线)绘制指令流水线时空图，分析说明指令执行效率的提高理解指令流水线中可能出现的3种“相关”(资源相关、数据相关、控制相关)计算流水线的吞吐率和加速比TP=n/TkS=T0/Tk=kn/k+n-1P170图、P184习题12、13、142019年12月17日29第六章总线系统总线概念：信息传递的公共通道重要性能指标：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。2019年12月17日30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IO接口设备的控制信号和响应信号2019年12月17日31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标准化逻辑部件，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。2019年12月17日32第六章总线系统总线的仲裁P194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）。比较链式查询、计数器定时、独立请求三种方式的特点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2019年12月17日33第六章总线系统总线定时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P208习题8，9，11，122019年12月17日34预祝各位同学考出好成绩！诚挚感谢各位亲亲同学对我教学过程中各种问题的包容！再次感谢！