计算机组成原理.TXT

第一章1、电子计算机（电子模拟计算机和电子数字计算机）是一种不需要人工直接干预，能够自动、高速、准确地对各种信息进行处理和存储的电子设备。电子模拟计算机中处理的是连续变化的物理量，运算的过程也是连续的；电子数字计算机中处理的信息是在时间上离散的数字量，运算的过程是不连续的。2、冯.诺依曼计算机的特点（存储程序）：a、计算机（指硬件）应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备5大基本部件组成；b、计算机内部采用二进制来表示指令和数据；c、将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作。3、冯.诺依曼计算机的主要弱点：存储器访问会称为瓶颈。4、通常将运算器和控制器合称为中央处理器（CPU）。中央处理器和主存储器（内存储器）一起组成主机部分。除去主机意外的硬件装置称为外围设备或外部设备。5、总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路，它能分时地发送与接收各部件的信息。最简单的总线结构是单总线结构（系统总线）。6、向上（下）兼容指的是按某档次机器编制的程序，不加修改就能运行在比它更高（低）档的机器上；向前（后）兼容是指按某个时期投入市场的某种型号机器编制的程序，不加修改就能运行在它之前（后）投入市场的机器上。7、实际机器是指由硬件或固件实现的机器。虚拟机器是指以软件或以软件为主实现的机器。8、计算机的主要性能指标：机器字长（参与运算的数的基本位数，它是由加法器、寄存器的位数决定的）、数据通路宽度（数据总线一次能并行传送信息的位数）、主存容量（一个主存储器所能存储的全部信息量）和运算速度。第二章1、D表示十进制，B表示二进制，Q表示八进制，H表示十六进制。比如+13、-1这些数在计算机技术中称为真值，01011（即+13）、11（即-1）这些数在计算机技术称为机器数（原码、反码、补码）。真值0在原码和反码表示中有两种不同的表示形式，在补码表示中只有一种表示形式。2、浮点数的表示范围主要由阶码的位数来决定，有效数字的精度主要由尾数的位数来决定。3、规格化的最小正数大于非规格化的最小正数。第三章1、指令的基本格式：操作码字段（指明了指令的操作性质及功能）和地址码字段（给出了操作数的地址）。2、把指令长度等于机器字长的指令称为单字长指令；指令长度等于半个机器字长的指令称为半字长指令；指令长度等于两个机器字长的指令称为双字长指令。3、指令系统中的每一条指令都有唯一确定的操作码，指令不同，其操作码的编码也不同。指令操作码的编码可以分为规整型和非规整型。4、寻址技术包括编址方式（字编址、字节编址和位编址）和寻址方式（指令寻址和数据寻址）。5、指令类型：数据传送类指令（一般传送指令、堆栈操作指令和数据交换指令）、运算类指令（算术运算类指令、逻辑运算类指令和移位类指令）、程序控制类指令（转移指令、子程序调用指令和返回指令）和输入输出类指令（独立编制的I/O和统一编址的I/O）。第四章1、提高并行加法器速度的关键是尽量加快进位产生和传递的速度。并行加法器中的每一个全加器都有一个从低位送来的进位输入和一个传送给高位的进位输出。2、两正数相加产生的溢出称为正溢，两负数相加产生的溢出称为负溢。3、如何向ALU（算术逻辑单元）提供操作数？一种方法是在ALU输入端加多路选择器，另一种方法是在ALU输入端加一级锁存器（暂存器）。第五章1、存储系统是由几个容量、速度和价格各不相同的存储器构成的系统。2、随着计算机系统结构和存储技术的发展，存储器的种类日益繁多。A、按存储器在计算机系统中的作用分类：a、高速缓冲存储器；b、主存储器；c、辅助存储器；B、按存取方式分类：a、随机存取存储器（RAM）；b、只读存储器（ROM）；c、顺序存取存储器（SAM）；d、直接存取存储器（DAM）；C、按存储介质分类：a、磁芯存储器；b、半导体存储器（MOS型存储器和双极性存储器）；c、磁表面存储器；d、光存储器（只读式、一次写入式和可改写式）；D、按信息的可保存性分类：a、易失性存储器；b、非易失性存储器；3、从原理上讲，只要具有两种明显稳定的物理状态的器件和介质都能用来存储二进制信息，但真正能用来做存储器的器件和介质还需要满足各类存储器技术指标的要求。4、由高速缓冲存储器、主存储器和辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次：高速缓存和主存间称Cache-主存存储层次（Cache存储系统）、主存和辅存间称主存-辅存存储层次（虚拟存储系统）。5、主存储器是整个存储系统的核心，它用来存放计算机运行期间所需要的程序和数据，CPU可直接随机地对它进行访问。主存通常由存储体、地址译码驱动电路、I/O和读写电路组成。6、存储体是主存储器的核心，程序和数据都存放在存储体中。7、位是二进制数的最基本单位，也是存储器存储信息的最小单位。当二进制数（其由若干位组成）作为一个整体存入或取出时，这个数称为存储字。存放存储字或存储字节的主存空间称为存储单元或主存单元（其编号称为地址），大量存储单元的集合构成一个存储体。存储单元是CPU对主存可访问操作的最小存储单位。8、大端方案从最高有效字节向最低有效字节进行字节地址编号，小端方案从最低有效字节向最高有效字节进行字节地址编号。9、对于字节编址的计算机，以字节数来表示存储容量；对于字编址的计算机，一字数与其字长的乘积来表示存储容量。10、主存储器的主要技术指标：存储容量、存取速度、可靠性、功耗。11、主存的存取速度通常由存取时间、存取周期和主存带宽等参数来描述。存取时间又称为访问时间或读写时间，它是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。存取周期又称为读写周期或访存周期，是指主存进行一次完整的读写操作所需的全部时间，即连续两次访问存储器操作之间所需要的最短时间。主存带宽又称为数据传输率，表示每秒从主存进出信息的最大数量，单位为字每秒或字节每秒或位每秒（提高主存的带宽：缩短存储周期、增加存储字长、增加存储体）。12、主存储器通常分为RAM（静态RAM和动态RAM）和ROM两大部分，RAM可读可写，ROM只能读不能写。13、通常把存放一个二进制位的物理器件称为记忆单元，它是存储器的最基本构件，地址码相同的多个记忆单元构成一个存储单元（可以由各种材料制成，最常见由MOS电路组成）。静态RAM（SRAM）的存取速度快，但集成度低，功耗也较大，所以一般用来组成高速缓冲存储器和小容量主存系统。动态EAM（DRAM）集成度高，功耗小，但存取速度慢，一般用来组成大容量主存系统。14、为了维持DRAM记忆单元的存储信息，每隔一定时间必须刷新（取决于栅极电容上电荷的泄放速度）。常见的刷新方式有集中式(优点：读写操作时不受刷新工作的影响，因此系统的存取速度比较高。缺点：在集中刷新期间必须停止读写，这一段时间称为“死区”，而且存储容量越大，死区就越长)、分散式（优点：没有死区。缺点：加长了系统的存取周期，降低了整机的速度；刷新过于频繁）和异步式（可以看成前两种方式的结合）。15、消除“死区”的方法：把刷新操作安排在CPU不访问存储器的空闲时间里，即透明刷新。16、刷新控制电路的主要任务是解决刷新和CPU访问存储器之间的矛盾。通常，当刷新请求和访存请求同时发生时，应优先进行刷新操作。17、RAM芯片通过地址线（单向输入，其数目与芯片容量有关）、数据线（双向，其数目与数据位数有关）和控制线（读写控制线和片选线）与外部连接。18、ROM的类型：掩模式ROM（MROM）、一次可编程ROM（PROM）、可擦除可编程ROM(EPROM)[紫外线擦除（UVEPROM）和电擦除（EEPROM）]、闪速存储器。19、将多片组合起来采用位扩展法、字扩展法、字和位同时扩展法。20、主存的校验：奇偶校验（最简单的主存校验方法）和错误检验与校正（ECC）。21、高速缓存工作原理：程序的局部性原理（时间局部性和空间局部性）和Cache的基本结构。22、地址映像：全相联映像、直接映像和组相联映像。23、替换算法：随机算法、先进先出（FIFO）算法和近期最少使用（LRU）算法。24、Cache更新策略：写直达法和写回法。25、虚拟存储器有主存储器和联机工作的辅助存储器共同组成。第六章1、CPU的基本功能是对指令流（CPU执行的指令序列）和数据流（根据指令操作要求依次存取数据的序列）在时间与空间上实施正确的控制。2、CPU中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结果、最终结果以及控制、状态信息的，它可分为通用寄存器（用来存放原始数据和运算结果）和专用寄存器（专门用来完成某一种特殊功能）。CPU中至少有5个专用寄存器：程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、存储器地址寄存器（MAR）、存储器数据寄存器（MDR）和状态标志寄存器（PSWR）。3、CPU的控制方式：同步控制方式、异步控制方式和联合控制方式。4、指令运行的基本过程：取指令阶段、分析取数阶段和执行阶段。第七章1、外部设备的分类：输入输出设备、辅助存储器、终端设备、过程控制设备和脱机设备。第八章1、计算机的输入输出系统是整个计算机系统中最具有多样性和复杂性的部分。2、主机和外设之间进行信息交换为什么一定要通过接口呢？因为主机和外设各自具有自己的工作特点，它们在信息形式和工作速度上具有很大的差异，接口正是为了解决这些差异而设置的。3、主机和外设之间需要交换的信息：a、数据信息；b、控制信息；c、状态信息；d、联络信息；e、外设识别信息。4、接口的功能：a、实现主机和外设的通信联络控制；b、进行地址译码和设备选择；c、实现数据缓冲；d、数据格式的变换；e、传递控制命令和状态信息。5、接口中要分别传送数据信息、控制信息和状态信息，这些信息都通过数据总线来传送。6、接口的基本组成：外设识别、数据或命令或状态、控制电路。7、端口是指接口电路中可以被CPU直接访问的寄存器，若干个端口加上相应的控制逻辑电路才组成接口（数据端口、命令端口和状态端口）。8、接口的类型：A、按数据传送方式分类（串行接口和并行接口）；B、按主机访问I/O设备的控制方式分类；C、按功能选择的灵活性分类（可编程接口和不可编程接口）；D、按通用性分类（通用接口和专用接口）；E、按输入输出的信号分类（数字接口和模拟接口）；F、按应用来分类（运行辅助接口、用户交互接口、用户交互接口、传感接口和控制接口）；9、主机和接口一侧，数据总是并行传送的。10、外设识别是通过地址总线和接口电路中的外设识别电路来实现的，I/O端口地址就是主机与外设直接通信的地址，CPU可以通过端口发送命令、读取状态和传送数据。11、I/O端口编址方式：I/O映射方式（独立编址）和存储器映射方式（统一编址）。12、每个外设至少有两个寄存器：控制状态寄存器和数据缓冲寄存器，外设寄存器的端口地址是连续的。13、CPU响应中断的条件：CPU接收到中断请求信号、CPU允许中断。14、中断全过程指的是从中断源发出中断请求开始，CPU响应这个请求，现行程序被中断，转至中断服务程序，直到中断服务程序执行完毕，CPU再返回原来的程序继续执行的整个过程。