计算机组成原理考研补习

计算机组成原理考研补习总线CPUM接口I/O设备建立整机概念两个层次两个方面CPU整机概念硬件系统整机概念逻辑组成工作机制主要内容：1、CPU（1）逻辑组成寄存器传送级：微操作控制级：各类指令的流程微命令序列寄存器、ALU设置，数据通路结构（2）工作机制指令的执行过程微命令序列微命令产生方式时序控制方式：组合逻辑控制微程序控制同步控制2、常用运算方法规则和进位链（1）原码、补码一位乘法，原码两位乘法，原码、补码不恢复余数除法，浮点运算法（1）基本概念（2）半导体存储器的逻辑设计芯片地址分配、片选逻辑、框图（2）串行进位、并行进位、分级同时进位3、存储器4、总线（1）基本概念（2）系统总线：信号组成，时序控制方式5、接口（1）I/O传送的控制机制中断：基本概念、中断控制器与接口、中断过程（2）接口设计接口组成、拟定命令字和状态字格式、扩展中断源6、常用外设原理（1）键盘：键码转换方法（2）CRT显示器：VRAM与屏幕显示的对应关系（VRAM内容和容量、地址组织、信息转换、同步计数器的设置）DMA：基本概念、DMA控制器与接口、DMA过程硬件扫描软件扫描（3）打印机：信息转换、调用过程（中断方式）（4）磁盘：信息分布与寻址信息、磁记录方式、调用过程（DMA方式）、速度指标和容量指标第一章CPU组织题型：综合设计单选简答1.1逻辑组成（模型机）1、CPU数据通路框图（寄存器级）2、结构特点（1）寄存器独立结构可编程：R0～R3、PC、SP、PSW非编程：C、D、IR、MAR、MBR（2）ALU部件作为CPU内部数据传送通路的中心。输入选择器：选择操作数来源ALU：运算处理输出移位器：选择输出方式（3）內总线单向数据总线（ALU总线），实现数据分配。（4）与系统总线的连接由MAR、MBR实现连接。从内总线接收数据采用同步打入方式，从系统总线接收数据采用置入方式。1.2工作机制用寄存器传送语言描述指令从读取到执行的整个流程。1.2.1指令流程（寄存器传送级）拟定流程的关键：清楚了解数据通路结构熟练掌握基本寻址方式1、基本寻址方式（模型机）寄存器寻址：R寄存器间址：（R）自减型寄存器间址：–(R)、–(SP)(用于入栈操作)自增型寄存器间址：(R)+、(SP)+(用于出栈操作)立即寻址：(PC)+变址：Ｘ(R)相对寻址：Ｘ(PC)2、思路（2）分清源和目的，确定所采用的寻址方式源在前，目的在后。（3）按周期拟定分步流程（1）了解指令功能，具体完成什么操作MOV：源数目的地ADD：结果目的地JMP：转移地址PCRST：返回地址PCJSR：子程序入口PC，并保存返回地址模型机允许：每一步完成一次从Ｍ读出，并经数据通路传送的操作；或一次经数据通路传送的操作；或一次向Ｍ写入的操作。3、例题（1）MOV(SP)+，Ｘ(R1)；（2）MOVＸ(R2)，–(SP)；（3）ADD–(R0)，Ｘ(R3)；（4）NEGR2；（5）JMP(R0)；（6）JSR(R1)+；（7）JMPＸ(PC)；（8）AND(PC)+，Ｘ(PC)；指令流程在微操作级的具体实现。1.2.2微命令序列1、微命令设置（1）数据通路操作ALU输入选择：R0A、CB、……ALU功能选择：加、减、加1、传送、……移位功能选择：左移、右移、直送、……结果分配：CPR0、CPR1、CPC、……（2）访存操作地址使能EMAR、读R、写W（读/写R/W）、置入SMBR、置入SIR（3）时序转换（组合逻辑控制方式）周期状态设置、清除：节拍（时钟周期）计数、清除：FTSTDTET周期状态触发器：CPFT1FT1STCPST1DTCPDT1ETCPET节拍计数器：TT+1CPT1FT、CPFT、……T+1、CPT2、例题MOV(SP)+，(R0)；FT0：MIRPC+1PCST0：SPMARST1：MMBRCST2：SP+1SPDT0：R0MARET0：CMBRET1：MBRMET2：PCMAR1.2.3微命令的产生方式1、组合逻辑控制方式（1）基本思想综合化简产生微命令的条件，形成相应逻辑式，用组合逻辑电路实现。执行指令时，由组合逻辑电路（微命令发生器）在相应时间发出所需微命令，控制有关操作。（2）优缺点优点：速度快。缺点：设计不规整，结构零乱，不易修改、扩充指令系统功能。（3）应用用于高速计算机及小规模机器中。2、微程序控制方式（1）基本思想1）将微命令以代码形式编成微指令，控制一步操作；2）若干微指令编成一段微程序，解释执行一条机器指令；3）微程序事先存放在控制存储器（CM）中，执行机器指令时再取出。注意区分：微指令：机器指令：产生微命令，控制完成机器指令功能的一步操作。实现指令系统功能所规定的一种操作。微程序：工作程序：包含若干微指令，解释执行一条机器指令。包含若干机器指令，完成某一特定任务。CM：主存：存放微程序，位于CPU内。存放工作程序，位于CPU外。（2）优缺点优点：结构规整，设计效率高，性价比高，可靠性高，易于修改、扩展指令系统功能。缺点：速度较慢，执行效率受影响。（3）应用用于速度要求不是很高、功能复杂的机器中，特别适用于系列机。3、微指令拟定微指令格式，了解微指令编码方法和微地址形成方式。（1）CPU内部数据通路操作控制格式：分几段，各段功能含义模型机分段原则：按操作类型分段，同类互斥微命令放同一字段。AIBISMC0SZOEMARRWSTSC33522311124AI：A输入选择BI：B输入选择SM：ALU功能选择C0：初始进位选择S：移位功能选择ZO：结果分配AIBISMC0SZOEMARRWSTSC33522311124（2）访存操作控制EMAR：地址使能R：读W：写（3）辅助操作控制ST：开中断、关中断、SIR（4）顺序控制SC：提供后续微地址形成方式增量方式断定方式1.2.4时序控制方式掌握定义、特点、应用场合。1、同步控制方式（1）定义：各项操作与统一时序信号同步。操作与时序信号的关系同步控制方式异步控制方式（2）特点：1）有明显时序时间划分；3）各步操作的衔接、各部件之间的数据传送受严格同步定时控制。2）时钟周期（节拍）时间固定；（3）应用场合：用于CPU内部、设备内部、总线操作（各挂接部件速度差异小、传送时间确定、传送距离较近）。2、异步控制方式（2）特点：1）无严格时钟周期划分；2）各操作间的衔接、各部件之间的数据传送采取异步应答方式。（3）应用场合：用于异步总线操作（各挂接部件速度差异大、传送时间不确定、传送距离较远）。（1）定义：各项操作按需要安排不同时间，不受统一时序约束。主设备：从设备：申请并控制总线的设备。响应主设备请求的设备。3、同步方式在实际应用中的变化（2）总线周期中插入延长周期。（3）同步方式引入异步应答。（1）不同指令安排不同时钟周期数。（扩展同步方式）1.3运算方法与运算器1.3.1运算方法1、原码一位乘法（1）原码运算操作数和结果用原码表示，绝对值参加运算，符号单独处理。（2）算法规则用乘数末位作判断位。2、补码一位乘法（1）补码运算操作数和结果用补码表示，符号位参加运算。（2）算法规则乘数末位设置附加位，两位判断位。3、原码两位乘法如何处理+3X操作。4、原码不恢复余数除法算法规则：根据余数的正负决定上商及下一步操作5、补码不恢复余数除法算法规则：根据余数与除数同号或异号决定上商及下一步操作。6、浮点运算加减法运算过程：（1）判操作数是否为0。（3）尾数加/减（2）对阶原则：小阶向大阶对齐操作：小阶增大，尾数右移（4）结果规格化左规（尾数绝对值小于1/2）：尾数左移，阶码-1右规（尾数绝对值大于1）：尾数右移，阶码+11.3.2运算器1、硬件组成运算器全加器串行移位器ALU输入选择器ALU部件寄存器并行加法器加法器输入选择器进位链并行分组2、进位逻辑写出任一位Ci的进位逻辑。（1）串行进位（2）并行进位（3）分组、分级同时进位（分段写，直至Ai、Bi、C0）1.4其他基本概念（1）溢出及判断方法、扩展操作码、地址结构、隐地址、显地址等显式I/O指令（2）I/O指令的设置隐式I/O指令（3）I/O指令的功能扩展I/O指令中留有扩展余地用通用I/O指令或MOV指令访问接口中的控制/状态寄存器（4）主机对外设的寻址方式单独编址（为接口寄存器分配端口地址）统一编址（为接口寄存器分配总线地址）