天津理工大学中加计算机组成老师期末复习ppt

根据给定的文件信息，我们可以将相关知识点进行详细的解析与扩展。 ### 计算机组成原理 #### 负数的补码表示及其转换 **知识点解析：** - **概念介绍：** - 补码是计算机内部表示负数的一种方式，主要应用于二进制系统。 - 一个负数的补码形式可以通过以下步骤得到： 1. 将该负数的绝对值转为二进制。 2. 将二进制数按位取反。 3. 最后加上1。 - **示例：** - 将十进制数-50转换为8位二进制补码形式。 - 50的二进制表示为00110010。 - 取反得到11001101。 - 加1变为11001110。 - 因此，-50的8位二进制补码表示为11001110。 #### 布尔代数与卡诺图简化 **知识点解析：** - **卡诺图：** - 卡诺图是一种图形化的方法，用于简化布尔函数表达式。 - 通过将变量的所有可能组合排列在一个表格中，并用1或0标记函数值，可以直观地找到最小项之间的相邻性。 - 目的是通过圈组最小项来消除冗余变量，从而简化逻辑表达式。 - **示例：** - 给出一个卡诺图，要求从中找出正确的最小项圈组。 - 正确的圈组应该是能够包含尽可能多的相邻1，并且每个圈都尽可能大，以达到最大程度的简化。 #### 编码方式 **知识点解析：** - **编码方式介绍：** - 二进制编码：在二进制编码中，每个状态使用log2K个比特来表示，其中K是状态总数。 - 一位热编码（One-hot Encoding）：在一位热编码中，对于K种不同的状态，需要K个比特来表示，且在任何时候只有一个比特被激活。 - **优缺点对比：** - 二进制编码占用空间少，但可能导致相邻状态之间的变化较大，容易受噪声影响。 - 一位热编码占用空间多，但相邻状态之间仅有一个比特的变化，有利于减少噪声的影响。 #### MIPS指令格式 **知识点解析：** - **MIPS指令概述：** - MIPS是一种精简指令集计算机(RISC)，其指令集简单且规则。 - 指令通常由操作码、寄存器编号以及立即数等部分组成。 #### 控制单元与算术逻辑单元 **知识点解析：** - **控制单元(Control Unit, CU)：** - 控制单元负责从内存中取出指令并解码，然后产生控制信号来指导其他硬件组件完成指定的操作。 - 其核心任务包括指令的解释、控制信号的生成等。 - **算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit, ALU)：** - ALU执行基本的算术运算(如加减乘除)和逻辑运算(如与、或、非)。 - 它是处理器中的关键组成部分之一，主要用于数据处理。 #### CPI计算 **知识点解析：** - **CPI(平均每条指令所需的时钟周期数)计算公式：** - CPI = Σ(每种类型指令的数量 × 每种类型指令所需的时钟周期数) / 总指令数 - 例如，给定不同类型的指令数量和各自所需的时钟周期数，可以计算出总的CPI。 #### 指令周期与PCI总线仲裁方案 **知识点解析：** - **指令周期：** - 指令周期是指从读取指令到执行指令完成所需的时间。 - 它通常包括取指、译码、执行等阶段。 - **PCI总线仲裁方案：** - PCI总线仲裁是指多个设备请求访问PCI总线时，总线控制器如何决定哪个设备优先获得总线使用权的过程。 - 通常采用基于优先级的仲裁机制来实现。 #### Cache写策略 **知识点解析：** - **Cache写策略分类：** - 写直达(Write Through, WT)：数据同时写入Cache和主存。 - 写回(Write Back, WB)：数据仅写入Cache，等到替换时再写回主存。 - 写分配(Write Allocate, WA)：在Cache未命中时才写入Cache。 #### 存储器类型 **知识点解析：** - **SRAM与DRAM的区别：** - SRAM使用六晶体管存储单元，速度较快但成本较高。 - DRAM使用单晶体管加电容的存储单元，容量大但需要定期刷新。 #### IEEE754浮点数表示 **知识点解析：** - **IEEE754标准：** - IEEE754标准定义了浮点数的表示方法，包括单精度(32位)和双精度(64位)两种形式。 - 浮点数由符号位、指数部分和尾数部分组成。 #### Booth乘法 **知识点解析：** - **Booth乘法算法：** - Booth乘法是一种高效的二进制乘法算法，通过交替进行加法和移位操作来实现乘法。 - 它可以减少所需的加法次数，提高乘法效率。 #### 指令类型与移位操作 **知识点解析：** - **指令类型：** - 不同类型的指令对应不同的功能，如数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移等。 - 指令类型的不同决定了它们的格式和执行过程。 - **移位操作：** - 算术移位保持符号位不变，逻辑移位则将符号位置零。 - 移位操作常用于数值运算、位操作等场景。 #### 时钟周期与指令周期的计算 **知识点解析：** - **时钟周期与指令周期的关系：** - 时钟周期是CPU中最基本的时间单位，指令周期则是完成一条指令所需的时间。 - 通常情况下，一条指令需要多个时钟周期来完成。 这些知识点涵盖了计算机组成原理课程中的核心内容，从基础的数据表示到复杂的存储系统设计均有涉及。通过对这些知识点的学习，学生能够建立起对计算机硬件架构的全面理解。