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计算机组成原理专业复习知识.doc
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第一章 1、计算机的性能指标:吞吐量、响应时间、利用率、处理机字长、总线宽度、存储器容量、存储器带宽、主频/时钟
周期、CPU 执行时间、CPI、MIPS、MFLOPS。 2、字长:通常把组成一个字的二进制位数叫做字长。3、数据字:如果某
字代表要处理的数据,则称为数据字。4、指令字:如果某字为一条指令,则称为指令字。
5、系统总线:系统总线是构成计算机系统的骨架,是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路。
6、计算机系统的层次结构:计算机通常由五个以上不同的级组成,每一个级都能进行程序设计:第一级是个微程序设计级
或者逻辑电路级。这是一个实在的硬件级,由硬件直接执行。第二级是一般机器级,也称为机器语言级,它由微程序解释机
器指令系统。这一级也是硬件级。第三级是操作系统级,它由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成,
广义指令是操作系统和解释的软件指令,所以这一级也称为混合级。第四级是汇编语言级,它给程序人员提供一种符号形式
语言,以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持和执行,如果应用程序采用汇编语言编写时,则机器必须要有这一
级的功能;如果应用程序不采用汇编语言编写,则这一级可以不要。第五级是高级语言,它是面向用户的,为方便用户编写
应用而设置的。这一级由各种高级语言编译程序支持和执行。
7、通用计算机分为:超级计算机、大型机、服务器、工作站、微型机、单片机六类,其结构复杂性、性能、价格依次递减。
8、计算机的硬件:是由有形的电子器件等构成的,它包括运算器、存储器、控制器、适配器、输入输出设备。
课后练习:4、·诺依曼型计算机的主要设计思想是什么?它包括哪些主要组成部分?
1).采用二进制形式表示数据和指令。指令由操作码和地址码组成; 2).将程序和数据存放在存储器中,使计算机在工作
时从存储器取出指令加以执行,自动完成计算任务。这就是“存储程序”和“程序控制”(简称存储程序控制)的概念;
3).指令的执行是顺序的,即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行,程序分支由转移指令实现。
4).计算机由存储器、运算器、控制器、输入和输出设备五大基本部件组成,规定了 5 部分的基本功能。
5、什么是存储容量?什么是单元地址?什么是数据字?什么是指令字?
1).存储容量:存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量,通常用 KB、MB、GB、TB 来。 2).单元地址:通常,
在存储器中把保存 1 个数的 16 个触发器称为存储单元。存储器是由许多存储单元组成的,每个存储单元都有编号,称为地
址。 3).数据字/指令字:由于计算机使用的信息既有指令又有数据,所以计算机既可以代表指令,也可以代表数据。如果某
字代表要处理的数据,则称为数据字;如果某字为一条指令,则称为指令字。
7、指令和数据均存放在存中,计算机如何区分它们是指令还是数据?
一般来讲,取指周期中从存读取的信息流是指指令流,它流向控制器;而执行周期从存读取的信息流是数据流,它由存
流向运算器。
第二章 1、计算机中常用的数据表示格式有两种:一种是定点格式,一种是浮点格式。定点格式通常将数据表示成纯小
数或者纯整数。 2、浮点数的表示方法:(N)
R
=M×R
e
中的 e 值是可变的。 3、数字机器码的表示:原码、补码、反码、
移码。
4、校验码分为奇校验和偶校验。奇校验位 C 非定义
偶校验码 C 的定义为: 5、补码加法的公式:[X]补+[Y]补=[X+Y]补
6、为了判断“溢出”是否发生,可采用两种检测方法。第一种方法是采用双符号位法,这称为“变形补码”,从而可使模 2
n+1
补码所能表示的数的围扩大一倍。 第二种溢出检测方法是采用单符号位法。当最高有效位产生进位而符号位无进位时,产
生正溢;当最高有效位无进位而符号位有进位时,产生负溢。
课后练习:5.已知 x 和 y,用变形补码计算 x+y,同时指出结果是否溢出。
(3)x=-10110 y=-00001
解:[X]
变形补
=1101001,[Y]
变形补
=1111111,[X+Y]
变形补
=1101001,如下图所示:
[x]补 = 1 1 0 1 0 1 0
[y]补 = +1 1 1 1 1 1 1
1 1 0 1 0 0 1 则 x+y = -0.10111,无溢出
6.已知 x 和 y,用变形补码计算 x-y,同时指出运算结果是否溢出。
(3)x=11011 y=-10011
解:x = 0.11011 y = -0.10011
[x]补 = 0 0. 1 1 0 1 1
[y]补 = +0 0. 1 0 0 1 1
2 / 13
0 1. 0 1 1 1 0 结果有正溢出,X-Y=10010
4.将下列十进制数表示成 IEEE754 标准的 32 位浮点规格化数。(2)-27/64
解:-27/64= -0.41875D= -0.011011B,表示成浮点格式为-0.011011×2
0
=-1.1011×2
-2
.根据 IEEE754 的单精度表示公式
(-1)
s
×1.M×2
E-127
,将该数表示为-1.1011×2
-2
=(-1)
1
×1.1011 0000 0000 0000 0000 000×2
125-127
,即符号位 S=1,阶码位
E=125D=0111 1101B,尾数部分 M=101 1000 0000 0000 0000 0000,因此-27/64 表示成 IEEE754 标准的 32 位浮点规格化
数为 1 01111101 101 1000 0000 0000 0000 0000
7.用原码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算 x×y。
(2)x= -11111 y= -11011
原码阵列
解:x = -0.11111, y = -0.11011
符号位: x
0
⊕y
0
= 1⊕1 = 0
[x]补 = 11111, [y]补 = 11011
1 1 1 1 1
X)1 1 0 1 1
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
0 0 0 0 0
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1 1 0 1 0 0 0 1 0 1
[x*y]补 = 0,11010,00101
带求补器的补码阵列
解:[x]补 = 1 00001, [y]补 = 1 00101
乘积符号位单独运算 1⊕1=0
尾数部分算前求补输出│X│=11111,│y│=11011
1 1 1 1 1
X)1 1 0 1 1
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
0 0 0 0 0
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1 1 0 1 0 0 0 1 0 1
X×Y=0.1101000101
8.用原码阵列除法器计算机 x÷y(注:先乘 1 个比例因子变成小数)。
(1)x=11000 y=-11111
要 先 乘 1 个 比 例 因 子 变 成 小 数 , 则 X=0.11000, [X]补
=0.11111
[X]原=0.1100,[Y]原=0.11111,[X]补=00.11000,
[Y]补=00.111111,[-︱Y︱]补=11.00001
解: 0 0.1 1 0 0 0
X-Y 1 1 .0 0 0 0 1
1 1 .1 1 0 0 1 0
X+Y 1 1. 1 0 0 1 0
0 0 .1 1 1 1 1
0 0. 1 0 0 0 1 1
X-Y 0 1. 0 0 0 1 0
1 1. 0 0 0 0 1
0 0. 0 0 0 1 1 1
X-Y 0 0. 0 0 1 1 0
1 1. 0 0 0 0 1
1 1. 0 0 1 1 1 0
X+Y 1 0. 0 1 1 1 0
0 0. 1 1 1 1 1
1 1. 0 1 1 0 1 0
X+Y 1 0. 1 1 0 1 0
0 0. 1 1 1 1 1
1 1. 1 1 0 0 1 0
X+Y 0 0. 1 1 1 1 1
0 0. 1 1 0 0 0
所以︱X/Y︱=0.11000,X⊙Y=-1;
因此
5
2*11000.0,11000.0 ���� 余数
y
x
原码不变恢复法[X]原=[X]补=011000 [-︱y︱]补=10001
被除数 X 0 1 1 0 0 0
+[-︱y︱]补 1 0 0 0 0 1
余数为负 1 1 1 0 0 1 0
左移 1 1 0 0 1 0
+[︱y︱]补 0 1 1 1 1 1
余数为正 0 1 0 0 0 1 1
左移 1 0 0 0 1 0
+[-︱y︱]补 1 0 0 0 0 1
余数为正 0 0 0 0 1 1 1
左移 0 0 0 1 1 0
+[-︱y︱]补 1 0 0 0 0 1
余数为负 1 0 0 1 1 1 0
左移 0 0 1 1 1 0
+[-︱y︱]补 0 1 1 1 1 1
余数为负 1 0 1 1 0 1 0
左移 0 1 1 0 1 0
+[︱y︱]补 0 1 1 1 1 1
余数为负 1 1 1 0 0 1 0
+[︱y︱]补 0 1 1 1 1 1
余数 0 1 1 0 0 0
3 / 13
故[X/Y]原=1.11000 即 X/Y=-0.11000 余数为 011000
9.设阶码 3 位,尾数 6 位,按浮点运算方法,完成下列取值的[x+y],[x-y]运算:
(1)x=2
-011
×0.100101 y=2
-010
×(-0.01110)
解:x = 2
-011
*0.100101, y = 2
-010
*(-0.011110)
[x]
浮
= 11101,0.100101
[y]
浮
= 11110,-0.011110
Ex-Ey = 11101+00010=11111
[x]
浮
= 11110,0.010010(1)
x+y 0 0. 0 1 0 0 1 0 (1)
+ 1 1. 1 0 0 0 1 0
1 1. 1 1 0 1 0 0 (1)
规格化处理: 1.010010 阶码 11100
x+y= 1.010010*2
-4
= 2
-4
*-0.101110
x-y 0 0. 0 1 0 0 1 0 (1)
+ 0 0. 0 1 1 1 1 0
0 0 1 1 0 0 0 0 (1)
规格化处理: 0.110000 阶码 11110
x-y=2
-2
* 0.110001
第三章
1、存储位元:二进制代码位是存储器中最小的存储单元,称为存储位元。2、存储单元:由若干个存储位元组成一个存储单
元。3、存储器:由许多个存储单元组成一个存储器。4、存储器分级:chche、主存储器和外存储器。5、存储容量:指一个
存储器中可以容纳的存储单元总数。6、存取时间:又称存储访问时间,是指一次读操作命令发出到该操作完成,将数据读
出到数据总线上所经历的时间。通常取写操作时间等于读操作时间,故称为存储器存取时间。7、存储周期:指连续启动两
次操作所需间隔的最小时间。通常,存储周期略大于存取时间,其时间单位为 NS。8、存储器带宽:单位时间里存储器所存
取的信息量,通常以位/秒或字节/秒做度量单位,带宽是衡量数据传输的重要技术指标。所有的 ARAM 的特征是用一个锁存
器(触发器)作为存储元。9、刷新周期:DRAM 存储位元是基于电容器上的电荷量存储,这个电荷量随着时间和温度而减
少,因此必须定时刷新,以保持它们原来记忆的正确信息。典型标准是每隔 8MS 到 16MS 必须刷新一次,而某些器件的刷
新周期可以大于 100MS。刷新操作有集中式刷新和分散式刷新两种。10、3.3.4 存储容量的扩充
11、并行存储器:12、双端口存储器:由于同一个存储器具有两组相互独立的读写控制电路而得名。它提供了两个相互独立
的端口,即左端口和右端口。它们分别具有各自的地址线(A0-A10),数据线(I/O0 - I/O 15)和控制线(R/W 非,CE 非,
OE 非,BUSY 非),因而可以对存储器中任何位置上的数据进行独立的存取操作。13、3.5.2 多模块交叉存储器 14、
主存与 chche 的地址映射:1.全相联映射方式 2.直接映射方式 3.组相联映射方式
课后练习:3.用 16K×8 位的 DRAM 芯片构成 64K×32 位存储器,要求:
(1)画出该存储器的组成逻辑框图。(2)设存储器读/写周期为 0.5υs,CPU 在 1υs 至少要访问一次。试问采用哪种刷新
方式比较合理?两次刷新的最大时间间隔是多少?对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少?
解:(1)存储容量为 64KB,地址总路线需 16[注:即((64K×32)/(16K×8))所得]位,使用 16K×8 位 DRAM 芯片,共需
16 芯片本身地址占 14 位,所以采用位并联于地址串联相结合的方法来组成整个存储器。如下图,其中一片用 2:4 译码
器。
译码器
D0-D7
D24-D31
D16-D23
D8-D15
A15
A14
R/W
数
据
寄
存
器
地
址
寄
存
器
CS0
CS3CS2CS1
CS
CPU
A13
A0
(2)根据题目可知,CPU 在 1μs 至少访问一次,而整个存储器的平均读/写周期为 0.5μs。因此,如果彩集中刷新,有 64
μ s 的 死 时 间 , 不 行 。 果 采 用 分 散 刷 新 , 则 有 1 μ s 只 能 访 问 一 次 , 也 不 行 , 所 以 采 用 异 步 式 刷 新 方 式 。
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