计组复习

第1章:

P8 P12冯诺依曼计算机中指令和数据是以二进制形式存储在计算机中的，CPU 区分他们的依据是指令周期的不同阶段。

p16 计算机硬件的主要指标。背

• 机器字长
• 存储容量
• 运算速度

2、计算机硬件技术指标:机器字长、存储容量等等，参见练习题17，1.8 1.11 .

指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？CPU 依据不同的指令周期（取指周期，执行周期）区分

3、什么是操作码

操作码指计算机程序中所规定的要执行操作的那一部分指令或字段(通常用代码表示)。背

第3章系统总线

总线定义及分类

P43、什么是总线，总线分类

总线是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。 背

总线分类，地址线、数据线和控制线的功能：

• 片内总线：芯片内通信
• 系统总线：五大部件间的信息传输线
  • 数据总线：传输数据
  • 地址总线：传输地址
  • 控制总线：发出控制信号
• 通信总线：计算机与其他计算机（系统）间通信

总线复用

总线复用：一条信号线上分时传送两种信号。例如，通常地址总线与数据总线在物理上
是分开的两种总线，地址总线传输地址码，数据总线传输数据信息。为了提高总线的利用率，优
化设计，特将地址总线和数据总线共用一组物理线路，在这组物理线路上分时传输地址信号和数
据信号，即为总线的多路复用。背

总线判优控制

P57 总线控制 ，主要解决的问题:3.5.1、3.5.2

总线判优控制，集中式仲裁中的速度优劣问题。

（1）链式查询

有 3 根控制总线用于总线控制（BS 总线忙、BR 总线请求、BG 总线同意） 总线同意信号 BG 是串行地从一个 I/O 接口送到下一个 I/O 接口。（离总线控制 部件最近的设备具有最高的优先级）

（2）计数器定时查询

比链式查询多了一组设备地址线，少了一根总线同意先 BG。 特点：

1. 计数从“0”开始，一旦设备的优先次序被固定，设备的优先级就按 0、1、2、… 的顺序降序排列，固定不变。
2. 计数从上一次计数的终止点开始，即使一种循环方法，此时设备使用总线的优先级相等。
3. 初始值可由程序设置，优先次序可以改变。

（3）独立请求方式

每一台设备均有一对总线请求先 BRi 和总线同一线 BGi。 总线控制部件中有个排队电路，可根据优先次序确定哪一台设备的请求。

速度和灵活性递增，线路越来越复杂。

同步异步

P59 同步通讯， 异步通讯。

• 同步：通信双方由统一时标控制数据传；
• 异步：没有公共的时钟标准，不要求所有部件严格的统一操作 时间，采用应答方式（又称握手方式）。

第4章 存储器

存储器的分类和各自的性能速度

• 缓存
• 主存
  • RAM
  • ROM
• 辅存

地址分配、技术指标、线路复用

P73 主存储单元的地址分配、主存的技术指标。线路的复用，哪两根线复用？地址线、数据线

地址分配：按字节、按字编址

技术指标：

• 存储容量
• 存取速度
• 存储期带块

存储期容量与地址、数据线

P75 64K*8 位的芯片的线路数量。 地址线为 2的16次方,共 16 根，数据线8根。根据容量求线的根数。

存储期与 CPU 的连接

P91 存储器与 CPU 的连接,

P94 例题 4.1 不要求画图,。

Cache 组相联

P110-111 缓存的作用和工作原理，命中率的计算，例题 4.7.背

p120 三种地址映射的方式，重点第三种:组相连映射，例4.8 、4.9画出地址格式，确定缓存块数等等。地址映射由什么完成?

Cache 透明

特别需指出的是，Cache 对用户是透明的，即用户编程时所用到的地址是主存地址，用户根本不知道这些主存块是否已调入 Cache 内。因为，将主存块调入 Cache 的任务全由机器硬件自动完成。背

第5章 I/O 系统

I/O 编址方式

1、p159 I/O的编址方式(统一和不统一编址),以及之间的区别。

• 统一编址就是将 I/0 地址看作存储器地址的一部分。例如，在 64 地址的存储空间中，划 8K 地址作为 I/0 设备的地址，凡是在这 8K 地址范围内的访问，就是对 I/0 设备的访问，所用的指令与访存指令相似。
• 不统一编址就是指 I/0 地址和存储器地址是分开的，所有对 I/0 备的访问必须有专用的 I/0 指令。
• 区别：显然统一编址占用了存储空间，减少了主存容量，但无须专用 I/0 指令。不统一编址由千不占用主存空间，故不影响主存容量，但需设 I/0 专用指令。

中断

p192 什么是中断?

计算机在执行程序的过程中，当出现异常情况或特殊请求时，计算机停止现行程序的运行， 转向对这些异常情况或特殊请求的处理，处理结束后再返回到现行程序的间断处，继续执行原程，这就是“中断＂

p198 中断服务程序的流程。

1. 保护现场
2. 设备服务
3. 恢复现场
4. 中断返回

DMA

2、P205 什么是 DMA，DMA 原理。DMA 中 CPU 与设备，传送与主进程串行还是并行 背

Direct Memory Access，在DMA 方式中，主存与 I/0 设备之间有一条数据通路，主存与 I/0 设备交换信息时，无须调用中断服务程序。并行。

I/0 与主机交换信息的三种控制方式

背

3、I/0 与主机交换信息的三种控制方式

• 程序查询方式：程序查询方式是由 CPU 通过程序不断查询 I/0 设备是否己做好准备，从而控制 I/0 设备与 主机交换信息；
• 程序中断方式：倘若 CPU 在启动 I/0 设备后，不查询设备是否已准 备就绪，继续执行自身程序，只是当 I/0 设备准备就绪并 CPU 发出中断请求后才予以响应，这将大大提高 CPU 的工作效率；
• DMA 方式：DMA 方式中，主存与 I/0 设备之间有一条数据通路，主存与 I/0 设备交换信息时，无须调用中断服务程序。

案例:

机器字长为 64 位，存储容量为 128MB，若按字编址，它的寻址范围是。

由于字长为 64 位 那么 寻址范围是 2的 30 次方/64=2的 24 次方=2的 24 次方=16M

中断向量、向量地址、中断服务程序入口地址

中断向量、中断地址、中断服务程序入口地址、主程序的断点地址等概念。中断接口电路与 CPU 传输向量地址:背

• 中断向量：中断服务程序的入口地址。在某些计算机中，中断向量的位置存放一条跳转到中断服务程序入口地址的跳转指令。
• 中断向量地址：存储中断向量的存储单元地址，中断服务例行程序入口地址的指示器。

CPU 一旦响应了 I/0 中断，就要暂停现行程序，转去执行该设备的中断服务程序。不同的设备有不同的中断服务程序，每个服务程序都有一个入口地址， CPU 必须找到这个入口地址。入口地址的寻找也可用硬件或软件的方法来完成，这里只介绍硬件向量法。所谓硬件向量法，就是通过向量地址来寻找设备的中断服务程序入口地址，而且向量地址是由硬件电路产生的。

什么情况会触发中断请求?

• 硬件事件
• 软件事件
• 异常情况
• 定时任务

第6章 计算机运算方法

计算部件 ALU 的概念。

Arithmetic Logic Unit，算数逻辑单元，用来完成算数逻辑运算。

原码、反码、补码、移码

原码、反码、补码、移码的概念，表示数据表示地址，分别采用哪些形式?定点数和浮点数的表示方法，其表示范围和精度如何决定的。

• 原码：正数符号位为 0，负数符号位为 1；
• 反码：正数与原码相同，负数按位取反；
• 补码：正数与原码相同，负数按位取反后加 1；
• 移码：在原码的基础上加上偏移量。

数据表示：根据数据类型不同，可以使用无符号整数、有符号整数、浮点数、字符、字符串等形式。

地址表示：通常使用无符号整数形式，根据计算机架构不同，可能是32位或64位，某些体系结构下也可能使用段地址。

进制转换、浮点数

二进制十进制 16 进制之间的转换，包括整数分数和小数，

定点与浮点，溢出的判断和处理。

给出字长、容量、寻址范围，的部分条件求其他条件。

将十进制写为浮点数的计算步骤

浮点数由阶码 $j$ 和尾数 $S$ 两部分组成。阶码是整数，阶符和阶码的位数 $m$ 合起来反映浮点 数的表示范围及小数点的实际位置；尾数是小数，其位数 $n$ 反映了浮点数的精度；尾数的符号 $S_f$ 代表浮点数的正负。

1、原码、(变形)补码、反码、移码的基本概念，以及相互转换。包括特殊的[y]补与[-y]补的转换规则。

P228 数的定点表示与浮点表示。

P237 定点加减法运算 与 溢出判断。

原码一位乘法(Booth 算法)移位次数，如n=20,需要移位多少次，计算多少次加法。

浮点数的加减法运算，对阶、规格化、溢出判断(两种方法)

Ppt 的一个例子，给定一个 10 进制数的范围和寄存器的长度，根据条件来判断解码和尾数应该如何来分配，。

2、P269 浮点加减运算。对阶，浮占数的规格化判断

1. 对阶
2. 尾数求和
3. 规格化

第7章 指令系统

一地址–多地址的指令格式。

数据寻址方式

P315 立即寻址、直接寻址、基址寻址、变址寻址，地址形成的原理，效率对比

• 基址寻址：操作数地址由基址寄存器的值和指令中的偏移量相加得到，基址不变，指令字 A 改变，用于为程序或数据分配空间；
• 变址寻址：操作数地址由变址寄存器的值和指令中的基址相加得到，指令字 A 不变，变址值改变，用于处理数组；
• 相对寻址：操作数地址是指令地址 PC 和指令中包含的偏移量相加得到，用于转移类指令。

CPU 的寄存器的分类和特点，哪些是用户可操作，哪些是用户不可操作的。

p302 地址码及其不同形式。

p307 不同类型的操作。

p310 寻址方式 P318 例 7.2.

指令基本结构，cache 访间命中率，

P335 课后练习7.16

第8章 CPU

可见的寄存器、不可见寄存器

用户可见寄存器：背

1. 通用寄存器
2. 数据寄存器
3. 地址寄存器
4. 条件码寄存器
5. PC

控制和状态寄存器：

1. MAR
2. MDR
3. PC
4. IR

1、P339 MAR MDR PC IR

流水线三个相关

2、p348 影响流水线性能的因素。背

1. 结构相关：同一部件
2. 数据相关：数据顺序
3. 控制相关：跳转

进一步提高流水线的技术

3、P356 进一步提高流水线功能的技术。

1. 超标量技术：指在每个时钟周期内可同时并发多条独立指令；
2. 超流水线：是将一些流水线寄存器插入流水线段中，好比将流水线再分段；
3. 超长指令字：是采用多条指令在多个处理部件中并行处理的体 系结构，在一个时钟周期内能流出多条指令。但超标量的指令来自同一标准的指令流。

中断屏蔽字

4、P367 中断源优先级调整 表8.8 根据优先级写屏蔽字

5、P343 指令周期，中断周期在执行周期之后。

第9章 控制单元功能

指令周期的定义

什么是指令周期。背

CPU 取出并执行一条指令所需的全部时间。

取指令的命令，取指周期的相同性

p378 中断周期。

P385 多级时序周期最小单位是时钟周期，之上机器周期 ，之上指令周期。

数据和地址是由什么部件进行区分的?CU

指令周期。

取指周期的全部微操作：背

P383 例题9.2

第10章 控制单元设计

微指令节拍

p396 微操作的节拍安排。每个周期 3 个节拍。

写指令

P398 写指令，例题 10.1.背

微指令的编码方式

p407 微指令的编码方式

1. 直接编码：每一位代表一个微操作命令；
2. 字段直接编码：将微指令的操作控制字段分成若千段，将一组互斥的微操作命令放在一个字段内，通过对这个字段译码，便可对应每一个微命令；
3. 字段间接编码；
4. 混合编码；
5. 其他。

水平、垂直型微指令

水平型微指令、垂直微指令特点，对比。背

• 水平型微指令：一次能定义并执行多个并行操作的微命令；
• 垂直型微指令：采用类似机器指令操作码的方式，在微指令字中，设置微操作码字段，由微操作码规定微指令的功能；

比较：

1. 水平型微指令比垂直型微指令并行操作能力强、效率高、灵活性强；
2. 水平型微指令执行一条机器指令所需的微指令数目少，因此速度比垂直型微指令的速度快；
3. 水平型微指令用较短的微程序结构换取较长的微指令结构，垂直型微指令正相反，它以较长的微程序结构换取较短的微指令结构；
4. 水平型微指令与机器指令差别较大，垂直型微指令与机器指令相似。

微指令格式设计

P411-412 采用字段直接编码控制 计算控制字段位数 例题 105 10.6 计算。

p414 10.2.9 微程序设计举例。

P411 垂直微指令特点。