計算機組成原理復(fù)習(xí)提綱

1、第第1章章 計算機系統(tǒng)概論計算機系統(tǒng)概論馮。諾依曼計算機的特點馮。諾依曼計算機的特點P3CPI以及與執(zhí)行時間的關(guān)系以及與執(zhí)行時間的關(guān)系P17CPI：執(zhí)行一條指令所需的平均時鐘周期數(shù)；：執(zhí)行一條指令所需的平均時鐘周期數(shù)；MIPS：每秒百萬指令數(shù)，即單位時間內(nèi)執(zhí)行的指令數(shù)；：每秒百萬指令數(shù)，即單位時間內(nèi)執(zhí)行的指令數(shù)；第第2/3章章 運算方法和運算運算方法和運算器器 補碼的特點：補碼的特點：P34例例2.14 IEEE 754浮點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)浮點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)P41 C語言中的數(shù)據(jù)類型語言中的數(shù)據(jù)類型P37 掌握定點數(shù)的補碼加減法和溢出判斷掌握定點數(shù)的補碼加減法和溢出判斷P86、87； 運算器運算器ALU的功能：

2、邏輯運算和算術(shù)運算的功能：邏輯運算和算術(shù)運算3補碼特點補碼特點l0有唯一的表示法有唯一的表示法l數(shù)據(jù)表示范圍數(shù)據(jù)表示范圍定點小數(shù)：定點小數(shù)：-1X1定點整數(shù)定點整數(shù): -2nX2n （若（若n=3，則，則-8X8）l加減運算規(guī)則加減運算規(guī)則XY補補X補補 Y補補 (mod 2)只要結(jié)果不溢出，可將補碼符號位與數(shù)值位一起參與運算。只要結(jié)果不溢出，可將補碼符號位與數(shù)值位一起參與運算。4例例2：x1101，0110，求。判斷是否溢出，求。判斷是否溢出，并并給出相應(yīng)的給出相應(yīng)的Z（零標(biāo)志）、（零標(biāo)志）、V（溢出標(biāo)志）和（溢出標(biāo)志）和C（進位標(biāo)志）。（進位標(biāo)志）。 l解解: 補補0 1101，補補0 0

3、110，補補1 1010補補 補補補補 0 1101 1 1010 10 0111 0 011101110 1101) 1 10101 0 0111Cn=Cn-1=1；V=1 1=0，即結(jié)果無溢出。，即結(jié)果無溢出。Z=0,V=0,C=1第第4章章 內(nèi)部存儲器內(nèi)部存儲器存儲器容量的擴展方法存儲器容量的擴展方法P143/P73P143/P73（白）（白）Cache-Cache-主存地址映射方法，組相聯(lián)映射主存地址映射方法，組相聯(lián)映射P157P157分段式存儲器的特點分段式存儲器的特點P181P181、182 182 2022年4月15日星期五67.主存與主存與cache的地址映射的地址映射 l地址

4、映射的方式地址映射的方式全相聯(lián)映射、直接映射、組相聯(lián)映射全相聯(lián)映射、直接映射、組相聯(lián)映射7主存中的任意字主存中的任意字塊塊可調(diào)進可調(diào)進cache的任一的任一行行中；中；1、全相聯(lián)映射、全相聯(lián)映射主存塊地址主存塊地址塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址s位位w位位在在主主存塊寫入存塊寫入Cache時，同時時，同時將將塊地址塊地址存于存于cache行的標(biāo)記部分中行的標(biāo)記部分中；特點：特點：沖突概率小，沖突概率小，Cache的利用高。的利用高。 比較器難實現(xiàn)，需要一個比較器難實現(xiàn)，需要一個訪問速度很快代價高的相聯(lián)存儲器訪問速度很快代價高的相聯(lián)存儲器 。適用于小容量的適用于小容量的Cache001621035647859

5、06171301561277位標(biāo)記位位標(biāo)記位2位塊內(nèi)地址位塊內(nèi)地址行號行號 標(biāo)記標(biāo)記 tagCAM主存主存塊號塊號主存地址格式：主存地址格式：92、直接映射、直接映射主存中的每一塊數(shù)據(jù)只能調(diào)入主存中的每一塊數(shù)據(jù)只能調(diào)入Cache的特定行的特定行中；設(shè)中；設(shè)Cache有有m行，主存塊號行，主存塊號 j = t * m + i, 只能調(diào)入只能調(diào)入cache的第的第i行中。只需記錄行中。只需記錄商商t就可定位主存塊號就可定位主存塊號j。主存標(biāo)記主存標(biāo)記tCache行號行號i塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址s位位w位位s-r位位r位位特點：特點：硬件簡單硬件簡單,成本低。如果塊號相距成本低。如果塊號相距m整數(shù)倍的兩個

6、塊存于同一整數(shù)倍的兩個塊存于同一cache，會發(fā)生沖突。可能需要頻繁置換數(shù)據(jù)。，會發(fā)生沖突?？赡苄枰l繁置換數(shù)據(jù)。適合大容量適合大容量Cache 00(0)10(0)21 (10)3456715(127)0110181274位標(biāo)記位位標(biāo)記位3位行號位行號2位塊內(nèi)地址位塊內(nèi)地址行號行號 標(biāo)記標(biāo)記 tagCAM主存主存塊號塊號主存地址格式：主存地址格式：11l組相聯(lián)映射是直接映射和全相聯(lián)映射的一種折中方案。組相聯(lián)映射是直接映射和全相聯(lián)映射的一種折中方案。將將Cache中的行等分為若干組，主存中的每一塊只能映射到中的行等分為若干組，主存中的每一塊只能映射到Cache的特定組中，但是可調(diào)入到該組的任一

7、行中；的特定組中，但是可調(diào)入到該組的任一行中；組間為直接映射，組內(nèi)為全相聯(lián)映射組間為直接映射，組內(nèi)為全相聯(lián)映射。lCache一組包含一組包含v行，稱為行，稱為v路組相聯(lián)映射路組相聯(lián)映射。3、組相聯(lián)映射、組相聯(lián)映射12l組數(shù)組數(shù) l主存地址格式主存地址格式l特點：特點：靈活性：比直接映射靈活（主存可映射到組內(nèi)任一塊）；靈活性：比直接映射靈活（主存可映射到組內(nèi)任一塊）；快速性：比全相聯(lián)比較次數(shù)少，只需組內(nèi)全部比較；快速性：比全相聯(lián)比較次數(shù)少，只需組內(nèi)全部比較；主存標(biāo)記主存標(biāo)記Cache組號組號塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址2ru s-r位位r位位w位位s位位0110181274位標(biāo)記位位標(biāo)記位3位組號位組號2位

8、塊內(nèi)地址位塊內(nèi)地址組號組號 標(biāo)記標(biāo)記 tagCAM主存主存塊號塊號主存地址格式：主存地址格式：001121(10)2(18)3456715(127)第第5章章 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)指令格式、操作碼的擴展指令格式、操作碼的擴展P201P201，例，例5.15.1指令的格式、助記符、機器碼的關(guān)系指令的格式、助記符、機器碼的關(guān)系PCPC的位數(shù)和什么相同的位數(shù)和什么相同RISCRISC指令系統(tǒng)的特點指令系統(tǒng)的特點P204/P121(P204/P121(白中英白中英) )15指令的一般格式指令的一般格式l指令字（簡稱指令）指令字（簡稱指令）表示一條指令的機器字。表示一條指令的機器字。l指令格式指令格式指令字

9、用二進制代碼表示的結(jié)構(gòu)形式指令字用二進制代碼表示的結(jié)構(gòu)形式，由操作碼字段和地址碼字，由操作碼字段和地址碼字段組成。段組成。操作碼字段：表征指令的操作特性與功能；操作碼字段：表征指令的操作特性與功能；地址碼字段：通常指定參與操作的操作數(shù)的地址。地址碼字段：通常指定參與操作的操作數(shù)的地址。操作碼字段操作碼字段OP地址碼字段地址碼字段A16 0000 A1 A2 A3 . 1110 A1 A2 A3 1111 0000 A1 A2 . 1111 1110 A1 A2 1111 1111 0000 A1 . 1111 1111 1110 A1 1111 1111 1111 0000 . 1111 11

10、11 1111 1111 15條三地址指令條三地址指令 15條二地址指令條二地址指令 15條一地址指令條一地址指令 16條零地址指令條零地址指令此指令系統(tǒng)共具有此指令系統(tǒng)共具有61條指令條指令4 位操作碼位操作碼8 位操作碼位操作碼12 位操作碼位操作碼16 位操作碼位操作碼操作碼擴展舉例操作碼擴展舉例第6/7章 中央處理機PSWRPSWR程序狀態(tài)字寄存器程序狀態(tài)字寄存器指令和微指令的關(guān)系指令和微指令的關(guān)系CPUCPU控制器的兩種類型和特點控制器的兩種類型和特點流水段時間的設(shè)置流水段時間的設(shè)置P288P288流水線的冒險以及數(shù)據(jù)冒險的分析流水線的冒險以及數(shù)據(jù)冒險的分析P296P296非常簡單非

11、常簡單CPUCPU的設(shè)計的設(shè)計( (卡帕里第六章習(xí)題卡帕里第六章習(xí)題1 1、2)2)微指令的格式和控制存儲器的容量微指令的格式和控制存儲器的容量18機器指令與微指令的關(guān)系機器指令與微指令的關(guān)系l一條機器指令對應(yīng)一個微程序，一個微程序由若干條微指一條機器指令對應(yīng)一個微程序，一個微程序由若干條微指令序列組成的；令序列組成的；l從指令與微指令，程序與微程序，地址與微地址的一一對從指令與微指令，程序與微程序，地址與微地址的一一對應(yīng)關(guān)系來看，應(yīng)關(guān)系來看，前者與內(nèi)存有關(guān)前者與內(nèi)存有關(guān)，后者與控制存儲器有關(guān)后者與控制存儲器有關(guān)。19l順序控制部分的順序控制部分的P1、P2為判別測試標(biāo)志；為判別測試標(biāo)志；若為

12、若為00，則順序?qū)ぶ肺⒅噶睿?，則順序?qū)ぶ肺⒅噶?；若為若?1、10，則跳躍尋址微指令。，則跳躍尋址微指令。l直接地址直接地址2023位位順序?qū)ぶ窌r，直接地址即為下一條微指令地址；順序?qū)ぶ窌r，直接地址即為下一條微指令地址；跳躍尋址時，則要對直接地址修改，得到下條微指令地址；跳躍尋址時，則要對直接地址修改，得到下條微指令地址；微指令基本格式微指令基本格式20 例例.已知某計算機采用微程序控制方式，其控存容量為已知某計算機采用微程序控制方式，其控存容量為51232位，微程序可以在控存中實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可位，微程序可以在控存中實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可控制微程序轉(zhuǎn)移的條件有控制微程序轉(zhuǎn)移的條件有6個，采用直接編碼方式，個

13、，采用直接編碼方式，后繼微指令地址采用多路轉(zhuǎn)移方式。后繼微指令地址采用多路轉(zhuǎn)移方式。l 微指令字長微指令字長32位，格式如下，請說明微指令中位，格式如下，請說明微指令中3個字段分別個字段分別應(yīng)為多少位。應(yīng)為多少位。 由控存單元數(shù)可知共由控存單元數(shù)可知共512個，則每個控存單元地址位為個，則每個控存單元地址位為9位，則位，則微指令中的后繼微指令地址位數(shù)為微指令中的后繼微指令地址位數(shù)為9位；位； 可控制微程序轉(zhuǎn)移的條件為可控制微程序轉(zhuǎn)移的條件為6個，且按照直接控制編碼，則測試個，且按照直接控制編碼，則測試條件位數(shù)為條件位數(shù)為6位；位； 剩下的為操作控制字段可用位數(shù)剩下的為操作控制字段可用位數(shù)329

14、617位；位；微操作編碼微操作編碼測試字段測試字段下址下址第6章 總線系統(tǒng)總線帶寬（數(shù)據(jù)傳輸率）總線帶寬（數(shù)據(jù)傳輸率）P333/P185(P333/P185(白白) )2、有關(guān)總線標(biāo)準(zhǔn)的正確描述、有關(guān)總線標(biāo)準(zhǔn)的正確描述P344：A、引入總線標(biāo)準(zhǔn)便于設(shè)備互換和新設(shè)備的添加、引入總線標(biāo)準(zhǔn)便于設(shè)備互換和新設(shè)備的添加B、主板上的處理器總線和存儲器總路線通常是專用總線、主板上的處理器總線和存儲器總路線通常是專用總線C、I/O總線通常是標(biāo)準(zhǔn)總線，所以總線通常是標(biāo)準(zhǔn)總線，所以PCI總線是標(biāo)準(zhǔn)總線總線是標(biāo)準(zhǔn)總線22(1)某總線在一個總線周期中并行傳送某總線在一個總線周期中并行傳送4個字節(jié)的數(shù)個字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個總線周期等于據(jù)，假設(shè)一個總線周期等于4個總線時鐘周期，總個總線時鐘周期，總線時鐘頻率為線時鐘頻率為33MHz，則總線帶寬是多少，則總線帶寬是多少? l 一個總線周期一個總線周期 T =4/f=4/(33106)l 一個總線周期的傳送的數(shù)據(jù)量一個總線周期的傳送的數(shù)據(jù)量 D =4Bl 總線帶寬總線帶寬Dr = D/T = D1/T = Df/4 = 4B33106/4s=33MB/s(2)如果一個總線周期中并行傳送如果一個總線周期中并行傳送64位數(shù)據(jù)，總線時鐘頻率