計(jì)算機(jī)組成原理復(fù)習(xí)提綱

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

2、邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算的功能：邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算3補(bǔ)碼特點(diǎn)補(bǔ)碼特點(diǎn)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(diǎn)小數(shù)：定點(diǎn)小數(shù)：-1X1定點(diǎn)整數(shù)定點(diǎn)整數(shù): -2nX2n （若（若n=3，則，則-8X8）l加減運(yùn)算規(guī)則加減運(yùn)算規(guī)則XY補(bǔ)補(bǔ)X補(bǔ)補(bǔ) Y補(bǔ)補(bǔ) (mod 2)只要結(jié)果不溢出，可將補(bǔ)碼符號(hào)位與數(shù)值位一起參與運(yùn)算。只要結(jié)果不溢出，可將補(bǔ)碼符號(hào)位與數(shù)值位一起參與運(yùn)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(jìn)位標(biāo)志）。（進(jìn)位標(biāo)志）。 l解解: 補(bǔ)補(bǔ)0 1101，補(bǔ)補(bǔ)0 0

3、110，補(bǔ)補(bǔ)1 1010補(bǔ)補(bǔ) 補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ) 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(wú)溢出。，即結(jié)果無(wú)溢出。Z=0,V=0,C=1第第4章章 內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展方法存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)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(chǔ)器的特點(diǎn)分段式存儲(chǔ)器的特點(diǎn)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(jìn)可調(diào)進(jìn)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(xiě)入存塊寫(xiě)入Cache時(shí)，同時(shí)時(shí)，同時(shí)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(diǎn)：特點(diǎn)：沖突概率小，沖突概率小，Cache的利用高。的利用高。 比較器難實(shí)現(xiàn)，需要一個(gè)比較器難實(shí)現(xiàn)，需要一個(gè)訪問(wèn)速度很快代價(jià)高的相聯(lián)存儲(chǔ)器訪問(wèn)速度很快代價(jià)高的相聯(lián)存儲(chǔ)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(hào)行號(hào) 標(biāo)記標(biāo)記 tagCAM主存主存塊號(hào)塊號(hào)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(hào)行，主存塊號(hào) 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(hào)就可定位主存塊號(hào)j。主存標(biāo)記主存標(biāo)記tCache行號(hào)行號(hào)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(diǎn)：特點(diǎn)：硬件簡(jiǎn)單硬件簡(jiǎn)單,成本低。如果塊號(hào)相距成本低。如果塊號(hào)相距m整數(shù)倍的兩個(gè)

6、塊存于同一整數(shù)倍的兩個(gè)塊存于同一cache，會(huì)發(fā)生沖突?？赡苄枰l繁置換數(shù)據(jù)。，會(huì)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(hào)位行號(hào)2位塊內(nèi)地址位塊內(nèi)地址行號(hào)行號(hào) 標(biāo)記標(biāo)記 tagCAM主存主存塊號(hào)塊號(hào)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(diǎn)：特點(diǎn)：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(hào)組號(hào)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(hào)位組號(hào)2位

8、塊內(nèi)地址位塊內(nèi)地址組號(hào)組號(hào) 標(biāo)記標(biāo)記 tagCAM主存主存塊號(hào)塊號(hào)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(kuò)展指令格式、操作碼的擴(kuò)展P201P201，例，例5.15.1指令的格式、助記符、機(jī)器碼的關(guān)系指令的格式、助記符、機(jī)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(diǎn)指令系統(tǒng)的特點(diǎn)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(jiǎn)稱指令）指令字（簡(jiǎn)稱指令）表示一條指令的機(jī)器字。表示一條指令的機(jī)器字。l指令格式指令格式指令字

9、用二進(jìn)制代碼表示的結(jié)構(gòu)形式指令字用二進(jìn)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(kuò)展舉例操作碼擴(kuò)展舉例第6/7章 中央處理機(jī)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(diǎn)控制器的兩種類型和特點(diǎn)流水段時(shí)間的設(shè)置流水段時(shí)間的設(shè)置P288P288流水線的冒險(xiǎn)以及數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)的分析流水線的冒險(xiǎn)以及數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)的分析P296P296非常簡(jiǎn)單非

11、常簡(jiǎn)單CPUCPU的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)( (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(chǔ)器的容量微指令的格式和控制存儲(chǔ)器的容量18機(jī)器指令與微指令的關(guān)系機(jī)器指令與微指令的關(guān)系l一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序，一個(gè)微程序由若干條微指一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序，一個(gè)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(duì)從指令與微指令，程序與微程序，地址與微地址的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)看，應(yīng)關(guān)系來(lái)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(chǔ)器有關(guān)后者與控制存儲(chǔ)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(cè)試標(biāo)志；為判別測(cè)試標(biāo)志；若為

12、若為00，則順序?qū)ぶ肺⒅噶?；，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(shí)，直接地址即為下一條微指令地址；順序?qū)ぶ窌r(shí)，直接地址即為下一條微指令地址；跳躍尋址時(shí)，則要對(duì)直接地址修改，得到下條微指令地址；跳躍尋址時(shí)，則要對(duì)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(jì)算機(jī)采用微程序控制方式，其控存容量為已知某計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可位，微程序可以在控存中實(shí)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(gè)，采用直接編碼方式，個(gè)

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(zhǎng)微指令字長(zhǎng)32位，格式如下，請(qǐng)說(shuō)明微指令中位，格式如下，請(qǐng)說(shuō)明微指令中3個(gè)字段分別個(gè)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(gè)，則每個(gè)控存單元地址位為個(gè)，則每個(gè)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(gè)，且按照直接控制編碼，則測(cè)試個(gè)，且按照直接控制編碼，則測(cè)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(cè)試字段測(cè)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(chǔ)器總路線通常是專用總線、主板上的處理器總線和存儲(chǔ)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(gè)總線周期中并行傳送某總線在一個(gè)總線周期中并行傳送4個(gè)字節(jié)的數(shù)個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個(gè)總線周期等于據(jù)，假設(shè)一個(gè)總線周期等于4個(gè)總線時(shí)鐘周期，總個(gè)總線時(shí)鐘周期，總線時(shí)鐘頻率為線時(shí)鐘頻率為33MHz，則總線帶寬是多少，則總線帶寬是多少? l 一個(gè)總線周期一個(gè)總線周期 T =4/f=4/(33106)l 一個(gè)總線周期的傳送的數(shù)據(jù)量一個(gè)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(gè)總線周期中并行傳送如果一個(gè)總線周期中并行傳送64位數(shù)據(jù)，總線時(shí)鐘頻率