計算機組成原理復習資料的課件

計算機組成原理

復習資料-1DepartmentofComputerSciencesSunYat-senUniversity1第一章計算機系統(tǒng)概論本章要點:計算機的劃代（器件）、分類（規(guī)?；蚬δ埽┖蛻茫ㄗ烂嬗嬎?、服務器、嵌入式計算）的依據(jù)；IC電路集成技術(shù)的發(fā)展與計算機演變的關(guān)聯(lián)（摩爾定律）計算機系統(tǒng)的組成和實現(xiàn)（硬件、軟件、固件的概念，硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)及其關(guān)聯(lián)）

計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和虛擬機的概念（結(jié)構(gòu)、組成、實現(xiàn)三者的關(guān)聯(lián)；邏輯功能等效性、模擬與仿真等的概念）2本章要點:VonNeumann型計算機的基本原理（存儲程序控制）和特點（按地址訪問并順序執(zhí)行指令、二進制運算……）和組成框圖（以運算器為中心演變成以存儲器為中心）圖的變遷個人電腦（PersonalComputer）普及運算（PervasiveComputing）計算機性能指標：處理機字長、速度（吞吐量、響應時間、主頻、時鐘周期、存取周期、CPU執(zhí)行時間、每條指令周期數(shù)CPI、單位時間內(nèi)的執(zhí)行指令（MIPS、MFLOPS））、存儲器容量以及帶寬（存儲器帶寬、總線帶寬等）3計算機系統(tǒng)組成（硬件部分）計算機系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成。按照傳統(tǒng)劃分，硬件部分主要由運算器、控制器、存儲器、輸入部分和輸出部分組成；軟件部分則由系統(tǒng)軟件和應用軟件兩部分組成?，F(xiàn)代計算機中將運算器和控制器集成在一塊芯片上，稱為中央處理器（CPU），因此，通常認為現(xiàn)代計算機硬件部分由CPU、存儲器和輸入輸出系統(tǒng)構(gòu)成。4馮·諾依曼結(jié)構(gòu)存儲程序計算機的結(jié)構(gòu)基本原理：存儲程序控制基本特點：按地址訪問并順序執(zhí)行5計算機的層次結(jié)構(gòu)用戶級高級語言級匯編語言級系統(tǒng)軟件級

機器級控制級數(shù)字邏輯級

應用軟件

系統(tǒng)軟件

軟硬件界面物理機虛擬機硬件固件硬件直接執(zhí)行Level0(門電路、電子線路)Level1(微程序或硬布線)Level2(指令集結(jié)構(gòu)ISA)Level3(操作系統(tǒng)、庫代碼)Level4(匯編語言代碼)Level5(C++，Java，等)Level6(可執(zhí)行程序)6軟件與硬件的邏輯功能等價性隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和軟件硬化的趨勢，計算機系統(tǒng)軟、硬件界限已經(jīng)變得模糊了任何操作可以由軟件來實現(xiàn)，也可以由硬件來實現(xiàn)；任何指令的執(zhí)行可以由硬件完成，也可以由軟件來完成對于某一功能采用硬件方案還是軟件方案，取決于器件價格、速度、可靠性、存儲容量、變更周期等軟件的特點

易于實現(xiàn)各種邏輯和運算功能，但是常受到速度指標和軟件容量的制約；硬件的特點

可以高速實現(xiàn)邏輯和運算功能，但是難以實現(xiàn)復雜功能或計算，受到控制復雜性指標的制約。7系列機:由同一廠家生產(chǎn)的具有相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但具有不同組成和實現(xiàn)的一系列不同型號的機器。較好地解決軟件開發(fā)要求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定與器件、硬件技術(shù)迅速發(fā)展的矛盾。軟件的可移植性：一個軟件可以不經(jīng)修改或者只需少量修改就可以由一臺計算機移植到另一臺計算機上正確地運行。差別只是執(zhí)行時間的不同。我們稱這兩臺計算機是軟件兼容的。向上（下）兼容：按某檔機器編制的程序，不加修改就能運行于比它高（低）檔的機器。向前（后）兼容：按某個時期投入市場的某種型號機器編制的程序，不加修改地就能運行于在它之前（后）投入市場的機器。向后兼容是系列機的根本特征。8練習與思考題1.計算機中有兩股信息在流動，它們分別是

和

。2.在計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)中，位于硬件之外的所有層次統(tǒng)稱為

。3.在多級層次結(jié)構(gòu)中，實際機器的向上延伸構(gòu)成了各級虛擬機器，為什么？4.計算機硬件和軟件在

是等效的，在

上是不同的。

5.計算機系統(tǒng)是一個由

和

組成的多級層次結(jié)構(gòu)。6.虛擬機的實現(xiàn)有模擬和仿真兩種方法。實現(xiàn)的方式有何不同？7.

同一軟件在不同的計算機上運行并得到相同的結(jié)果，這種特性稱為（）8.

高檔機必須能兼容低檔機的程序運行稱為（

）。9.

基于

原理的VonNeumann型計算機工作方式的基本特點是

。10.計算機存儲器的讀寫時間的量級為（）。9第二章運算方法和運算器本章要點:數(shù)制：進位計數(shù)制、數(shù)的轉(zhuǎn)換、機器數(shù)碼制：機器數(shù)的編碼方法、字符編碼機器數(shù)的加法和減法運算溢出判斷和先行進位定點加法器的設計和實現(xiàn)算邏運算單元（ALU）的設計和實現(xiàn)10本章要點機器數(shù)的乘法和除法運算陣列運算和實現(xiàn)浮點運算方法和浮點運算器CRC編碼和海明編碼（可選）11容易混淆的概念機器數(shù)（原碼、反碼、補碼、移碼）、機器零、真值傳統(tǒng)浮點數(shù)的表示方法和規(guī)格化數(shù)向左規(guī)格化和向右規(guī)格化的作用；移位的概念和實現(xiàn)溢出及其判斷方法（單符號位、變形補碼）EEE754標準；區(qū)位碼與漢字內(nèi)碼的轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)的機器數(shù)的四則運算浮點數(shù)運算的方法步驟提高乘法和除法運算速度的方法--陣列運算ALU的設計與實現(xiàn)（加減控制、溢出判斷、先行進位算術(shù)運算和邏輯運算）定點運算器和浮點運算器組成框圖1232位單精度浮點數(shù)Ｅ：含階符的階碼，8位階碼采用移碼方式來表示正負指數(shù)Ｓ：1位符號位0表示正數(shù)1表示負數(shù)Ｍ：尾數(shù)，23位小數(shù)表示，小數(shù)點放在尾數(shù)域最前面IEEE754標準1364位雙精度浮點數(shù)Ｅ：含階符的階碼，11位Ｓ：1位符號位Ｍ：尾數(shù)，52位小數(shù)IEEE754標準14規(guī)格化表示原則尾數(shù)最高有效位為1，隱藏，并且隱藏在小數(shù)點的左邊（即：1≤M＜2）32位單精度浮點數(shù)規(guī)格化表示 ｘ＝(-1)s×(1.Ｍ)×2E-127 e＝Ｅ－127（Ｅ＝e＋127）64位雙精度浮點數(shù)規(guī)格化表示 ｘ＝(-1)s×(1.Ｍ)×2E-1023 e＝Ｅ－1023（Ｅ＝e＋1023）指數(shù)真值e用偏移碼形式表示為階碼ＥIEEE754標準15④X＝(-1)s×1.M×2e

＝＋(1.011011)×23

＝＋＝(11.375)10②指數(shù)e＝階碼－127＝10000010－01111111

＝00000011=(3)10③包括隱藏位1的尾數(shù)1.M＝例1：浮點機器數(shù)(41360000)16，求真值①十六進制數(shù)展開成二進制數(shù)01000001001101100000000000000000S階碼E(8位)尾數(shù)M(23位)16例2：真值，求32位單精度浮點數(shù)①分別將整數(shù)和分數(shù)部分轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)＝②移動小數(shù)點，使其在第1、2位之間＝1.010010011×24e＝4S＝0E＝4+127＝131＝10000011M＝010010011③得到32位浮點數(shù)的二進制存儲格式為：0

1000001101001001100000000000000＝(41A4C000)161718真值0的機器數(shù)（機器零）階碼E＝0，尾數(shù)M＝0正0：S＝0，負0：S＝1非規(guī)格化浮點數(shù)：階碼E＝0，尾數(shù)M≠0規(guī)格化浮點數(shù)：