計算機組成原理(第一章至第六章復(fù)習(xí)用)

計算機系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)串講教案一、課程考試的內(nèi)容及基本要求

主要包括計算機系統(tǒng)概論、計算機的邏輯部件、運算方法和運算部件、主存儲器、指令系統(tǒng)、中央處理部件等（見教材的第一章至第六章）。計算機系統(tǒng)概論第一章本章回顧了計算機的發(fā)展歷史，描述了計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、計算機的性能指標、分類和應(yīng)用，并重點討論計算機的組成和工作原理，希望在同學(xué)們頭腦中初步建立一個整機的概念。1.了解計算機的語言主要有機器語言、匯編語言和高級語言三種2.掌握計算機由運算器、控制器、存貯器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五大功能部件組成，掌握各功能部件的功能3.掌握計算機系統(tǒng)有機器語言（硬件或微程序）、操作系統(tǒng)、匯編語言或中間語言、高級語言等多級層次結(jié)構(gòu)4.掌握馮·諾依曼思想的基本特點（見教材P6）5.了解計算機的發(fā)展歷史（分為四代，見教材P7）和各類計算機的特點（見教材P8）

6.了解計算機的主要應(yīng)用領(lǐng)域（見教材P12）運算方法和運算部件第三章本章主要討論數(shù)據(jù)在計算機中的表示方法、運算方法、運算部件的實現(xiàn)和數(shù)據(jù)的校驗等問題。1.掌握數(shù)制表示和不同數(shù)制間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（二、八、十、十六進制的表示及相互轉(zhuǎn)換）。2.了解十進制數(shù)的編碼，了數(shù)字串的表示和存儲。3.了解ASCII編碼、漢字編碼4.掌握定點小數(shù)和整數(shù)的表示，以及原碼、反碼、補碼的表示原碼、反碼、補碼的數(shù)據(jù)表示范圍，它們所能表示的最大數(shù)、最小數(shù)、數(shù)據(jù)0。5.掌握補碼定點加減法運算和溢出的判斷方法任意給定兩個定點數(shù)，能用補碼加減法求其和、差、并判溢出與否。溢出判斷的三種方法方法及相應(yīng)邏輯式。6.掌握并行全加器及其進位鏈結(jié)構(gòu)串行進位與并行進位的區(qū)別、并行進位的邏輯式。7.掌握浮點數(shù)的表示，了解階碼的位數(shù)和尾數(shù)的位數(shù)對浮點數(shù)的表示有何影響數(shù)的浮點表示、規(guī)格化尾數(shù)、移碼的表示、浮點數(shù)的表示范圍。8.掌握原碼一位乘、補碼一位乘的算法及具體運算，了解定點二位乘的算法，了解陣列乘法器結(jié)構(gòu)及工作原理9.掌握原碼一位除法（加減交替除法）的算法及具體運算，了解補碼一位除法的算法，了解陣列除法器結(jié)構(gòu)及工作原理10.掌握浮點數(shù)的加減法運算，了解浮點數(shù)的乘除法運算11.了解定點運算部件和浮點運算部件的組成定點運算部件由ALU、寄存器組、移位電路、計數(shù)器、門電路組成。浮點運算部件由階碼運算部件和尾數(shù)運算部件組成。12.掌握常見的數(shù)據(jù)校驗碼奇偶校驗、海明校驗、循環(huán)冗余校驗碼。主

存

儲

器第四章本章將著重介紹主存貯器的各種存貯元件存貯信息的基本原理和主存貯器的結(jié)構(gòu)特點。1.了解主存在全機中的中心地位主存的速度和容量對整機有很大的影響。2.了解主存的分類及各類存儲器的特點RAM、ROM、PROM、EPROM、E2PROM、Flashmemory。3.了解主存容量、存儲器存取時間和存儲周期等主要技術(shù)指標4.了解主存與CPU的連接，CPU對主存的讀/寫過程5.掌握SRAM和DRAM存儲信息的原理、各自的特點SRAM靠雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存儲二進制信息，速度快、功耗大、集成度低。DRAM利用MOS晶體管極電容(或MOS電容)上充積的電荷來存貯信息的，集成度高，功耗小，速度較低，需要刷新。6.了解ROM、PROM、EPROM、E2PROM、FlashMemory工作原理和各自的特點7.掌握存儲系統(tǒng)的擴展方法、主存貯器與CPU的連接位擴展、字擴展、字位全擴展。地址線、數(shù)據(jù)線、控制線的連接。8.了解DRAM的常見刷新方式刷新是動態(tài)存貯器區(qū)別于靜態(tài)存貯器的明顯標志。集中式刷新、分散式刷新、異步式刷新的優(yōu)缺點。9.了解多體交叉存儲器的工作原理它是解決主存與CPU速度差別的另一種有效方法。

指

令

系

統(tǒng)第五章指令：指示計算機執(zhí)行某種操作的命令。

指令系統(tǒng)：一臺計算機能執(zhí)行的全部指令的集合。

1.了解指令系統(tǒng)的發(fā)展2.掌握指令的基本格式及各個部分的功能操作碼地址碼3.了解各類數(shù)據(jù)在存儲器中的存放方法有邏輯數(shù)、定點數(shù)、浮點數(shù)、十進制數(shù)、字符串、數(shù)組等。4.掌握基本的尋址方式，掌握形式地址和有效地址的概念及計算立即尋址、直接尋址、寄存器直接尋址、間接尋址(間址)、寄存器間址、變址尋址、基址尋址、自相對尋址、堆棧尋址等。5.了解常見的指令類型算術(shù)邏輯運算指令、移位操作指令、浮點運算指令、十進制運算指令、字符串處理指令、數(shù)據(jù)傳送指令、轉(zhuǎn)移類指令、堆棧操作指令、輸入輸出（I/O）指令、特權(quán)指令、向量指令、多處理機指令、控制指令等。6.了解指令系統(tǒng)兼容性的概念硬件實現(xiàn)方法可以不同，指令系統(tǒng)可以有較大的擴充，但仍保留原來的全部指令，保持軟件向上兼容的特點。7.了解RISC和CISC的定義，各自的特點指令系統(tǒng)很復(fù)雜，指令條數(shù)很多的計算機為CISC。精簡指令系統(tǒng)使機器結(jié)構(gòu)更加簡單合理，提高運行速度的計算機為RISC。其特點見教材P148。中央處理部件（CPU）第六章微處理器將運算器和控制器集成在一個芯片上，稱之為中央處理部件（CPU）。本章主要論述了CPU的組成原理，各個硬件在計算機運行過程中的作用；介紹了CPU中各個部件的操作過程及其實現(xiàn)方法的原理。重點講述了程序是如何執(zhí)行的；計算機怎樣實現(xiàn)各條指令的功能；又如何保證逐條指令的連續(xù)執(zhí)行過程。

1.了解Intel80386微機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.掌握控制器的組成、功能和指令的執(zhí)行過程控制器的組成：程序計數(shù)器（PC）、指令寄存器（IR）、指令譯碼器或操作碼譯碼器、脈沖源及啟停線路、時序控制信號形成部件?？刂破鞯墓δ馨ǎ喝≈噶?、分析指令、執(zhí)行指令、控制程序和數(shù)據(jù)的輸入與結(jié)果的輸出、對異常情況和某些請示的處理。指令的執(zhí)行過程中需要發(fā)出哪些控制信號。3.了解微程序控制的基本概念、基本原理，了解微程序控制器的組成基本概念：微命令、微操作、微指令、微地址、微周期、微程序、控制存貯器CS?；驹恚寒斨噶钊∪隝R后，根據(jù)操作碼進行譯碼，得到指令的第一條微指令的地址，按此地址從控制存儲器中取得第一條微指令。由微指令的控制字段產(chǎn)生控制信號，控制相應(yīng)操作；由微指令的下址字段確定下一條微指令的地址，從控制存儲器中取得下一條微指令，并執(zhí)行之。……4.了解指令周期、機器周期、節(jié)拍的概念指令周期是完成一條指令所需的時間，包括取指令、分析指令及執(zhí)行指令所需的全部時間。機器周期是指同步控制中，被確定為全部指令執(zhí)行過程中的歸一化基準時間，通常等于取指時間(或訪存時間)。時鐘周期是時鐘頻率的倒數(shù)，也可稱為節(jié)拍，它是處理操作的最基本單位。5.掌握常見的微指令編碼法，了解產(chǎn)生后繼微指令地址的常用方法，了解微指令格式微指令編碼法有：直接控制法、最短字長編碼法、字段直接編碼法、字段間接編碼法、常數(shù)源字段E。產(chǎn)生后繼微指令地址的方法：以增量方式產(chǎn)生后繼微地址、增量與下址字段結(jié)合產(chǎn)生后繼微地址、多路轉(zhuǎn)移方式、微中斷方式。

微指令格式：水平型指令、垂直型微指令、混合型微指令。6.了解組合邏輯控制器實現(xiàn)的方法以及微程序控制器的設(shè)計原理硬布線控制又稱組合邏輯控制，它是通過邏輯電路直接連線產(chǎn)生控制計算機各部分操作所需的控制信號的。7.了解控制器的控制方式

同步控制方式、異步控制方式、聯(lián)合控制方式、人工控制方式。1．填空題（20%左右）例題：若十進制數(shù)為123.625，則其十六進制數(shù)為（7B.A

）。2．選擇題（10%左右）例題：在計算機系統(tǒng)中，表征系統(tǒng)運行狀態(tài)的部件是（

D

）。A、程序計數(shù)器B、累加寄存器

C、中斷計數(shù)器D、程序狀態(tài)寄存器二、試題類型及比例3．簡答題（30%左右）例題：馮·諾依曼思想的基本點有哪些？答：(1)計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成。(2)采用存儲程序的方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一個存儲器中，指令和數(shù)據(jù)一樣可以送到運算器運算，即由指令組成的程序是可以修改的。(3)數(shù)據(jù)以二進制碼表示。(4)指令由操作碼和地址碼組成。(5)指令在存儲器中按執(zhí)行順序存放，由指令計數(shù)器（即程序計數(shù)器PC）指明要執(zhí)行的指令所在的單元地址，一般按順序遞增，但可按運算結(jié)果或外界條件而改變。(6)機器以運算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲器間的數(shù)據(jù)傳送都通過運算器。4．計算題（30%左右）例題：已知x＝－0.1001，y＝0.1010，用補碼一位乘求x×y＝？寫出運算過程與結(jié)果。解：[X]補=11.0111，[–X]補=00.1001，[Y]補=0.1010運算過程見下頁。[x×y]補=11.10100110∴x×y＝0.01011010

+00.0000+00.10010001100110+[–X]補+[X]補+[–X]補+[X]補+000.000000.000000.000000.100100.0100+11.011111.101111.1101+00.100100.011000.0011+11.011111.10100.1010000.1010100.1011100.1001100.1部分積乘數(shù)(Yn+1)操作判斷位Yn+1Yn5.設(shè)計題（10%左右）例題：用1K×4/片的存儲芯片構(gòu)成一個4KB的存儲器，地址總線A15～A0（低），數(shù)據(jù)總線D7～D0，/WE控制讀寫，畫出芯片級邏輯圖，注明各信號線，寫出片選邏輯式。解：

片選信