计算机组成与体系结构知识点分析.pptx

本资料来源 第一章 计算机系统概述 ★计算机硬件组成：五大部分，运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 ★计算机系统的层次结构：计算机是十分复杂的软、硬件组合而成的系统。从功能上可划分为多级层次结构，该层次结构目前有7层：应用层、高级语言层、汇编语言层、操作系统层、指令系统层、微体系结构层、数字逻辑层。 ★软件与硬件的逻辑等价性。第二章 数字电路基础和计算机中的逻辑部件 ★组合逻辑电路的设计 组合逻辑电路的设计过程可分为以下4步： ①根据设计的逻辑电路要求写出真值表。 ②根据真值表写出逻辑表达式。 ③化简或优化逻辑表达式。 ④选用相应的逻辑门实现逻辑电路。 例：举重比赛有三个裁判，一个是主裁判A，两个是副裁判B和C。杠铃完全举上的裁决由每个裁判按一下自己前面的按钮来决定。只有两个以上裁判（其中必须有主裁判）判明成功时，表示成功的灯才亮。试设计此逻辑电路。 第三章 数据表示、数据运算算法和逻辑电路实现 ★定点数的机器码表示及补码加减运算 P97 10 例：写出下面两组数的原码、反码和补码，并用变形补码（双符号位补码）计算每组数的和、差，并说明运算结果是否溢出。 ①X＝0.1101，Y＝-0.0111 ②XY＝第四章 计算机中的运算部件 ★运算部件的主要功能是对数据进行算术逻辑运算。 ★运算部件通常包括两种类型的运算器：定点运算器与浮点运算器。 ★定点运算器主要完成对定点数的算术运算、逻辑数据的逻辑运算；浮点运算器主要完成对浮点数的算术运算。 ★定点运算器主要由以下几部分构成： ?算术与逻辑运算部件（ALU） ?通用寄存器组 ?若干专用寄存器（特殊寄存器） ?多路选择器 ?总线 ★浮点数的表示及浮点加法运算。 P126 13 例：假设X＝0.0110011×211，Y＝0.1101101×2-10，现要求： ①若浮点数阶码用4位移码、尾数用8位原码表示（均含符号位），写出X、Y的浮点数表示。 ②计算X＋Y 第五章 指令系统 ★指令系统：一台计算机中所有机器指令的集合，称为这台计算机的指令系统。 ★一条指令由两部分内容构成：操作码字段和地址码字段。 ★指令中用到的操作数可以来自：CPU中的通用寄存器、内存中的存储单元、外设端口。 第六章 计算机的控制部件 ★控制器的基本功能就是控制程序的正确执行。即按照指令序列逐条进行取指令、分析并执行指令的工作。 ★控制器的基本组成包括程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）、脉冲源及启停线路、时序信号产生部件和操作控制信号产生部件。 ★根据设计方法不同，操作控制信号产生部件可分为三种类型：①组合逻辑型②存储逻辑型③组合逻辑与存储逻辑结合型 ★控制器的全部设计都是围绕着指令系统来进行的。 ★在采用微程序控制的计算机中，一条机器指令对应一个微程序，这个微程序是由若干条微指令序列组成的。因此一条机器指令所完成的操作是由若干条微指令来解释和执行的。 ★机器指令存放在主存中，是提供给编程者的最小单位；而微指令存放在控制存储器中，是实现控制器的一种硬件手段，对程序员来说是“透明”的。 ★微指令是由操作控制字段与顺序控制字段组成的。 ★操作控制字段的设计方法有三种：直接表示法、编码表示法和混合表示法。 第七章 多级结构的存储器系统和主存 ★衡量存储器主要有三个指标：容量、速度、位价格。 ★目前的计算机系统通常采用高速缓冲存储器(Cache)、主存储器、辅助存储器的三级存储层次来构成存储系统。 ★主存储器由RAM及ROM两类存储器构成。它是CPU可以直接访问的存储器。 ★CPU与Cache之间的数据交换是以字为单位，而Cache与主存之间的数据交换是以块为单位，一块是由若干个字组成的。 ★目前计算机系统中，Cache的地址映象方式主要有三种：全相联、直接映象和多路组相联映象。 ★Cache命中率h h=Nc/(Nm+Nc)，其中Nc为在一个程序执行期间，由Cache完成的存取总次数，Nm为由主存完成的存取总次数。 ★Cache/主存系统的平均(等效)访问时间ta ta=htc+(1-h)tm，其中tc表示Cache的访问时间，tm表示主存的访问时间。例 CPU执行一段程序时，Cache完成存取次数为1900次，主存完成存取的次数为100次，已知Cache的存取周期为50ns，主存存取周期为250ns，求Cache的命中率及Cache/主存系统的平均访问时间。 ★主存储器的设计就是指用半导体芯片构成所要求容量的存储器，并且将该存储器与CPU连接起来。 ★用多个存储器芯片构成一个存储器的方法主要有位扩展法、字扩展法和字位同时扩展法。 例 某机器中，CPU的地址总线为A0～A15，双向数据总线为D0～D7，控制总线中与主存有关的信号有 （访