計算機(jī)原理知識點總匯

計算機(jī)原理知識點總匯 第一章 馮?諾依曼結(jié)構(gòu)（存儲程序）具有如下基本特點：（可能會出選擇，只要熟讀，不需背?。? 1. 計算機(jī)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)放在同一存儲器中，由指令組成的程序可以修改。 3. 數(shù)據(jù)以二進(jìn)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)器指明要執(zhí)行的指令所在的單元地址，一 般按順序遞增。 6. 機(jī)器以運算器為中心，數(shù)據(jù)傳送都經(jīng)過運算器。 第二章 知識點1：加法器 A只有進(jìn)位逐位傳送的方式，才能提高加法器工作速度。解決辦法之一是采用“超前進(jìn)位產(chǎn) 生電路”來同時形成各位進(jìn)位，從而實現(xiàn)快速加法。稱這種加法器為超前進(jìn)位加法器。 問：如何提高加法器的運算速度？ 答：采用超前進(jìn)位加法器。 B下面引入進(jìn)位傳遞函數(shù)Pi,進(jìn)位產(chǎn)生函數(shù)Gi的概念： 定義： Pi=Xi+Yi稱為進(jìn)位傳遞函數(shù) Gi=Xi?Yi稱為進(jìn)位產(chǎn)生函數(shù) Gi的意義是：當(dāng)XiYi均為“ 1”時，不管有無進(jìn)位輸入，本位定會產(chǎn)生向高位的進(jìn)位. Pi的意義是：當(dāng)Xi和Yi中有一個為“1”時，若有進(jìn)位輸入，則本位也將向高位傳送此進(jìn) 位，這個進(jìn)位可看成是低位進(jìn)位越過本位直接向高位傳遞的。 知識點2：算術(shù)邏輯單元 A：如果把16位ALU中的每四位作為一組，用類似位間快速進(jìn)位的方法來實現(xiàn)16位ALU （四片ALU組成），那么就能得到16位快速ALU。 Cn 0 1 2 3 Cn Cn+4 Cn Cn+4 2n Cn+4 Cn Cn+4 第三章 知識點1：二，八，十，十六之間數(shù)制轉(zhuǎn)換（不直接考，基本功需要掌握） 表示的時候一定要在括號外表示出幾進(jìn)制，或者后面用字母表示否則減分，例: （2C7.1F）16 或者為 2C7.1FH （0001010）2 或者為 0001010B 例題： 1.例如:一個十進(jìn)制數(shù)123.45的表示 123.45 =1 X 102+ 2X101+ 3X 100 + 4 X 10-1+ 5X10-2 2?例如十六進(jìn)制數(shù)(2C7.1F)16的表示 (2C7.1F)16=2 X162+ 12 X 161+ 7 X160+ 1 X16-1+ 15 X 16-2 3?例如:寫出(1101.01)2,(237)8,(10D)16 的十進(jìn)制數(shù) (1101.01)2=1 X23+1X 22+0 X 21+1X20+ 0X 2-1+1 X 2-2 =8+4+1+0.25=13.25 4. (327) 10 =(101000111) 2 例如:將(0.8125) 10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù). 整數(shù)部分 2 X 0.8125=1.625 1 2 X 0.625二 1.25 1 2X0. 25=0. 5 0 2X0. 5=1 1 (0. 8125) 10 =(0. 1101) 2 5. 例如:將(02) 10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù) XXXXXXXX 24862486 (237)8=2 X 82+3 X 21+7 X 2。=128+24+7=159 (10D)16=1 X 162+13 X 160=256+13=269 3例如： 2 用基數(shù)除法將(327)10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) I 327 余數(shù) 163 1 81 1 40 1 20 0 10 0 5 0 2 1 1 0 0 1 6?二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制 例：(10110111 .01101)2 二進(jìn)制： 10 ,110,111 . 011,01 二進(jìn)制：010 ,110,111.011,010 八進(jìn)制： 2 6 7.3 2 (10110111.01101) =(267.32)。 2 8 7?八進(jìn)制轉(zhuǎn)換二進(jìn)制 例如:(123.46 ) =(001,010,011.100,110 ) =(1010011.10011) 8 2 2 8?二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制 例：(110110111 .01101)2 二進(jìn)制： 1 ,1011,0111.0110 ,1 二進(jìn)制：0001 ,1011,0111.0110 ,1000 十六進(jìn)制： 1 B 7 . 6 8 (10110111.01101)2 =(1B7.68)16 9?十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制 16 例如：(7AC.DE ) 16=(0111,1010,1100.1101,1110 )2 =(11110101100 .1101111 2 知識點2帶符號的二進(jìn)制數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示方法及加減法運算 名詞解釋：真值和機(jī)器數(shù) 真值:正、負(fù)號加某進(jìn)制數(shù)絕對值的形式稱為真值。如二進(jìn)制真值： X=+1011 y=-1011 機(jī)器數(shù)：符號數(shù)碼化的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)如：X=01011 Y=11011(最高位為符號位，0 表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)) 在計算機(jī)中表示的帶符號的二進(jìn)制數(shù)稱為“機(jī)器數(shù)”，機(jī)器數(shù)有三種表示形式：原碼，補(bǔ)碼， 反碼。 A 原碼表示法：原碼表示法用“0”表示正號，用“1”表示負(fù)號，有效值部分用二進(jìn)制的絕對 值表示。 X 0<X<l [X]原二” l-x=l+|x| -l<x^o 即[X]原=符號位+1X1 數(shù)值零的真值有+ 0和一0兩種表示方式，[X]原也有兩種表示形式： [+0] = 00000 [ -0] =10000 原 原 例：完成下列數(shù)的真值到原碼的轉(zhuǎn)換 X1 = + 0.1011011 X2 = -0.1011011 [X1]原=0.1011011 [X2]原=1.1011011 完成下列數(shù)的真值到原碼的轉(zhuǎn)換 X1 = + 0 1011011 X2 = -0 1011011 [X1]原=0.1011011 [X2]原=1.1011011 B 補(bǔ)碼的定義：正數(shù)的補(bǔ)碼就是正數(shù)的本身，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是原負(fù)數(shù)加上模。 -l^X<0 (mod 2) 9 j^2+X=2-|X| 或［x］補(bǔ)二2-符號位+X 例：完成下列數(shù)的真值到補(bǔ)碼的轉(zhuǎn)換 X1 = + 0.1011011 X2 = — 0.1011011 ［XI］補(bǔ)=01011011 ［X2 ］補(bǔ)=10100101 完成下列數(shù)的真值到補(bǔ)碼的轉(zhuǎn)換 X1 = + 0 1011011 X2 = — 0 1011011 ［X1］補(bǔ)=01011011 ［X2 ］補(bǔ)=10100101 正數(shù)的補(bǔ)碼：本身。 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼：符號位為1,數(shù)值部分取反加1。 數(shù)值零的補(bǔ)碼表示形式是唯一的： 葉 0］補(bǔ)=［—0］補(bǔ)=0.0000 當(dāng)補(bǔ)碼加法運算的結(jié)果不超出機(jī)器表示范圍時，可以得出下面重要結(jié)論: 1) 用補(bǔ)碼表示的兩數(shù)進(jìn)行加法運算，其結(jié)果仍為補(bǔ)碼。 2) ［X+Y］補(bǔ)=兇補(bǔ)+ ［Y］補(bǔ) 3) 符號位與數(shù)值位一樣參加運算。 另外對于減法運算，因為［X—Y］補(bǔ)=［X+(—Y)］補(bǔ)=［X］補(bǔ)+［—Y］補(bǔ)，所以計算時，可以 先求出一Y的補(bǔ)碼，然后再進(jìn)行加法運算。 C 正數(shù)的反碼表示：與原、補(bǔ)碼相同。 負(fù)數(shù)的反碼表示：符號位為1。數(shù)值部分：將原碼的數(shù)值按位取反。負(fù)數(shù)反碼比補(bǔ)碼少1。 一般只用做求補(bǔ)碼的中間形式。 反碼的定義： rX 0<X<l ［X］反二 J .2—2勺+X — 1<XWO 即：［X］反=(2—2-n+X)?符號位+Xmod ( 2 —2-n)，其中n為小數(shù)點后的有效位數(shù)。 反碼零有兩種表示形式： ［ + 0］反= 0.0000, ［-0］反=1.1111 反碼運算在最高位有進(jìn)位時，要在最低位+1. -2n^X< 2n D移碼的定義： ［X］移二 2n +X 把［x］補(bǔ)符號取反，即得［X］移 ［X+Y ］移工［X］移 + ［Y］移 移碼具有以下特點： 1） 最高位為符號位，1表示正號，0表示負(fù)號。 2） 在計算機(jī)中，移碼只執(zhí)行加減法運算，且需要對得到的結(jié)果加以修正，修正量為2n,即 要對結(jié)果的符號位取反。 3） 0有唯一的編碼，即［+0］移=［-0］移=1000?00 例：X=+1010，Y=+0011 求［X+Y］移=? ［X］移=11010， ［Y］移=10011 ［X］移 + ［Y］移=11010+10011=101101 ［X+Y ］移=01101+10000=11101 符號相反 例：X=-1010，Y=-0110求［X+Y］移=? ［X］移=00110， ［Y］移=01010 ［X］移 + ［Y］移=10000 ［X+Y ］移=10000+10000=00000 當(dāng)階碼等于-16時，移碼為00000，此時浮點數(shù)當(dāng)作0。 E 原碼、補(bǔ)碼、反碼之間的轉(zhuǎn)換 1） 由原碼求補(bǔ)碼 正數(shù)：［X］補(bǔ)=［X］原 負(fù)數(shù)：符號不變，其余各位取反，末位加1。 2） 由補(bǔ)碼求原碼 正數(shù)：［X］補(bǔ)=［X］原 負(fù)數(shù)：符號不變，其余各位取反，末位加1。 F 溢出：當(dāng)運算結(jié)果超出機(jī)器數(shù)所能表示的范圍時，稱為溢出。 什么情況下會產(chǎn)生溢出？ 1） 相同符號數(shù)相減，相異符號數(shù)相加不會產(chǎn)生溢出。 2） 兩個相同符號數(shù)相加，其結(jié)果符號與被加數(shù)相反則產(chǎn)生溢出； 3） 兩個相異符號數(shù)相減，其運算結(jié)果符號與被減數(shù)相同，否則產(chǎn)生溢出。 知識點2：定點數(shù)和浮點數(shù) A. 在計算機(jī)中的數(shù)據(jù)有定點數(shù)和浮點數(shù)兩種表示方式。 B. 定點數(shù)：定點數(shù)是指小數(shù)點固定在某個位置上的數(shù)據(jù)，一般有小數(shù)和整數(shù)兩種兩種表示形 式。定點小數(shù)是把小數(shù)點固定在數(shù)據(jù)數(shù)值部分的左邊，符號位的右邊；整數(shù)是把小數(shù)點固定 在數(shù)據(jù)數(shù)值部分的右邊。 C. 浮點數(shù)：是指小數(shù)點位置可浮動的數(shù)據(jù)。 通常表示為：N = M?R E (例:0.10111 X 2110 ) 其中N為浮點數(shù)，M為尾數(shù)(mantissa)E為階碼(exponent),R為階的基數(shù)(radix) R為常數(shù)，一般為2, 8, 16。在一臺計算機(jī)中，所有數(shù)據(jù)的R都是相同的。因此，不需要 在每個數(shù)據(jù)中表示出來。 浮點數(shù)表示形式： Ms E M 1位 口+1位 m位 Ms是尾數(shù)的符號位，0表示正，1表示負(fù)。 E為階碼，整數(shù)ii-L位，1位符號位 M為尾數(shù)，尬位。 尾數(shù)通常用規(guī)格化形式表示，小數(shù)點后不能為0。 例：X=+0.0010111=0.10111X 2-2 =0.10111 X 2-0010 =0.10111 X 21110 知識點3：定點原碼一位乘法 移也電路 B-ALU ALU/2-A 上圖需要看 中，乘數(shù)放 命令， 是用移位寄存器實現(xiàn)的，其最低位用作B-ALU的控制命令。加法器最低一位的值，右移 時將移入C寄存器的最高數(shù)直位使相乘之積的最低位部分保存進(jìn)C寄存器中,原來的乘 數(shù)在逐位右移過程中丟失了!(此過程需要看明白。 乘法開始時，A寄 寄存器中。 器被清為零，作為初始部分積。被乘數(shù)放在B寄存器 '積和被乘數(shù)相加是通過給出A-ALU命令和B- ALU 存 分 在“ALU中完成的。ALU的輸出經(jīng)過移位電路向右移一位送入A寄存器中。C寄存器 ■ 稷現(xiàn)部 圖3.5.實現(xiàn)原碼一位乘法的邏輯電路框圖 例 3.31 X=0.1101, Y=0.1011 計算X ? Y 步數(shù) 條件 操件 部分積 乘數(shù) 00.0000 _ 1011 1) On 二 1 +X + 00.1101 ■ \ 00.1101 、\ 右移 00.0110 1_ 101 2) Gi 二 1 +X + 00.1101 01.0011 右移 00.1001 11_ 10 3) Cn—0 +0 + 00.0000 右移 00.1001 00.0100 111_ 1 知識點4： 定點補(bǔ)碼一位乘法+X + 00.1101 A. 補(bǔ)碼與真值的轉(zhuǎn)換關(guān)系 X二一X。+ 2-i 二-Xg +0- X1X2 Xn B. 補(bǔ)碼的右移 補(bǔ)碼連同符號位右移一位，并保持符號位不變，相當(dāng)于乘1/2,或除2. 設(shè)區(qū)］補(bǔ)=X0.X1X2……Xn xo. XoXN Xn 設(shè) X= - 0.1101 ,Y= 0.1011 即：[X]補(bǔ)=11.0011, [Y]補(bǔ)=Y= 0.1011 求:[X ? Y]補(bǔ) 解： X ? Y= - 0.10001111 [X ? Y]補(bǔ)=1.01110001 O O. O O O U + [X]ir 3 1.0011 J 1, 0 1 1 右務(wù) 1 立 1 1. 1 0 0 1 - j +[嗎卅 11-0011 1 Oh 1 1 0 0 右移1儉 J 1, 0 1 10 ? ■+■0 u m u t> <j 110110 儉 1 1. 1 O 1 1 ff + [X]>h 1 o o 1 1 1 o. 1 1 1 0 右務(wù)1位 1 1h 0 1 1 1 乘數(shù) 說明 10 11 十兇補(bǔ) 110 1 右移L位 +【?！垦a(bǔ) 0 1 1 O 右疹1位 右務(wù)1■位 O O 1 1 4［X］牛卜 0 () O 1 右務(wù)1■位 例 3.34 設(shè) X= - 0.1101 ,Y= -0.1011 即：［X］補(bǔ)=11.0011, ［Y］補(bǔ)=11.0101 求:［X ? Y］補(bǔ) 解： X ? Y= + 0.10001111 ［X ? Y］補(bǔ)=0.10001111 乘數(shù) 部分積 +［刃補(bǔ) 0 0. 0 0 0 0 1 1. 0 0 1 1 1 1. 0 0 1 1 右移1位 1 1. 1 0 0 1 +0 0 0. 0 0 0 0 1 1. 1 0 0 1 右移1位 1 1. 1 1 0 0 +兇補(bǔ) 11.0011 10. 1111^ 右移1位 1 1. 0 1 1 1 布斯公式 d比較法） C 0 10 1 0 10 111 初始值 +國補(bǔ) 右移1位 +0 右移1位 +匡］補(bǔ) 右移1位 +0 Y］補(bǔ) 比較法:用相鄰鄰兩位乘數(shù)比較的結(jié)果決定乎補(bǔ)、-X補(bǔ)或凱位 比歧*算法 1補(bǔ) Yn （咼位） Yn+1 （低位） 操作（A補(bǔ)為部分積累加和） 0 0 部分積加0,右移一位。 0 1 部分積+［x］補(bǔ)，右移一位。 1 例 3.35 0 部分積+ ［-X］補(bǔ)，右移一位。 1 1 部分積加0,右移一位。 設(shè) X= - 0.1101 ,Y= 0.1011 ip： ［X］補(bǔ)=11.0011, ［丫］補(bǔ)=0.1011 求：［X ? 部分積 乘數(shù) 說明 0 0. 0 0 0 0 o ini +［-X］補(bǔ) 0 0. 1 1 0 1 0 0. 1 1 0 1 右移 1 位 0 0. 0 1 1 0 10 10 +0 0 0. 0 0 0 0 1 Q初始值:最后補(bǔ)0 Y;-Y4=-ls+［-X］H 1 1 YrY3=0 +0 0 0. 0 1 1 0 右移1位0 0. 0 0 1 1 + ［X］補(bǔ) 11.0011 右移1位 1 1. 0 1 1 0 1 1. 1 0 1 1 +0 0 0. 1 1 0 1 0 0. 1 0 0 0 右移1位0 0.0100 知識點^浮點數(shù)的加減運算 0 10 10 1 0 0 10 10 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 Y3 Y2=1 +國補(bǔ) E-Y］二 1, +卜刃補(bǔ) Y1 Y0=l +國補(bǔ) 步驟： 首先，檢測能否簡化操作。 尾數(shù)為0 判斷操作數(shù)是否為0〈 階碼下溢 1.對階： 2 3 .1101 2 X0.1001^10. 0 —010.01 — 2 X0. 0101 1） 對階:：使兩數(shù)階碼相等（小數(shù)點實■際位置對齊，①數(shù)對 2） 對階規(guī)則:：小階向大階對齊。 3） 對階操作：小階階碼增大，尾數(shù)右移。例.AJ>BJ,則BJ+1 BJ，BW,直到BJ=AJ 4）階碼比較：比較線路或減法。 2.尾數(shù)加減. AW土BW—AW 3?結(jié)果規(guī)格化 (1) 1.0001 (2) 0.0101 +0.1101 1.0010 愉|>1溢出 40,1001 1. 1010 例: IWK1/2 設(shè)浮點數(shù)的階碼規(guī)4位（含階符），尾數(shù)為6位應(yīng)尾符）規(guī)格中的指數(shù)項，小數(shù)項均為 二進(jìn)制真值. (l)x=2olx0.110h y=2nx (-0.1010),求x+嚴(yán)？ ^/――o*oio Y n till v== mn. 5^x-v=? 解⑴岡斜O(jiān)Oh 041010s [yl^OlL 1.01100 ①對階[AE]= [m]H^?^°01+ll01±ll!^其真值為叩卩即蝴 階碼比y的階剛2冊翩應(yīng)右移血階碼飆得 [xj^OOlL 0.00111 (啥I人) ⑦尾數(shù)相加(用雙符號L險盼呦和叭 00,00111 + 11.01100 11.10011 4?舍入處理硼縱采輔舍辭。 5?溢出判斷尾 檢查階碼是否溢出 - -- 上溢:置溢出標(biāo)志 下溢：置結(jié)果為浮點機(jī)器零 知識點6?數(shù)據(jù)校驗碼： 數(shù)據(jù)校驗碼是一種常用的帶有發(fā)現(xiàn)某種錯誤和自動改錯能力的數(shù)據(jù)編碼方法? 碼距:任意兩個合法碼之間至少有幾個二進(jìn)制位不同.有一位碼距為1. 常用的數(shù)據(jù)校驗碼有奇偶校驗碼,海明校驗碼和循環(huán)校驗碼。（只需掌握奇偶校驗碼） A. 奇偶校驗碼 D 檢比。?D 6D5D4D3D2D j 1 0 0 0 1 1 1 0 0 偶校驗 1 000110 00 奇校驗 B. 奇偶校驗碼 有效信息位+1位校驗位一校驗碼 檢測依據(jù)（編碼規(guī)則）： 約定校驗碼中1的個數(shù)為奇數(shù)/偶數(shù)。 如：奇校驗1O11C11 0 1011001 1 碼距d二2 通過統(tǒng)計校驗碼中1的個數(shù)是否為奇數(shù)來 第四章 弟四草 知識點1主存儲器分類 按照讀寫性質(zhì)劃分： 1.）隨機(jī)讀寫存儲器（random access memory,RAM） 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM）；動態(tài)隨機(jī)存儲器（DRAM） 由于它們存儲的內(nèi)容斷電則消失故稱為易失性存儲器 2）只讀存儲器（read-only memory,ROM） 知識點2存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)： A主要技術(shù)指標(biāo)有:主存容量，存儲器存儲時間和存儲周期. B存儲容量：存放信息的總數(shù)，通常以字（word,字尋址）或字節(jié)（Byte,字節(jié)尋址）為單位表示 存儲單元的總數(shù).微機(jī)中都以字節(jié)尋址，常用單位為KB MB、GB、TB。 C存儲器存儲時間：啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間。 D存儲周期：連續(xù)啟動兩次獨立的存儲器操作所需間隔的最小時間? E計算機(jī)可尋址的最小信息單位是一個存儲字，相鄰的存儲器地址表示相鄰存儲字，這種機(jī) 器稱為“字可尋址”機(jī)器。一個存儲字所包括的二進(jìn)制位數(shù)稱為字長。一個字又可劃分為若 干個字節(jié)?，F(xiàn)代計算機(jī)中，大多數(shù)把一個字節(jié)定為8個二進(jìn)制位，因此，一個字的字長通常 是8的倍數(shù)。（不需背，明白即可） F以字或字節(jié)為單位來表示主存儲器存儲單元的總數(shù)，就是主存儲器的容量。 G指令中地址碼的位數(shù)決定了主存儲器的可直接尋址的最大空間。 知識點4讀/寫存儲器 A半導(dǎo)體讀寫存儲器（即隨機(jī)存儲器（RAM））按存儲元件在運行中能否長時間保存信息來 分，有靜態(tài)存儲器和動態(tài)存儲器兩種。前者利用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來保存信息，只要不斷電，信 息是不會丟失的；動態(tài)存儲器利用MOS電容存儲電荷來保存信息，使用時需不斷給電容充電才能使信息保持。靜態(tài)存儲器的集成度低，但功耗較大；動態(tài)存儲器的集成度高，功耗小， 它主要用于大容量存儲器。（不需要背，明白即可） B靜態(tài)存儲器SRAM 依靠雙穩(wěn)態(tài)電路內(nèi)部交叉反饋的機(jī)制存儲信息。功耗較大,速度快，作Cache。 動態(tài)存儲器DRAM 依靠電容存儲電荷的原理存儲信息。功耗較小,容量大，速度較快，作主存。 C再生 再生（刷新）：為保證DRAM存儲信息不遭破壞，必須在電荷漏掉以前，進(jìn)行充電，以恢復(fù) 原來的電荷，這一充電過程稱為再生或刷新。 問：為什么要刷新？ 答：為保證DRAM存儲信息不遭破壞，必須在電荷漏掉以前，進(jìn)行充電，以恢復(fù)原來的電 荷。 知識點5半導(dǎo)體存儲器的組成與控制 A一個存儲器芯片的容量有限，因此，應(yīng)用中需進(jìn)行擴(kuò)展。包括位擴(kuò)展和字?jǐn)U展。 B位擴(kuò)展：用多個存儲器器件對字長進(jìn)行擴(kuò)充。 C字?jǐn)U展：增加存儲器中字的數(shù)量。 連接方式：將各芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫控制線相應(yīng)并聯(lián)，由片選信號來區(qū)分各芯片的 地址范圍。 例：用4個16K 8位芯片組成64K 8位的存儲器。 地址線 ^11^10^9^8 必丁編 A5A4 A3A2 0 0 0 0,0 0 0 0, 000 0, 0000 ooooh 0 1 字?jǐn)U展連接方式：（此圖作業(yè)留過類似的，掌握） 1111 FFFFH D字位擴(kuò)展： 圖匚⑴卞護(hù)展連後齊式 如果一個存儲容量為M XN 位,所用芯片規(guī)格為LXK位,那么這個存儲器共用（M/L） X （N/K）個芯片。（重要） 3FFFH 7FFFH BFFFH FFFFH 例如：要組成16MX8位的存儲器系統(tǒng)，需多少片4MX1位的芯片? 16M/4MX8/1= 32 片 若有芯片規(guī)格為1MX8位，則需16M/1MX8/8= 16片。 第五章 知識點1指令格式 A一條指令一般包含下列信息： 1) 操作碼：具體說明操作的性質(zhì)及功能。 2) 操作數(shù)的地址 3) 操作結(jié)果的存儲地址 4) 下一條指令的地址 綜上，一條指令實際上包括兩種信息即操作碼和地址碼。 B指令字：代表指令的一組二進(jìn)制代碼信息； 指令長度：指令字中二進(jìn)制代碼的位數(shù)； C零地址指令 格式；OPCODE 指令中只有操作碼沒有操作數(shù)或地址。兩種可能: (1) 無需操作數(shù)，例如：空操作指令，停機(jī)指令 (2) 操作數(shù)是默認(rèn)的 D 一地址指令 格式: OPCODE A A-----操作數(shù)的存儲地址或寄存器名 例如：遞增，移位，取反 E二地址指令 格式暑 OPCODE Al A2 A1二二-第一個源操作數(shù)的存儲地址或寄存器地址; A2-----第二個源操作數(shù)和存放結(jié)果的存儲地址或寄存器地址 例如：[AX]+[BX]f [AX] ADD AX, BX F三地址指令 格式： OPCODE Al A2 A3 A1——第一個源操作數(shù)的存儲地址或寄存器地址。 A2-----第二個源操作數(shù)的存儲地址或寄存器地址。 A3-----操作結(jié)果的存儲地址或寄存器地址 G多地址指令：用于實現(xiàn)成批數(shù)據(jù)處理。 H計算機(jī)中指令和數(shù)據(jù)都是以二進(jìn)制碼的形式存儲的。但是，指令的地址是由程序計數(shù)器(PC) 規(guī)定的。而數(shù)據(jù)的地址是由指令規(guī)定的。 知識點2：指令操作碼的擴(kuò)展技術(shù) A指令操作碼的位數(shù)限制指令系統(tǒng)中完成操作的指令條數(shù)。若操作碼長度為K,最多有2k條 不同指令。 B指令操作碼通常有兩種編碼格式，一種固定格式一種可變格式。 C固定格式操作碼 操作碼長度固定，一般集中于指令字的一個字段中。在字長較大的大中型以及超級小型機(jī)上 廣泛使用。優(yōu)點：有利于簡化硬件設(shè)計，減少譯碼時間 D可變格式操作碼 即操作碼長度可以改變，且分散放在指令字的不同字段中。 這種方法在不增加指令字長度的情況下可表示更多的指令，但增加了譯碼和分析難度，需更 多硬件支持。微機(jī)中常使用此方式。 F可變格式操作碼的指令示例 如果需要三地址、二地址、一地址指令各15條、零地址指令16條，如何安排操作碼呢？例 如可以這樣規(guī)定： OP A1 A2 A3 15條三地址指令的操作碼為：0000?1110 15條二地址指令的操作碼為：前4位1111, 即 1111 0000 ?1111 1110 15條一地址指令的操作碼為：前8位均為1， 即 11111111 0000 ?11111111 1110 16條零地址指令的操作碼為：前12位均為1， 即 111111111111 0000?1111111111_11 1111 再如：同樣情況下用可變格式操作碼分別形成三地址指令15條、二地址指令14條、一地址 指令31條和零地址指令16條。按要求得到結(jié)果之一如下： 15條三地址為： 0000?1110 14條二地址為： 1111 0000 ?1111 1101 31條一地址為： 11111110 0000 ?11111111 1110 16條零地址為： 111111111111 0000?111111111111 1111 知識點3指令長度與字長的關(guān)系 A字長是指計算技能直接處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。 B首先，數(shù)據(jù)字長決定了計算機(jī)的運算精度，字長越長，計算機(jī)的運算精度越高。 其次，地址碼長度決定了指令直接尋址能力。 C指令的長度與計算機(jī)的字長沒有固定關(guān)系。 知識點4尋址方式（編制方式） A尋址方式：確定本條指令的數(shù)據(jù)地址及下一條要執(zhí)行的指令地址的方法。 B需掌握尋址： 1） 直接尋址：指令的地址碼部分給出的就是操作數(shù)在存儲器中的地址。 2） 特點是簡單直觀，便于硬件實現(xiàn)，但操作數(shù)地址是指令器單元的一部分，只能用于訪問 固定的存儲。 2） 寄存器尋址：在指令的地址碼部分給出某一寄存器的名稱（地址），而所需的操作數(shù)就在 這個寄存器中。 這種方式數(shù)據(jù)傳送快，計算機(jī)中多用。 3） 基址尋址：機(jī)器內(nèi)設(shè)置一個基址寄存器，操作數(shù)的地址由基址寄存器的內(nèi)容和指令的地 址碼A相加得到。地址碼A通常稱為位移量（disp）或偏移量。 4） 變址尋址:把CPU中變址寄存器的內(nèi)容和指令地址部分給出的地址之和作為操作數(shù)的地 址來獲得操作數(shù)。這種方式多用于字串處理、矩陣運算和成批數(shù)據(jù)處理。 5） 間接尋址：在指令的地址碼部分直接給出的既不是操作數(shù)也不是操作數(shù)的地址，而是操 作數(shù)地址的地址。 分為：寄存器間接尋址：改變寄存器Rn中的內(nèi)容就可訪問內(nèi)存的不同地址。 存儲器間接尋址 6） 相對尋址：程序計數(shù)器PC的內(nèi)容與指令中地址碼部分給出的偏移量（Disp）之和作為操 作數(shù)的地址或轉(zhuǎn)移地址，稱為相對尋址方式。 相對尋址方式主要應(yīng)用于相對轉(zhuǎn)移指令。轉(zhuǎn)移地址為（PC）+disp 相對尋址有兩個特點： 1。 由于目的地址隨PC變化不固定，所以非常適用于浮動程序的裝配與運行。 2。 偏移量可正可負(fù)，通常用補(bǔ)碼表示。 7） 立即尋址：所需的操作數(shù)由指令的地址碼部分直接給出，稱為立即尋址（立即數(shù)尋址）。 特點：操作碼和一個操作數(shù)同時被取出，不必再次訪問存儲器，提高了指令的執(zhí)行速度。 知識點5RISC精簡指令計算機(jī)的特點 1） 、僅選使用頻率高的一些簡單指令和很有用但不復(fù)雜指令，指令條數(shù)少。 2） 、指令長度固定，指令格式少，尋址方式少 3） 、只有取數(shù)/存數(shù)指令訪問存儲器，其余指令都在寄存器中進(jìn)行，即限制內(nèi)存訪問 4） 、CPU中通用寄存器數(shù)量相當(dāng)多；大部分指令都在一個機(jī)器周期內(nèi)完成。 5） 、以硬布線邏輯為主，不用或少用微程序控制 6） 、特別重視編譯工作，以簡單有效的方式支持高級語言，減少程序執(zhí)行時間 第八章 知識點1時序系統(tǒng) A指令周期：讀取并執(zhí)行一條指令所需的時間稱為一個指令周期。 B機(jī)器周期（CPU周期）：在組合邏輯控制中，常將指令周期劃分為幾個不同階段，每個階 段稱為一個機(jī)器周期（周期）。 C時鐘周期（節(jié)拍）：一個機(jī)器周期又分為若干個相等的時間段，每一個時間段為一個時鐘周 期（節(jié)拍）。時鐘周期長度等于CPU執(zhí)行一次加法或一次數(shù)據(jù)傳送時間。 D工作脈沖：對某些微操作定時。 E各時序信號之間的關(guān)系： 上圖必須掌握！ 知識點3模型機(jī)的指令系統(tǒng) A尋址方式： 知識點4模型機(jī)的時序系統(tǒng) A機(jī)器周期 1） 、取指周期FT 2） 、取源操作數(shù)周期ST 讀取源操作數(shù)一SR 3） 、取目的操作數(shù)周期DT 讀取目的操作數(shù)一DR （單） 雙操作數(shù)指令一 LA。 4） 、執(zhí)行周期ET 根據(jù)IR中的操作碼執(zhí)行相應(yīng)的操作。 知識點5模型機(jī)指令的執(zhí)行過程： MAR R Ead M MDR-SR | READ M j ..MDI R- SR | |(R)+ Rs—MAR Rs + 1 Rs r — Rs-MA k? 1 Rs+1— Rs [REgD M ] &DR+TEMP ] TEMP^MAR M I R (R ) (UfLA R—MAR READ M MDR- ,b .... X(R ) ~|®«R )+ PC->MaR PC+1-J>C 1 ,一:. .t. read m READ M .I MDRJA MDR-JEMP 1 I Ro+lAfMAR TBMP—MAR [ i read m READ M -, -! 1 MDRfLA MDfULA ； —i M ERf SR 例1加法指令A(yù)DD RO, (R1)的微操作序列。 FT Po PC—BUS, BUS— MAR, READ, CLEAR LA, 1—CO, ADD, ALU—LT P1 LT—BUS, BUS—PC, WAIT P MDR— BUS, BUS—IR 2 P3 1—ST ST P0 RO—BUS, BUS—SR P1空操作 P2空操作 P 1—DT 3 DT P0 R1—BUS, BUS—MAR, READ , WAIT P1 MDR— BUS, BUS—LA P；空操作 P 1—ET 3 ET Po SR—BUS, ADD, ALU—LT P1 LT—BUS, BUS—MDR, WRITE, WAIT P；空 P END 3 例 2 SUB (R0)+, X(R1) FT微操作序列同例1 (所有指令FT都一樣) ST Po RO—BUS, BUS— MAR, READ, CLEALA, 1—CO, ADD, ALU—LT P1 LT—BUS, BUS—RO, WAIT P MDR— BUS, BUS—SR 2 P 1—DT 3 DT Po PC—BUS, BUS—MAR, READ, CLEAR LA, 1—CO, ADD, ALU—LT P1 LT—BUS, BUS— PC, WAIT P MDR— BUS, BUS—LA 2 P 1—DT ' 3 DT' P0 Rl—BUS, ADD, ALU—LT P] LT—BUS, BUS—MAR, READ, WAIT P MDR— BUS, BUS—LA 2 P 1—ET 3 ET P0 SR—BUS, SUB, ALU—LT P] LT—BUS, BUS—MDR, WRITE, WAIT P2空操作 P END 3 例 3 INC @(R0)+ FT 微操作序列同例1(P3 1—DT) DT P0 R0—BUS, BUS—MAR, READ, CLEARLA, 1—C0, ADD, ALU—LT P1 LT—BUS, BUS— R0, WAIT P MDR— BUS, BUS—TEMP 2 P 1 —DT ' 3 DT' P0 TEMP—BUS, BUS— MAR, READ, WAIT P1 MDR— BUS, BUS—DR P；空操作 P 1—ET 3 ET P0 DR—BUS, CLEAR LA, 1 — C0, ADD, ALU—LT P1 LT—BUS, BUS— MDR, WRITE, WAIT P； 空操作 P END 3 (上述例題掌握，可能會出類似的) 知識點6微程序設(shè)計技術(shù) 微指令由控制字段和下址字段組成。微指令格式大體可分為：水平型微指令,垂直型微指令 A微指令編碼通常有以下幾種方法： （1）直接控制法（不譯法） （2） 字段直接編譯法 A.相斥性微命令分在同一字段內(nèi)，相容性微命令分在不同字段內(nèi)。 （3） 字段間接編譯法 例1：某機(jī)采用微程序控制方式，微指令字長28位，操作控制字段采用字段直接編譯法， 共有微命令36個，構(gòu)成5個相斥類，各包括3個、4個、7個、8個和14個微命令，順序 控制字段采用斷定方式，微程序流程中有分支處共4個 （1） 設(shè)計該機(jī)的微指令格式 （2） 控制存儲器的容量應(yīng)為多少？ 解：（1）微指令格式 3+1=4 22=4 4+1=5 23=8>5 7+1=8 23=8 8+1=9 24=16>9 14+1=15 24=16>15 2+3+3+4+4=16 所以控制字段為16分值4處4+1=5 23=8>5需要三位測試判別16+3+9=28下址9 操作控制字段測試判別 下址 16 3 9 （2）由下址字段決定指令字長 29=512 控存容量512X28位 知識點7控制器的組成 A控制器的作用是控制程序的執(zhí)行，它必須具有以下基本功能： 1） 取指令 2） 分析指令 3） 執(zhí)行指令 B程序計數(shù)器（PC） 即指令地址寄存器。在某些計算機(jī)中用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令地址；而在另一些計算機(jī) 中則用來存放即將要執(zhí)行的下一條指令地址；而在有指令領(lǐng)取功能的計算機(jī)中，一般還需要 增加一個程序計數(shù)器用來存放下一條要取出的指令地址。 知識點8程序控制的基本概念 1） 微操作：完成指令功能所需的一系列基本操作。 2） 微指令：同時發(fā)出的控制信號所執(zhí)行的一組微操作。組成微指令的微操作又叫微命令。 一條指令的實現(xiàn)，可由執(zhí)行若干條微指令來完成。 3） 微程序：完成指令功能所需的微指令序列的集合。 4） 控制存儲器：存放微程序與下址的存儲器。一般用ROM。 第七章 知識點1存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) A衡量存儲器有三個指標(biāo):容量、速度和價格/位。 B操作系統(tǒng)的出現(xiàn)使主存、輔存形成了一個整體，主存-輔存層次。主存-輔存層次滿足了存 儲器的大容量和低成本的需求. C為解決主存CPU之間的速度差異，在CPU和主存之間設(shè)置Cache. (問：為什么設(shè)置cache) D現(xiàn)代計算機(jī)的典型存儲結(jié)構(gòu)：cache-主存-輔存 知識點2高速緩沖存儲器(cache) A為解決CPU和主存之間的速度差距,提高整機(jī)的運算速度，在CPU和主存之間插入的由高 速電子器件組成的容量不大，但速度很快的存儲器。 B Cache特點：存取速度快，容量小，存儲控制和管理由硬件實現(xiàn) C命中率：CPU所要的訪問信息在cache中的比率。 設(shè)cache的存儲時間為t,命中率為h,主存的存取時間為tM，貝I」 c M 平均存取時間=h?t + (1—h) (t +t ) c c M D基本地址映像方式，它們是直接映像，全相聯(lián)映像，組相聯(lián)映像。(有錯字的話不給分) 第十章 知識點1 I/O設(shè)備數(shù)據(jù)傳送控制方式： 分為5種： 1) 程序直接控制方式 2) 程序中斷傳遞方式 3) 直接存儲器存取方式 4) I/O通道控制方式 5) 外圍處理機(jī)方式 知識點2程序中斷輸入輸出方式(不是重點，看明白了解即可) A中斷定義：中斷是指計算機(jī)暫時終止它正在執(zhí)行的程序轉(zhuǎn)而去執(zhí)行請求中斷的那個外設(shè)或 事件的服務(wù)程序待處理完畢后又返回到暫時被中止的程序繼續(xù)執(zhí)行的一個過程。 B中斷系統(tǒng)：計算機(jī)具有的上述功能，稱中斷功能，為實現(xiàn)中斷功能而設(shè)置的硬件和軟件， 統(tǒng)稱為中斷系統(tǒng)。 C中斷的作用 ⑴ CPU與I/O設(shè)備并行工作 ⑵硬件故障處理 (3) 實現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系 (4) 實現(xiàn)多道程序和分時操作 (5) 實現(xiàn)實時處理 (6) 實現(xiàn)應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)(管態(tài)程序)的聯(lián)系 (7) 多處理機(jī)系統(tǒng)各處理機(jī)間的聯(lián)系 D有關(guān)中斷的產(chǎn)生和響應(yīng)的概念 ⑴中斷源：引起中斷的事件，即發(fā)出中斷請求的來源。 中斷源的種類： 外中斷---外部設(shè)備發(fā)來的中斷。打印請求 內(nèi)中斷---硬件故障或程序出錯引起的中斷。掉電 軟中斷—由中斷指令引起的中斷。Trap指令 (2) 中斷觸發(fā)器：設(shè)備控制器中設(shè)有“中斷觸發(fā)器”當(dāng)中斷源發(fā)來中斷時將其置“1”，由此 向CPU發(fā)出中斷請求信號。 (3) 優(yōu)先權(quán)是指多個中斷同時發(fā)生時，對各個中斷響應(yīng)的優(yōu)先次序。 (4) 中斷源很多時，一般把中斷按不同的類別分為若干級，稱為中斷級。 (5) 禁止中斷和中斷屏蔽 禁止中斷是指有中斷請求時，CPU不能中止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，一般是通過使CPU內(nèi)部的“中 斷允許觸發(fā)器”清“0”來完成的。置“1”為允許中斷?？捎瞄_、關(guān)中斷指令來實現(xiàn)。 中斷屏蔽：當(dāng)產(chǎn)生中斷請求后，用程序方式有選擇地封鎖部分中斷，而允許其他部分中斷得 到響應(yīng)。 (6) 中斷又分可屏蔽中斷和非屏蔽中斷。后者優(yōu)先權(quán)最咼。 E中斷處理 (1) 關(guān)中斷 (2) 保存斷點和現(xiàn)場 (3) 判別中斷源 (4) 開中斷 (5) 執(zhí)行中斷服務(wù)程序 (6) 退出中斷 F判別中斷源 (1)查詢法 ⑵串行排隊鏈法 知識點2 DMA輸入輸出方式 A DMA三種工作方式 1. ) CPU暫停方式(CPU停止訪問主存) 2. ) CPU周期竊取方式(存儲器分時法) 3. )直接訪問存儲器工作方式(周期挪用法)