计算机组成原理学习思维导图(零基础--思维导图详细版本--看完就会)

计算机组成原理

  • 一、计算机系统概论与发展

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1. 冯·诺依曼机工作的设计思想:存储程序并按地址顺序执行。
2. 计算机硬件系统由5个基本部分组成,包括运算器、控制器、存储器,输入和输出。
3. 比较数字计算机和模拟计算机的特点。
4. 比较不同进制数,确定最小或最小数。
5. 定点数的组成及分类。确定最大最小定点数的方法。
6. 按IEEE754标准,一个浮点数由符号位S、阶码E、尾数M三个域组成。十进制数转换成754,754转换成十进制。
7. 数的真值变成机器码时有四种表示方法,即原码、反码、补码、移码表示法。码制的定义,零的表示方法。
8. 在定点二进制运算器中,减法运算的实现:一般通过补码运算的二进制加法器来实现。
9. 运算器的功能:算数逻辑运算,74181的功能。
10. 双符号位补码加减运算溢出判定。


  • 二、系统总线

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1. 总线是构成计算机系统的互联机构,是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通道,并在争用资源的基础上进行工作。衡量总线性能的重要指标是总线带宽,它定义为总线本身所能达到的最高传输速率。
2. 比较单总线、多总线结构的性能特点。
3. 计算机系统信息交换的方式:串行传送、并行传送、分时传送。
4. 不同总线仲裁方式优缺点。
5. 总线定时:同步定时异步定时的定义。
6. PCI总线的基本特点。


  • 四、存储器

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1. 存储器的技术指标有:存储容量、存取时间、存储周期、存储器带宽。
2. 存储系统的三大基本要求是:容量大、速度快、成本低。计算机采用多级存储体系结构,即cache、主存和外存。
3. 什么叫刷新?为什么要刷新?说明刷新有几种方法。(集中式刷新和分散式刷新)
4. 某DRAM芯片,其存储容量为512k×8位,则芯片的地址线和数据线的数目是:19,8。
5. 给出计算机字长及存储容量求寻址范围是。
6. 并行存储器原理:双端口存储器、多模块交叉存储器工作原理。存储器容量的扩充。
7. Cache的基本功能和原理。
什么是“程序访问的局部性”?存储系统中哪一集采用了程序访问的局部性原理?
主存贮器和CPU之间增加cache的目的:解决CPU和主存之间的速度匹配问题 。
8. 主存与cache的地址映射的三种方式。确定主存地址结构。作业题、课堂习题、例题。
9. cache/主存系统命中率、访问效率、平均访问时间。


  • 五、输入输出系统

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1. 在计算机系统中,CPU对外围设备的管理方式有:程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式。
2. 中断向量地址的含义,实现多级中断保存现场信息:堆栈。
3. DMA技术的出现,使得外围设备可以通过DMA控制器直接访问内存,与此同时,CPU可以继续程序。


  • 六、计算机的运算方法

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  • 1、有符号数表示
  • 原码表示:

整数原码:

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小数原码:
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  • 2.补码

整数表示
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小数表示
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  • 3.反码

小数表示
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  • 2、浮点数溢出

在这里插入图片描述

原码规格化
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补码规格化
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3、定点运算–移位、加、减、乘、除(点击链接详解介绍)
定点运算–移位、加、减、乘、除

4、IEEE 754 标准
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  • 七、指令系统
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    1. 指令的格式:操作码字段和操作数字段。
    2. 不同寻址方式,操作数位置的确定。
    单地址指令中为了完成两个数的算术运算,除地址码指明的一个操作数外,另一个常需采用隐含寻址方式。
    3. 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。形成指令地址的方式,称为指令寻址方式。有顺序寻址和跳跃寻址两种,由指令计数器来跟踪。
    4. 形成操作数地址的方式,称为数据寻址方式。操作数可放在专用寄存器、通用寄存器、内存和指令中。
    5. 在寄存器-寄存器型、寄存器-存储器型和存储器、存储器型三类指令中,哪类指令执行时间最长,哪类指令的执行时间最短?
    6. 指令和数据以什么方式存储在内存中?计算机如何区分它们是指令还是数据?
    7. 分析指令格式的特点。

  • 八、中断系统
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    1. 随着高密度集成电路技术的发展,当今的CPU芯片变成运算器、cache和控制器三大部分,其中还包括浮点运算器、存储管理部件等。
    2. CPU中指令寄存器、程序计数器、地址寄存器、数据缓冲寄存器、通用寄存器、状态条件寄存器的各有什么作用
    3. 根据数据通路图,画出其指令周期流程图,并列出相应的微操作控制信号。
    4. 微程序控制器组成原理逻辑框图,控存容量的计算,微指令格式的确定。
    5. 给出计算机运算器框图及微指令格式,要求写出加减传送等指令的二进制代码
    6. 计算机外围设备的定义
    7. 外存设备存储容量的计算。

  • 第九章

    1. 取指周期的操作:
T0:PC->MAR,1->R.
T1:M(MAR)->MDR,PC+1->PC.
T2:MDR->IR,OP(IR)->ID
  1. 间址操作:
 T0:Ad(IR)->MAR,1->R
    T1:M(MAR)->MDR
    T2:MDR->Ad(IR)
  1. 执行周期的操作:完成由指令操作规定的动作,包括传送结果及记录状态信息;
  2. 指令周期一般有4部分组成:取指周期、间址周期、执行周期、中断周期;
  3. 指令周期:CPU从内存取出一条指令并执行该指令的时间称为指令周期,它常用若干个机器周期来表示;

第十章 控制单元

  1. 通常控制器的设计分为组合逻辑设计和微程序设计两大类,相对应的控制器结构就有布线逻辑式和存储逻辑式;

  2. 组合逻辑控制器:以使用最少原件和取得最高操作速度为设计目标,用产生专门固定时序控制信号的组合逻辑电路设计的控制器;

  3. 微程序控制器:用存储逻辑替代组合逻辑,用类似程序设计的方法设计的控制器;

  4. 微命令:打开或关闭控制之门的控制命令;

  5. 微操作:由微命令控制的打开或者关闭控制门的操作;

  6. 微指令:若干微命令的组合,能产生一组控制信号,控制执行相应一组微操作的指令。

  7. 微周期:取出并执行一条微指令所需的时间;

  8. 控制存储器:用于存放全部的指令的所有微程序的存储器。微程序存放在控制器存储器中;

  9. 微命令的组合与编码方式有4种:直接译码方式、字段直接编码方式、字段间接编码方式、混合编码方式;

  10. 字段直接编码方式中一个字段在任一时刻最多能同时提供1个微命令;

  11. 微指令的格式有:水平型、垂直型;

  12. 微指令寄存器:存放由控制存储器独处的一条微指令信息的寄存器;

  13. 微指令的执行方式有:顺序执行的方式、重叠执行的方式;

  14. 在微程序控制器中,一条机器指令对应一个微程序,N跳机器指令对应N+3个微程序。

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