计算机组成原理复习要点

教材为计算机组成原理第二版（唐朔飞）

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基础概念

1. 计算机系统由“硬件”和“软件”两大部分组成。
2. 从计算机系统的多级层次结构来看，可以将硬件研究的主要对象归结为传统机器M1和微程序机器M0。
3. 多级层级结构的计算机系统（图P7）五层结构关系顺序要记清！
4. 计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性。
5. 计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。
6. 冯•诺依曼计算机特点 6个主要记3个！
   •计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成。
   •指令和数据均用二进制数表示。
   •指令在存储器内按顺序存放。
7. 运算器用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内。
8. 存储器用来存放数据和程序。
9. 控制器用来控制、指挥程序和数据输入、运行以及处理运算结果。
10. 输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式，常见的有键盘、鼠标等。
11. 输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式，如打印机输出、显示器输出等。
12. MAR是存储器地址寄存器。
13. MDR是存储器数据寄存器。
14. ACC为累加器。
15. MQ为乘商寄存器。
16. X为操作数寄存器。
17. 控制器由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）以及控制单元（CU）组成。
18. 计算机硬件的技术指标：机器字长、存储容量、运算速度。
19. 计算机系统的五大部件之间的互连方式：
    分散连接：各部件之间使用单独的连线。
    总线连接：各部件连到一组公共信息传输线上。
20. 总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。
21. 总线分类：片内总线、系统总线、通信总线
22. 系统总线：数据总线、地址总线、控制总线
23. 总线特性：机器特性、电气特性、功能特性、时间特性
24. 总线性能指标（7个 见书P46）
    主要记三个 总线宽度、总线带宽、总线复用
25. PCI总线传输速率 132MBps（记住这个数值！）
26. 总线结构：单总线结构、多总线结构
27. 主设备对总线有控制权，从设备没有。（书P57）
28. 总线判优控制： 集中式 分布式
29. 控制优先仲裁方式：链式查询（对电路故障最敏感）、计数器定时查询、独立请求方式
30. 总线通信控制四种方式：同步通信、异步通信、半同步通信、分离式通信
31. 异步通信应答方式：不互锁、半互锁、全互锁
32. 波特率和比特率的概念和计算（波特率>比特率）（书P62-64）
33. 储存器的两种层次结构：缓存-主存层次、主存-辅存层次
34. 缓存-主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配的问题
35. 主存-辅存层次主要解决存储系统的容量问题
36. 根据容量计算引脚数，根据引脚数计算容量
37. 半导体存储芯片的译码驱动方式：线选法、重合法
38. 刷新方式：集中刷新、分散刷新、异步刷新
39. 只读存储器演变：掩模ROM、PROM、EPROM、EEPROM
40. 存储容量扩展：位扩展 字扩展 字、位扩展
41. 程序访问的局限性原理（书P109）
42. 地址映射方式：直接映射、全相联映射、组相联映射
43. 输入输出阶段发展（4个）：早期阶段、接口模块和DMA阶段、具有通道结构的阶段、具有I/O处理机的阶段
44. 输入输出系统由I/O软件和I/O硬件两部分组成
45. I/O地址码编码方式：统一编码或不统一编码
46. I/O设备与主机交换信息时，5种控制方式：程序查询方式、程序中断方式、直接存储器存取方式、I/O通道方式、I/O处理机方式
47. I/O总线包括数据线、设备选择线、命令线、状态线
48. 接口功能：选址功能、传送命令的功能、传送数据的功能、反映I/O设备工作状态的功能
49. 为防止I/O中断，配置相关硬件线路：
    •中断请求触发器和中断屏蔽触发器
    •排队器
    •中断向量地址形成部件（设备编码器）
50. I/O中断处理过程：
    •CPU响应中断的条件和时间
    •I/O中断处理过程
51. 中断服务程序的流程：保护现场、中断服务、恢复现场、中断返回
52. 单重中断，开中断指令设置在最后“中断返回”之前
53. 多重中断，开中断指令提前至“保护现场”之后
54. DMA与主存交换数据时采用三种方式
    •停止CPU访问主存
    •周期挪用（或周期窃取）
    •DMA与CPU交替访问
55. DMA数据传送过程分为预处理、数据传送和后处理3个阶段
56. 第6章
    •原、反、补码的计算 计算题 参考P290 6.4
    •booth算法 计算题 参考P291 6.20
    •补码的加减运算 计算题 参考P291 6.19（4）（5）
    •补码判溢
    •机器数表示0是否唯一 （补码、移码唯一 其它不唯一）
    •机器数表达范围
    •浮点数的基本构成（阶码尾数和基数）

计算题

1. 汉明验码或CRC验码
   参考习题4.17 4.41
   汉明验码公式： 2^k >= n + k + 1（公式两分）
   CRC计算方法P145
   注意：计算题必须写过程！只写答案没分

2. Cache主存系统的命中率，效率和平均访问时间
   P111 参考例题4.7 记住两个公式

3. 磁盘组的存储容量，最低位密度，存储面，数据传输率 P153 参考4.38 4.39
   有效储存区域=(外直径-内直径)÷2
   磁道数= 圆柱面数量=有效储存区域×磁道密度
   总磁道数= 记录面数×磁道密度×有效储存区域
   每磁道的信息量=内层位密度×内层周长
   面信息量=磁道数×每磁道信息量
   平均数据传输速率=最内圈直径×3.14×位密度×盘片转速

4. booth算法 补码两位乘 参考P291 6.20

5. 补码的加减运算 计算题 参考P291 6.19（4）（5）

综合题

Cache与主存地址映射的计算
P152 参考4.28

设计题

存储器的字扩展和位扩展
参考书P151页习题4.15