计算机组成原理（第三版）复习

第一章 概 论

1. 冯·诺伊曼计算机的核心思想、五大基本功能部件、各自的作用及其相互联系。
冯.诺依曼主要三个思想：（1）计算机硬件是由5大基本部分组成:运算器,控制器,存储器,输入设备,输出设备（2）采用二进制（3）程序和数据一样存放在存储器中
五大基本功能部件：输入设备、存储器、控制器、运算器和输出设备。
输入设备：输入设备是是重要的人机接口，用来接受用户输入的原始数据和程序，并将它们变为计算机能识别的二进制存入到内存中。
存储器：存储器是计算机记忆或暂存数据的部件。计算机中的全部信息，包括原始的输入数据。经过初步加工的中间数据以及最后处理完成的有用信息都存放在存储器中。而且，指挥计算机运行的各种程序，即规定对输入数据如何进行加工处理的一系列指令也都存放在存储器中。存储器分为内存储器（简称内存或主存）、外存储器（简称外存或辅存，如硬盘）。
控制器：控制器是对输入的指令进行分析，并统一控制计算机的各个部件完成一定任务的部件。它一般由指令寄存器、状态寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。是协调指挥计算机各部件工作的元件，其功能是从内存中依次取出命令，产生控制信号，向其他部件发出指令，指挥整个运算过程。控制器是统一指挥、协调其他部件的中枢。
运算器：运算器又称算术逻辑单元，是进行算术、逻辑运算的部件。运算器的主要作用是执行各种算术运算和逻辑运算，对数据进行加工处理。
输出设备：输出设备是输出计算机处理结果的设备，用于将存入在内存中的由计算机处理的结果转变为人们能接受的形式输出。
2.计算机系统的层次结构
第1级是微程序机器层，这是一个实在的硬件层，它由机器硬件直接执行微指令。
第2级是传统机器语言，它也是一个实际的机器层，它由微程序解释机器指令系统。
第3级是操作系统层，它由操作系统程序实现。操作系统程序由机器指令和广义指令组成，这些广义指令是为了扩展机器功能而设置的，它是由操作系统定义和解释的软件指令，所以这一层也称为混合层。
第4级是汇编语言层，它为用户提供一种符号化的语言，借此可编写汇编语言源程序。这一层由汇编语言支持和执行。
第5级是高级语言层，它是面向用户的，为方便用户编写应用程序而设置的。该层有高级语言编译支持和执行。
3.计算机系统的性能指标
（1）基本字长: 是参与运算的数的基本长度，用二进制数位的长短来衡量，取决寄存器、加法器、数据总线等部件的位数。
（2）主存容量:可以用字节，有的用字长，K、M、G、T
（3）运算速度: 是每秒能执行的指令条数来表示，单位是条/秒。（MIPS）

第二章 运算器

1.原码、反码和补码的表示范围

2.判断溢出的方式：双符号位法和进位判断法
双符号位判别法：两个符号位同时参加运算,若符号为01 => 正溢出；若符号位为10 => 负溢出.两个符号位的最高位仍为正确的符号; 结果中如果两个符号位相同，则未溢出。
进位判别法：Cs表示符号位的进位，Cp表示最高数值位进位。若 Cs⊕Cp =0（保持一致），无溢出；若 Cs⊕Cp =1，有溢出。

第三章 存储器

1．计算机系统的存储体系结构，Cache-内存，内存-外存，它们各自的特点
2. 存储器的性能指标
存储容量:1K=1024B，1M=1024K，1G=1024M，1T=1024G
存取时间：从存储器接收到读或写命令到从存储器读出或写入信息所需的时间。是反应速度的指标，取决于存储介质的物理特性和访问机构的类型。
存取周期：表示存储器作连续访问操作过程中完成一次完整存取操作所需的全部时间。
3. 内存的组成部分和读写过程
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4．SRAM和DRAM在结构上和性能上各有什么特点？
DRAM指动态MOS存储器，每个存储单元由一个晶体管和一个电容器组成，数据存储在电容器中，电容器会由于漏电而导致电荷丢失，因此DRAM是不稳定的，为了保存数据需要进行有规律刷新。SRAM是静态的、稳定的，没有刷新周期。与SRAM相比，DRAM地址线的引脚只有一半，因此增加两根控制线RAS和CAS，分别控制接收行地址和列地址。
5．SRAM的字扩展和位扩展
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6. 高速缓存Cache的基本概念
含义：高速缓冲存储器，位于CPU和主存间的一个高速小容量存储器。
功能：弥补CPU和主存间的速度差异，提高CPU访问主存的平均速度。
目的：①加快读取速度:在Cache中的数据是内存中的-小部分，但这-小部分是短时间内CPU即将访问的，当CPU调用大量数据时，就可避开内存直接从Cache中调用。使主存的平均读出时间尽可能接近Cache的读出时间。②高效的解决方案:在CPU中加入Cache，这样整个内存储器( Cache+内存)就变成了既有Cache的高速度,又有内存的大容量的存储系统了。
7. Cache三种映像方式。
主存与cache的地址映射方式有全相联方式、直接方式和组相联方式三种。
直接映射：将一个主存块存储到唯一的一个Cache行。
全相联映射：可以将一个主存块存储到任意一个Cache行。
组相联映射：可以将一个主存块存储到唯一的一个Cache组中任意一个行。

第四章 指令系统

1．指令系统的基本概念，它与计算机软硬件之间的关系。
一台计算机中所有机器指令的集合，称为计算机的指令系统，其性能决定了这台计算机的基本功能。（完备性、高效性、规整性、兼容性）
2．指令系统的格式，定长编码和变长编码，如何进行操作码的扩展。
指令格式就是用二进制代码表示的一条指令的结构形式，通常由操作码和地址码两种字段组成。操作码字段表征指令操作的性质和功能；地址码字段通常指定参与操作的操作数的地址。
定长编码：操作码的长度固定，且集中放在指令字的一个字段中。
变长编码：操作码的长度可变，且分散地放在指令字的不同字段中。
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3．掌握基本的寻址方式，立即数、寄存器、直接间接、跳转等。操作数地址的形成方式。
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例.操作数在寄存器中：寄存器寻址方式
操作数地址在寄存器中：寄存器间接寻址方式
操作数在指令字中：立即寻址方式
主存中操作数的地址在指令字中：直接寻址方式
4. 了解相对、变址、基址和堆栈寻址方式，指令系统的基本分类方式。
相对寻址方式：根据一个基准地址及其相对量来寻找操作数地址的方式。
变址寻址方式：把变址寄存器的内容加上指令格式中的形式地址形成操作数的有效地址。
基址寻址方式：把基址寄存器的内容加上指令格式中的形式地址形成操作数的有效地址。
堆栈寻址方式：先进后出原则。
例.page48(4.8)变址寻址方式的有效地址=变址器内容+指令地址码=02B0H+1FH=02CFH
相对寻址方式的有效地址=当前指令地址+指令地址码=3A00H+1FH=3A1FH
相对寻址加变址方式的有效地址=基址器内容+变址器内容+指令地址码=3000H+02B0H+1FH=32DFH
指令系统的基本分类方式：数据传送指令、算数运算传送指令、逻辑运算传送指令、移位操作指令、转移控制指令（无条件与条件转移指令，调用与返回指令，陷阱 与陷阱指令）、输入/输出指令（I/O指）、字符串处理指令、堆栈操作指令、特权指令、其他指令
P.S.调用指令和无条件与条件转移指令主要区别在于前者需要返回地址，即当执行完被调用的程序后要回到原调用程序，继续执行Call指令的下一条指令，返回地址一般保留于堆栈中。

第五章 CPU

1. 控制器中主要的寄存器及其功能。
①程序计数器PC :存放指令的地址(当前指令或者下条指令地址)。
②地址寄存器AR :用来保存当前CPU所访间的内存单元的地址。
③指令寄存器IR:用来保存当前正在执行的一条指令。
④指令译码器ID :对指令寄存器中的指令操作码字段进行译码
2.微程序、微指令、微命令的定义及相互关系
微程序是一组微指令的集合；
微指令是为实现某个操作功能而发出的控制信号的有关信息汇集形成的。
在微指令的控制字段中，每一位代表一个微命令。
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构成的。因此，一条机器指令的功能是若干条微指令组成的序列来实现的。简而言之，一条机器指令所完成的操作划分成若干条微指令来完成，由微指令进行解释和执行。
3．微程序控制的基本思想是什么？
①若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作；
②若干微指令组成一段微程序，解释执行一条机器指令；
③微程序事先存放在控制存储器中，执行机器指令时再取出。