第一章
1:了解计算机组成及分类
电子计算机从总体上来说分为两大类:电子模拟计算机和电子数字计算机。
1）电子模拟计算机的特点是数值由连续量来表示,运算过程也是连续的。
2）电子数字计算机的主要特点是按位运算,并且不连续地跳动计算。
数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。
•通用计算机分为：超级计算机（Supercomputer），大型机（Mainframe），服务器（Server），PC机，单片机（Single-Chip Computer），多核机6类，其区别在于体积、复杂度、功耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和价格
–冯·诺伊曼体系结构
•主要特点：使用二进制数和存储程序
•设计思想：存储程序并按地址顺序执行
•把程序及其操作数据一同存储
•冯·诺伊曼计算机具有5大部件
–控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备
2:了解指令和程序概念及相互关系
每一个基本操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序。
存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
每个存储单元都有编号，称为单元地址。
如果某字代表要处理的数据，称为数据字。如果某字为一条指令，称为指令字。
3:熟悉计算机发展简史（特别是我国计算机发展过程)
我国计算机发展：1958年 我国第一台电子管计算机
1964年 我国第一台晶体管计算机
1971年 我国第一台集成电路计算机
1983年 我国第一台亿次巨型电子计算机诞生了
2016年 “神威·太湖之光”世界上首台运算速度超过十亿亿次的计算机
第二章
1:掌握二进制(B)，八进制(O)，十进制(D)，十六进制(H)的转换及表示
一、概念
数制：也称为计数制，=固定的符号+统一的规则。
进位计数制：是数制的一种，描述满几进1的一种计数规则。常用的进位计数制有：十进制、二进制、八进制、十六进制。
数码：用来表示数制的符号。
基数：数码的个数。
位权：某一位所处位置的价值（Rn-1）。
位进制 | 二进制 | 八进制 | 十进制 | 十六进制 |
规则 | 逢2进1 | 逢8进1 | 逢10进1 | 逢16进1 |
基数 | 2 | 8 | 10 | 16 |
数码 | 0,1 | 0，1,2…，7 | 0，1,2…，9 | 0,1,2…，9 A,B,C,D,E,F |
位权 | 2i-1 | 8i-1 | 10i-1 | 16i-1 |
表示形式 | 1011B (1011)2 | 145O (145)8 | 145D (145)10 | 15EH (15E)16 |
二、进制转换（自行复习进制的加减法）
1.R进制转十进制
方法：乘权求和法
2.十进制转R进制
方法：整数：辗转相除，反向取余。
小数：辗转相乘，正向取整。
3.二进制 ó 八/十六进制
方法：分组法
4.十进制转换成二进制
方法：分兵点将法。
5.两个结论
2n转成二进制是100000…（n个0）
2n-1转成二进制是111111（n个1）
1.1原码、反码、补码
原码反码补码通常用八位二进制表示，其中第一位表示符号位，其他位表示数值位，其中符号位中，用1表示负，0表示正。
正数：[X]原 = [X]负 = [X]补
负数：反码为原码的符号位不变，其余位相反。
[X]补 = [X]反 + 1
负数的补码为原码最后一位有效位之前取反，符号位和该位（含自身）之后的不变
2:了解计算机中定点二进制运算器中，减法运算如何实现
•从[ｙ]补 求 [-ｙ]补的法则：
对[ｙ]补包括符号位“求反且最末位加1”，即可得到[-ｙ]补
3:掌握溢出相关概念及检测方法，和奇偶校验作用（可能会考计算题)
溢出概念
•两个正数相加,结果大于机器所能表示的最大正数,称为正溢
•两个负数相加,结果小于机器所能表示的最小负数,称为负溢
溢出检测方法
•双符号位法（变形补码、模4补码）
–如果两个数相加后，其结果的符号位出现“01”或“10”两种组合时,表示发生溢出
–最高符号位永远表示结果的正确符号
2、单符号位法
校验码
检测和纠正计算机处理信息中的错误
•元件故障、噪声干扰等各种因素常常导致计算机在处理信息过程中出现错误
•为了防止错误,可将信号采用专门的逻辑线路进行编码以检测错误,甚至校正错误
•通常的方法是,在每个字上添加一些校验位,用来确定字中出现错误的位置
•计算机中常用这种检错或纠错技术进行存储器读写正确性或传输信息的检验
•最简单且应用广泛的检错码是采用一位校验位的奇校验或偶校验
奇偶校验
•只有当ｘ中包含有奇数个1时, 奇校验位C=0
•只有当ｘ中包含有偶数个1时, 偶校验位C=0
•奇偶校验可提供奇数个错误检测,但无法检测偶数个错误,更无法识别错误信息的位置
4:变形补码计算二进制加减法中的运用
5:掌握浮点数的表示方法
IEEE754标准
S数的符号位，1位，在最高位，“0”表示正数，“1”表示负
数。
M是尾数，23位，在低位部分，采用纯小数表示
E是阶码，8位，采用移码表示。移码比较大小方便。
6:原码乘法相关概念（书中36页)
第三章
1:高速缓冲存储器的作用
解决CPU和主存之间速度不匹配
高速缓冲存储器主要是用来在内存和CPU之间作个数据缓冲的桥梁，因为CPU的处理速度是所有计算机硬件中最快的，内存转换的速度跟不上CPU的处理速度，需要有个缓冲区域。
•存储器分级结构中应解决的问题：
–当需从辅存中寻找指定内容调入主存时，如何准确定位？
•依靠相应的辅助软硬件。
–当CPU访问cache，而待访问内容不在cache中时，应如何处理？
•从主存向cache中调入相应内容。
•以上过程均由操作系统管理。
2:掌握存储器的地址线和数据线的条数计算
–某机存储容量为 2K×16，则该系统所需的地址线为 11 根，数据线位数为 16 根。
3:掌握cache的替换策略及cache的写操作策略 P100-101
cache的替换策略
LFU（最不经常使用 ）：将近一段时间内被访问次数最少的那行换出。
方法：被访问的行计数器增加1，换值小的行，不能反映近期cache的访问情况，
LRU（近期最少使用） ： 将近期内长久未被访问过的行换出。
方法：被访问的行计数器置0，其他的计数器增加1，换值大的行。
随机替换：从特定的行位置中随机地选取一行换出即可。
cache的写操作策略
4:掌握存储器的字扩展和位扩展 P68-69
存储芯片的字位扩展
•扩展方法
–先进行位扩展，形成满足位要求的存储芯片组；
–再使用存储芯片组进行字扩展。
5:了解RAM和ROM的功能及特点 P64
（1）RAM和ROM的区别
①RAM：random access memory 随机存储器，特点：既能读又能写，是程序运行的地方，断电后数据全部丢失，也被称为易失性存储器。
②ROM：read only memory 只读存储器，特点：只能读不能写，存放BIOS的地方，断电后数据不丢失，也被称为非易失性存储器。
cache相关计算 P93
Nc为cache完成的存取的总次数，Nm为主存完成的存取的总次数
tc 表示命中时的cache访问时间，tm表示未命中时的主存访问时间，1-h表示未命中率（缺失率）
h = (ta -tm)/(tc-tm)
设计主存地址
cache与虚存的异同
(1)出发点相同(2)原理相同
(3)侧重点不同(4)数据通路不同(5)透明性不同(6)未命中时的损失不同
第四章
指令系统基本概念
指令：就是要计算机执行某种操作的命令。从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令之分。
微指令是微程序级的命令，它属于硬件；
宏指令：由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件；
机器指令：介于微指令与宏指令之间，通常简称为指令，每一条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。
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。
1:RISC和CISC的相关知识点
•复杂指令系统计算机(CISC)与精简指令系统计算机（RISC）
为什么会出现CISC到RISC的转变？
–2/8规则：20%的指令是常用指令，但在程序中出现的频率却占到80%
–为了降低控制器设计难度
•一个完善的指令系统应满足如下四方面的要求：
–完备性
–有效性
–规整性
–兼容性
2:指令的格式及分析指令的格式特点（书中126页例题4.2-4.3)
•指令格式
–指令字用二进制代码表示的结构形式，通常由操作码字段和地址码字段组成
–操作码字段表征指令的操作特性与功能
–地址码字段通常指定参与操作的操作数的地址
3:指令在计算机中的存放形式
二进制
第五章
1:了解CPU基本组成和各部分功能
运算器,控制器,Cache组成
2:掌握运算器和控制器的组成及其各部分功能部件的作用
P146-148
•控制器
–由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成
–完成协调和指挥整个计算机系统的操作
–控制器的主要功能有：
1)从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置
2)对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作
3)指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向
•运算器
1）由算术逻辑单元(ALU)、通用寄存器(累加寄存器)、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器组成
2）是数据加工处理部件
3）运算器接受控制器的命令而进行动作，是执行部件
运算器有两个主要功能：
(1)执行所有算术运算
(2)执行所有逻辑运算
寄存器
1.数据缓冲寄存器（DR）
•数据缓冲寄存器：暂时存放从数据存储器读出的数据或者存放来自外设的数据或者存放ALU运算结果。
2.指令寄存器（IR）
3.程序计数器(PC)
保证程序能够连续地执行下去，确定下一条指令的地址
4.数据地址寄存器(AR)
5.通用寄存器(R0～R3)
•通常简称为累加器，它是一个通用寄存器（R0-R3）。
•其功能是：当运算器的算术逻辑单元(ALU)执行算术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区，暂时存放ALU运算的结果信息
6.程序状态字寄存器(PSWR)
•状态条件寄存器保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容，这些标志位通常分别由1位触发器保存
•因此，状态条件寄存器是一个由各种状态条件标志拼凑而成的寄存器
3:掌握计算机是如何区分指令和数据的
通过不同的时间段来区分指令和数据，即在取指令阶段（或取指微程序）取出的为指令，在执行指令阶段（或相应微程序）取出的即为数据。如果通过地址来源区分，由PC提供存储单元地址的取出的是指令，由指令地址码部分提供存储单元地址的取出的是操作数。
4:掌握微程序控制器的相关概念及机器指令和微指令，微程序的关系
微程序控制器 P163
优点：规整性，灵活性，可维护性
•基本思想：仿照解题的方法，把操作控制信号编制成微指令，存放到控制存储器里，运行时，从控存中取出微指令，产生指令运行所需的操作控制信号。
微程序设计技术是用软件方法来设计硬件的技术。微命令和微操作
•微命令：控制部件向执行部件发出的各种控制命令叫作微命令，它是构成控制序列的最小单位。
•微操作：是微命令的操作过程。
–微命令和微操作是一一对应的。
–微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程。
–微操作是执行部件中最基本的操作。
微指令和微程序
–微指令：指在同一CPU周期内并行或并发执行的微操作控制信息集合。它是微命令的组合，微指令存储在控制器中的控制存储器中。
- 微程序：一系列微指令的有序集合就是微程序。一段微程序对应一条指令。
•微地址：存放微指令的控制存储器的单元地址
机器指令与微指令的关系
–机器指令（通常简称为指令）：介于微指令与宏指令之间，每一条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作
•1.一条机器指令对应一个微程序
•2.指令、程序、地址与内存有关，微指令、微程序、微地址与控制存储器有关
•3.每一个CPU周期对应一条微指令
5:了解时序电路的作用
时序电路具有记忆功能
CPU中的控制器用它指挥机器的工作
CPU可以用时序信号/周期信息来辨认从内存中取出的
是指令（取指）还是数据（执行）
一个CPU周期中时钟脉冲对CPU的动作有严格的约束
操作控制器发出的各种信号是时间（时序信号）和空
间（部件操作信号）的函数。
第六章 P189
1:掌握总线的定义及总线的分类及作用
定义：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路。
分类：
•内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算器部件之间的总线。
•系统总线：外部总线。CPU和计算机系统中其他高速功能部件相互连接的总线。
•I/O总线：中低速I/O设备相互连接的总线。
作用：
借助于总线连接，计算机在各系统功能部件之间实现地址、数据和控制信息的交换，并在争用资源的基础上进行工作。
2:系统总线的定义及其特性
•总线的特性可分为：物理特性、功能特性、电气特性、时间特性。
第八章
1:掌握DMA的定义和功能 P260
定义：直接内存访问(DMA),是一种完全由硬件执行 I/O 交换的工作方式
功能：不需要经过CPU进行数据传输
2:DMA的数据块传送的分类
1、停止CPU访问内存
2、周期挪用方式
3、DMA与CPU交替访问
