计算机组成原理知识点

第一章

电子计算机分为电子模拟计算机(应用范围较小)和电子数字计算机(还有数模混合)，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。平常说的计算机都是电子数字计算机。

电子数字计算机分为专用计算机和通用计算机。

运算器+控制器等于一个cpu

第一台计算机1946年美国宾夕法尼亚大学。

冯诺依曼型计算机的设计思想是存储程序并按地址顺序执行。

运算器又被称为ALU(算数逻辑运算部件)，主要是算术运算和逻辑运算。

存储器是存储数据和程序(指令)的。

计算机软件分为系统程序和应用程序

根据不同使用环境要求，操作系统分为批处理操作系统，分时操作系统，网络操作系统，实时操作系统。

编程语言的发展

• 手编程序，机器语言程序，手工编译二进制编码

• 汇编程序，符号语言程序，汇编程序汇编

• 高级程序，算法语言/高级语言，机器编译程序/解释程序

第二章

计算机中的数据分为符号数据和数值数据。

数值第一位为0表示是正数，为1表示为负数。

正数的原码反码补码都是一样的；负数原码除符号位外其余位取反得到反码，反码加一得到补码。

移码不管正负都是在补码的基础上将符号位取反，其它位不变。

0的补码是唯一的。移码也是唯一的。

01表示上溢（正溢），10表示下溢（负溢）。

双符号位正数符号位是两个0，负数符号位是两个1。

第三章

程序的局部性可以从两个角度进行分析：

• 时间局部性：最近被访问的信息可能还要被访问

• 空间局部性：最近被访问的信息邻近地址的信息也可能被访问

容量等于2的地址线条数乘以数据线(位)。

SRAM相比DRAM速度快，容量小，存储密度低。

cache是一种高速缓冲存储器，为了解决cpu和主存之间速度不匹配的一种重要技术，原理基于程序运行中具有的空间局部性和时间局部性特征。

cache介于cpu和主存之间的小容量存储器，存取速度比主存快，容量小。由SRAM组成。

cpu和cache之间数据交换是以字为单位的，而cache和主存之间是以块为单位。

cache和主存的地址映射方式:全相联映射方式，直接映射方式，组相联映射方式。

cache的替换策略:最不经常使用算法(LFU)-将一段时间内被访问次数最少的那行数据替换(使用次数最少的);近期最少使用算法(LRU)-将近期内长久未被访问的行替换(从后到前使用最晚的);随机替换。

一条指令的指令周期包括两个或两个以上的cpu周期(cpu周期又叫机器周期)，一个cpu周期包括多个T周期(时钟周期)。

存储字长是指（存放在一个存储单元中的二进制代码位数）。

存储周期是指（存储器进行连续读或写操作所允许的最短间隔时间）。

计算机的存储器采用分级存储体系的主要目的是（解决存储容量、价格和存取速度之间的矛盾）。

半导体静态存储器SRAM的存储原理是（依靠双稳态电路）。

# 题目
某计算机字长是32位，它的存储容量是64KB，按字编址，它的寻址范围是（16K）。
# 解释
按字编址，每个存储单元一个字节。因为该计算机的字长是32位，每个存储单元1个字节，1字节等于8位，所以相当于4个字节。又因为他的存储器容量是64KB，则说明有64K个字节，64/4=16。

第六章

机器指令、微程序和微指令的关系：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。

在微指令编码中，编码效率最低的是直接编码方式。

微程序放在（控制存储器）部件中。

程序控制类指令的功能是（改变程序执行的顺序）。

将微程序存储在EPROM中的控制器是（静态微程序 ）控制器。

在控制器的控制信号中，相容的信号是（ 可以同时出现）的信号。

微程序控制器比硬连线控制器更加灵活。

（间接寻址）可以缩短指令中某个地址段的位数。

• 水平型微指令：微程序短、执行速度快；微指令长，编写程序麻烦（特点：一次可以完成多个操作）
• 垂直型微指令：微指令短，便于编写程序；微程序长，执行速度慢（特点：采用微操作码）

执行（ 微指令）是控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令。

微指令中的微地址表示（后继微指令地址）。

由编译程序将多条指令组合成一条指令，这种技术称做（超长指令字技术）。

（超标量技术）是在每个时钟周期内同时并发多条指令。

计算机的并行处理技术主要有三种形式，包括时间并行、空间并行 和 时间空间并行。

在一个有四个过程段的浮点加法器流水线中，假设四个过程段的时间分别是T1 = 60ns﹑T2 = 50ns﹑T3 = 90ns﹑T4 = 80ns。则加法器流水线的时钟周期至少为（90ns ）。如果采用同样的逻辑电路，但不是流水线方式，则浮点加法所需的时间为（ 280ns）。

考题

计算机运算溢出检测机制，采用双符号位，00表示正号，11表示负号。如果进位将会导致符号位不一致，从而检测出溢出。结果的符号位为01时，称为上溢；为10时，称为下溢。

冯诺依曼的工作方式：按地址访问并按顺序执行

主存储器和CPU之间增加cacha的目的是：解决CPU和主存之间的速度不匹配问题

指令系统中采用不同寻址方式的目的是：缩短指令长度、扩大寻址空间、提高编程灵活性

各个映射(又叫映像 )关系：直接映射、全相联映射、组相联映射、混合映射（P94）

• 直接映射：主存中的一个块只能映射到Cache的某一特定块中去。（适用于小容量Cache）

• 全相联映射：主存中任何一块都可以映射到Cache中的任何一块位置上。（适用于大容量高速Cache）

• 组相联映射：主存和Cache都分组，主存中一个组内的块数与Cache中的分组数相同，组间采用直接映射，组内采用全相联映射。

运算器的核心部分是（算术逻辑运算单元）。

计算机的程序是由一系列的机器指令组成的。从计算机组成的层次结构来说，计算机指令分为微指令、机器指令和宏指令。

CISC(complex instruction set computer)：复杂指令系统计算机，RISC(reduced instruction set computer)：精简指令系统计算机。

中断向量可提供（中断服务程序入口地址）。

同步控制是（由统一时序信号控制的方式）。

浮点数的表示范围和精度取决于（阶码的位数和尾数的位数）。

CPU响应中断的时间是（执行周期结束）。

总线中地址线的作用是（用于选择指定存储器单元和IO设备接口电路的地址）。

在程序执行过程中，控制器控制计算机的运行总是处于（取指令）、（分析指令）和（执行指令）的循环之中。

计算机中各个功能部件是通过（总线）连接的。

指令寻址的两种方式：（顺序）寻址和（跳跃）寻址。

控制存储器是用来存放实现全部指令系统的（微程序），控制存储器是一种只读存储器。

输入输出系统的信息交换方式有：（程序查询）方式、（中断）方式、（DMA）方式、通道方式和外围处理方式。

在计算机系统中，CPU管理外围设备的四种方式：程序查询方式、中断方式、DMA和通道方式。

采用 DMA(直接内存访问) 方式传送数据时，CPU 和DMA 控制器内存使用权冲突时的解决方案包括：CPU停机(成组连续传送方式)、

周期挪用方式(单字传送方式，周期窃取方式)、透明DMA方式(DMA与CPU交替操作方式，总线周期分时方式)。（P260）

计算机操作的最小时间单位是：时钟周期。

在机器数中，（补码）的零的表示形式是唯一的。

总线特性有（电气）特性、（功能）特性、（物理）特性。

动态半导体存储器的特点是（每隔一定时间，需要根据原存内容重新写入一遍）。

一个完善的指令系统包括（数据处理，数据存储，数据传送，程序控制）四大类指令。

CPU的四个基本功能：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。

中断向量地址是（中断服务程序入口地址指示器）。

在CPU中，跟踪后继指令地址的寄存器是（程序计数器）。

层次化存储系统分为Cache、内存和外存。

若X=11011011B，则2X=10110110B(右侧加个0)，(1/2)X=01101101B(左侧加个0)，(1/4)X=00110110B(左侧加两个0)。

计算机执行乘法指令时，由于其操作较复杂，需要更多的时间，通常采用（中央与局部控制相结合的）控制方式。

大题

某磁盘组有4个盘片，5个记录面，每个记录面的内磁道直径为22cm，外磁道直径为33cm，最大位密度为1600B/cm，道密度为80道/cm，转速7200转速/分。
(1)磁盘的总存储容量?
(2)最大量数据传输率是多少?