山东大学-计算机组成原理复习重点整理

计组重点

第一章

1.冯诺依曼计算机的特点。

2.计算机的主要技术指标。

第四章

1.存储系统的层次结构。

2.静态RAM和动态RAM的不同点。

3.动态RAM为什么要刷新？各种刷新方式的特点？说明各种刷新方式的过程。

4.半导体存储器的扩展。（连线或补充连线，会分析地址译码过程）

5.主存地址、cache地址各字段的划分；cache地址映射；给你一个特定的主存地址，映射成具体的cache地址。

第五章

1.主存与外设之间的信息传递控制方式以及各自特点；

2.程序查询方式特点。

3.程序中断的概念。

4.I/O中断处理过程：CPU响应中断的条件；中断服务程序的流程；单重中断和多重中断的区别。

5.DMA方式访存有哪几种方法；DMA的工作过程（几个阶段、分别做什么）；DMA和程序中断有什么不同点（比较）具体一点；程序中断和DMA二者的响应过程有什么不同点？

第六章

1.进位计数制之间的转换（包括整数部分和小数部分）

2.定点数：原反补码之间的转换

3.浮点数：二进制补码的加减运算及溢出判断

4.定点原码一位乘和定点补码一位乘的计算过程

5.浮点数的加减运算

6.ALU的功能和组成

第七章

1.指令的基本格式

2.操作码的扩展

3.寻址方式的含义及有效地址的计算（基址寻址和变址寻址的异同）

第八章

1.CPU的功能和组成

2.指令周期的概念

3.中断周期内CPU要完成哪几项操作？

4.借助中断屏蔽计数改变中断处理的优先级，绘制CPU运行轨迹图。

第九章

1.指令周期、机器周期和时钟周期（节拍）三者之间的关系

2.给定数据通路结构、给定指令（具有特定的寻址方式），写出微操作流程图（结合时序信号）

3.了解一下控制方式

第十章

1.组合逻辑控制器和微程序控制器的比较；各自的优缺点

2.说明微程序控制器的基本原理和工作过程

3.微程序控制器后继微地址的形成，尤其是如何根据操作码形成相应的微程序入口地址的。

补充内容

卡诺图的简化；根据化简后的表达式绘制逻辑电路图。

第一章

1.冯诺依曼计算机的特点

①计算机由运算器,控制器,存储器,输入和输出五部分组成

②指令和数据以同等的地位存放于存储器内,并可按地址寻访

③指令和数据均用二进制数表示

④指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储

器中的位置

⑤指令在存储器内按顺序存放

⑥机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成

图中各部件的功能：

·运算器用来完成算术运算和逻辑运算并将的

中间结果暂存在运算器内

·存储器用来存放数据和程序

·控制器用来控制,指挥程序和数据的输入,运

行以及处理运行结果

·输入设备用来将人们熟悉的信息转换为机器

识别的信息

·输出设备将机器运算结果转为人熟悉的信息形式

2.计算机的主要技术指标

机器字长、存储容量、运算速度

第三章

1.存储器的层次结构

存储系统层次结构主要体现在：缓存-主存，主存-辅存这两个存储层次上

缓存-主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配

的问题；主存-辅存层次主要解决存储系统的容

量问题

从CPU角度来看缓存-主存层次的速度接近于缓

存,高于主存；其容量和价位却接近于主存,这就

从速度和成本的矛盾中获得了理想的解决办法.

主存-辅存层次从整体分析,其速度接近于主存,

容量接近于辅存,平均价位也接近于低速的、廉

价的存储价位,这又解决了速度、容量、成本这

三者之间的矛盾.

现代计算机系统几乎都具有这两个存储层次,构成了缓存、主存、辅存三级存储系统.

2.静态RAM和动态RAM的不同点

目前,动态RAM的应用比静态RAM要广泛的多：

①同样大小的芯片中,动态的RAM的集成度远高于静态RAM,DRAM的基本单元电路为一个MOS

管,SRAM的基本单元电路可为4~6个MOS管

②DRAM行、列按先后顺序输送,减少了芯片引脚,封装尺寸也减少

③DRAM的功耗比SRAM小

④DRAM的价格比SRAM的价格便宜

DRAM的缺点：

①由于使用动态元件(电容),因此它的速度比SRAM低

②DRAM需再生,需配置再生电路,也消耗一部分功率.通常容量不大的Cache大多用SRAM实

对比项目SRAM DRAM

储存信息触发器电容

破坏性读出非是

需要刷新非是

行列地址

同时送分两次

运行速度快慢

集成度低高

发热量大小

存储成本高低

3.动态RAM为什么刷新？各种刷新方式的特点。说明各种刷新方法的过程

刷新的过程实质上是先将原存储信息读出，再由刷新放大器形成原信息并重新写入的再生过程。由于存储单元被访问是随机的，有可能某些存储单元长期得不到访问，不进行存储器的读/写操作，其存储单元内的原信息将会慢慢消失。为此，必须采用定时刷新的方法，它规定在一定的时间内，对动态RAM的全部基本单元电路必做一次刷新，一般取2ms，这个事件称为刷新周期，又称为再生周期。刷新是一行行进行的，必须在刷新周期内，由专门的刷新电路来完成对基本单元电路的逐行刷新，才能保证动态RAM内的信息不丢失。

通常有三种方式刷新：集中刷新、分散刷新、异步刷新。

集中刷新：在规定的一个刷新周期内，对全部存储单元集中一段时间逐行进行刷新，此时必须停止读写操作。缺点，由于在一定时间内不能进行读写操作，故访问存在死区。

分散刷新：对每行存储单元刷新分散到美国存取周期内完成。不存在停止读写的死时间，但存取周期加长了，整个系统速度降低。

异步刷新：是前两种方式的结合，即可缩短死时间，又可擦很难过分利用最大刷新间隔2ms的特点。

4.半导体存储器的扩展（设计题：连线或补充连线；会分析地址译码过程）

（p91存储器的扩展：位扩展、字扩展）[理解书]

5.主存地址、Cache地址各字段的划分；Cache地址映射；给你一个特定的主存地址，映射或具体的Cache地址

Cache的基本工作原理以及与主存之间的映射方式（全相联映射、直接映射、组相联映射）基本原理：

a)cache是介于CPU和主存M2之间的小容量存储器，但存取速度比主存快。主存容

量配置几百MB的情况下，cache的典型值是几百KB。cache能高速地向CPU提供

指令和数据，从而加快了程序的执行速度。从功能上看，它是主存的缓冲存储器，

由高速的SRAM组成。为追求高速，包括管理在内的全部功能由硬件实现，因而对

程序员是透明的。

b)Cache的设计依据:CPU这次访问过的数据，下次有很大的可能也是访问附近的数据。

c)CPU与Cache之间的数据传送是以字为单位

主存与Cache之间的数据传送是以块为单位

d)CPU读主存时，便把地址同时送给Cache和主存，Cache控制逻辑依据地址判断此

字是否在Cache中，若在此字立即传送给CPU ，否则，则用主存读周期把此字从主

存读出送到CPU，与此同时，把含有这个字的整个数据块从主存读出送到cache中。映射方式：

Cache通过地址映射)的方法确定主存块与Cache行之间的对应关系，确定一个主存块应该存放到哪个Cache行中.

全相联映射：可以将一个主存块存储到任意一个Cache行

优点：命中率较高，Cache的存储空间利用率高

缺点：线路复杂，成本高，速度低

直接映射：将一个主存块存储到唯一的一个Cache行

优点：硬件简单，容易实现

缺点：命中率低，Cache的存储空间利用率低

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

组间采用直接映射，组内为全相联

硬件较简单，速度较快，命中率较高

第五章

1.主机和外设之间的信息传送的控制方式，各自特点

I/O设备与主机交换信息时，有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（DMA）、I/O通道方式、I/O处理机方式。

程序查询：控制简单，但外设和主机不能同时工作，工作效率低

程序中断：CPU利用率较高。不仅允许主机和外设同时工作，而且允许一台主机管多台外设。完成的过程中需要许多辅助的工具，如果中断请求过于频繁，CPU应接不暇，速度慢。

DMA的特点：在主机和外设之间有直接的传送通道，无需经过CPU。CPU利用率最高，又满足高速外设。

I/O通道：主机，外设，通道可以同时工作。

I/O处理机：是通道方式的进一步发展，CPU将I/O的操作以及外围设备的管理全部交给

I/O处理机，实质是多机系统，效率有很大提高

2.程序查询方式的特点

控制简单，但外设和主机不能同时工作，工作效率低

主机与I/O串行工作，CPU启动I/O后，CPU不断地询问I/O是否准备好，若设备准备好，CPU执行I/O操作；否则CPU一直等待。CPU大部分时间处于等待状态，利用率不高。

3.程序中段的概念

计算机在执行程序的过程中,当出现异常情况或者特殊情况时,CPU停止当前程序的运行,转向对这些异常情况或者特殊情况的处理,处理结束之后再返回到现行程序的间断处继续运行,该过程就是中断。

4.I/O中断处理过程；CPU响应中断的条件；中断程序服务的流程；单重中断和多重中断的区别

5.DMA方式访存有哪几种方法；DMA的工作过程（几个阶段，各自做什么）；DMA和程序中断有什么不同点（比较）具体一点；程序中断和DMA二者的响应过程有何不同点

第六章

1.进位计数制之间的转换（包括整数部分和小数部分）

2.定点数：原、反、补码之间的转换

3.浮点数：给你一个给定格式的浮点数代码，能否写出其真值

4.二进制补码的加减运算及溢出判别

5.定点原码一位乘法和定点补码一位乘法的计算过程（步骤）

6.浮点数的加减运算

7.ALU的功能和组成

第七章

1.指令的基本格式

2.操作码的扩展

3.寻址方式的含义及有效地址的计算（基址寻址和变址寻址的异同点）

1.CPU的功能和组成

CPU的功能：1.指令控制：控制程序的顺序执行

2.操作控制：产生完成每条指令所需的控制命令

3.时间控制：对各种操作实施时间上的控制

4.数据加工：对数据进行算术与逻辑运算

5.（处理中断）：对计算机中出现的异常情况进行处理

组成：运算器（算术运算、逻辑运算）

控制器（IR、PC、DR、AR、AC、PSW、指令译码器、时序产生器）：取指令、分析指令、执行指令

2.指令周期的概念

指令周期：CPU每读取出并执行一条指令所需的全部时间成为指令周期，即完成一条指令的时间（读取、分析、执行、检查中断）取出一条指令并执行这条指令所需要的时间

3.中断周期内CPU要完成哪几段操作

①将特定地址“0”送至存储器地址寄存器，记作0→MAR

②向主存发写命令，启动存储器作写操作，记作1→W

③将PC的内容（程序断点）送至MDR，记作PC→MDR

④将MDR的内容（程序断点）通过数据总线写入到MAR（通过地址总线）所指示的主存单元（0地址单元）中，记作MDR→M（MAR）

⑤将向量地址形成部件的输出送至PC，记作向量地址→PC，为下一条指令的取值周期做准备

⑥关中断，将允许重点触发器清零，记作0→EINT（该操作可直接由硬件线路完成，参见图8.30）

* 如果程序断点存入堆栈，而且进展操作时先修改栈指针，后存入数据，只需将上述1改成（SP）-1→SP，且SP→MAR

4.借助中断屏蔽技术改变中断处理的优先级，绘制CPU运行轨迹图

第九章

1.指令周期、机器周期和时钟周期（节拍）三者之间的关系

2.给定数据通路结构，给定指令（具有特定的寻址方式），写出微操作流程图（结合时序型号）

3.了解一下控制方式P388

同步控制

异步控制

联合控制

人工控制

1.组合逻辑控制器和微程序控制器的比较，各自的优缺点

组合逻辑控制器是采用组合逻辑技术来实现控制操作，把控制部件看成是产生专门固定时序控制信号的逻辑电路，这种逻辑电路是由门电路和触发器构成的复杂逻辑网络。

采用组合逻辑设计方法设计控制单元，微操作控制部件的线路结构十分庞杂，不规整，而且指令系统功能越全，微操作命令越多，线路就越复杂。一旦控制部件构成后，除非重新设计和物理上对它重新布线，否则要想增加新的控制功能是不可能的。组合逻辑控制的最大优点是速度较快。

微程序控制器是为了克服组合逻辑控制器线路复杂、不易修改的缺点而提出的，用类似存储程序的办法，来解决微操作命令序列的形成。就是把一条机器指令看成一个微程序，每一个微程序包含若干条微指令，每一条微指令对应一个或几个微操作。然后把这些微程序存到一个存储器中，用寻找用户程序机器指令的办法来寻找每个微程序中的微指令，逐条执行每一条微指令，也就相应地完成了一条机器指令的全部操作。

微程序控制器同组合逻辑控制器相比较，具有设计规整、调试、维修以及更改、扩充指令方便的优点，易于实现自动化设计。但是由于它使用了控制存储器，所以指令的执行速度比组合逻辑控制器慢。

组合逻辑控制方法中

优点:思路简单，可用于实现任一指令系统。

缺点:设计和调试代价很大，难于修改和扩充

微程序控制器

优点:微程序设计标准化程度高、可灵活地修改和扩充。

缺点:但速度比硬布线方法慢一些。

2.说明微程序控制器的基本原理和工作过程

微程序控制器组成中的核心成分是控制存储器(CM)，由ROM器件实现，用于存储按一定规则组织好的全部的控制信号。

微程序控制器的工作原理：是依据读来的机器指令的操作码找到与之对应的一段微程序的入口地址，并按由指令具体功能所确定的次序，逐条从控制存储器中读出微指令，以“驱动”计算机各功能部件正确运行。

微程序控制的基本思想：就是仿照通常的解题程序的方法，把操作控制信号编成所谓的“微指令”，存放到一个只读存储器里．当机器运行时，一条又一条地读出这些微指令，从而产生全机所需要的各种操作控制信号，使相应部件执行所规定的操作。

微程序控制器同组合逻辑控制器相比较：具有规整性,灵活性,可维护性等一系列优点,因而在计算机设计中逐渐取代了早期采用的组合逻辑控制器,并已被广泛地应用.在计算机系统中,微程序设计技术是利用软件方法来设计硬件的一门技术。

工作过程：

(1)执行取指令的公共操作。取指令的公共操作通常由一段取指微程序来完成，在机器开始运行时，自动将取指微程序的入口微地址送μMAR，并从μCM中读出相应的微指令送入μIR。微指令的操作控制字段产生有关的微命令，用来控制实现取机器指令的公共操作。取指微程序的入口地址一般为μCM的0号单元，当取指微程序执行完后，从主存中取出的机器指令就已存人指令寄存器IR中了。

(2)由机器指令的操作码字段通过微地址形成部件产生出该机器指令所对应的微程序的入口地址，并送入μMA

(3)从μCM中逐条取出对应的微指令并执行之，每条微指令都能自动产生下一条微指令的地址。

(4)一条机器指令对应的微程序的最后一条微指令执行完毕后，其下一条微指令地址又回到取指微程序的人口地址，从而继续第(1)步，以完成取下条机器指令的公共操作。

以上是一条机器指令的执行过程，如此周而复始，直到整个程序的所有机器指令执行完毕。

3.微程序控制器后续微地址的形成，尤其是如何根据操作码形成相应的微程序入口的

补充

卡诺图化简，根据化简后的逻辑表达式绘制逻辑电路图