计算机组成与体系结构复习提纲
计算机组成复习提纲
第一章计算机系统概述一、机器性能指标：1、机器字长（数据字长）：CPU能同时处理的数据位数。
→64位处理器机器字长= 数据通路宽度= 寄存器位数、ALU位数。
字长越长，数据表示范围越大，精度越高，运算速度越快。
为位存储字长：一个存储单元可存放的二进制代码位数。
（存储器按字节编址时，存储字长为一个字节；按字编址时，存储字长等于机器字长）指令字长：一条指令所具有的二进制代码位数。
（一般为字节的整数倍）（指令字长尽可能短，以节省存储空间和提高处理速度）字节（Byte）： 8 位（bit）二进制代码。
2、运算速度：常用单位时间内执行指令的平均条数来描述MIPS：每秒执行百万条指令数；CPI：执行一条指令所需的时钟周期数；吞吐率：每个时钟周期内执行的指令个数（CPI的倒数）；FLOPS：每秒浮点运算次数；MFLOPS：每秒浮点运算百万次数3、内存容量：（主存+cache）按字节编址存储容量= 存储字节数单位：字节（B）例如：64KB按字编址存储容量= 存储字数×存储字长单位：字（W）、位（b）例如：64K×32位→字的大小根据机器字长确定（32位机中，1字 = 4字节）第二章指令系统一、地址编码地址空间：对单元（通用寄存器、存储器、I/O设备）可以统一编址或者单独编址。
三地址空间（MIPS）、二地址空间（通用寄存器独立编址）、一地址空间、零地址空间（隐含编址方式 堆栈计算机）编址方式是指主存单元的地址编排方式。
编址方式决定了主存最小访问单位。
1、按字编址方式主存的最小编址单位是一个字，通常，存储字长=机器字长对主存数据的访问以字为单位，主存容量=存储字数×存储字长，单位为字（Word）或位（bit）eg. 128M×32位2、按字节编址方式主存的最小编址单位是一个字节，描述主存储容量时，以字节（B）为单位。
对主存数据既能以字节为单位访问，也能以字为单位访问，当按字节访问主存时，使用字节地址；当按字访问主存时，使用字地址（边界对齐）。
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计算机组成与体系结构复习提纲第一章计算机系统概述1、冯诺依曼计算机结构的主要特点五大模块及其功能指令和数据用二进制表示指令和数据存放在存储器中，按地址访问指令由操作码和操作数组成，操作码指定操作性质，操作数指定操作数地址采用“存储程序”的方式进行工作2、计算机系统组成软件和硬件3、计算机系统的层次结构图1.1,共6层，各层的作用4、计算机性能指标字长：计算机内部用二进制位来表示一个数据或一条指令，使用的位数就是字长，现代计算机都是8的整数倍速度：主频，时钟频率MIPS存储容量：内存和外存存取速度外设速度5、计算机工作过程用某种语言编制源程序用语言处理程序将源程序翻译成机器语言目标程序（编译程序和汇编程序）将所含的指令装入内存，然后从第一条指令开始执行指令执行过程：取指令、指令译码、取操作数、运算、送结果、PC指向下一条指令重复上述过程直到指令全部执行6、名词解释MIPS、MFLOPS、CPI第二章数字电路基础和常用器件1、基本数字器件二极管：特点：单向导电性，只读存储器三极管：反相器(图2.4)、存储阵列（图2.9）MOS管：反相器、动态存储器2、数字逻辑基础3种基本逻辑关系：与、或、非3、逻辑函数及其描述方法真值表逻辑表达式逻辑图4、布尔代数的运算规则5、逻辑函数的定理、特性、规则和应用特性规则：3个重要规则：带入规则反演规则对偶规则化简6、组合逻辑电路、时序逻辑电路三态门一位加法器的真值表、逻辑表达式、逻辑图3-8译码器的真值表、逻辑表达式、逻辑图第3章1. 编码和译码的概念2. 目前常见的数制有几种？不同数制的相互转化方法3. 机器码与真值的关系，机器码有几种？与真值之间有什么关系？相互之间如何转化？4. n位行波进位加法器的构成与工作原理，其运算过程与减法器的工作原理有何关系？5. 掌握对定点数的不同二进制数的加、减运算方法，溢出判断6. 使用单符号位与双符号位进行溢出判断的方法有何不同？第4章1. 如何对浮点数进行加、减运算？其过程可分为哪些步骤？2. 是否溢出是否由尾数的运算结果判断？第5章1. 指令、指令系统的概念及其指令类型2. 指令周期、间隔与指令的构成3. 基本寻址方式有哪些？各有什么特点4. 汇编程序设计第6章1. 控制器的类型有哪些2. 硬连线与微程序控制器的功能组成、运行控制有何不同？第7章1. 存储器按介质、存取方式、功能效用来划分，可分别分成哪些类型？2. 现代计算机系统通常把存储器分成哪三级结构的存储系统？不同层次各有什么特点？3. 不同层次的存储器运行原理都是建立在程序的局部性原理之上，主要体现在哪些方面？不同存储器上的信息应满足什么原则？4. 存储器的容量通常是由若干个存储芯片组合而成，其扩展的方法有哪些？如何扩展？画出其系统结构图第8章1. 高速缓冲存储器与主存、CPU之间的关系？2. 虚拟存储器的概念，与主存、辅存之间的关系第9章1. 外存设备的介质、信息读写原理2. 外存设备的类型第10章1.输入输出设备类型、工作原理2.不同类型打印机之间的打印原理是否一样？第11章1.总线概念，类型，特点2.总线结构：单总线、双总线、三总线区别3.总线宽度，总线时钟概念，同步异步区别4.总线仲裁的类型：集中式与分散式5.集中式仲裁的方法有几种？各有什么有缺点6.总线的发展过程及其特点：ISA, EISA, PCI, PCI Express，USB7.串行并行接口概念、中断概念8.计算机主机与I/O设备之间的信息传送，通常分为哪几种控制方式？各有什么有缺点？第12章1.流水线的概念2.流水线的几个指标的意义。
计算机组成原理和体系结构复习提纲
计算机系统的性能指标
可靠性
指计算机在规定条件下和规定时 间内完成规定功能的能力。可靠 性指标通常用平均无故障工作时 间（MTBF）和平均修复时间 （MTTR）来表示。
可用性
指计算机系统正常运行的概率， 即在给定时间内系统能够正常运 行的概率。可用性指标通常用可 用性百分比来表示，如99.9%的 可用性表示在一年中只有52分钟 左右的停机时间。
虚拟存储器是一种将主存和辅存结合 起来使用的技术。它将主存看作是一 个逻辑上连续的大容量存储空间，而 辅存则作为主存的扩展部分。通过虚 拟存储器技术，可以实现程序的自动 换入换出，从而扩大程序的寻址空间 并提高存储系统的利用率。
06
总线与接口
总线概述
01
总线定义
总线（Bu干线。
高速缓存技术
虚拟存储器技术
为了提高存储系统的性能，可以采用 层次化的存储系统结构。该结构将不 同速度和容量的存储设备按照层次进 行组织，使得速度较快的设备可以作 为速度较慢设备的缓存，从而提高整 个存储系统的性能。
高速缓存是位于CPU和主存储器之间 的一种高速、小容量的存储设备。它 可以缓存CPU最近访问的数据和指令 ，从而减少CPU对主存储器的访问次 数，提高程序的执行速度。
项。
03
计算机组成原理
中央处理器
CPU的功能和组成
控制器、运算器等
指令系统
指令格式、寻址方式等
CPU的性能指标
时钟频率、CPI、MIPS等
存储器
磁盘、光盘、U盘等的工作原理、 性能特点等
RAM和ROM的工作原理、性能 特点等
Cache、主存、辅存等
主存储器 存储器的层次结构
辅助存储器
输入输出系统
计算机组成复习提纲
Ch1:1）计算机硬件框图2）概念：机器字长，存储容量，机器语言，汇编语言，高级语言，计算机系统层次。
Ch3:概念：总线分类，总线带宽，ISA、EISA、PCI总线，集中式总线判优控制方式及其特点，总线周期的4个阶段，同步通信、异步通信特点。
Ch4:1)概念：RAM、ROM、SRAM、DRAM；存储器的3个主要性能指标，存储系统层次结构，“缓存-主存”层次和“主存-辅存”层次各解决什么问题，这两个层次的数据交换由软件还是硬件来完成；存储字长，存储容量，存取周期；命中率，Cache-主存地址映射的3种方式及其特点；磁盘主要技术指标（如位密度、道密度、平均寻址时间、磁盘存储容量、数据传输率）。
2)计算：海明码，Cache命中率、Cache-主存系统的平均访问时间。
3)设计题：存储器与CPU的连接（包括芯片类型和数量选择）。
Ch5:概念：I/O设备与主机信息交换的3种控制方式（程序查询、程序中断、DMA方式），及这3种方式下CPU 的工作效率；接口的4个功能和基本组成；中断向量地址，中断处理过程（5个阶段），CPU响应中断的时间和条件，中断服务程序流程，如何实现单重中断或多重中断；DMA与主存交换数据所采用的3种方式，DMA的数据传送的3个阶段，DMA接口中的中断机构的作用。
Ch6:1）概念：真值，机器数，机器数字长为8位时补码与原码表示的定点整数的范围；浮点数的组成、阶码尾数各反映什么、如何比较2个浮点数大小、规格化数，浮点数的表示范围（非规格化数，阶码与尾数均以原码表示），左归、右归；溢出、定点补码加减的溢出判断；浮点补码加减运算过程，浮点补码加减溢出判断。
2）计算：补码、移码，已知[X]补计算[－X]补，[X+Y]补、[X－Y]补；浮点数的表示；补码左移、右移。
Ch7:1)概念：机器指令，指令系统，指令字长，含寻址特征的指令格式，数据存储方式（边界对准、边界不对准）；寻址方式理解（如直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、基址寻址、变址寻址、相对寻址；RISC 的特点。
计算机系统结构复习
n
2
pi (pi 表示第 i 种操作码在程序中出现的概率)
4
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计算机系统结构复习提纲
© 计 081
固定长编码相对于 Huffman 编码的信息冗余量： R 1 必须知道每种操作码在程序中出现的概率
pi log i
1
n
2
pi
log n
2
扩展编码法
Huffman 操作码的主要缺点： 操作码长度很不规整，硬件译码困难 与地址码共同组成固定长的指令比较困难 扩展编码法：由固定长操作码与 Huffman 编码法相结合形成
存在的问题
以硬件为主固件为辅 固件的主要缺点是： 执行速度低。目前，ROM 的速度低于 SRAM 一条机器指令通常要多条微指令解释执行 固件的主要优点是： 便于实现复杂指令，便于修改指令系统 以硬联逻辑为主来实现指令系统 对于少数复杂的指令，目前的许多处理机也用微程序技术实现。 RISC 对编译器造成的困难主要有： (1)必须精心安排每一个寄存器的用法，以便充分发挥每一个通用寄存器的效率，尽量减少访问主存储器的次数。 (2)做数据和控制相关性分析，要调整指令的执行序列，并与硬件相配合实现指令延迟技术和指令取消技术等。 (3)要设计复杂的子程序库，RISC 的子程序库通常要比 CISC 的子程序库大得多。
2. 数据表示的含义及与数据结构的关系
数据表示的定义： 数据表示是指计算机硬件能够直接识别，可以被指令系统直接调用的那些数据类型。 例如：定点、逻辑、浮点、十进制、字符、字符串、堆栈和向量等 数据类型：文件、图、表、树、阵列、队列、链表、栈、向量、串、实数、整数、布尔数、字符等 确定哪些数据类型用数据表示实现，是软件与硬件的取舍问题
计算机组成与系统结构提纲
了解分支预测的有关概念、分类和原理。 有关概念：静态预测、动态预测(dynamic branch prediction)、一位预测、两位预测、
Chapter 7 Exploiting Memory Hierarchy
1、 存储器 了解静态存储器（SRAM）和动态存储器（DRAM）的存储原理和特征。 了解有关概念：RAM 、 ROM 、 SRAM 、 DRAM 、 SDRAM 、 DDR-SDRAM 、 Flash Memory、 Associate Memory（相联存储器） 、 Multi-Bank Interleaved Memory(多体 交叉存储器） 了解： Memory latency, ( memory access latency)和 Memory access cycle 的区别， Memory bandwidth 如何计算？ 2、 cache 掌握 cache 的功能、原理和基本概念。 理解概念和原理：访存局部性规律：Locality: Temporal locality(时间局部性） 、 Spatial locality( 空间局部性） ；层次化存储系统的构成：Memory hierarchy, Multi-level cache; split-cache, combined cache, hit(命中)、Miss(失效)、Hit rate(命中率)、Miss rate(失效率)、Hit time(命中时间)、Miss penalty(失效时间)、block ( 块，或为 line)、index, tag, block offset 掌握 cache 中的各种地址映像方式 （direct mapped, n-way set-associative cache, full associative) 掌握各种替换策略(LRU,FIFO)和更新策略(write-through, write back)。 掌握 cache 地址结构的分析方法。 掌握 cache 性能计算公式： Average Memory Access Time = Hit Time + Miss Penalty x Miss Rate Total CPI = Base CPI + Memory-stall cycles per instruction 3、 虚拟存储器 掌握虚拟存储器的功能、原理和基本概念。 理解概念和原理： page fault, page table, page table register, TLB, TLB entries, page table 了解页式虚拟存储器的特征：计算 size of page table，可以发现的问题？ 掌握虚地址到物理地址转换的原理和方法。
福州大学计算机系统结构复习提纲
福州大学计算机系统结构复习提纲(总16页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--计算机系统结构复习提纲第一章计算机系统结构导论计算机系统结构、计算机组成、计算机实现所包含的内容（选择）；答：计算机系统结构是对计算机系统中各级界面的定义及其上下功能分配；计算机组成指的是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器级内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机实现指的是计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，器件、模块、插件、地板的划分和连接，专用期间的设计，微组装技术，信号传输，电源，冷却装置及整机装配技术。
计算机系统设计思路（填空、选择）；答：从多级层次结构出发，计算机系统的设计按照多级层次结构的上、下、中开始设计，分别可以有“由上往下”，“由下往上”，“由中间开始”三种不同的设计方法。
1. 由上往下：用于专用计算机设计，较少采用2. 由下往上：70-80年代使用，较少采用3. 从中间开始：用于系列机设计系列机和兼容机的概念（选择、填空）；答：系列机：在软、硬件街面上设定好一种系统结构，之后软硬件设计者根据速度、性能、价格的不同选择不同器件和硬件组成。
兼容机：不同公司厂家生产的具同一系统结构的计算机。
向上（下）兼容：指按某一挡机器编制的软件不加修改就能运行于比它高（低）档的机器。
（新旧上看）向前（后）兼容：在按某一时期投入市场的该型号机器上编制的软件，不加修改就能运行于在它之前（后）投入市场的机器上。
（时间上看）计算机系统设计步骤（选择、填空）；答：1.需求分析：在应用环境，所用语言的种类及特性对OS的特殊要求；所用外设特性、技术经济指标、市场分析等方面2.需求说明：主要包括设计准则、功能说明、器件性能说明3.概念型设计：进行软硬件功能分析，确定机器级界面4.具体设计：机器及界面各方面的确切定义5.反复进行优化设计和评价计算机的层次结构（选择）；答：由高到低：应用语言机器级（应用程序包翻译成高级语言程序）→高级语言机器级（经编译程序翻译成汇编语言）→汇编语言机器级（经汇编程序翻译成机器语言程序）→操作系统机器级（一般用机器语言解释作业控制语句）→传统机器语言机器级（用微指令程序解释机器指令）→微程序机器级（微指令由硬件直接执行）。
《计算机组成与体系结构》复习知识点PPT(25张)
第一章 计算机系统概论
电子数字计算机的五个发展阶段 计算机系统的硬件组成
冯.诺依曼计算机的设计思想、五大功能部件以及各自的功能
计算机的工作过程（两阶段） 计算机的主要性能指标（字长、存储容量和运算速度）
第二章 运算方法和运算器
数值数据的表示
数值数据的机器码表示：定点小数或整数的原码、补 码、反码和移码表示以及各自的性质，相互间的转换
第四章 指令系统
寻址方式
寻址方式 - 指令的寻址方式 (顺序寻址、跳跃寻址) - 操作数的寻址方式
堆栈
寄存器堆栈 存储器堆栈的构成 存储器堆栈的工作方式 (进栈、出栈) 堆栈的应用
第四章 指令系统
指令的分类 指令系统的类型
CISC的特点 RISC的特点
DMA控制器的组成 DMA数据传送过程 DMA方式与程序中断方式的区别
•
1、有时候，我们活得累，并非生活过于刻薄，而是我们太容易被外界的氛围所感染，被他人的情绪所左右。
•
2、身材不好就去锻炼，没钱就努力去赚。别把窘境迁怒于别人，唯一可以抱怨的，只是不够努力的自己。
•
3、大概是没有了当初那种毫无顾虑的勇气，才变成现在所谓成熟稳重的样子。
第五章 中央处理器
CPU的基本功能
CPU的基本组成
运算器(ALU、GRS、PSW、锁存器、移位器、总线) 控制器(PC、IR、ID、时序部件、微操作信号发生器、中断机构) 指令流、数据流 微操作(图5.2)
指令周期
指令周期、CPU周期、节拍电位、节拍脉冲 CLA、ADD指令的指令周期
被乘数和乘数判0、阶码相加(判溢出)、尾数相乘、结果规格化 浮点除法运算
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计算机组成与体系结构复习提纲
第一章计算机系统概述
1、冯诺依曼计算机结构的主要特点
五大模块及其功能
指令和数据用二进制表示
指令和数据存放在存储器中，按地址访问指令由操作码和操作数组成，操作码指定操作性质，操作数指定操作数地址
采用“存储程序”的方式进行工作
2、计算机系统组成
软件和硬件
3、计算机系统的层次结构
图1.1,共6层，各层的作用
4、计算机性能指标
字长：计算机内部用二进制位来表示一个数据或一条指令，使用的位数就是字长，现代计算机都是8的整数倍
速度：主频，时钟频率
MIPS
存储容量：内存和外存
存取速度
外设速度
5、计算机工作过程
用某种语言编制源程序
用语言处理程序将源程序翻译成机器语言目标程序（编译程序和汇编程序）
将所含的指令装入内存，然后从第一条指令开始执行
指令执行过程：取指令、指令译码、取操作数、运算、送结果、PC指向下一条指令重复上述过程直到指令全部执行
6、名词解释
MIPS、MFLOPS、CPI
第二章数字电路基础和常用器件
1、基本数字器件
二极管：特点：单向导电性，只读存储器
三极管：反相器(图2.4)、存储阵列（图2.9）
MOS管：反相器、动态存储器
2、数字逻辑基础
3种基本逻辑关系：与、或、非
3、逻辑函数及其描述方法
真值表
逻辑表达式
逻辑图
4、布尔代数的运算规则
5、逻辑函数的定理、特性、规则和应用特性
规则：3个重要规则：带入规则
反演规则
对偶规则
化简
6、组合逻辑电路、时序逻辑电路
三态门
一位加法器的真值表、逻辑表达式、逻辑图
3-8译码器的真值表、逻辑表达式、逻辑图
第3章
1. 编码和译码的概念
2. 目前常见的数制有几种？不同数制的相
互转化方法
3. 机器码与真值的关系，机器码有几种？与
真值之间有什么关系？相互之间如何转化？
4. n位行波进位加法器的构成与工作原
理，其运算过程与减法器的工作原理有何关系？
5. 掌握对定点数的不同二进制数的加、减运
算方法，溢出判断
6. 使用单符号位与双符号位进行溢出判断
的方法有何不同？
第4章
1. 如何对浮点数进行加、减运算？其过程可
分为哪些步骤？
2. 是否溢出是否由尾数的运算结果判断？
第5章
1. 指令、指令系统的概念及其指令类型
2. 指令周期、间隔与指令的构成
3. 基本寻址方式有哪些？各有什么特点
4. 汇编程序设计
第6章
1. 控制器的类型有哪些
2. 硬连线与微程序控制器的功能组成、运行
控制有何不同？
第7章
1. 存储器按介质、存取方式、功能效用来划
分，可分别分成哪些类型？
2. 现代计算机系统通常把存储器分成哪三
级结构的存储系统？不同层次各有什么特点？
3. 不同层次的存储器运行原理都是建立在
程序的局部性原理之上，主要体现在哪些方面？不同存储器上的信息应满足什么原则？
4. 存储器的容量通常是由若干个存储芯片
组合而成，其扩展的方法有哪些？如何扩展？画出其系统结构图
第8章
1. 高速缓冲存储器与主存、CPU之间的关
系？
2. 虚拟存储器的概念，与主存、辅存之间的
关系
第9章
1. 外存设备的介质、信息读写原理
2. 外存设备的类型
第10章
1.输入输出设备类型、工作原理
2.不同类型打印机之间的打印原理是否一样？
第11章
1.总线概念，类型，特点
2.总线结构：单总线、双总线、三总线区别
3.总线宽度，总线时钟概念，同步异步区别
4.总线仲裁的类型：集中式与分散式
5.集中式仲裁的方法有几种？各有什么有缺点
6.总线的发展过程及其特点：ISA, EISA, PCI, PCI Express，USB
7.串行并行接口概念、中断概念
8.计算机主机与I/O设备之间的信息传送，
通常分为哪几种控制方式？各有什么有缺点？
第12章
1.流水线的概念
2.流水线的几个指标的意义。