计算机组成原理期末考试知识点总结.docx

### 计算机组成原理期末考试知识点总结 #### 一、基本概念与原理 1. **冯·诺依曼体系结构中的指令与数据** - 在冯·诺依曼架构的计算机中，指令和数据都是以二进制的形式存储在同一个存储器中。**CPU** 区分指令和数据的主要依据是它们在指令周期的不同阶段被处理的方式。 - 指令周期分为几个阶段，包括取指、分析指令、执行指令等，在不同的阶段，CPU 对存储单元中的内容有不同的解释。 2. **计算机硬件与机器语言** - **机器语言** 是计算机硬件能够直接识别并执行的一种低级编程语言，它由一系列二进制指令组成，可以直接控制计算机硬件进行操作。 3. **定点运算与溢出** - 在定点运算中，如果计算结果超出了机器所能表示的最大范围或最小范围，就会发生**溢出**现象。这通常是由于运算结果无法在给定的位数内准确表示造成的。 4. **浮点数规格化** - 浮点数的规格化是指确保浮点数在标准格式下表示的过程。如果数符与尾数小数点后的第一位数字相异，则表示该数已经处于规格化状态。 5. **总线技术** - **USB（通用串行总线）** 是一种常见的串行通信接口标准，广泛应用于计算机外设与主机之间的数据传输。 6. **运算器的功能** - 运算器是计算机中负责执行算术运算和逻辑运算的部件，主要包括加法器、移位器等单元，用于处理数值计算和逻辑判断任务。 7. **总线控制机制** - 在集中式总线控制机制中，**独立请求** 方法的响应速度最快，因为它为每个设备提供独立的请求信号，从而减少了冲突等待时间。 8. **控制器设计** - 相对于微程序控制器，**硬布线控制器** 的指令执行速度更快，因为它的控制逻辑是由硬件电路直接实现的，而不是通过执行微指令序列来实现。但是，这种方式下的指令修改和扩展较为困难。 9. **指令译码** - 指令译码器主要用于解析指令的操作码字段，以确定将要执行的具体操作类型。 10. **DMA方式** - **DMA（直接内存访问）** 方式通常用于高速、批量数据的简单传送，它允许外部设备直接与内存交换数据，无需CPU干预。 11. **微程序存储** - 微程序通常存储在**只读存储器（ROM）** 中，这些微程序用于控制计算机的基本操作。 12. **中断响应** - 中断响应发生在一条机器指令执行完成后，在下一个指令开始之前。 13. **指令编码** - 对于包含190条指令的指令集来说，如果采用定长二进制编码，那么最少需要**8位** 来表示这些指令。 14. **DMA周期窃取** - 在DMA方式中，周期窃取指的是从CPU那里“窃取”一个存储周期来进行数据传输。 15. **CISC与RISC** - **CISC（复杂指令集计算机）** 并不一定比**RISC（精简指令集计算机）** 更好地支持高级语言。RISC架构因其简单的设计和高效的执行而被广泛认为更适合现代高级语言的编译。 #### 二、细节知识点 1. **数值表示** - 在机器码中，补码和移码表示中，零的编码是唯一的。 2. **浮点运算** - 浮点加减运算的过程包括对阶、尾数求和、规格化、舍入和溢出判断等步骤。 3. **CPU组成** - 当前的CPU通常由运算器、控制器和**Cache** 构成。 4. **流水线性能影响因素** - 影响流水线性能的因素包括结构相关、数据相关和控制相关。 5. **浮点数表示** - IEEE754标准下的单精度浮点数存储格式示例：浮点数-20.5的机器码表示为`1,10000011,01001000000000000000000` 或 `C1A40000`。 6. **总线带宽计算** - 设32位总线频率为66MHz，总线周期包含4个时钟周期，则总线的带宽为66MB/s。 7. **提高总线数据传输率的方法** - 提高总线数据传输率可以通过增加数据线的宽度或将总线时钟频率加倍来实现。 #### 三、案例分析 1. **微操作命令安排** - 在PC+1→PC的微操作命令安排中，需要考虑如何利用ALU完成加法运算，并解决总线冲突问题。 2. **立即寻址加法指令执行** - 立即寻址的加法指令执行过程中，需要将立即数加载到寄存器中，然后与累加器中的值进行加法运算，并将结果存回累加器。 3. **扩展操作码技术** - 扩展操作码技术能够通过根据地址数的多少动态调整操作码长度，从而有效缩短指令字长，提高指令集的效率。 #### 四、应用题 1. **反汇编代码分析** - 通过分析反汇编代码，可以计算出特定指令的目标地址或跳转地址。例如，je指令的目标地址可通过计算当前指令地址加上偏移量得出。 通过以上知识点的总结，我们可以了解到计算机组成原理的核心概念和技术细节，这对于理解和掌握计算机硬件的工作原理至关重要。