计算机组成原理思维导图 +《王道考研》习题总结(期末复习）

文章目录

第一章计算机系统概述
- 思维导图
- 习题易错点
第二章运算方法和运算器
- 思维导图
- 习题易错点
- - 定点数和浮点数表示
  - 浮点数运算
  - - 加减运算
    - 乘除法
第三章存储系统
- 思维导图
- 习题易错点
第四章指令系统
- 思维导图
- 习题易错点
第五章中央处理器
- 思维导图
- 补充
- 习题易错点
第六章总线系统
- 思维导图
- 习题易错点
第七章输入输出系统
- 思维导图
- 习题易错点
附录

第一章计算机系统概述

思维导图

习题易错点

1.冯·诺伊曼机的基本工作方式是：控制流驱动方式。
2.冯·诺伊曼机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是：指令周期的不同阶段
3.关于CPU存取速度的比较中，正确的是：寄存器>Cache>内存
4.操作系统属于大型系统软件；编译程序属于语言处理程序；连接程序属于服务性程序
5.软件和硬件逻辑上是等效的（不是等价的）
6.系列机的基本特性是：指令系统向后兼容
7.取数指令信息流程：
取指令：PC-MAR-M-MDR-IR
分析指令：OP（IR）-CU（控制单元）
执行指令：Ad（IR）-MAR-M-MDR-ACC（累加器）
8.运算时括号不能省略，如(PC)+1->PC不能写成 PC+1->PC
9.数据库系统不属于系统软件
10.系统吞吐量主要取决于主存的存取周期
11.CPU
12.能缩短程序执行时间的措施是（1）提高CPU时间频率（2）优化数据通路结构（3）对程序进行编译优化

13.机器字长，指令字长，存储字长：
14.在CPU寄存器中（指令寄存器）对用户是完全透明的
15.计算机操作的最小单位时间是（时钟周期）
16.CPU的CPI与时钟频率无关
17.会计电算化属于计算机数据处理方面的应用
18. 计算机系统的层次结构：高级语言级-汇编语言级-操作系统级-一般机器级-微程序设计级。

第二章运算方法和运算器

思维导图

习题易错点

定点数和浮点数表示

数据在内存中的存储方式

浮点数运算

加减运算

对阶
尾数求和：
按照定点数加减规则运算
规格化
原码表示的尾数判断浮点数是否规格化：第一个数值位是否为“1”，是，规格化；否，非规格化补码表示的尾数判断浮点数是否规格化：符号位与第一个数值位是否相异，是，规格化；否，非规格化（-1/2除外）
舍入
溢出判断
例题：

乘除法

例题：

第三章存储系统

思维导图

习题易错点

1.页面失效率计算
2.二路组相联

答案：C
解析：二路组相联采取模映射 i =j mod n
3.LRU 页面替换算法

答案：A
解析：近期最少使用算法LRU，堆栈类算法，若本地址入栈过，则按顺序压栈，为未命中，若之前出现过，则将上一个相同的地址的上一个单元向下覆盖，再压入本地址。

6/20=30%
4课堂习题（1）

（2）

存取时间指从存储器读出或者写入一次信息所需要的平均时间。存取周期是指连续两次访问存储器之间所必需的最短时间间隔。
主存和辅存之间的数据调动是由硬件和操作系统共同完成的，仅对应用级程序员透明。主存-cache之间的数据调动是由硬件自动完成的，对所有程序员均是透明的。
存储器采用分级方式是未来解决容量，速度，价格之间的矛盾。
ROM，RAM的字长位数拓展习题
加入地址空间的字长位数拓展习题
寻址范围
实际主存容量不能代表MAR的位数，考虑到存储器扩展的需要，MAR应尽可能访问到整个主存地址空间。
CPU与Cache之间的数据交换是以字为单位，Cache与主存之间的交换是以cache块为单位的。
TLB是Page的一个副本，若TLB命中则Page一定命中。
在虚拟存储器中，当程序正在执行时，由操作系统完成地址映射。

第四章指令系统

思维导图

习题易错点

在CPU执行指令的过程中，指令的地址由程序计数器PC给出，PC存放当前欲执行指令的地址，而指令的地址码字段则保存操作数地址。

3. 寻址方式分为：指令寻址和数据寻址。指令寻址：顺序寻址，跳转寻址
数据寻址：增加寻址特征位

4. 主存——存储单元数：已知主存128KB，计算机字长16位，共有128KB/2B=2^16个存储单元
5. 通用寄存器数：2^寻址方式数
指令系统指令数：2^操作码位数
6. 获取操作数最快的寻址方式：立即寻址
7. 无条件转移指令是程序转移到新的地址后继续执行，因此必须给出下一条指令的执行地址，并送入程序计数器PC。
8. 常见数据寻址方式：

9. 求存储空间：2^ 寄存器位数+2^基址位数
10. 求指令字长位数：

答：

11. 零地址的运算型指令又称堆栈型指令，参与的两个操作数来自栈顶和次栈顶。
12. 扩展操作码并没有改变指令的长度，而是使操作码的长度随地址码的减少而增加。
13. 直接寻址的无条件转移指令的功能是讲指令的地址码送入程序计数器PC
14. 指令系统中采用不同寻址方式的目的是：可缩短指令字长，扩大寻址空间，提高编程的灵活性。
15. 变址寻址便于处理数组问题。变址寻址和基址寻址的差别如下：

16. 相对寻址中，指令所提供的相对地址实质上是一种以下条指令在内存中首地址为基准位置的偏移量。
17. 多道程序设计中，最重要的寻址方式是：相对寻址。
18. 求有效地址：

19. 求实际偏移量：

20. 按字寻址的机器中，程序计数器和指令寄存器的位数分别取决于：存储器的字数，指令字长。
21. 求转移指令字节的机器码：

22. 对于指令的功能及分类：（这里直接看答案知识点）

特权指令，通常仅用于实现系统软件，这类指令一般不提供给用户。
23. CISC（复杂指令系统）和RISC(精简指令系统)对比：
1）RISC更能充分利用VLSI芯片的面积。

24. 重点:求指令类型的数目
答：

第五章中央处理器

思维导图

补充

指令周期及数据流

2. 数据通路
3. 控制器的基本结构及功能
4. 指令流水线

习题易错点

CPU由运算器和控制器组成，功能包括：指令控制，操作控制，时间控制，数据加工，中断处理
汇编语言程序员可见的是：程序计数器（PC），对MAR，MDR，IR不可见
通用寄存器是：可编程指定多种功能的寄存器
微程序控制存储器属于（CPU）的一部分
取指令是控制器固有的功能，是将现行指令从主存中取出来并送至指令寄存器，这个操作是公共得操作每条指令都要进行，与具体操作无关，不需要在操作码控制下进行。
相对于微程序控制器，硬布线控制器的特点是：指令执行速度快，指令功能的修改和扩展容易。
指令周期:从取出指令，分析指令到执行完该指令所需的全部时间。且指令周期对于不同的指令来说不是一个固定值。
时钟周期（主频的倒数）是控制CPU操作的最小时间单位。
微程序控制器的基本结构：
机器指令包含多个CPU周期(机器周期），一个CPU微操作（如取值，执行等）对应一条微指令。一段微程序对应一条机器指令。微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的执行过程。微指令是若干微命令的集合。一个指令周期由若干个机器周期组成，每个机器周期又由若干个时钟周期组成。

机器指令和微指令的关系归纳如下：1. 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。因此，一条机器指令的功能是若干条微指令组成的序列来实现的。简而言之，一条机器指令所完成的操作划分成若干条微指令来完成，由微指令进行解释和执行。2.从指令与微指令，程序与微程序，地址与微地址的一一对应关系上看，前者与内存储器有关，而后者与控制存储器（它是微程序控制器的一部分。微程序控制器主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三部分组成。其中，微指令寄存器又分为微地址寄存器和微命令寄存器两部分）有关，与此相关也有相对应的硬设备。3.从一般指令的微程序执行流程图可以看出。每个CPU周期就对于一条微指令。这就告诉我们怎么设计微程序，也将使得我们进一步体验到机器指令很微指令的关系。

在组合逻辑控制器种，微操作控制信号的形成主要与（指令译码信号和时钟）信号有关。
微程序控制器工作过程：（对照11图）
（1）机器开始运行时，自动将取指微程序的入口地址送入CMAR（微地址寄存器：用于存放控存的读/写微指令的地址），从CM中读取微指令到CMDR（微指令寄存器），取指微程序的入口地址一般为CM的0号单元
（2）由机器指令的操作码字段通过微地址形成部件产生该机器指令所对应的微程序的入口地址送入，CMAR。周而复始。
微指令的地址形成方式：
(1）直接由微指令的下地址字段给出
(2) 由机器指令的操作码形成
微指令格式：（下地址字段位数判断）

答：
微指操作控制字段编码：

答：
每一条机器指令（如mov a,b)由一段微程序来解释执行，有序的微指令序列构成一段微程序，微程序的作用是实现一条对应的机器指令。
uPC无法取代PC，
解释：因为它只在微程序中指向下一条微指令地址的寄存器。因此它也必不可能知道这段微程序执行完毕后下一条是什么指令。
通常情况下，一个微程序的周期对应一个指令周期
一条微指令包含一组实现一定操作功能的微命令，许多条微指令组成的序列构成了微程序，微程序则完成对应指令的解释执行。在微程序控制器的CPU中，一条指令对应一个微程序，一个微程序由许多微指令构成，一条微指令会发出很多条不同的微命令。
CPU控制器由三个部件组成：指令寄存器，程序计数器，操作控制器。状态条件寄存器通常属于运算器的部件，保存由算数指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码的内容，如运算结果进位标志（C），运算结果溢出标志（V）
某带中断的计算机指令系统共有101种操作，采用微程序控制方式，控制存储器种相应最少有（103）个微程序。因为：需增加2个，1个是公共的取指微程序，1个是对应中断周期的微程序）
主存器（MM）即主存，在CPU外，存储指令和数据，由RAM和ROM实现。控制器用来存放实现指令系统的所有微指令，是一种只读型存储器，在CPU控制器内。控制存储器（CS）按微指令的地址访问。
一台数字计算机基本上可以划分为：控制部件和执行部件。控制器属于控制部件，运算器，存储器，外围设备相对于控制器来说属于执行部件。
主频周期，CPU周期相关计算：
CPI：每条指令执行的时钟周期数
MIPS:是每秒处理了多少百万条指令
计算公式：MIPS=主频/CPI * 10的6次方

答：
求控制存储器的容量：

答：

21. 微指令的格式

答：

求微指令格式：
答：

23. 一条水平型微指令能定义并执行几种并行的基本操作；一条垂直型微指令只能定义并执行一种基本操作。
24. 重点：机器指令执行过程

指令周期图形化表示
水平型微指令：微指令字较长而微程序短。垂直型微指令则相反
硬布线逻辑控制器中，时序信号采用三级体制分别是：主状态周期，节拍电位，节拍脉冲。

第六章总线系统

思维导图

习题易错点

猝发式传送是在一个总线周期中，可以连续传输多个存储地址的连续的数据。
总线频率 = 1/时钟周期
三种集中式仲裁方式对比：
在计数器定时查询方式下，若每次计数从上一次计数的终止点开始，则:每个设备使用总线的机会相等。若每次计数从0开始，则设备号小的优先级高
总线带宽的计算：Dr = D*f ，D为总线位宽（Byte)，f为总线时钟频率(HZ)

答：
重点: 数据传送波形图绘制：
最大传输速率计算：

答：
速率= 33*4 = 132MB/s
总线定时：同步定时方式和异步定时方式。
在总线上，同一时刻只能有一个主设备控制总线传输操作。
挂在总线上的多个部件，只能分时向总线发送数据，但可同时从总线接受数据。
系统总线是用来连接：CPU，主存和外设部件
数据传输率计算：

答：
13. 总线忙信号是由获得总线使用权的设备发出的，而不是总线控制器。
14. 计数器定时查询方式只需要总线忙信号和总线请求信号线，而不需要总线同意信号线。
15. 同步通信之所以比异步通信方式具有较高的传输速率，原因是：（1）不需要应答信号且总线长度较短（2）用一个公共的时钟信号进行同步（3）各部件存取时间较接近。
16. 在异步通信中，传送操作按需分配时间。总线的异步通信方式只采用“握手”方式
17. 波特率计算：

18. 总线数据传送模式：读写操作，块传送操作，[写后读，读修改写操作]，[广播，广集操作]。

第七章输入输出系统

思维导图

习题易错点

I/O设备不可能直接和主板总线相连，总是通过设备控制器来相连的。
单级中断系统中，中断服务程序内的执行顺序是：
保护现场，中断处理事件，恢复现场，开中断，中断返回。之前的三个处理过程是：关中断，保存断点，识别中断源。这三步由硬件完成。
答：
磁盘存储设备例题1

答：
磁盘存储设备例题2

6. 磁盘存储设备例题3

答：

附录

推荐博客（基础）