《计算机组成原理》复习提纲。
neumann计算机的体系结构***
1.数据表示及运算采用二进制，指令及其他非数位信息也以二进制表示
2.存储程序控制。
(1)将计算机要解决的问题抽象为数学模型，并按顺序分解为解题的步骤。
(2)将计算机程序顺序存入存储器，将所需原始数据也存入存储器，这称为“程序存储”。
(3)计算机将存放在存储器中的指令逐条取出并执行，对原始数据进行加工求得最终结果。
neumann计算机硬件基本组成***
运算器的功能是进行算术和逻辑运算，控制器是协调计算机系统各部件进行有条不紊地工作的核心部件。存储器是计算机系统的记忆设备，主要用于存放程序和数据。
cpu包括运算器和控制器，有时还包括cache。cpu和主存储器一起通常又称为主机。
3.计算机系统的层次结构。
可参照p9图1-2，也可如下图所示，图的右侧表示与该级有关的人员。
**4.数的真值、原码、反码、补码、移码的定义及其相互转换规则（参见第二章，要求会做实验一中的所有习题）浮点数加减法规则。
**5.补码加减运算规则：
a.参加运算的操作数用补码表示；
b.补码的符号位与数值位同时进行加运算；
c.若作加，则两数补码直接相加。若作减，将减数补码连同符号位一起按位取反，末位加1，然后再与被减数相加；
d.运算结果即为和／差的补码。
**6.用变形补码判别法判断两数加减的结果是否溢出的规则是：
a.若运算结果的两符号位相同，则不发生溢出；
b.若运算结果的两符号位相异，结果溢出，最高位表示其符号，次高位为溢出的数值，而不是符号。
7.计算机中的运算器是进行数据处理的部件。是可以完成加、减、乘、除四则运算；与、或、非、异或逻辑运算及移位、计数、取补等运算的装置。
alu是集多种逻辑功能和加法运算功能于一体的一套硬件，是运算器的核心。此外，还包括有存放数据的寄存器、传送数据的内部总线以及进行数据选择的多路选择器。
原码、补码一位乘算法。
*8.程序是由一系列有序的指令构成。指令是执行某种基本操作（如加、减、移动等）的命令。它由一组二进制**表示，指示计算机硬件完成指定的基本操作。
*9.一台计算机的所有指令的集合称为该机的指令系统。指令系统是计算机硬件的语言系统。
指令系统既为软件设计者提供最低层的程序设计语言，也为硬件设计者提供了最基本的设计依据。因此说指令系统是软件和硬件的主要界面。
**10.一条指令应包括两个基本部分—操作码和地址码，操作码用于说明该指令操作的性质及功能。地址码用来描述该指令的操作对象，由它给出操作数地址或给出操作数，及操作结果存放地址。
*11.操作码字段愈长，可以安排的操作种类愈多。或者说操作码的位数决定了指令系统的规模。简单地讲，假若个计算机指令系统需要有n条指令，操作码的二进位数为n，则应满足。
关系式：n≤2n
操作数地址字段如果表示的是操作数的直接地址，显然这个字段愈长，其地址的范围就愈大。简单地说，操作数地址字段的位数决定了可以访问的内存的规模。如果操作数地址字段包含有寻址方式信息，该字段愈长可提供不同的寻址方式愈多，带给程序没计者的选择也愈多。
12.指令中包括的地址码字段有：①操作数的地址，用以指明操作数的存放处。②操作结果的地址，用于运算结果的存放。
*13.指令格式设计的准则：
(1)指令功能完备性与有效性的统一：在满足操作种类、寻址范围和寻址方式的前提下，指令尽可能短。
(2)指令格式设计中的规整性：指令长度应为字节的整数倍。这样可以充分利用存储空间并增加访问内存的有效性。
(3)在设计系列机时，保证指令系统的兼容性：新型的计算机指令系统包括老型号机器的所有指令，使得在老型号机器上运行的所有软件都可不加任何修改地在新机器上运行。
**14.由指令中提供的形式地址演变为有效地址的方法称为寻址方式。各种寻址方式的含义（参见4.
2.5节，要求当给定一条机器汇编语言指令及其功能说明后，能指出该指令有哪几个操作数，各操作数所在的位置及其寻址方式并能计算操作数的具体地址）
*15.按功能分类，各种常见的指令类型（p93—95）
逻辑运算功能设定、寄存器的设置、cpu内部数据通路的宽度和结构等。
(3)指令流程设计根据cpu的硬件设置和结构，确定各类指令的指令流程，并考虑各类指令的共性，在不影响功能、速度的原则下考虑将其共同部分尽量统一。
4）控制器的设计控制器有组合逻辑控制和微程序控制两种方式。若采用组合逻辑控制方式，需要设计控制器的时序系统，并把指令流程中的每一个微操作落实到某个确定的时序中，同时尽量考虑其规整性。若采用微程序控制方式，就要考虑微指令的格式设计，以及与每条机器指令所对应的微程序的设计。
*16.控制器是协调计算机系统各部件进行有条不紊地工作的核心部件。
**17.控制器由下列部件组成：
（1）指令寄存器ir(instruction register) 用来存放由内存取出的指令。在指令执行过程中指令一直保存在ir中。指令是控制器工作的依据，ir内容的改变就意味着一条新指令的开始。
（2）程序计数器pc(program counter) 用来存放即将执行的指令的地址，具有计数器的功能。当程序开始执行时，pc内装有程序的起始地址。当程序顺序执行时，每执行一条指令，pc增加一个量，这个量等于指令所含的字节数（这就是为什么称为程序计数器的原因）。
当程序转移时，转移指令执行的最终结果就是要改变pc的值，此pc值就是转去的地址，以此实现转移。
(3)时序部件用于产生计算机系统所需的各种时序（定时）信号。
(4)程序状态字寄存器psw(progam status word) psw用来存放两类信息：一类是体现当前指令执行结果的各种状态信息。
(5)微操作形成部件根据ir的内容（指令），psw的内容（状态信息）以及时序线路三方面的内容，由微操作控制形成部件产生控制整个计算机系统所需的各种控制信号（也称微命令成微操作）。微操作形成方式有组合逻辑和微程序两种方式，其形成部件的结构也大不相同。很据微操作的形成方式可将控制器分为组合逻辑控制器和微程序控制器两大类。
**18.指令执行基本过程。
任何指令执行过程中，都有取指令和执行指令两个最基本的指令执行过程，若指令涉及的操作数存放于内存，还应包括有取操作数阶段。
（1）取指令阶段。
取指令操作对所有指令都是相同的。它是将程序计数器pc的内容作为地址去读内存，将该单元的内容即指令读出送往指令寄存器ir。同时pc的内容自增，指向下一条指令，也就是说取指令是一次内存的读操作。
（2）取操作数阶段。
由于寻址方式的不同（直接、间接、基址，相对、变址等），取操作数的过程也大不相同。取操作数是一次或多次内存的读操作，还可能包括操作数地址的计算（如变址、基址、相对等）。
（3）执行指令阶段。
执行指令是根据指令操作码对操作数实施各种算术、逻辑及移位操作。对于结果地址在内存的，还应包括一次内存的写操作。对于转移指令或子程序调用及返回等指令，应对pc的内容进行更断。
19.指令周期，cpu周期，节拍周期，节拍脉冲。
1）指令周期顾名思义，指令周期就是执行一条指令所需的时间，从取指令开始到执行结束。由于指令的功能不同、难易不同．所需的执行时间也不同。
2） cpu工作周期 cpu周期是根据指令执行的基本过程划分的。根据指令执行的各个阶段将一个指令周期划分为取指令周期，取操作数周期和执行周期三个cpu周期。cpu周期也常称为机器周期。
一般取从主存中读取一个数据字的最长时间。
（3）时钟（节拍）周期节拍周期是完成cpu内部一些最基本操作所需的时间。一个cpu周期可能包括几个节拍周期。
（4）定时脉冲定时脉冲通常作为触发器的打入脉冲与节拍周期相配合完成一次数据传送。
20.根据是否有统一的时钟，控制方式可分为同步控制方式、异步控制方式和准联合控制方式。
1.同步控制方式。
所谓同步控制方式，就是系统有一个统一的时钟，所有的控制信号均来自这个统一的时钟信号。同步控制方式的优点是时序关系比较简单，控制逻辑在结构上易于集中，设计简单。
2.异步控制方式。
异步控制方式中没有统一的时钟信号，各部件按自身固有的速度工作，通过应答方式进行联络。
3.联合控制方式。
当cpu进行内存的读写操作或进行i/o设备的数据传送时，是按同步方式插入一个时钟周期或几个时钟周期，直到内存或i/o设备的应答信号到达为止。
联合控制方式是cpu进行内存的读写操作和i/o数据传送操作通常采用的方式，较好的解决了同步与异步的街接问题。
21.计算机的设计大致需要经过以下几个基本步骤：
（l）指令系统设计指令系统的设计要根据计算机的用途，考虑到完备性、有效性、规整性准则。
a．完备性指任何所需要的功能都可由一条或若干条指令实现。
b．有效性指完成某一功能所用指令少（占用空间少，运行速度快）。
c．规整性指指令格式统一规整。
2）数据通路的设计根据指令的功能、希望达到的运行速度以及**等设设计目标，确定cpu 硬件线路，这包括运算器的宽度、算术运算、
22.组合逻辑控制器的设计步骤：
1）将各指令的cpu周期的微流程用微操作表示；
2）将指令微流程中各个微操作落实到具体的cpu周期、具体的节拍周期或节拍脉冲；
3）对于指令流程中的每一个微操作，用一个逻辑与或表达式表示；（4）用组合逻辑器件实现得到的与或表达式。
23.微程序控制的思想：
将一条指令的执行过程替换成一条条微指令的读出和控制的过程。其优点是使得控制器的设计变得容易，控制器的结构规整，查错容易。若要扩充指令功能或增加新的指令，只要修改被扩充的指令的微程序或重新设计一段微程序就可以了，与其他指令不发生任何关系，大大简化了系列机的设计。
但因为每一条指令的执行都意味着若干次存储器的读操作，使得指令的执行速度要比组合逻辑方式明显减慢。
24.微程序控制器的组成（参见p146）
(1)控制存储器cm cm是微程序控制器的核心，存放着与所有指令对应的微程序。由于微程序执行时只需要读出，不能写入，因此cm为rom器件，而且，为了弥补微程序控制器速度慢的缺点，cm通常选择高速器件。
(2)微地址寄存器 μar 当读取微指令时，用来存放其地址(相当于主存mar)。
3)微指令寄存器 μir 用来存放由cm中读出的微指令（相当于控制器中的ir)。微指令由两部分组成，一部分为微命令字段，这部分经过译码（或不译码）产生cpu所需的所有微操作控制信号；另一部分给出与下条微指令地址有关的信息，用以指导下条微指令地址的形成。
4)微地址形成线路它依据指令寄存器ir中的操作码和寻址方式，微指令寄存器μir的次地址na (next address）字段提供的次地址，外部复位信号reset，以及程序状态字psw中的有关信息（在条件转移时将起作用），产生微指令的地址。
(5)时序部件提供时序信号，与组合逻辑方式相比，微程序控制方式的时序要简单得多，它的基本单位是微周期。微周期是指由控存cm中读出一条微指令并执行完成所用的时间。指令周期由若干个微周期组成。
(1)取指阶段所有指令对应的微程序的首地址都相同，都是从cm的固定单元取出第一条用于取指令的微指令。
(2)取数阶段在微程序的取数阶段，主要根据寻址方式确定微程序的流向。
(3)执行阶段在微程序的执行阶段，应根据操作码确定各自执行阶段微程序的入口。
计算机组成原理复习提纲
一 计算机系统概述 一 计算机发展历程 二 计算机系统层次结构 1.计算机硬件的基本组成 2.计算机软件的分类 3.计算机的工作过程 三 计算机性能指标 吞吐量 响应时间 cpu时钟周期 主频 cpi cpu执行时间 mips mflops。二 数据的表示和运算 一 数制与编码 1.进位计数制及其相...
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