计算机组成原理学习思维导图（零基础--思维导图详细版本--看完就会）

计算机组成原理

• 一、计算机系统概论与发展

1． 冯·诺依曼机工作的设计思想：存储程序并按地址顺序执行。
2． 计算机硬件系统由5个基本部分组成，包括运算器、控制器、存储器，输入和输出。
3． 比较数字计算机和模拟计算机的特点。
4． 比较不同进制数，确定最小或最小数。
5． 定点数的组成及分类。确定最大最小定点数的方法。
6． 按IEEE754标准，一个浮点数由符号位S、阶码E、尾数M三个域组成。十进制数转换成754，754转换成十进制。
7． 数的真值变成机器码时有四种表示方法，即原码、反码、补码、移码表示法。码制的定义，零的表示方法。
8． 在定点二进制运算器中，减法运算的实现：一般通过补码运算的二进制加法器来实现。
9． 运算器的功能：算数逻辑运算，74181的功能。
10． 双符号位补码加减运算溢出判定。

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• 二、系统总线

1． 总线是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通道，并在争用资源的基础上进行工作。衡量总线性能的重要指标是总线带宽，它定义为总线本身所能达到的最高传输速率。
2． 比较单总线、多总线结构的性能特点。
3． 计算机系统信息交换的方式：串行传送、并行传送、分时传送。
4． 不同总线仲裁方式优缺点。
5． 总线定时：同步定时异步定时的定义。
6． PCI总线的基本特点。

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• 四、存储器

1． 存储器的技术指标有：存储容量、存取时间、存储周期、存储器带宽。
2． 存储系统的三大基本要求是：容量大、速度快、成本低。计算机采用多级存储体系结构，即cache、主存和外存。
3． 什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。（集中式刷新和分散式刷新）
4． 某DRAM芯片，其存储容量为512k×8位，则芯片的地址线和数据线的数目是：19，8。
5． 给出计算机字长及存储容量求寻址范围是。
6． 并行存储器原理：双端口存储器、多模块交叉存储器工作原理。存储器容量的扩充。
7． Cache的基本功能和原理。
什么是“程序访问的局部性”？存储系统中哪一集采用了程序访问的局部性原理？
主存贮器和CPU之间增加cache的目的：解决CPU和主存之间的速度匹配问题 。
8． 主存与cache的地址映射的三种方式。确定主存地址结构。作业题、课堂习题、例题。
9． cache/主存系统命中率、访问效率、平均访问时间。

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• 五、输入输出系统

1． 在计算机系统中，CPU对外围设备的管理方式有：程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式。
2． 中断向量地址的含义，实现多级中断保存现场信息：堆栈。
3． DMA技术的出现，使得外围设备可以通过DMA控制器直接访问内存，与此同时，CPU可以继续程序。

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• 六、计算机的运算方法

• 1、有符号数表示
• 原码表示：

整数原码：

小数原码：

• 2.补码

整数表示

小数表示

• 3.反码

小数表示

• 2、浮点数溢出

原码规格化

补码规格化

3、定点运算–移位、加、减、乘、除（点击链接详解介绍）
定点运算–移位、加、减、乘、除

4、IEEE 754 标准

• 七、指令系统
  
  1． 指令的格式：操作码字段和操作数字段。
  2． 不同寻址方式，操作数位置的确定。
  单地址指令中为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个常需采用隐含寻址方式。
  3． 一台计算机中所有机器指令的集合，称为这台计算机的指令系统。形成指令地址的方式，称为指令寻址方式。有顺序寻址和跳跃寻址两种，由指令计数器来跟踪。
  4． 形成操作数地址的方式，称为数据寻址方式。操作数可放在专用寄存器、通用寄存器、内存和指令中。
  5． 在寄存器-寄存器型、寄存器-存储器型和存储器、存储器型三类指令中，哪类指令执行时间最长，哪类指令的执行时间最短？
  6． 指令和数据以什么方式存储在内存中？计算机如何区分它们是指令还是数据？
  7． 分析指令格式的特点。

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• 八、中断系统
  
  1． 随着高密度集成电路技术的发展，当今的CPU芯片变成运算器、cache和控制器三大部分，其中还包括浮点运算器、存储管理部件等。
  2． CPU中指令寄存器、程序计数器、地址寄存器、数据缓冲寄存器、通用寄存器、状态条件寄存器的各有什么作用
  3． 根据数据通路图，画出其指令周期流程图，并列出相应的微操作控制信号。
  4． 微程序控制器组成原理逻辑框图，控存容量的计算，微指令格式的确定。
  5． 给出计算机运算器框图及微指令格式，要求写出加减传送等指令的二进制代码
  6． 计算机外围设备的定义
  7． 外存设备存储容量的计算。

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• 第九章

  1. 取指周期的操作：

T0:PC->MAR,1->R.
T1:M(MAR)->MDR,PC+1->PC.
T2:MDR->IR,OP(IR)->ID

2. 间址操作：

 T0:Ad(IR)->MAR,1->R
    T1:M(MAR)->MDR
    T2:MDR->Ad(IR)

3. 执行周期的操作：完成由指令操作规定的动作，包括传送结果及记录状态信息；
4. 指令周期一般有4部分组成：取指周期、间址周期、执行周期、中断周期；
5. 指令周期：CPU从内存取出一条指令并执行该指令的时间称为指令周期，它常用若干个机器周期来表示；

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第十章 控制单元

1. 通常控制器的设计分为组合逻辑设计和微程序设计两大类，相对应的控制器结构就有布线逻辑式和存储逻辑式；

2. 组合逻辑控制器：以使用最少原件和取得最高操作速度为设计目标，用产生专门固定时序控制信号的组合逻辑电路设计的控制器；
   3. 微程序控制器：用存储逻辑替代组合逻辑，用类似程序设计的方法设计的控制器；
   4. 微命令：打开或关闭控制之门的控制命令；
   5. 微操作：由微命令控制的打开或者关闭控制门的操作；
   6. 微指令：若干微命令的组合，能产生一组控制信号，控制执行相应一组微操作的指令。
   7. 微周期：取出并执行一条微指令所需的时间；
   8. 控制存储器：用于存放全部的指令的所有微程序的存储器。微程序存放在控制器存储器中；
   9. 微命令的组合与编码方式有4种：直接译码方式、字段直接编码方式、字段间接编码方式、混合编码方式；
   10. 字段直接编码方式中一个字段在任一时刻最多能同时提供1个微命令；
   11. 微指令的格式有：水平型、垂直型；
   12. 微指令寄存器：存放由控制存储器独处的一条微指令信息的寄存器；
   13. 微指令的执行方式有：顺序执行的方式、重叠执行的方式；
   14. 在微程序控制器中，一条机器指令对应一个微程序，N跳机器指令对应N+3个微程序。

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