計組 復習知識點

三、簡答題 2、3、4、5

四、計算題 1、2

五、綜合題 3、5

第一章 計算機系統概述

1.1 計算機的發展歷程

（1）第一階段（1946-1957）：電子管計算機

特點：集成度低，體積大，功耗高，運行速度慢，操作復雜
（2）第二階段（1957-1964）：晶體管計算機

特點：相對電子管計算機，體積小，速度快，功耗低，可靠性高，配備顯示幕
（3）第三階段（1964-1980）：集成電路計算機

特點：作業系統誕生
（4）第四階段（1980-至 今）：大規模、超大規模集成電路計算機

特點：集成度高，速度快，體積小，價格低，用途廣泛

1.2.1 計算機硬體基本組成

1、1946年 世界上第一臺電子數字計算機 ENIAC

2、馮諾依曼機

（1）計算機硬體由五大部件組成：存盤器、運算器、控制器、輸入設備和輸出設備

（2）指令和資料以同等地位存于存盤器，可按地址尋址

（3）指令和資料以二進制碼表示

（4）指令由操作碼和地址碼組成

（5）采用存盤程式的方式，要求計算機完成的功能必須事先編制好相應的程式，并輸入到存盤器中，計算機的作業程序是運行程式的程序

（6）以運算器為中心（輸入、輸出設備與存盤器之間的資料傳輸經過運算器）

1.3 計算機的性能指標

計算題

1、機器字長

CPU一次能處理二進制資料的位數，實際上指該計算機中的運算器的位數

2、運算速度

（1）CPU主頻（f）：CPU內部時鐘的頻率，表示在CPU內數字脈沖信號震蕩的速度，

（2）CPU時鐘周期長（T）：主頻的倒數、CPU執行操作的最小時間單元

（3）CPU執行時間：表示CPU執行某段程式所需的時間

CPU 執行時間 = CPU時鐘周期數 * CPU時鐘周期長

（4）CPI：表示執行一條指令所需的時鐘周期數

CPI = 執行某段程式所需的CPU時鐘周期數 / 該程式包含的指令條數

（5）MIPS：表示每秒執行多少百萬條指令

MIPS = 指令條數 / 執行時間 * 10^6

MIPS = f / （CPI * 10^6 ）= 指令條數 /（時鐘周期數 * 時鐘周期長）

第二章 資料的表示和運算

2.1.1 數制之間的轉換

計算題

1、二進制轉換其他進制：

八進制：3個二進制位為1個八進制位

十六進制：4個二進制位為1個八進制位

2、十進制轉換其他進制：

整數部分：除基取余法 低位到高位 先取得的"余"是整數的低位

小數部分：乘積取整法 高位到地位 先取得的"整"是小數的高位

注意：有的十進制小數無法用二進制精準表示，如0.3

2.1.2 真值和機器數

真值：實際的帶正負號的數值（符合人類習慣的數字）

機器數：正負號需要被數字化（數字實際存到機器里的形式）

2.1.3 BCD 碼

1、8421碼

計算題

有權碼

每4個二進制位對應一個十進制位（有6個冗余狀態）

8、4、2、1分別對應每一位的權值

0000~1001 分別對應0 ~ 9，進行加法后若超出該范圍（1010 ~10010），則需 +0110進行修正（強制向高位進1）

2、余3碼

無權碼

8421碼 +（0011）

3、2421碼

2、4、2、1分別對應每一位的權值

表示0 ~ 4時最高位為0，表示5 ~ 9時最高位為1

2.1.4 ASCII 碼

1、ASCII 碼：

通常用8bit表示一個字符，最高位都為0

共128個字符，0 ~ 31、127位控制/通信字符，32~126為可印刷字符

所有大寫字母、所有小寫字母、所有數字的編碼都是連續的

2.1.5 校驗碼

簡答題
1、資料校驗碼和碼距

碼字間的距離：兩個碼字之間有幾個位不同

碼距：一個編碼方案中，合法的最小的碼字間的距離

若碼距 = 2，有檢錯能力；若碼距 = 3，可能有糾錯能力

2、奇偶校驗碼的形成

在資訊位的首部或尾部添加一個奇偶校驗位

奇校驗：整個校驗碼（資訊位和校驗位）中 “1” 的個數為奇數

偶校驗：整個校驗碼（資訊位和校驗位）中 “1” 的個數為偶數

3、回圈冗余校驗碼
計算題
移位（補零）：生成多項式的最高次冪

2.2.1 定點數的表示

1、有符號數的表示
計算題
（1）原碼

（2）反碼

（3）補碼

（4）移碼

2.2.2 定點數的運算

計算題
1、定點數的加減法運算

2、溢位判斷

3、符號擴展

2.3.1 浮點數的表示

1、浮點數的表示

2、浮點數的規范化

3、IEEE 754標準
計算題
（1）移碼

（2）I EEE 754

（3）例題

2.4 并行加法器中進位的產生和傳遞

1、串行進位的并行加法器

2、并行進位的并行加法器

3、并行加法器的優化

（1）組內并行，組間串行

（2）組內并行，組間并行

第三章 存盤器

3.2 存盤器的層次化結構

暫存器和部分Cache位于CPU中；

部分Cache和主存位于主機中；

3.3 半導體隨機存盤器

簡答題

1、SRAM和DRAM的區別

半導體隨機存盤器（RAM）按存盤元件在運行中能否長時間保存資訊劃分，有靜態存盤器（SRAM）和動態存盤器（DRAM）兩種，

前者利用雙穩態觸發器來保存資訊，只要不斷電，資訊就不會丟失，

后者利用MOS電容存盤電荷來保存資訊，使用時，需不斷給電容充電才能使資訊保持，

靜態存盤器的集成度低，但功耗較大，

動態存盤器的集成度高，功耗小，

簡答題

2、DRAM的再生和重繪

DRAM 存盤器中，對存盤單元的讀出就是對電容的放電程序，讀完后需要再把原來的資料，寫回存盤單元中，這個程序稱為再生；由于 DRAM 都用小電容存盤資料，電容存在漏電阻， 時間久了會導致電荷丟失，需要定時補充電荷，重新寫入資料，這個程序稱為重繪，

Tips：

（1）重繪操作不需要CPU控制

（2）重繪以行為單位，僅需要行地址

（3）一行中所有芯片是同時重繪的

3.4 非易失性存盤器

1、概念

（1）只讀存盤器 ROM

存盤內容由半導體制造廠按用戶提出的要求在芯片的生產程序中直接寫入，無法修改

（2）一次性的可編程式的只讀存盤器 PROM

存盤內容可以由用戶用專門的設備（編程器）一次性寫入，之后無法修改

（3）可擦可編程式的只讀存盤器 EPROM

紫外線擦除 UVEPROM

電擦除 EEPROM

修改次數有限、寫入時間很長

（4）快擦除讀寫存盤器 閃速存盤器 Flash Memory

例如：U盤、寫入速度較快

（5）固態硬碟 SSD

控制單元+FLASH芯片

3.5 主存盤器與CPU的連接

綜合題
1、存盤容量的擴展

（1）位擴展（資料線）

（2）字擴展（地址線）

2、主存盤器與CPU的連接

例題：

3.7.2 Cache基本作業原理

1、命中率 平均訪問時間

2、例題

第四章 指令系統

簡答題
指令（機器指令）：是指示計算機執行某種操作的命令，是計算機運行的最小功能單位，

一臺計算機的所有指令的集合構成該機的指令系統，也稱為指令集，

注：一臺計算機只能執行自己指令系統中的指令，不能執行其他系統的指令，

4.1.1 指令的基本格式

一條指令的執行（假設每個地址都是主存地址）：

取地址 訪存1次 （假設指令字長 = 存盤字長）

取兩個運算元 訪存2次

存回結果 訪存1次

共訪存 4次

操作碼的位數決定指令的數目，

定長操作碼：n 位 → 2^n 條指令

擴展操作碼：操作碼長度可變

4.2 指令的尋址方式

簡答題
在程式執行程序中，運算元可能在某個暫存器中或存盤器中，也可能在指令中，

尋址方式是確定本條指令的資料地址以及下一條將要執行的指令地址的方法，它與硬體結構緊密相關，而且直接影響指令格式和指令功能，

有效地址：通常把指令中地址碼欄位給出的地址稱作形式地址(用字母A表示)，這個地址一般不
能直接用來訪問存盤器，形式地址經過某種運算而得到的可用來訪問存盤器的地址稱作有
效地址(用EA表示)，有效地址實際上是運算元所在單元位置到段地址的距離，由段地址和
有效地址可以直接得出運算元在存盤器中的物理地址，`
1、資料存放

2、指令尋址

3、資料尋址

（1）立即尋址

（2）直接尋址

（3）間接尋址

（4）暫存器尋址

（5）暫存器間接尋址

（6）隱含尋址

（7）基址尋址

（8）變址尋址

（9）相對尋址

4.4 CISC和RISC的基本概念

簡答題
（1）CISC

基于復雜指令系統設計的計算機成為復雜指令集計算機

加入更多的復雜指令到指令系統中，提高計算機的處理速率

（2）RISC

基于精簡指令系統設計的計算機成為精簡指令集計算機

RISC的中心思想是要求指令系統簡化，盡量使用暫存器-暫存器操作指令，除去訪存指令外，其他指令的操作均在單周期內完成，指令格式力求一致，尋址方式盡可能減少，并提高編譯的效率，最終達到加快機器處理速度的目的

第五章 中央處理器

5.1.1 CPU的基本功能

簡答題

5.1.2 CPU的基本結構

根據CPU的功能，要取指令，必須有存盤器用于存放當前指令地址；

要分析指令，必須有存放當前指令的暫存器和對指令進行譯碼的部件；

要執行指令，必須有一個能發出各種操作命令序列的控制部件CU；

要完成算術運算和邏輯運算，必須有存放運算元的暫存器和實作運算功能的部件ALU；

為了處理例外情況和特殊情況，還必須有中斷系統

因此，CPU一般可由暫存器、ALU、控制單元CU、中斷系統四部分組成，

5.2 資料通路

簡答題
1、指令周期、機器周期、節拍

綜合題
2、例題

如果采用微程式控制方式，實作加法指令通常需要哪四條微指令？

取指微指令、計算地址微指令、取數微指令、加法運算和送結果微指令，

（1）從存盤器取指令，送入指令暫存器，并進行操作碼譯碼（分析指令），

（2）計算資料地址，將計算得到的有效地址送到地址暫存器AR

（3）到存盤器取數，

（4）進行加法運算，結果送到暫存器，

其中取指令和取數周期通過總線訪問存盤器，計算地址和運算送結果周期在CPU內部進行操作，總線空閑，

5.3 程式執行程序

5.4 微程式控制器

簡答題

5.5 指令流水線

1、流水線的性能指標

（1）吞吐率

（2）加速比

2、流水線的相關問題

（1）資料相關：例如，第一條指令最后保存的地址為第二條指令的運算元地址，

（2）流水線阻塞（產生“氣泡”）：指令較多、繁簡程度不一、執行時間及流水線級數不同，最終可能產生不能連續作業的情況，

（3）編譯形成的程度不能發揮流水線的作用，

（4）存盤器供應不上為連續流動所需的指令和資料，

（5）遇到程式轉移指令，

第六章 總線

6.1.1 總線的概念

1、總線是一組能為多個部件分時共享的公共資訊傳送線路

2、總線特性

（1）機械特性：尺寸、形狀、管腳數、排列順序

（2）電氣特性：信號傳輸方向和有效的電平范圍

（3）功能特性：每根傳輸線的功能（地址、資料、控制）

（4）時間特性：信號的時序關系

6.1.2 總線的分類

1、按照總線的資料傳輸方式

（1）并行總線

優點：信號線各自獨立，信號傳輸快，介面簡單；

缺點：電纜線極多

（2）串行總線

優點：電纜線數少，便于遠距離傳送

缺點：信號傳輸慢，介面復雜

2、按照總線的資料傳輸內容

（1）資料總線

用來傳輸各功能部件之間的資料資訊（指令、運算元），它是雙向傳輸總線，其位數與機器字長、存盤字長有關

（2）地址總線

用來指出資料總線上的源資料或目的資料所在的主存單元或I/O埠的地址，它是單向傳輸總線（只能從CPU傳向I/O埠或外部存盤器），地址總線的位數與主存地址空間的大小有關

（3）控制總線

控制總線傳輸的是控制資訊，包括CPU送出的控制命令和主存（或外設）回傳CPU的反饋信號

3、按照總線的層次位置

（1）片內總線

片內總線是芯片內部的總線，

它是CPU芯片內部暫存器與暫存器之間、暫存器與ALU之間的公共連接線

（2）內部總線

內部總線又稱為系統總線或板級總線，是計算機系統內各功能部件（CPU、主存、I/O介面）之間相互連接的總線，

（3）外部總線

計算機系統之間或計算機系統與其他系統（如遠程通信設備、測驗設備）之間資訊傳送的總線，外部總線也稱為通信總線

4、總線結構

（1）單總線結構

（2）雙總線結構

（3）三總線結構

6.1.3 總線的性能指標

1、總線時鐘頻率

總線的作業頻率，以MHz表示，它是影響總線傳輸速率的重要原因之一，

2、總線寬度（總線位寬）

是總線可同時傳輸的資料的位數，用bit（位）表示，如8位、16位、32位等，顯然總線的寬度越大，它在同一時刻能夠傳輸的資料越多，

3、總線傳輸速率（總線帶寬）

是指在總線上每秒傳輸的最大位元組數（B），用MBps表示，即每秒多少兆位元組，

影響總線傳輸速率的因素有總線帶寬、總線頻率等，

總線帶寬（MBps） = 總線寬度 * 1/8 * 總線頻率

串行：總線帶寬（MBps） = 總線頻率 * 管線數

4、總線資料傳輸周期

默認總線資料傳輸周期是1個時鐘周期傳輸1個字的資料塊，

5、多路復用

總線復用是指一種信號線在不同的時間傳輸不同的資訊，

可以使用較少的線傳輸更多的資訊，減少總線的數目，

6、總線資料傳輸的握手方式

同步方式、異步方式、半同步方式、分離方式

7、總線控制方式

第七章 輸入輸出系統

7.3 I/O 介面

1、I/O 介面的功能

2、介面電路中傳遞的資訊型別

（1）資料資訊

數字量：通常以8位或16位的二進制數以及ASCII碼的形式傳輸，主要是由鍵盤、磁盤、光碟等輸入的資訊或主機送給列印機、顯示幕、繪圖儀等的資訊，

模擬量：模擬的電壓、電流或者非電量，對模擬量輸入而言，需要經過傳感器轉換成電信號，再經A/D轉換器變成數字量；如果需要輸出模擬控制量的話，就要進行上述程序的逆轉換，

開關量：用 “0” 和 “1”來表示兩種狀態，如開關的通/斷、電機的轉/停、閥門的開/關等，

（2）狀態資訊

CPU在傳送資料資訊之前，經常需要先了解外設當前的狀態，如輸入設備的資料是否準備好、輸出設備是否忙等，用于表征外設作業狀態的資訊就成為狀態資訊，它總是由外設通過介面輸入給CPU的，狀態資訊的長度不定，可以是一個二進制位或多個，含義也隨外設的具體情況不同而不同

（3）控制資訊

用來發布控制命令、控制外設作業的資訊，例如，A/D轉換器的啟停信號，控制信號總是CPU通過介面發出的

3、埠的概念

CPU和外設進行資料傳輸時，各類資訊在介面中進入不同的暫存器，一般稱這些暫存器為I/O埠，每個埠有一個埠地址

4、埠的編址方式

5、常用的介面

（1）串行介面

只需要一對信號線來傳輸資料，主要用于傳輸速度不高，傳輸距離較長的場合，

（2）并行介面

串行介面按位傳送資料，速度慢，而且主機是按字或者位元組處理資料，使用串行介面需要進行并串的轉換，對速度要求較高的設備，采用并行資料傳輸方式比較合適，

（3）USB介面

通用串行總線

由一個插在PCI總線上的根集線器組成，它的電纜介面可以連接I/O設備或者擴展集線器，

USB中有4根導線，2根資料線，一根電源，一根地線，

（4）IDE EIDE介面

廣泛應用于PC中，IDE最多連接2個IDE設備，EIDE最多連接4個IDE設備

（5）SCSI介面

應用于作業站和PC服務器中，成為主機和智能外設連接的統一I/O介面，可以控制磁盤驅動器、磁帶機、光碟、列印機、掃描儀等外設，

（6）IEEE1394 串行介面

高速率，實時性好，即插即用，支持熱插拔

（7）AGP介面

把主存和顯存通過芯片組直接連接，提高資料傳輸率

（8）PCMCIA介面

廣泛應用于筆記本電腦的介面，通常同來插上 閃速存盤器卡或Network卡，