計算機系統概述
1、 建立整機概念、理解von neumann 計算機體系結構思想，以及按此思想設計的計算機組成部件和功能
馮·諾依曼計算機的基本思想
採用二進位制形式表示資料和指令。指令由操作碼和位址碼組成；
將程式和資料存放在儲存器中，使計算機在工作時從儲存器取出指令加以執行，自動完成計算任務。這就是「儲存程式」和「程式控制」（簡稱儲存程式控制）的概念；
指令的執行是順序的，即一般按照指令在儲存器中存放的順序執行，程式分支由轉移指令實現。
計算機由儲存器、運算器、控制器、輸入和輸出裝置五大基本部件組成，規定了5部分的基本功能
2、 怎樣區分儲存器中儲存的是資料還是指令？
3、 理解指令與程式的基本概念。
資料表示與運算器
1. 常用的進製計數制及其相互轉換
2. 真值和機器數（原碼、補碼、反碼、移碼），正數與負數的各種機器碼表示方法、特別是0的表示方法
真值：現實中真實的數值
機器數：計算機中用0和1數碼組合表達的數值
3. 定點數（定點整整、定點小數）的表示範圍
4. 浮點數的表示範圍，特別是按照ieee754標準的浮點數表示範圍。
例1 某浮點數字長32位，其中階碼8位，以2為底，補碼表示，尾數24位（含1位數符），補碼表示。現有一浮點數（ac5a3e00），請問它所表示的二進位制真值是多少？以及該浮點數格式表示的最大正數為多少？
最大負數為多少？
5. 定點數的加、減運算，特別是減法運算，將被減數變化為補碼後進行加法運算。
6. 溢位的判斷（上溢、下溢）以及檢驗方法
7. 定點數的乘法運算。（原碼一位乘法、原碼兩位乘法、補碼一位乘法、補碼兩位乘法）
8. 定點數的除法運算。（原碼一位除法【恢復餘數法、不恢復餘數法】、補碼一位除法）
9. 浮點數的加減（對階、尾數加減、規格化後捨入）、乘除運算
10. 校驗技術：奇偶校驗、海明校驗、crc（迴圈冗餘校驗）
11. alu的設計（序列進製、先行進製）
儲存器1. 儲存器的分類及其相關概念
儲存器在計算機中的作用分類：cache、主存、輔存
儲存方式分類：ram、rom、sam、dam
儲存介質分類：半導體儲存器、磁表面儲存器、光儲存器
2. 半導體隨即儲存器的工作原理，特別是靜態儲存器與動態儲存器的工作原理及其比較。
分類：按使用器件，半導體儲存器分雙極型半導體儲存器（ttl）和mos半導體儲存器兩種
（1）ttl：儲存速度高，整合度低，**高，主要用於小容量的高速儲存器
（2）mos：主要用於大容量儲存器。
根據儲存資訊機構的原理不同，又分為靜態mos儲存器（sram)和動態mos儲存器（dram)，前者利用雙穩態觸發器來儲存資訊，只要不斷電，資訊是不會丟失的，後者利用mos電容儲存電荷來儲存資訊，使用時，需不斷給電容充電才能使資訊保持。
半導體儲存器的主要優點是儲存速度快，儲存體積小，可靠性高；
主要缺點是斷電時，讀寫儲存器不能儲存資訊。
3. 動態儲存器的各重新整理機制（集中重新整理、分散重新整理、非同步重新整理）的優缺點。
集中重新整理：在規定的乙個重新整理周期內，對全部儲存單元集中一段時間逐行進行重新整理，此時必須停止讀寫操作。缺點，由於在一定時間內不能進行讀寫操作，故訪問存在死區。
分散重新整理：對每行儲存單元重新整理分散到美國訪問週期內完成。不存在停止讀寫的死時間，但訪問週期加長了，整個系統速度降低。
非同步重新整理：是前兩種方式的結合，即可縮短死時間，又可擦很難過分利用最大重新整理間隔2ms的特點。
4. sram的組成結構（儲存體、讀寫電路、位址解碼器、控制電路）及其工作過程
5. 儲存器的擴充套件（位擴充套件、字擴充套件、字位全擴充套件）
位擴充套件法：只加長每個儲存單元的字長，而不增加儲存單元的數量
字擴充套件法：僅增加儲存單元的數量，而各單元的位數不變
字位同時擴充套件法：既增加儲存單元的數量，也加長各單元的位數
儲存器系統的儲存容量： m×n位
使用晶元的儲存容量：l×k位(l≤m，k≤n)
需要儲存器晶元個數：(m×n)/(l×k)
[例]： 利用2k×4位的儲存晶元，組成16k×8位的儲存器，共需要多少塊晶元？
[解]：（16k×8）/（2k×4）＝8×2＝16
即：共需16塊晶元。(既需要位擴充套件，又需要字擴充套件）
[又例]：利用1k×4位的儲存晶元，組成2k×8位的儲存器，共需要晶元數：
（2k×8）/（1k×4）= 2×2=4
6. 儲存器的位址分配與片選邏輯（與cpu的連線）
cpu對儲存器進行讀/寫操作，首先由位址匯流排給出位址訊號，然後要對儲存器發出讀操作或寫操作的控制訊號，最後在資料匯流排上進行資訊交流。所以，儲存器與cpu之間，要完成:
位址線的連線；
資料線的連線；
控制線的連線/讀寫線的連線
片選線的鏈結
合理選用晶元
其他：時序，負載
儲存器晶元的容量是有限的,為了滿足實際儲存器的容量要求，需要對儲存器進行擴充套件。
7. cache的基本工作原理以及與主存之間的對映方式（全相聯對映、直接對映、組相聯對映）
基本原理：
a) cache是介於cpu和主存m2之間的小容量儲存器，但訪問速度比主存快。主存容量配置幾百mb的情況下，cache的典型值是幾百kb。cache能高速地向cpu提供指令和資料，從而加快了程式的執行速度。
從功能上看，它是主存的緩衝儲存器，由高速的sram組成。為追求高速，包括管理在內的全部功能由硬體實現，因而對程式設計師是透明的。
b) cache的設計依據:cpu這次訪問過的資料，下次有很大的可能也是訪問附近的資料。
c) cpu與cache之間的資料傳送是以字為單位
主存與cache之間的資料傳送是以塊為單位
d) cpu讀主存時，便把位址同時送給cache和主存，cache控制邏輯依據位址判斷此字是否在cache中，若在此字立即傳送給cpu ，否則，則用主存讀週期把此字從主存讀出送到cpu，與此同時，把含有這個字的整個資料塊從主存讀出送到cache中。
對映方式：
cache通過位址對映)的方法確定主存塊與cache行之間的對應關係，確定乙個主存塊應該存放到哪個cache行中.
全相聯對映：可以將乙個主存塊儲存到任意乙個cache行
優點：命中率較高，cache的儲存空間利用率高
缺點：線路複雜，成本高，速度低
直接對映：將乙個主存塊儲存到唯一的乙個cache行
優點：硬體簡單，容易實現
缺點：命中率低， cache的儲存空間利用率低
組相聯對映：可以將乙個主存塊儲存到唯一的乙個cache組中任意乙個行
組間採用直接對映，組內為全相聯
硬體較簡單，速度較快，命中率較高
8. cache 的主存塊的替換演算法以及寫策略
替換策略：
lfu（最不經常使用 ）：被訪問的行計數器增加1，換值小的行，不能反映近期cache的訪問情況，
lru（近期最少使用） ：被訪問的行計數器置0，其他的計數器增加1，換值大的行，符合cache的工作原理
隨機替換：隨機替換策略實際上是不要什麼演算法，從特定的行位置中隨機地選取一行換出即可。這種策略在硬體上容易實現，且速度也比前兩種策略快。
缺點是隨意換出的資料很可能馬上又要使用，從而降低命中率和cache工作效率。但這個不足隨著cache容量增大而減小。隨機替換策略的功效只是稍遜於前兩種策略。
寫策略：
由於cache的內容只是主存部分內容的拷貝，它應當與主存內容保持一致。而cpu對cache的寫入更改了cache的內容。如何與主存內容保持一致，可選用如下三種寫操作策略。
a) 寫回法：換出時，對行的修改位進行判斷，決定是寫回還是捨掉。
b) 全寫法：寫命中時，cache與記憶體一起寫
c) 寫一次法：與寫回法一致，但是第一次cache命中時採用全寫法
9. 虛擬儲存器（頁式、段式、段頁式）
段式管理：把主存按段分配的儲存管理方式
優點：段的界線分明，段易於編譯、管理、修改和保護，便於多道程式共享
缺點：段的長度各不相同，主存空間分配麻煩
頁式管理：以定長頁面進行儲存管理的方式
優點：頁的起點和終點位址固定,方便造頁表,新頁調入主存也很容易掌握，比段式空間浪費小
缺點：處理、保護和共享都不及段式來得方便
段頁式管理：分段和分頁相結合的儲存管理方式
優點：綜合段式和頁式管理方式的特點
缺點：需要多次查表過程
頁式虛擬儲存器
概念：以頁為資訊傳送單位的虛擬儲存器，即在這種虛擬儲存器中，不論是虛擬空間，還是主存空間都被分成大小相等的頁，稱為頁面。
（a）邏輯頁：虛存空間，虛擬位址分為兩個字段：高位欄位為邏輯頁號，低位欄位為頁內行位址；
（b）物理頁：主存空間，實存位址也分為兩個字段：高位欄位為物理頁號，低位欄位為頁內行位址
頁面大小都是相等的，所以頁內行位址(位數)是相等的。
工作原理
一般方法
（a）cpu提供虛位址：邏輯位址+頁內位址
（b）訪問頁表：頁表基址暫存器+邏輯頁號
（c）查表。若頁面命中：主存位址：物理頁號+頁內位址
若未命中：啟動i/o系統，從外存調入主存。
改進 快表+慢表方法：快表由硬體組成，只是慢表的小副本。查表時，由邏輯頁號同時去查快表和慢表，當在快表中有此邏輯頁號時，就能很快地把找到的對應的物理頁號送入主存位址暫存器，並使慢表的查詢作廢。
如果在快表中查不到，那就要多乙個訪問主存的時間查慢表，從中查到物理頁號送入實存位址暫存器，同時，將此邏輯頁號和對應的物理頁號送入快表，替換快表中應該移掉的內容。
優點：管理方便，空間利用率高
缺點：頁的處理，保護，共享等不方便
段式虛擬儲存器
● 段式虛擬儲存器是以程式的邏輯結構所形成的段(如過程，子程度等)作為主存空間分配單位的虛擬儲存管理方式，由於各段的長度因程式而異，虛擬位址由段號和段內位址組成。
● 為了把虛擬位址變換成實存位址，需要乙個段表，段表是表示虛段(程式的邏輯結構)與實段(主存中所存放的位置)之間關係的對照表，段表也是乙個段，每一段駐留在主存中，也可存放在外存中，需要時再調入主存。
● 位址變換
段式虛擬儲存器的優缺點：
（1）優點：
– 段的界線分明，就是程式的自然分界。
計算機組成原理複習提綱
9.虛擬儲存器 頁式 段式 段頁式 例題1 乙個16k x 32位的儲存器，其位址線與資料線的總和是 例題2 某計算機字長為32位，它的儲存容量為256kb，按字編址，它的定址範圍是 例題3 某8位機採用單匯流排結構，位址線根，雙向資料線8根，控制匯流排中與主存有關的 mreq 允許訪存，低電平有效...
計算機組成原理複習總結
硬體 是指可以看得見 摸得著的物理裝置 部件 實體，一般講硬體還應包括將各種硬體裝置有機組織起來的體系結構。軟體 程式 資料 文件。軟體由兩部分組成，一是使計算機硬體能完成計算和控制功能的有關計算機指令和資料定義的組合，即機器可執行的程式及有關資料 二是機器不可執行的，與軟體開發 過程管理 執行 維...
計算機組成原理期末複習總結
1 馮諾依曼計算機的特點 計算機由運算器 儲存器 控制器 輸入裝置和輸出裝置五大部件組成 指令和資料以同等地位存放於儲存器內，並可按位址尋訪 指令和資料均用二進位制數表示 指令由操作碼和位址碼組成，操作碼用來表示操作的性質，位址碼用來表示運算元在儲存器中位置 指令在儲存器內按順序存放，通常，指令是順...