计算机组成原理复习总结.doc

第一章 计算机系统概论 1、基本概念 硬件：是指可以看得见、摸得着的物理设备（部件）实体，一般讲硬件还应包括将各种硬件设备有机组织起来的体系结构。 软件：程序（代码）+ 数据 + 文档。软件由两部分组成，一是使计算机硬件能完成计算和控制功能的有关计算机指令和数据定义的组合，即机器可执行的程序及有关数据；二是机器不可执行的，与软件开发、过程管理、运行、维护、使用和培训等有关的文档资料。 固件：将软件写入只读存储器ROM中，称为固化。只读存储器及其写入的软件称为固件。固件是介于硬件和软件之间的一种形态，从物理形态上看是硬件，而从运行机制上看是软件。 虚拟计算机：是指通过配置软件扩充物理机器功能以后所形成的一台计算机，而实际硬件在物理功能级上并不具备这种功能。虚拟计算机概念是计算机设计中的一个重要策略，它将提供给用户的功能抽象出来，使之脱离具体的物理机器细节，有利于让用户摆脱物理机器细节的束缚。 计算机系统的层次结构： 现代计算机系统是由硬件、固件、软件组成的十分复杂的系统。 为了对这个系统进行描述、分析、设计和使用，人们把计算机系统按功能划分为若干级层次来分析计算机系统的观点和方法。 存储程序控制方式：存储器中存放程序和数据，控制器按存储单元地址从存储器中依次逐条取出指令，译码，并产生相应的取操作数、运算、保存结果、取下条指令等操作的控制信号，以便控制计算机各个部分有机地协调的完成指令规定的操作。 汇编：将汇编语言源程序翻译成为二进制目标代码文件、可执行目的程序的过程。 编译：首先利用编译系统，把源程序翻译成目的程序，然后执行目的程序。 解释：逐条翻译、执行源程序中的所有语句，即执行时逐条翻译。 硬件软件的逻辑等价性：任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件、固件来实现；任何指令的执行可以由硬件/固件完成，也可以由软件来完成。 计算机体系结构：机器语言级程序员所看到的传统机器所具有的属性，包括概念性组成结构和功能属性两个方面。计算机体系结构概念的实质是：确定计算机系统中软硬件的界面，界面之上是软件实现的，界面之下是硬件/固件实现的 计算机组成：是计算机体系结构的逻辑实现，包括组成部件的逻辑功能及组织结构、信息交换逻辑、控制逻辑、时序逻辑等。 计算机实现：是计算机组成的物理实现，包括元器件物理结构、集成、信号传输、整机装配等。 2、计算机硬件系统的概念性结构，各个部分的作用。 （1）计算机硬件系统由运算器、控制器、内存储器、输入设备、输出设备五大部分构成，一般还要包括它们之间的连接结构（总线结构）； （2）通常将运算器、控制器、若干的寄存器集成在一个硅片上，称为中央处理器CPU； （3）由于输入设备、输出设备与CPU、内存的处理速度差异，所以输入、输出设备通过适配器与总线、CPU、内存连接； （4）概念性结构如下图所示； （5）控制器的作用有三个方面：存储程序控制方式（指令控制）、操作控制、时间（时序）控制。 取指令：一般包括取操作码字节、寻址方式字节； 翻译：分析、译码后产生相应的控制信号； 控制取操作数：源操作数、目的操作数（常见的是单操作数指令、双操作数指令）； 控制执行：执行操作码指定的操作； 控制保存：保存执行的结果； 形成下一条指令的地址：顺序执行、程序转移（分支、循环、子程序、中断）。 （6）运算器的作用：由算术逻辑运算部件ALU、寄存器、数据通路组成。实现数据的加工和处理（算术运算、逻辑运算、移位运算、关系（比较）运算、位运算）； （7）存储器的作用：存储程序和数据，记忆部件；。 （8）适配器的作用：由于主机与I/O设备之间的速度差异，适配器主要在两者之间起数据缓冲、地址识别、信号转换等；。 （9）连接结构的作用：各设备（部件）之间相互有机联系的连接结构，为设备（部件）间信息交换提供通路和控制机制。典型的组织结构是总线结构。 3、什么是指令流、数据流？它们的流向？ 指令流：在取指周期中从内存中读出的信息流称为指令流，它通过总线、CPU内部数据通路流向控制器。 数据流：在执行周期中从内存中读出的信息流称为数据流，它通过总线、CPU内部数据通路流向运算器。 4、计算机如何区分指令和数据？ 从时间上来说，取指令事件发生在周期取指令阶段，取数据事件发生在周期执行指令阶段从空间上来说，指令一定送器，数据一定送运算器。·诺依曼计算机的技术特点 采用二进制代码表示数据和指令； 采用存储程序控制方式（指令驱动）； 由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分构成计算机硬件系统的概念性组成结构。 6、计算机体系结构的分类 1966年M.J.Flynn按照指令流和数据流的不同组织方式，把计算机系统的结构分为以下4类： 单指令流单数据流SISD、单指令流多数据流SIMD、多指令流单数据流MISD、多指令流多数据流MIMD