计算机组成原理

陈付龙,孙道清,沈展,徐晟,罗乐,陈士县,周武

目录

  • 1 前言
    • 1.1 课程简介
    • 1.2 说课
    • 1.3 预备学习
  • 2 计算机系统概论
    • 2.1 计算机的发展历程
    • 2.2 计算机系统的基本组成
    • 2.3 计算机系统的层次结构
    • 2.4 程序开发与执行过程
    • 2.5 计算机系统性能评价
    • 2.6 本章小结
  • 3 数据的机器级表示
    • 3.1 数制和编码
    • 3.2 定点数的表示
    • 3.3 浮点数的表示
    • 3.4 十进制数的表示
    • 3.5 非数值数据的编码表示
    • 3.6 数据的宽度和存储
    • 3.7 数据的校验码
    • 3.8 本章小结
  • 4 运算方法和运算部件
    • 4.1 高级语言和机器指令中的运算
    • 4.2 基本运算部件
    • 4.3 定点数运算
    • 4.4 浮点数运算
    • 4.5 运算部件的组成
  • 5 存储器分层体系结构
    • 5.1 存储器概述和RAM芯片
    • 5.2 主存与CPU的连接及其读写操作
    • 5.3 高速缓冲存储器
    • 5.4 虚拟存储器
    • 5.5 本章小结
  • 6 指令系统
    • 6.1 指令格式设计
    • 6.2 指令系统设计
    • 6.3 指令系统实例
    • 6.4 程序的指令集表示
    • 6.5 本章小结
  • 7 中央处理器
    • 7.1 CPU概述
    • 7.2 单周期处理器设计
    • 7.3 多周期处理器设计
    • 7.4 微程序控制器设计
    • 7.5 异常和中断处理
    • 7.6 本章小结
  • 8 指令流水线
    • 8.1 指令流水线概述
    • 8.2 流水线数据通路和控制逻辑
    • 8.3 流水线冒险及其处理
    • 8.4 高级流水线技术
    • 8.5 本章小结
  • 9 互连及输入 输出组织
    • 9.1 外设概述
    • 9.2 外设与CPU、主存的互连
    • 9.3 I/O接口
    • 9.4 I/O数据传送方式
    • 9.5 I/O子系统
    • 9.6 本章小结
  • 10 复习
    • 10.1 知识要点
    • 10.2 2013年试卷
    • 10.3 2014年试卷
    • 10.4 2015年试卷
    • 10.5 2016年试卷
    • 10.6 2017年试卷
    • 10.7 2018年试卷
    • 10.8 2019年试卷
    • 10.9 2020年考试
    • 10.10 2021年试卷
    • 10.11 2022年试卷
    • 10.12 2023年试卷
    • 10.13 2024年试卷
  • 11 实验
    • 11.1 实验一:Xilinx Nexys4开发板使用(选做)
    • 11.2 实验二:数据的机器级表示
    • 11.3 实验三:定点加减法实现
    • 11.4 实验四:定点乘除法实现(选做)
    • 11.5 实验五:逻辑运算与移位运算(选做)
    • 11.6 实验六:ALU设计
    • 11.7 实验七:浮点加减法(选做)
    • 11.8 实验八:浮点乘法和除法(选做)
    • 11.9 实验九:浮点运算单元(选做)
    • 11.10 实验十:寄存器设计
    • 11.11 实验十一:RAM和ROM设计
    • 11.12 实验十二:Cache设计 (选做)
    • 11.13 实验十三:MIPS汇编程序调试
    • 11.14 实验十四:单周期MIPS微处理器设计
    • 11.15 实验十五:简单多周期MIPS微处理器设计(选做)
    • 11.16 实验十六:复杂多周期MIPS微处理器设计(选做)
    • 11.17 实验十七:流水线MIPS微处理器设计(选做)
知识要点

1

  • 计算机的工作原理?计算机的执行程序的过程?冯诺依曼计算机的工作方式?

  • 程序存储与程序控制?

  • 计算机基本组成?计算机组成VS 计算机体系结构?

  • ISA

  • 字、字长?主频?MIPSMFLOPS

  • CPICPU执行时间?Amdahl’s Law?

2

  • 计算机内部表示信息的方式?

  • 原码、反码、补码、移码?各编码转换机制?

  • 定点数表示?整数表示?

  • 浮点数表示?IEEE754

  • 数据的宽度和存储?字长?

3

  • 运算器组成?

  • 定点原码、补码加减法?

  • 浮点加减法、乘除法?为何规格化?怎么规格化?有哪两种规格化?

4

  • 存储程序?指令?

  • 指令的格式?指令中包含的信息?

  • 指令的编码?定长、扩展编码?

  • 寻址方式?

  • RISCCISC?区别?

  • MIPS指令系统及程序?

5

  • CPU的基本组成?各自功能?CPU执行指令的过程?

  • IRPC存放的内容?

  • 数据通路?单总线的数据通路?多总线的数据通路?

  • 单周期MIPS CPU设计?多周期MIPSCPU设计?

  • 控制器实现的两种方式?硬连线和微程序?

  • 指令周期?机器周期、存储周期?时钟周期?

  • 指令的取指令、译码、执行、访存、写回等各阶段的控制信号序列?

  • 硬连线控制器的基本思想?特点?硬连线控制器的结构?

  • 微程序控制器的基本思想?特点?微程序控制器的结构?

6

  • 适合流水线的指令集特征?

  • 流水线的执行效率?

7

  • 存储器分类?存储方式:随机存储器、顺序存储、直接存储、相联存储?

  • 存储器分层体系结构?

  • SRAMDRAMDRAM刷新?ROM

  • 半导体存储器的容量扩展?

  • 程序访问的局部性原理?Cache原理?主存和Cache块划分?直接、全、组相联的地址映像与变换?替换机制?命中率、平均访问时间?

  • Cache的透明性?Cache与虚拟存储器机制区别?前者纯硬件实现,后者由硬件逻辑电路和操作系统协作实现。

8

  • I/O接口的基本组成?

  • 什么是中断?中断的原理?中断源、中断向量、中断响应、中断返回、中断服务程序?什么时候CPU进入中断响应周期?中断屏蔽?

  • 程序查询、中断、DMA、通道等I/O方式的区别?

  • DMA的三种数据传输方式?