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第1章 计算机系统概述.................................................................. 1 *1.1计算机发展历程.................................................................. 1 *1.1.1计算机硬件的发展.........................................................1 *1.1.2计算机软件的发展.........................................................2 *1.1.3 本节习题精选............................................................. 2 *1.1.4答案与解析............................................................... 2< 1.2计算机系统层次结构...............................................................3 1.2.1计算机系统的组成......................................................... 3 1.2.2计算机硬件................................................................ 3 1.2.3计算机软件....... ......................................................... 5 1.2.4计算机系统的层次结构..................................................... 5 1.2.5计算机系统的工作原理.....................................................6 1.2.6 本节习题精选............... .•......................... 8 1.2.7 答案与解析............................................................... 11 1.3计算机的性能指标................................................................ 13 1.3.1计算机的主要性能指标.................................................... 13 1.3.2 几个专业术语............................................................. 15 1.3.3 本节习题精选............................................................. 15 1.3.4 答案与解析............................................................... 18 1.4本章小结...................... 21 1.5常见问题和易混淆知识点......................................................... 22 第2章 数据的表示和运算............................... 24 2.1数制与编码...................................................................... 24 2.1.1进位计数制及其相互转换................................................. 24 *2.1.2 BCD 码................................................................... 27 2.1.3 定点数的编码表示........................................................ 27 2.1.4整数的表示••:.............................................................30 2.1.5 本节习题精选.............................................................30 2.1.6 答案与解析............................................................... 32 2.2运算方法和运算电路............................................................. 35 2.2.1基本运算部件....................... :..................................................................35 2.2.2定点数的移位运算........................................................ 38 2.2.3 定点数的加减运算........................................................ 39 2.2.4定点数的乘除运算........................................................ 41目 录IX 2.2.5 C语言中的整数类型及类型转换...........................................45 2.2.6 数据的存储和排列 .................. 47 2.2.7本节习题精选............................................................ 48 2.2.8答案与解析......... :.................................................... 53 2.3浮点数的表示与运算.............................................................60 2.3.1 浮点数的表示............... 60 2.3.2浮点数的加减运算....................................................... 63 2.3.3 本节习题精选............................................................ 65 2.3.4 答案与解析.............................................................. 69 2.4本章小结........................................................................ 76 2.5常见问题和易混淆知识点........................................................ 76 第3章存储系统......................................................................... 78 3.1存储器概述...................................................................... 78 3.1.1存储器的分类............................................................ 78 3.1.2存储器的性能指标....................................................... 79 3.1.3多级层次的存储系统..................................................... 80 3.1.4 本节习题精选............................................................ 81 3.1.5答案与解析.............................................................. 82 3.2主存储器........................................................................ 84 3.2.1 SRAM 芯片和DRAM 芯片.................................................84 3.2.2只读存储器.............................................................. 86 3.2.3主存储器的基本组成........... 87 3.2.4多模块存储器............................................................ 87 3.2.5 本节习题精选............................ 89 3.2.6答案与解析.............................. 92 3.3主存储器与CPU的连接..........................................................97 3.3.1 连接原理................................................................ 97 3.3.2 主存容量的扩展..........................................................98 3.3.3存储芯片的地址分配和片选.............................................. 99 3.3.4 存储器与CPU的连接....................................................100 3.3.5 本节习题精选........................................................... 101 3.3.6 答案与解析............................................................. 103 3.4外部存储器..................................................................... 107 3.4.1磁盘存储器............................................................. 107 3.4.2 固态硬盘................................................................108 3.4.3本节习题精选........................................................... 109 3.4.4 答案与解析............................................................. 110 3.5高速缓冲存储器.................................................................111 3.5.1程序访问的局部性原理.................................................. 111 3.5.2 Cache的基本工作原理................................................... 112X 2024计算机组成原理考研复习指导 3.5.3 Cache和主存的映射方式........................................ 113 3.5.4 Cache中主存块的替换算法............................................... 117 3.5.5 Cache写策略.............................................................118 3.5.6 本节习题精选............................................................ 119 3.5.7答案与解析.............................................................. 123 3.6虚拟存储器......................................................................131 3.6.1虚拟存储器的基本概念...................................................131 3.6.2页式虚拟存储器................... 132 3.6.3段式虚拟存储器......................................................... 134 3.6.4段页式虚拟存储器....................................................... 135 3.6.5 虚拟存储器与Cache的比较.............................................. 135 3.6.6 本节习题精选............................................................136 3.6.7答案与解析.............................................................. 140 3.7本章小结........................................................................ 144 3.8常见问题和易混淆知识点........................................................ 145 第4章指令系统................ 146 4.1指令系统........................................................................ 146 4.1.1指令的基本格式......................................................... 147 4.1.2定长操作码指令格式...... :....................... 148 4.1.3扩展操作码指令格式..................................................... 148 4.1.4指令的操作类型......................................................... 149 4.1.5 本节习题精选............................................................ 149 4.1.6答案与解析.............................................................. 152 4.2指令的寻址方式................................................................. 155 4.2.1指令寻址和数据寻址..................................................... 155 4.2.2常见的数据寻址方式..................................................... 155 4.2.3 本节习题精选............................................................159 4.2.4 答案与解析.............................. 166 4.3程序的机器级代码表示.......................... 172 4.3.1常用汇编指令介绍............................. 172 4.3.2过程调用的机器级表示...................................................177 4.3.3选择语句的机器级表示...................................................179 4.3.4循环语句的机器级表示................................................... 180 4.3.5 本节习题精选............................................................ 182 4.3.6答案与解析.............................................................. 185 4.4 CISC和RISC的基本概念....................................................... 186 4.4.1 复杂指令系统计算机(CISC) .................................... ；............................ ••…… 186 4.4.2精简指令系统计算机(RISC) .........:...................................................................187 4.4.3 CISC 和 RISC 的比较.................................................... 187 4.4.4 本节习题精选............................................................ 188目 录XI 4.4.5答案与解析.................................... 188 4.5本章小结....................................................................... 189 4.6常见问题和易混淆知识点 ....................................................... 189 第5童中央处理器................. '................................................... 191 5.1 CPU的功能和基本结构 191 5.1.1 CPU 的功能............. 191 5.1.2 CPU的基本结构................................. 192 5.1.3本节习题精选....................... 193 5.1.4答案与解析............................ 195 5.2 指令执行过程................ 197 5.2.1 指令周期............................... 197 5.2.2指令周期的数据流................... •・：•■・••.......................198 5.2.3指令执行方案.................................. 199 5.2.4 本节习题精选........................................................... 200 5.2.5答案与解析............................................................. 202 5.3数据通路的功能和基本结构................ 203 5.3.1数据通路的功能.................... 203 5.3.2数据通路的基本结构.................................................... 204 5.3.3本节习题精选............................. 205 5.3.4答案与解析.................... ..........…… -…… ............... 210 5.4控制器的功能和工作原理............................. …….. .............. 216 5.4.1 控制器的结构和功能..................... 216 5.4.2硬布线控制器......................... 217 5.4.3微程序控制器..........................—...........................221 5.4.4本节习题精选............................ 226 5.4.5答案与解析............................................................. 229 5.5异常和中断机制 ................................................................ 233 5.5.1异常和中断的基本概念................................................. 233 5.5.2异常和中断的分类...................................................... 234 5.5.3异常和中断响应过程................... ……,.... ......................235 5.5.4本节习题精选.......................................................... 236 5.5.5 答案与解析........................ ............................ 236 5.6指令流水线............................... 237 5.6.1指令流水线的基本概念............................. 238 5.6.2流水线的基本实现...................................................... 239 5.6.3流水线的冒险与处理.................................................. 242 5.6.4流水线的性能指标...................................................... 243 5.6.5 高级流水线技术.........................................................243 5.6.6 本节习 题精选........................................................... 244 5.6.7 答案与解析............................................................. 249XII 2024计算机组成原理考研复习指导 5.7多处理器的基本概念............................................................ 255 5.7.1 SISD、SIMD、MIMD 的基本概念........................................ 255 5.7.2硬件多线程的基本概念.................................. 256 5.7.3多核处理器的基本概念.................................................. 257 5.7.4共享内存多处理器的基本概念............................................258 5.7.5 本节习题精选........................................................... 258 5.7.6答案与解析........................................... 259 5.8本章小结........................................................................260 5.9常见问题和易混淆知识点........................................................261 第6章总线............................................................................ 2够 6.1总线概述........................................................................263 6.1.1总线基本概念............................................................263 6.1.2总线的分类.............................................................. 264 6.1.3 系统总线的结构......................................................... 264 6.1.4常见的总线标准......................................................... 265 6.1.5总线的性能指标…........................... 266 6.1.6 本节习题精选............................................................266 6.1.7 答案与解析.............................................................. 269 6.2总线事务和定时................................................................. 273 6.2.1总线事务................................................................ 273 6.2.2 同步定时方式............................................................273 6.2.3 异步定时方式......................................... 273 6.2.4本节习题精选............................................................274 6.2.5答案与解析............................... 275 6.3本章小结................................................... 276 6.4常见问题和易混淆知识点................................................. 277 第7章 输入/输出系统.................................................................. 278 *7.1 I/O系统基本概念.............................. 278 *7.1.1 输入/输出系统...........................................................278 *7.1.2 I/O 控制方式............................................................ 279 *7.1.3 外部设备................................................................ 279 7.1.4 本节习题精选............................................................280 7.1.5 答案与解析.............................................................. 281 7.2 I/O 接口........................................................................ 282 7.2.1 I/O 接口 的功能.......................................................... 282 7.2.2 I/O接口的基本结构......................................................282 7.2.3 I/O 接口 的类型.................... ，.................................................................. 283 7.2.4 I/O端口及其编址................................................. 283 7.2.5 本节习题精选............................................................284 726答案与解析.............................................................. 285目 录XIII 7.3 I/O 方式................................................... 286 7.3.1程序查询方式........................................................... 286 7.3.2 程序中断方式....... •'.................................................. 286 7.3.3 DMA 方式...............................................................290 7.3.4本节习题精选........................................................... 293 7.3.5 答案与解析.................................... 300 》7.4本章小结....................................................................... 308 id 7.5常见问题和易混淆知识点 ....................................................... 309 参考文献................................................................................. 310