"合肥师范学院计算机组成与体系结构总复习.ppt"
这篇复习资料主要涵盖了计算机组成原理的基础知识,包括计算机系统概论、计算机硬件的基本组成、冯·诺依曼思想、计算机性能指标以及运算方法和运算器。下面将详细阐述这些知识点。
1. 计算机系统概论:
计算机系统由中央处理器(CPU)、存储器和输入/输出设备组成。CPU包含运算器和控制器,它们通过数据线路和控制信号进行交互。冯·诺依曼思想是计算机设计的核心理念,它指出计算机使用二进制系统,存储程序并按照地址顺序执行,同时包含五大基本模块:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
2. 冯·诺依曼型机器组成框图:
该框图清晰地展示了计算机内部结构,包括存储器(分为内存储器和外存储器)、运算器、控制器以及输入输出设备之间的关系。冯·诺依曼结构中的存储器用于存储数据和指令,控制器负责指令的解码和执行,运算器处理算术和逻辑运算。
3. 计算机性能指标:
- 时钟周期(T)是计算机系统的时间基准,等于时钟频率(主频,f)的倒数。
- CPI(Cycles Per Instruction)表示执行一条指令所需的时钟周期数,是衡量指令执行效率的指标。
- MIPS(Millions of Instructions Per Second)测量每秒钟能执行的百万条指令,反映了计算机的运算速度。
- MFLOPS(Millions of Floating-Point Operations Per Second)是每秒执行的浮点运算次数,适用于衡量科学计算能力。
4. 寄存器位数计算:
例如,如果主存储器容量为64Kx32位,那么地址寄存器(MAR)需要16位,数据寄存器(MDR)需要32位。因为指令字长、存储字长和机器字长相等,所以指令寄存器(IR)和累加器(Acc)也都是32位。
5. 运算方法和运算器:
- 机器码表示:不同类型的数值(如无符号、有符号)在计算机中用特定的二进制编码表示。
- 有效范围计算:无符号数的范围是0到(2^n)-1,n为机器字长;有符号数的范围取决于表示方式(原码、反码、补码)。
- 补码加减法运算:补码运算可以方便地处理正负数的加减,且能够自然地表示溢出。
- 溢出判断:在二进制加减运算中,当最高位(符号位)发生变化时,可能发生了溢出。
- 规格化判断:在浮点数运算中,规格化是指尾数部分保持首位为1,以确保浮点数的精度。
- 浮点数运算步骤:涉及指数调整和尾数运算,以完成浮点数的加、减、乘、除操作。
6. 二进制数值范围:
8位机器数字(含1位符号位)的无符号数范围为0至255,原码、反码和补码表示的有符号整数范围则根据符号位的不同而变化,分别为-128至127。
这份复习资料提供了对计算机组成原理的全面概述,涵盖了从计算机的基本结构到性能评估,再到具体运算过程的关键概念。它是学习计算机硬件基础的宝贵参考资料。