清华计算机组成原理习题课课件判断题

清华计算机组成原理习题课课件判断题目录•计算机系统概述•运算方法和运算器•存储器系统•指令系统•中央处理器（CPU）•总线系统01计算机系统概述计算机系统的基本组成总结词计算机系统的基本组成包括硬件和软件两部分详细描述计算机系统由硬件和软件两部分组成硬件包括中央处理器、存储器、输入输出设备等，而软件则包括操作系统、应用程序等计算机系统的层次结构总结词计算机系统的层次结构包括硬件层、系统层、编程层和应用层详细描述计算机系统的层次结构从下到上依次为硬件层、系统层、编程层和应用层硬件层是计算机系统的最底层，包括各种物理部件；系统层包括操作系统等系统软件；编程层包括各种编程语言和编译器；应用层是最高层，直接面向用户，包括各种应用程序计算机的主要性能指标要点一要点二总结词详细描述计算机的主要性能指标包括运算速度、存储容量、输入输计算机的主要性能指标包括运算速度、存储容量、输入输出能力等出能力、可靠性、可维护性等运算速度通常以每秒钟执行的指令数或浮点运算次数来衡量；存储容量通常以内存容量和硬盘容量来衡量；输入输出能力通常以数据传输速率来衡量；可靠性通常以平均无故障时间来衡量；可维护性通常以平均修复时间来衡量02运算方法和运算器定点数和浮点数的表示方法01020304定点数表示法在计算机中，浮点数表示法浮点数表示定点数是一种将数字表示为法是一种更为灵活的数字表理解定点数和浮点数的表示整数的方法，其中小数点位•·示方法，其中小数点的位置方法置是固定的例如，一个4位是可变的它通常由符号位、定点数可以表示为-16到+15指数位和尾数位组成的范围定点数和浮点数的运算方法掌握定点数和浮点数的运算方法•·定点数运算定点数运算包括加法、减法、乘法浮点数运算浮点数运算包括加法、减法、乘法和除法等基本算术运算在进行运算时，需要考和除法等基本算术运算，还包括一些特殊操作，虑溢出、舍入和符号等问题如求平方根、对数和三角函数等在进行运算时，需要考虑精度、舍入和溢出等问题运算器的基本组成和功能输入02了解运算器的基本组成和功能标题•·0103运算器的基本功能运算器的主要功能是执行算术和运算器的基本组成运算器是计算机中用于执行算术04逻辑运算，如加法、减法、乘法和除法等此外，它和逻辑运算的部件，主要由加法器、寄存器和控制器还可以执行移位操作和比较操作等等组成运算器的实现方式•理解运算器的实现方式运算器的实现方式组合逻辑电路实现方式组合逻辑电路是一种简单的实现方式，它使用逻辑门电路来实现算术和逻辑运算这种实现方式速度快，但功耗较大流水线实现方式流水线实现方式是一种更为复杂的方式，它将一个完整的运算过程分解为多个阶段，每个阶段由不同的硬件单元完成这种实现方式可以并行处理多个操作，提高运算速度，但需要更多的硬件资源03存储器系统存储器的分类和层次结构•总结词了解存储器的分类和层次结构是理解计算机存储系统的基础•总结词不同类型的存储器在速度、容量和价格方面有不同的特点，它们在层次结构中的位置也不同•详细描述存储器可以分为高速缓冲存储器（Cache）、主存储器（Main Memory）和辅助存储器（Secondary Storage）等类型这些存储器在层次结构中的位置不同，各有其特点高速缓冲存储器位于CPU和主存储器之间，用于缓存CPU经常访问的数据和指令；主存储器是计算机的主要存储介质，用于存储操作系统、应用程序和数据等；辅助存储器通常包括硬盘、光盘、磁带等，用于存储大量数据和程序，其特点是容量大、价格低•详细描述存储器的层次结构主要体现在数据访问速度上从CPU到主存储器，再到辅助存储器，数据访问速度逐渐降低，但容量逐渐增加这种层次结构可以有效地提高计算机的性能和效率主存储器的组成和性能指标•总结词主存储器是计算机的重要组成部分，其组成和性能指标对于计算机的性能和稳定性至关重要•总结词主存储器由RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）组成，其性能指标包括存取时间、带宽和容量等•详细描述主存储器由RAM和ROM组成RAM可以随时读写，用于存储运行中的程序和数据；ROM则用于存储固化的程序和数据，如BIOS（基本输入输出系统）等此外，主存储器还有其他类型的存储器，如高速缓存（Cache）和寄存器等•详细描述主存储器的性能指标主要包括存取时间和带宽存取时间指的是从主存储器中读取或写入数据所需的时间；带宽则是指单位时间内传输数据的量这些性能指标直接影响计算机的运行速度和效率高速缓冲存储器（Cache）•总结词高速缓冲存储器是一种特殊的存储器，其速度接近于CPU，用于缓存CPU经常访问的数据和指令•总结词高速缓冲存储器的命中率和替换算法是评价其性能的重要指标•详细描述高速缓冲存储器是一种特殊的RAM，其速度接近于CPU，通常位于CPU和主存储器之间它用于缓存CPU经常访问的数据和指令，以便快速访问，从而提高计算机的性能高速缓冲存储器的命中率指的是CPU访问的数据和指令在高速缓冲存储器中存在的概率；替换算法则是指当高速缓冲存储器已满时，如何选择要替换的数据和指令•详细描述高速缓冲存储器的性能受到多种因素的影响，如容量、命中率和替换算法等在设计和优化计算机系统时，需要根据实际情况选择合适的高速缓冲存储器容量和算法，以提高计算机的性能和效率虚拟存储器•总结词虚拟存储器是一种将硬盘空间映射到内存空间的机制，它扩展了内存的容量，使得程序可以使用更多的内存空间•总结词虚拟存储器的实现依赖于操作系统的支持，它通过将硬盘空间映射到内存空间来扩展内存的容量•详细描述虚拟存储器是一种将硬盘空间映射到内存空间的机制它使得程序可以使用更多的内存空间，而不需要实际增加物理内存的容量虚拟存储器的实现依赖于操作系统的支持，通过将硬盘空间映射到内存空间来扩展内存的容量这种机制可以有效地提高计算机的性能和效率，特别是在处理大型程序或数据集时•详细描述虚拟存储器的性能受到多种因素的影响，如硬盘速度、内存容量和操作系统的实现等在设计和优化计算机系统时，需要根据实际情况选择合适的虚拟存储器配置和管理策略，以提高计算机的性能和效率04指令系统指令格式和寻址方式指令格式指令格式是指令系统中用于表示指令的格式，包括操作码和地址码两部分操作码表示指令的操作类型，地址码表示操作数所在内存单元的地址寻址方式寻址方式是指计算机在执行指令时，如何找到操作数所在内存单元的方法常见的寻址方式有直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等指令的功能和分类指令功能指令的功能是指令所能完成的操作类型，如加法、减法、乘法、除法等不同的指令具有不同的功能，用于完成不同的计算任务指令分类指令可以根据其功能和用途进行分类，如算术指令、逻辑指令、控制指令等不同类型的指令具有不同的操作码和地址码，用于完成不同的计算任务指令执行的控制方式顺序执行顺序执行是指计算机按照指令的顺序逐条执行，每条指令按照顺序执行完毕后再执行下一条指令顺序执行的控制方式比较简单，但执行效率较低流水线执行流水线执行是指计算机将指令的执行过程划分为多个阶段，每个阶段完成不同的操作，然后将这些阶段连接起来形成一条流水线流水线执行可以提高指令的执行效率，但需要更加复杂的控制方式并行执行并行执行是指计算机同时执行多条指令，以提高指令的执行效率并行执行需要更加复杂的控制方式和硬件支持，但可以大大提高计算机的性能指令系统的设计和优化指令系统的设计指令系统的优化指令系统的设计是指根据计算机系统的为了提高计算机的性能和效率，需要对指需求和特点，选择合适的指令格式、寻令系统进行优化常见的优化方法包括减址方式、指令功能和分类等，以构建一VS少指令的平均执行时间、提高指令的并行个高效、可靠的指令系统度、优化内存访问等05中央处理器（CPU）CPU的功能和组成功能组成判断CPU的主要功能是否是运算和逻辑判断判断CPU的组成是否包括运算器、控制器和寄存器CPU中的主要寄存器数据寄存器判断数据寄存器的作用是否是存储运算数据和中间结果指令寄存器判断指令寄存器的作用是否是存储正在执行的指令程序计数器判断程序计数器的作用是否是存储下一条要执行的指令地址CPU的工作过程和数据通路取指周期判断取指周期的工作过程是否是从内存中取指令并存入指令寄存器间址周期判断间址周期的工作过程是否是根据间接寻址方式的地址码找到操作数有效地址执行周期判断执行周期的工作过程是否是完成取回的指令所规定的操作控制单元的设计和实现硬布线实现判断控制单元的设计是否可以采用硬布线实现方式微程序实现判断控制单元的设计是否可以采用微程序实现方式控制信号的产生判断控制单元是否能根据指令操作码自动产生控制信号06总线系统总线的特性和分类总结词详细描述理解总线的特性和分类是理解总线系统的基总线系统的特性包括信号传输的同步性、传础输速率、可靠性和灵活性根据不同的分类标准，总线可以分为多种类型，如按照传输方式可以分为串行总线和并行总线，按照功能可以分为地址总线、数据总线和控制总线等总线的数据传输方式总结词详细描述理解总线的数据传输方式是掌握总线系统工作原理的关总线的数据传输方式包括并行传输和串行传输两种并键行传输是指数据在多个数据线上同时传输，速度快，但需要更多的数据线串行传输是指数据在一条数据线上逐位传输，速度慢，但只需要一条数据线即可总线系统的组成和工作过程总结词了解总线系统的组成和工作过程是深入理解总线系统的必要步骤详细描述总线系统由多个部件组成，包括总线控制器、数据总线、地址总线和控制总线等总线系统的工作过程包括三个阶段总线请求、总线仲裁和数据传输在数据传输阶段，数据在总线上进行传输，实现数据从源部件到目的部件的传送总线仲裁方式和控制方式总结词详细描述理解总线仲裁方式和控制方式是掌握总线系统性能和总线仲裁方式决定了多个设备同时请求使用总线时，效率的关键如何分配总线的使用权常见的总线仲裁方式有独立请求方式、矩阵网路方式、链式方式和菊花链式方式等控制方式决定了总线上主设备和从设备之间的控制关系，常见的控制方式有同步控制方式和异步控制方式两种THANKS感谢观看。