微机原理复习资料

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1、第一章 计算机系统概论计算机的概念计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。三种语言机器语言或称二进制代码语言，计算机可以直接识别并运行，不需要进行任何翻译。每台机器指令其格式和代码所代表的含义是硬性规定的，故称之为面向机器的语言。机器语言对不同的计算机来说一般是不同的。汇编语言是用助记符表示指令功能的语言。是符号化了的机器语言。它用符号代替二进制码表示操作码和地址码。可以直接用十进制编写，汇编程序能自动处理存储分配。汇编语言源程序需经过汇编程序翻译成机器语言才能被执行。但汇编语言还是一种面向机器的语言。高级语言是面向用户的语言。它是一

2、种与具体的计算机指令系统无关的、表达方式接近人们对求结果成活问题的描述方式、且易于掌握和书写的语言。用高级语言编写的程序叫高级语言源程序，必须翻译成机器语言目标程序才能被计算机执行。指令一条指令通常由操作码和地址码组成：操作码规定该指令执行什么样的运算（或操作）；地址码规定对哪些数据进行运算，通常表示的是数据的地址。指令也可以只有操作码。硬件及相关功能中央处理器又叫CPU，包括运算器和控制器。运算器是对信息或数据进行处理和运算的部件，经常进行的是算术运算和逻辑运算。控制器主要用来实现计算机本身运行过程的自动化，即实现程序的制动执行。存储器用来存放程序和数据，是计算机各种信息的存储和交流中心。当

3、前计算机运行的程序和数据是存放在主存中的。输入设备用来输入原始数据和处理这些数据的程序。输出设备用来输出计算机的处理结果，可以是数字、字母、表格、图形等。目前常见的输入输出信号还有图像、影视和语音等。各部件之间通过总线传送信号，将它们联系在一起。三种信号计算机各部件间传送的信号分成三种类型，即地址信号、数据信号和控制信号。这些信号通常通过总线传送。CPU发出的控制信号经控制总线送到存储器和输入输出设备，控制这些部件完成指定的操作。与此同时，CPU（或其他设备）经地址总线向存储器或输入输出设备发送地址，使得计算机各个部件中的数据能根据需要经数据总线互相传送。（三种信号又先后，不可同时出现）操作系

4、统的主要作用管理系统资源，这些资源包括软件资源和硬件资源。计算机发展简史第一代 电子管作为基本器件第二代 晶体管作为主要器件第三代 集成电路作为基本器件第四代 超大规模集成电路作为基本器件计算机的应用1.科学计算 天文学、量子化学、空气动力学和核物理学等领域；导弹的发射及飞行轨道的计算和控制、先进防空系统、雷达、地面设施、海上装备等；现代航空航天技术。2.数据处理银行系统；财会统计与经营管理；信息系统（采用数据库管理系统）。3.计算机控制生产过程自动控制4.计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CMD）飞机、船舶、光学仪器、超大规模集成电路等的设计制造；5人工智能知识表示、自动退里和搜索方法

5、、机器学习和知识获取、知识处理系统、自然语言理解、计算机视觉和智能机器人等。6.嵌入式应用嵌入到医疗仪器中协助医生进行治疗控制和结果分析；使用在PDA（个人数据助理）和手机中实现计算与通信相结合应用；嵌入到家用电器中实现微处理器控制；嵌入到IC卡中成为银行卡、电子钱包、电子车票或身份证；作为电子标签来鉴定商品、管理物流。掌握课后习题1.1和1.2。第二章 计算机的逻辑部件组合逻辑电路电路输出状态仅和当时的输入状态有关而与过去的输入状态无关的电路。属于组合逻辑电路的器件有：加法器、算术逻辑单元、译码器、数据选择器，特点是无记忆能力。时序逻辑电路电路输出状态不但和当时的输入状态有关，而且还与此前的

6、输入状态有关的电路。电位触发方式：当触发器的同步控制信号E为约定电平(0或1)时，触发器接收输入数据，此时输入数据D的任何变化都会在输出端Q得到反映；当E为非约定电平时，触发器状态保持不变（见P36图2.23）。即当控制信号为约定电平时，数据到来时就会立即被接收。边沿触发方式：触发器只在约定控制信号CP跳变来到时，数据才被接收。属于时序逻辑电路的器件有：寄存器和移位寄存器、计数器。ROMROM可编程阵列逻辑中，“或”阵列可编写，“与”阵列不可编写。第三章 运算方法和运算部件数制间转换带符号的二进制表示原码 最高位为符号位，0表示正数，1表示负数，数值紧随其后，以绝对值形式给出。反码 正整数的反

7、码就是其自身，而负整数的反码是其绝对值求反来求得。在反码表示法中，符号位仍然是0表示正号，1表示负号。补码 正数为其原码，负数最高位不变，其余位取反后加1。只有补码能唯一表示0；定点数和浮点数定点数是指小数点固定在某个位置上的数据。定点小数是吧小数点固定在数据数值部分的左边，符号位的右边；定点整数是把小数点固定在数据数值部分的右边。浮点数是指小数点位置可浮动的数据。（见P7980）第四章 主存储器主存在计算机中的地位及原因主存在计算机中处于中心地位，原因是：1.当前计算机正在执行的程序和数据(除了暂存与CPU寄存器以外的所有原始数据、中间结果和最后结果)均存放在存储器中。CPU直接从存储器取指

8、令或存取数据。2.计算机系统中输入输出设备数量增多，数据传送速度加快，因此采用了直接存储器存取（DMA）技术和输入输出通道技术，在存储器与输入输出系统之间直接传送数据。3.共享存储器的多处理机的出现，利用存储器存放共享数据，并实现处理机之间的通信，更加强了存储器作为计算机中心的作用。主存的类型随机存储器（RAM）通过指令可以随机地个别地对各个存储单元进行访问（读写）的存储器。只读存储器（ROM）对其内容只能读取不能写入的存储器，在制造芯片是预先写入内容。可编程只读存储器（PROM）一次性写入的存储器，写入后只能读取其内容，不能再进行修改。可擦除可编程只读存储器（EPROM）可用紫外线擦除其内容

9、的PROM，擦出后可再次写入。可用电擦除的可编程只读存储器（EEPROM）可用电改写其内容的存储器，快擦型存储器（flash）具有这种特性。主存的主要技术指标容量存取时间(访问时间)：启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。 存储周期时间：连续启动两次独立的存储操作（如连续两次读操作）所需间隔的最小时间。掌握课后习题4.5（1）和4.6。第五章 指令系统指令格式1. 零地址指令 只有操作码而没有操作数或操作数地址。（无需操作数或操作数是默认的）2. 一地址指令 指令中只给出一个地址，该地址既是操作数地址又是操作结果的存储地址。3. 二地址指令 两个地址指出两个源操作数地址，其中一个还是存放

10、结果的目的地址。4. 三地址指令 三地址中两个为源操作数地址，另一个为存放结果的目的地址。5. 多地址指令 为描述一批数据，指令中需要多个地址来指出数据存放的首地址、长度和下标等信息。零地址、一地址和两地址指令具有指令短、执行速度快、硬件实现简单等特点，适合结构简单、子长较短的小型、微型机所采用；三地址和多地址指令具有功能强、便于编程等特点，多为字长较长的大、巨型机所采用。指令长度与字长的关系指令长度与机器字长没有固定的关系，它既可以小于或等于机器字长，也可以大于机器字长。前者称为短格式指令，后者称为长格式指令，一条指令存放在地址连续的存储单元中。寻址方式直接寻址 指令的地址码部分给出操作数在

11、存储器的地址。寄存器寻址 指令的地址码部分给出某一通用寄存器地址，而且所需的操作数就在次寄存器中。基址寻址 操作数的地址有基址寄存器的内容和指令的地址码相加得到。变址寻址 指令地址码部分给出的地址和制定的变址寄存器的内容通过加法器相加，所得的和作为地址从存储器中读出所需的操作数。间接寻址 根据指令的地址码取出的内容是操作数的地址或指令的地址。相对寻址 把程序计数器PC的内容（即当前执行指令的地址）与指令的地址码部分给出的位移量之和作为操作数的地址或转移地址。立即数 所需的操作数有指令的地址码部分直接给出。堆栈寻址 存储器中一块特定的按后进先出原则管理的存储区，该存储区中被读写单元的地址是用一个

12、特定的寄存器给出的，该寄存器被称为堆栈指针（STACK POINTER，缩写为SP）。以上各种寻址方式在计算机中可以组合使用；若用户用高级语言编程，则不用考虑寻址方式，若用汇编语言编程则应对其有确切的了解。不同的计算机采用的寻址方式是不同的，即使是同一种寻址方式在不同的计算机中也有不同的的表达方式或含义。第六章 中央处理器控制器的功能控制器的作用是控制程序的执行，必须具有如下功能：1. 取指令2. 分析指令3. 执行指令4. 控制程序和数据输入和结果输出5. 对异常情况和某些请求的处理控制器的基本组成1. 程序计数器2. 指令寄存器3. 指令译码器或操作码译码器4. 脉冲源及启停线路5. 时序

13、控制信号形成部件指令执行过程加法指令执行过程1. 从存储器取指令，送入指令寄存器，并进行操作码译码2. 计算数据地址，将计算得到的有效地址送地址寄存器3. 到存储器取数4. 进行加法运算，结果送寄存器，并根据运算结果置状态位指令周期、机器周期和微操作的关系指令周期大于机器周期，指令周期由几个机器周期构成，一个机器周期可由几个微操作构成。微指令由同时发出的控制信号所执行的一组微操作称为微指令，即微指令就是把同时发出的控制信号的有关信息汇集起来形成的。将一条指令分成若干条微指令，按次序执行这些微指令，就可以实现指令功能。微程序解释完成指令功能的微指令序列叫微程序。微指令的格式水平型微指令 采用直接

14、控制发进行编码，其特点是在一条微指令中定义并执行多个并行操作微命令垂直型微指令 在微指令中设置有微操作码字段，有微操作码规定微指令的功能，其特点是不强调实现微指令的并行控制功能，通常一条微指令只要求能控制哦实现一二中操作。水平型微指令与垂直型微指令的比较1 水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，垂直型微指令则差。2 水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行时间长。3 由水平型微指令解释指令的微程序，具有微指令字比较长，但微程序短的特点；垂直型微指令则相反，微指令字比较短而微程序长。4 水平型微指令用户难以掌握，而垂直型微指令与指令比较相似，容易掌握。第七章 存储系统采用层次结

15、构的用意采用层次结构解决了存储系统容量、速度和价格之间的矛盾。Cache-主存层次解决了速度与成本之间的矛盾主存-辅存层次解决了容量和成本之间的矛盾Cache的地址映射方式1 直接映像 优点是实现简单，缺点是不够灵活2 全相联映像 允许主存中每一个字块映像到cache的任何一个字块位置上，也允许从确实已被占满的cache中替换出任何一个旧字块。最灵活但成本最高3 组相联映像 是直接映像和全相联映像的一种折中方案。性能与复杂性介于两者之间。Cache的替换算法先进先出（FIFO）算法 总是把一组最先掉入cache的字块替换出去，它不需要随时记录各个字块的使用情况，实现容易，开销小。近期最少使用(

16、LRU)算法 把一组中近期最少使用的字块替换出去，它需要随时记录cache中各个字快的使用情况。近期最少使用算法的平均命中率比先进先出要高。虚拟存储虚拟存储器指的是“主存-辅存”层次，它的目的是扩充主存的容量。第八章辅助存储器辅存的速度比较第十章 输入输出（I/O）系统I/O寻址方式1. 专设I/O指令 指令的地址码字段指出输入输出设备的设备代码。独立编址2. 利用访存（取数/存数）指令完成I/O功能 从主存的地址空间中分出一部分地址码作为I/O的设备代码。与主存统一编址I/O设备数据传送的控制方式1. 程序直接控制方式 完全通过程序来控制主机和外围设备之间的信息传送。2. 程序中断传送方式

17、3. 直接存储器存取方式4. I/O通道方式5. 外围处理机方式第2、3种为微机常用，第4种微大型机常用。中断、中断源的概念中断 由I/O设备或其他非预期的急需处理的事件引起的，它使CPU暂时中断现在正在执行的程序，而转至另一服务程序去处理这些事件。处理完再返回原程序。中断源 引起中断的事件，即发出中断请求的来源。中断过程1 关中断，进入不可再次响应中断的状态2 保存断点和现场3 判断中断源，转向中断服务程序4 开中断5 执行中断服务程序6 退出中断DMA的三种工作方式1. CPU暂停方式2. CPU周期窃取方式3. 直接访问存储器方式DMA数据传送过程1. DMA预处理2. DMA控制I/O设备与主存之间的数据交换3. CPU中断程序进行后处理总线的概念各模块之间传送信息的通路称为总线总线的类型单总线 所有模块连接到单一的总线上。它具有结构简单便于扩充等优点，不允许两个以上模块在同一时刻输出数据。多总线 按速度分成多总线