《计算机组成与系统结构》考试大纲
第1章 计算机系统概论
本章的学习目的：初步了解计算机系统的组成和计算机的工作过程，掌握常用的概念、名词术语，为以后各章的学习打下基础。
本章要掌握的主要内容：
1.计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的，硬件是物质基础，软件是解题的灵魂。弄清硬件和软件的概念。
2.计算机硬件系统所包含的主要部分，各部分的功能及其组成框图。
3.计算机的工作过程，主要是周而复始地取出指令、解释指令和执行指令的过程。而指令周期是指取出指令和执行指令所需的时间。它包括取出指令、解释指令和执行指令两个阶段。
4.冯·诺依曼计算机的设计思想是采用二进制表示各种信息以及存储程序和程序控制。存储程序的概念是将解题程序（连同必须的原始数据）预先存入存储器；程序控制是指控制器依据所存储的程序控制全机自动、协调地完成解题任务。存储程序和程序控制统称为存储程序控制。它是电子数字计算机与其他计算工具的最大区别，是电子计算机之所以能高速进行大量计算工作的基础。
5.控制器和运算器合称为中央处理器CPU，当前CPU芯片还集成有存储管理部件、Cache等；CPU和内存储器合称为计算机主机。
6.指令字和数据均以二进制代码的形式存入存储器，计算机是如何区分出指令和数据的。
7.计算机系统的主要性能指标：字长、存储容量、运算速度等。
8.计算机的运算速度是指它每秒钟执行指令的条数。单位是MIPS（百万条指令每秒）
Vm?式中，n—指令的种类
1?fi?1n
i?tifi —第i种指令在程序中出现的频度（%） ti —第i种指令的指令周期
9.计算机系统按功能划分，通常为五级的层次结构：依次是微程序设计级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级和高级语言级，每一级都可进行程序设计。
10.软件和硬件在逻辑功能的等效性及其例子。 11.本章主要的术语及概念：
1
运算器，控制器，中央处理器CPU，主机，存储器，I/O接口（适配器），I/O设备，总线，存储程序，程序控制，硬件，软件，运算速度，存储容量，单元地址，存储单元，程序，指令。
第2章 运算方法和运算器
本章的学习目的：弄清数据与文字在计算机中的表示法，定点加、减、乘、除运算的算法，浮点数的表示法及运算方法，逻辑运算的实现，定点、浮点运算器的组成及工作原理。
本章要掌握的主要内容：
1.进位计数制及不同计数制（十、二、十六）之间数的转换方法。
进位计数制有两个要素，一是基数R，二是位权Ri。R是指计数制中所用到的数码个数，如十进制为0~9共十个数字符号；Ri是指R进制数数位的固定倍数。
2.计算机广泛使用二进制计数制。
3.计算机中表示的二进制位数B和人们习惯的十进制数D之间的位数关系：
B = 3.32 D
可见，一位十进制数要用3.32位二进制数表示，这应与二进制编码的十进制数（BCD码）区分开来。
4.数值数据在计算机中有定点表示和浮点表示两种数据格式。 5.定点表示法的表数范围、精度及其特点。
6.浮点表示这一部分的内容是一个难点，主要掌握以下内容： (1).浮点数的构成：N=RE×M
上式R是基数，通常R=2（也有R=8或R=16），对于同一台计算机，R是固定不变的，因此，计算机表示浮点数时只需表示指数（称为阶）E和尾数M。E包括阶符（指明指数的正负）和阶码（整数），用于指明小数点的实际位置。M为尾数，包括数符和尾数，M表示了数的精度和正负。它在机器中的表示如下：
ES E1 E2 … Em MS M1 M2 … Mn ˙|←阶符→| 阶码 |←数符→| 尾数 | 形式小数点
所表示的浮点数，其形式小数点的位置在Ms之后。由于整个数的小数点位置还应由阶来决定，即当E为正阶时，表明实际小数点的实际位置应右移；当E为负阶时，表明实际小数点的位置应左移。由于所表示的尾数部分，其最大的绝对值约等于1，因此，所能表示的最大数是由阶码的位数来确定，而表示数的精度应由尾数的位数n决定。
(2).规格化浮点数是尾数的最高位为非零数值的浮点数。
表示为 2≤|M|<1 （R=2）
规格化数使一个浮点数的表示是惟一的，而且能保留最多的有效数字，避免丢失运算精
2
-1
度。例：某运算结果：N=20001×0.0000000110001110，限定的尾数为8位，可得
N1=20001×0.00000001
或 N2=2-0111×0.11000111，这二个数的精度不同，N2有8位数的精度，而N1 只有1位数的精度。N1 是由N舍去尾数的低8位得到的，N2 则是由N 规格化后得到的。
(3).如何实现规格化？
当|M|≥1时，将尾数右移，每右移一位，阶码加1，称为向右规格化，简称右规； 当|M|<0.5时，将尾数左移，每左移一位，阶码减1，称为向左规格化，简称左规。 可见，规格化过程，就是自动调节比例因子的过程。应注意的是，尾数为零的浮点数不能规格化。
(4).规格化浮点数的表数范围：
设阶码为m位，尾数为n位（不包括阶符和尾符），则规格化浮点数的表数范围为：
m1≤ N≤22?1?1?2?n 2…… m11?(2m?1)2?(2?1)× -2× 222?(2-22m?1m?1)×
???1?2?n?? …… 22 m?1?1?2?n??上式中(2m-1)和-(2m-1)是m位阶码能表示的最大和最小的阶码，而尾数绝对值最小和最大的值。
（5）IEEE754标准—浮点表示标准化 ① IEEE754的浮点数格式 符号位 指数 尾数 S E M 1?n和?1?2?则是规格化2阶用移码，尾数用原码，规格化尾数为1.M *个位上的1为隐含位
② 两种常用的IEEE754 浮点数据格式。
7.计算机中表示数的大小和正负的方法称为码制。机器数的表示有原码、补码、反码和移码四种形式，重点掌握原码和补码。
8.原码、补码的性质归纳：
(1) 补码的符号位作为数值的一部分看待，参加运算，而原码则不能。 (2) 原码的表数范围相对于0来说是对称的，
整数： -（2-1）～ 0 ～ +（2-1）
小数：-（1-2）～ 0 ～ +（1-2）
而补码则可多表示一个最小负数：
整数：-2 ～ 0 ～ +（2-1）
3
n
n
-
nn
n
-
n
小数：-1 ～ 0 ～ +（1-2）
(3) 零的原码有二种表示形式（例如定点小数）：
-
n
[+0]原=0.00…0，[-0] 原=1.00…0
而零的补码只有一种表示形式（例如定点整数）：
[+0]补=[-0]补=0 00…0
注意：(－1)补码的表示方法！
定点整数(－1)补=111…1 不是最小的一个数 定点小数(－1.0)补=100…0 是最小的一个数 以8位数为例：
10000000 -128 -1 10000001 -127 -0.1111111 … … … 11111111 -1 -0.0000001 00000000 0 0 00000001 +1 +0.0000001 … … … 01111110 01111111 +126 +127 +0.1111110 0.1111111
（4）补码右移时，移空位（数的最高位）补上和符号相同的代码，补码左移时，移空位（数的最低位）补0；而原码左右移时，移空位均补上0。
（5）原码表示法便于输入输出，有利于实现乘除运算，不利于加减运算；补码表示法便于加减运算，乘除运算也有较好算法，故多被采用。
9.字符的ASCII码、字符串的表示方法。
10.汉字的表示方法包括汉字的输入编码，汉字内码和汉字字模码。 11.奇偶校验码校验位的生成，查错过程及查错功能。
12.补码加法的规则是任意两个数的补码之和等于该两数和之补码，即 [X]补 +[Y]补 = [X+Y]补 (mod 2)
对于定点小数来说，上式的先决条件是：-1≤x<1, -1≤y<1, -1≤x+y<1。 13.补码减法的运算公式：
[X-Y]补 =[X]补+[-Y]补 (mod 2)
在用补码表示的机器中，存储的是[x]补 和[y]补的机器数，而减法运算则是指令的要求，
4
上式表明要做减法，必须从[y]补 求出[-y]补（称为对y求补），再把减法变为加法进行运算。
[-Y]补 = ?[Y]补 +2（各位变反，末位加1） 14.溢出的检测与处理
溢出是指当运算结果大于机器所能表示的最大正数（上溢）或小于机器所能表示的最小负数（下溢）。
采用双符号位补码（模4补码、变形补码）运算，便于判溢出。 15.由逻辑门电路组成的全加器的逻辑方程式： Si?Ai?Bi?Ci
Ci?1?AiBi?(Ai?Bi)Ci 16.计算机实现乘除运算的方法： （1）用乘除运算子程序实现；
（2）在加法器和寄存器中增添控制线路实现； （3）用阵列乘除法器实现。
17.原码一位乘法的算法（一般了解）： （1）符号位单独处理，ZS＝XS?YS
（2）从乘数的最低位开始，逐位与被乘数相乘，若该乘数位Yn-i+1 = 1，则部分积Pi-1
+|x|，若Yn-i+1 = 0，则Pi-1+0，相加后右移一位，得新的部分积Pi ，重复n次可得乘积的绝对值|P|。（可见，乘法过程变为+|x|或+0以及右移操作）
（3）给|P|置乘积的符号位Zs，可得[x×y]原 18.原码除法的运算规则（一般了解） （1）商的符号位单独处理，即 qS＝XS?YS （2）商的尾数q?x1x2...xn?q1q2...qn
y1y2...yn -n
商的原码[q]原=qs.q1q2…qn
（3）被除数X、除数Y、商q和余数rn之间的关系应满足：
X=q×Y+rn 0≤|rn|≤2 – n×Y
19. 计算机中的基本逻辑运算、逻辑运算的特点及其应用。 20.运算器的三种基本结构及其特点，运算器的实例。 21.浮点运算的算法：
浮点算术运算由阶和尾数两部分的运算组成，它们的运算可采用任何一种相应的定点运算的方法进行。
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计算机组成与体系结构复习大纲2016
