第一章 计算机系统概述

1. 计算机硬件组成要素 ：哪些部分？功能是什么
   • : 算术与逻辑运算
   • : 存储指令和数据
   • : 执行指令/协调各部件工作
   • : 连接各个部件的公共通路
   • : 信息转换/与用户交互
2. 计算机系统的层次结构：以语言为特点
   • 
   • 高级语言机器 M4（软件）: 用编译程序翻译成汇编语言程序
   • 汇编语言机器 M3（软件）: 用汇编程序翻译成机器语言程序
   • 操作系统机器 M2（软件）: 向上提供“广义指令”（系统调用）
   • 用机器语言的机器 M1（硬件）: 执行二进制机器指令
   • 微程序机器 M0（硬件）由硬件直接执行微指令

第二章 数据的表示与运算（运算器）

1. 不同进制数的转换

2. 数的机器码： 原、反、补、移码的表示范围（表示形式与对应的真值）

   • 原、反码表示范围相同；补、移码表示范围相同，比原、反多表示一个最小负数(1 0000/0 00000)

3. 定点数的表示： 纯整数、纯小数， 表示范围

   • 
   • 注意规格化尾数 最大负数(绝对值最小) 只能取到1 000...0001

4. 浮点数的表示： 非规格化、规格化 、 IEEE754 标准 （特定的规格化格式）

   • 不同形式的特点，存储格式、表示范围、 真值

5. 定点数（补码表示）的加减法运算：基本规则、 溢出判断

   • -y 的补码、 变形补码的表示

6. 定点数 的乘法：基本规则、 乘法阵列包含器件数量

7. 定点数 除法 ：基本规则、 不恢复余数除法计算

8. n 位加法器的设计原理

   • 级联形成 n 位加法器(行波进位加法器) 的特点
   • 先行进位的基本原理；先行进位 n 位加法器的特点
   • 74181 和 74182 的外部特性、如何形成 ALU

9. 浮点数加、减法运算： 运算流程 、各阶段特点

   • 对阶, 尾数加减, 规格化, 舍入, 溢出

10. 流水线定义与特点：同步时钟控制

第三章 存储器

1. 存储器的组成 ：存储元、存储单元、地址
   • : 存储器中最小的物理单元, 保存一个二进制位
   • : 由若干个存储元组成；每个存储单元占用 1 个地址
   • : 标识存储单元所在的位置
2. 不同方式下的存储器的分类；
3. 分级存储体系的特点； 存储容量、寻址范围（地址数量） 计算
4. SRAM 存储器的特点； SRAM 的基本组成部分；读 写周期分析
5. DRAM 存储器的特点（ VS. SRAM）；DRAM 的基本结构； DRAM 的刷新
   • 集中刷新， 分散刷新，异步刷新
6. 存储器的设计（容量扩充）
7. 并行存储器的工作原理、特点：双端口存储器、多模交叉存储器（带宽）
8. 设置 Cache 的原理与目标、 Cache 的评价指标
9. 主存与 Cache 的地址映射 不同方式下主存、 Cache 的地址格式；行标记容量；映像关系
   • 全相联，直接映射，组相联

第四章 指令系统

1. 指令系统的基本概念：指令、指令系统

   • ：指示计算机执行某种操作的命令（微指令、机器指令、宏指令）
   • ：一台计算机所有机器指令的集合。（CISC、RISC）

2. 指令的格式：操作码、地址码（多种情况）； 格式分析 、指令编码

   • 操作码：不可变长度、可变长度
   • 地址码：零地址、一地址（隐含指定）、二地址、三地址
   • 格式分析：RR、RS、SS

3. 指令的寻址方式

   • 顺序寻址（PC+1）
   • 跳跃寻址（JMP）

4. 数据的寻址方式 ： 不同寻址方式下，有效地址的计算方式；数据实际存储位置

   • 隐含寻址、立即寻址D = A、直接寻址D=(A)、间接寻址D=((A))
   • 寄存器寻址D=(Ri)、寄存器间接寻址D=((Ri))
   • 偏移寻址EA=A+(R)
     • 相对寻址（相对于 PC, 即 PC=R）
     • 基址寻址（基址 R 变，A 不变）
     • 变址寻址（基址 R 不变，A 变）

第五章 CPU

1. CPU 的基本组成：各部分的功能与特点
   • ：实现数据的算术和逻辑运算 （ALU、ACC、PSW、CT、寄存器组、移位器）
   • ：产生控制信号, 协调和指挥各个部件完成执行指令的操作（PC、IR、指令译码器、(M)AR、(M)DR、时序系统、微操作信号发生器）
   • cache：存储指令和数据
2. 指令周期、 CPU 周期与时钟周期的关系
   • ： CPU 从内存取出一条指令并执行这条指令的所有操作时间总和 。(如 ADD、SUB、LAD、MOV 等)
     • 一个指令周期 又可细分成 若干个 CPU 周期
   • ： 又称机器周期(机器指令周期)，一般用 从内存读取一条指令字 的最短时间来定义。
     • 一个 CPU 周期 又包含 若干时钟周期
   • ： CPU 处理操作的**基本时间单位**，通常称为 或
     • CPU 中最小的时间单位，时钟周期越短(时钟频率越高)说明计算机工作速度越快
3. 指令周期分析 ： 方框语言描述指令周期流程图
   • 
   • 注意测试必须占一个 CPU 周期, 若后续无 CPU 周期, 添加一个空的 CPU 周期
4. 时序产生器的功能；控制方式
   • 时序产生器: 生成各种时序信号，控制计算机中各个部件的协调工作
   • 时序信号：控制不同部件之间的时间协调，保证计算机系统的正常工作
   • 控制方式
     • : 指令在执行时所需的机器周期数 (CPU 周期）和时钟周期数（节拍脉冲）都固定不变
     • : 指每个操作控制信号根据需要确定完成时间
     • : 同步控制和异步控制相结合的方式
5. 微程序控制器的工作原理 ： 控制的核心思想；基本组成部分、各部分功能与关系
   • 核心思想: 将机器指令执行过程分为若干个，并通过预先设计和存储在 ROM（只读存储器）中的来控制这些微操作的执行顺序和时序，从而实现对整个计算机系统中各个部件的协调控制
   • ①: 用于存放实现全部指令系统的微程序
   • ②: 用来存放当前执行的一条微指令
     • 微命令寄存器: 存放 P 字段+操作控制字段
     • 微地址寄存器 μAR: 顺序控制字段
   • ③: 用于形成下条微指令的微地址
   • 
6. 微程序的设计
   • 微命令编码技术；微地址形成方式（微地址转移逻辑的设计）
   • 1 条指令的微程序设计 （根据指定的数据通路图，完成某一特定功能的指令的程序）
7. 硬连线控制器的工作原理（ Vs. 微程序控制器
   • 使用门电路和触发器构成的逻辑电路来产生控制信号
8. 流水线的相关：不同的相关类型；数据相关的判断
   • 资源相关、数据相关（WAR、RAW、RAR）、控制相关

第六章 总线系统

1. 单总线、多总线结构的特点
   • 单总线：系统内的所有部件均由同一条总线() 连接，进行数据传输和控制信号传递
   • 多总线：将计算机系统中的总线分为数据总线、地址总线和控制总线等多条总线，用于传输不同类型的信息
2. 总线带宽的计算：单位时间内通过总线的数据位数（MB/s）
3. 总线接口的定义、作用
   • 接口: CPU 和主存、外设之间通过总线进行连接的逻辑部件
   • 作用: 控制、缓冲、状态、转换、整理、程序中断等。
4. 总线的仲裁：仲裁的目的、仲裁策略、 仲裁的不同实现方式及其特点
   • 目的: 多个功能模块争用总线时，必须由选择一个主设备使用总线
   • 集中式仲裁: 由总线控制部件进行仲裁
     • 链式查询方式(菊花链)
     • 计时器定时查询方式
     • 独立请求方式
   • 分布式仲裁: 不需要中央仲裁器，每个潜在的主模块都有自己的仲裁器和仲裁号，多个仲裁器竞争使用总线
5. 总线信息传送过程 （ 5 个阶段）
   • 请求总线、总线仲裁、寻址、信息传送、状态返回
6. 总线的定时方式：同步、异步；分析周期图
   • : 系统采用统一的时钟信号 ，所有事件的出现时间均由该时钟信号确定
   • : 系统依靠应答方式或互锁机制 来决定事件出现的时间

第七章 外围设备

1. 外围设备：定义、 基本组成要素 、常见的外设及其分类
   • 定义：计算机系统（主机）与外界交换信息的装置
   • 基本组成 :
     • 存储介质: 用于信息的保存;
     • 驱动装置: 用于移动存储介质,使之正常工作;
     • 控制电路: 用于使该外设与外界(如 CPU)的信息传递。
   • 分类
     • 输入输出设备；
     • 外存设备；
     • 数据通信设备；
     • 过程控制设备
2. 硬磁盘存储器的特点：读写原理（简要）、硬盘组成结构、 信息分布、地址表示
   • 写：磁头写线圈脉冲电流，磁化存储元；读：磁头读线圈将存储元的剩磁状态转换为电信号读出
   • 组成： 磁记录介质、磁盘控制器、磁盘驱动器
   • 纪录面、磁道、圆柱面、扇区
   • 地址：磁道号（柱面号）、记录面号（磁头号）、扇区号
3. 硬磁盘的技术指标计算 ： 存储容量（格式化、非格式化）、存取时间
   • $\textcolor{#66ccff}{非格式容量}=最大位密度 \times 最内圈磁道周长 \times 总磁道数$
   • $\textcolor{#66ccff}{格式化容量}=每道扇区数 \times 扇区容量 \times 总磁道数$
   • $\textcolor{#66ccff}{T_a=T_s+\frac 1{2r}+\frac b{rN}}$ 寻道时间+平均等待时间+数据传送时间
4. 显示设备的基本概念 ：像素、分辨率、灰度级或颜色数、刷新存储器及其容量、带宽的计算
   • 像素： 构成图像的基本单位。
   • 分辨率： 显示器能表示的像素个数。
   • 灰度级： 像素明暗差别的程度。
   • 颜色数： 显示器能显示的颜色的种类。
   • 刷新存储器: 存放图像信息用于刷新的存储器，也叫 显示存储器；
     • 容量：M = r x C (r: 分辨率， C：灰度级)

第八章 输入输出

1. 接口的定义
   • 为 CPU 和主存、 I/O 设备之间传送信息而设的转换逻辑部件。
2. I/O 设备与 CPU 交换信息的过程
   • 输入过程：
     • CPU 送地址选择某一输入设备；
     • CPU 等候数据成为有效
     • CPU 读入数据， 存入相应的寄存器中。
   • 输出过程：
     • CPU 送地址选择某一输出设备；
     • CPU 把数据放在数据总线上；
     • 输出设备取数据。
3. 主机与外设信息交换方式概述 ：哪两类？具体 4 种方式
   • 程序实现
     • 程序查询方式
     • 程序中断方式
   • 硬件实现
     • DMA 方式
     • 通道方式
4. 程序查询方式特点：设备编址方式、接口电路结构、工作流程
   • 编址方式
     • 与存储器统一编址: 在存储器总的地址空间中分出一个区域，作为 I/O 系统中的设备地址。
     • 独立编址:内存与外围设备地址各自独立。
   • 接口电路
     • 设备选择电路
     • 数据缓冲寄存器
     • 设备状态标志电路
5. 程序中断方式 ：基本概念、中断处理过程的流程、接口电路结构
   • 当有某些 随机事件 发生时 CPU 暂停执行当前的程序 ，转去执行引起中断的程序 ，处理完后再 返回继续执行原程序
   • 中断请求 → 中断响应 → 中断服务
6. 单级中断 VS 多级中断： 多级中断下，如何通过修改屏蔽字改变中断处理优先级
7. DMA 方式：基本思想、一般处理流程、不同的传送方式
   • 通过硬件控制总线实现主存与 I/O 设备间的直接数据传送, 在传送过程中无需 CPU 程序干预
   • 流程
     • DMA 请求： 外设通过接口向 CPU 发 DMA 请求信号。
     • DMA 响应： CPU 将工作改为 DMA 操作方式，将总线控制权交给 DMA 控制器。
     • DMA 数据传送： DMA 控制器发总线信号，在主存和 I/O 寄存器之间传送数据。
     • 结束处理： 数据传送完后，发结束中断请求 ，通知 CPU 进行后处理。
   • 传送方式
     • CPU 与 DMA 控制器控制内存方式
       • 停止 CPU 访问内存
     • DMA 与 CPU 交替访存
       • 周期挪用
8. 通道方式：基本思想
   • ：一种专用处理器 ，通过执行通道程序进行 I/O 操作的管理，为主机与 I/O 设备提供数据传送通道。