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计算机组成原理
一, 计算机系统概述
(一) 计算机发展历程
第一台电子计算机ENIAC诞生于1946年美国宾夕法尼亚大学.ENIAC用了18000电子管,1500继电器,重30吨,占地170m2,耗电140kw,每秒计算5000次加法.冯?诺依曼(VanNeumann)首次提出存储程序概念,将数据和程序一起放在存储器,使编程更加方便.50年来,虽然对冯?诺依曼机进行很多改革,但结构变化不大,仍称冯?诺依曼机.
一般把计算机的发展分为五个阶段:
发展阶段时间硬件技术速度/(次/秒)
第一代1946-1957 电子管计算机时代40 000
第二代1958-1964 晶体管计算机时代200 000
第三代1965-1971 中小规模集成电路计算机时代 1 000 000
第四代1972-1977 大规模集成电路计算机时代10 000 000
第五代1978-现在超大规模集成电路计算机时代100 000 000
ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)电子数字积分机和计算机
EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)电子离散变量计算机
组成原理是讲硬件结构的系统结构是讲结构设计的
摩尔定律微芯片上的集成管数目每3年翻两番.处理器的处理速度每18个月增长一倍.
每代芯片的成本大约为前一代芯片成本的两倍
新摩尔定律全球入网量每6个月翻一番.
数学家冯·诺依曼(von Neumann)在研究EDVAC机时提出了“储存程序”的概念.以此为基础的各类计算机通称为冯·诺依曼机.它有如下特点:
①计算机由运算器,控制器,存储器,输入和输出五部分组成
②指令和数据以同等的地位存放于存储器内,并可按地址寻访
③指令和数据均用二进制数表示
④指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置
⑤指令在存储器内按顺序存放
⑥机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成
图中各部件的功能
·运算器用来完成算术运算和逻辑运算并将的中间结
果暂存在运算器内
·存储器用来存放数据和程序
·控制器用来控制,指挥程序和数据的输入,运行以及
处理运行结果
·输入设备用来将人们熟悉的信息转换为机器识别的
信息
·输出设备将机器运算结果转为人熟悉的信息形式
运算器最少包括3个寄存器(现代计算机内部往往设有通用寄存器)和一个算术逻辑单元(ALU Arithmetic Logic Unit).其中ACC(Accumulator)为累加器,MQ(Multiplier-Quotient Register)为乘商寄存器,X为操作数寄存器,这3个寄存器在完成不同运算时,说存放的操作数类别也各不相同.
计算机的主要硬件指标
(4.a) 主机完成一条指令的过程——以取数指令为例
(4.b) 主机完成一条指令的过程——以存数指令为例
(二) 计算机系统层次结构 1. 计算机硬件的基本组成
计算机硬件主要指计算机的实体部分,通常有运算器,控制器,存储器,输入和输出五部分. CPU 是指将运算器和控制器集成到一个电路芯片中. 2. 计算机软件的分类
计算机软件按照面向对象的不同可分两类:
系统软件:用于管理整个计算机系统,合理分配系统资源,确保计算机正常高效地运行,这类软件面向系统.(包括:标准程序库,语言处理程序,OS,服务程序,数据库管理系统,网络软件)
应用软件:是面向用户根据用户的特殊要求编制的应用程序,这类软件通常实现用户的某类要求. 3. 计算机的工作过程
(1)计算机的工作过程就是执行指令的过程 指令由操作码和操作数组成:
操作码指明本指令完成的操作
地址码指明本指令的操作对象
(2)指令的存储 指令按照存储器的地址顺序连续的存放在存储器中.
(3)指令的读取 为了纪录程序的执行过程,需要一个记录读取指令地址的寄存器,称为指令地址寄存器,或者程序计数器.指令的读取就可以根据程序计数器所指出的指令地址来决定读取的指令,由于指令通常按照地址增加的顺序存放,故此,每次读取一条指令之后,程序计数器加一就为读取下一条指令做好准备. (4)执行指令的过程 在控制器的控制下,完成以下三个阶段任务: 1)取指令阶段 按照程序计数器取出指令,程序计数器加一 2)指令译码阶段 分析操作码,决定操作内容,并准备操作数 3)指令执行阶段 执行操作码所指定内容 (三) 计算机性能指标 1. 吞吐量,响应时间
(1) 吞吐量:单位时间内的数据输出数量.
(2) 响应时间:从事件开始到事件结束的时间,也称执行时间. 2. CPU 时钟周期,主频,CPI,CPU 执行时间 (1) CPU 时钟周期:机器主频的倒数,T C
(2)主频:CPU 工作主时钟的频率,机器主频Rc (3)CPI:执行一条指令所需要的平均时钟周期 (4)CPU 执行时间: T CPU =In ×CPI ×T C
In 执行程序中指令的总数
CPI 执行每条指令所需的平均时钟周期数 T C 时钟周期时间的长度 3. MIPS,MFLOPS
(1)MIPS:(Million Instructions Per Second)
Te:执行该程序的总时间=指令条数/(MIPS ×
)
操作码 地址码
In:执行该程序的总指令数
Rc:时钟周期Tc的到数
MIPS只适合评价标量机,不适合评价向量机.标量机执行一条指令,得到一个运行结果.而向量机执行一条指令,可以得到多个运算结果.
(2) MFLOPS: (Million Floating Point Operations Per Second)
MFLOPS=Ifn/(Te×)
Ifn:程序中浮点数的运算次数
MFLOPS测量单位比较适合于衡量向量机的性能.一般而言,同一程序运行在不同的计算机上时往往会执行不同数量的指令数,但所执行的浮点数个数常常是相同的.
特点：
1.MFLOPS取决于机器和程序两方面,不能反映整体情况,只能反映浮点运算情况
2.同一机器的浮点运算具有一定的同类可比性,而非同类浮点操作仍无可比性
当前微处理器的发展重点
①进一步提高复杂度来提高处理器性能
②通过线程进程级的并发性提高处理器性能
③将存储器集成到处理器芯片来提高处理器性能
④发展嵌入式处理器
软件开发有以下几个特点
1)开发周期长
2)制作成本昂贵
3)检测软件产品质量的特殊性
计算机的展望
一、计算机具有类似人脑的一些超级智能功能
要求计算机的速度达1015/秒
二、芯片集成度的提高受以下三方面的限制
?芯片集成度受物理极限的制约
?按几何级数递增的制作成本
?芯片的功耗、散热、线延迟
计算机辅助设计CAD 计算机辅助制造CAM
计算机辅助工艺规划 Computer Aided Process Planning CAPP
计算机辅助工程 Computer Aided Engineering CAE
计算机辅助教学 Computer Assisted Instruction CAI
科学计算和数据处理
工业控制和实时控制
网络技术应用
虚拟现实
办公自动化和管理信息系统 Computer Aided Design
CAD,CAM,CIMS Computer Aided Manufacturing
多媒体技术 Computer Integrated Manufacturing System
人工智能,模式识别,文字/语音识别,语言翻译,专家系统,机器人…
二, 数据的表示和运算
(一) 数制与编码
1. 进位计数制及其相互转换 1)进位计数制
进位计数制是指按照进位制的方法表示数,不同的数制均涉及两个基本概念:基数和权. 基数:进位计数制中所拥有数字的个数.
权:每位数字的值等于数字乘以所在位数的相关常数,这个常数就是权. 任意一个R 进制数X,设整数部分为n 位,小数部分为m 位,则X 可表示为:
X ＝a n-1r n-1
+ a n-2r n-2
+ ┅ + a 0r 0
+ a -1r -1
+ a -2r -2
+ ┅ + a -m r -m
(X)r =
∑--=m
n i i
i
r
K 1
2)不同数制间的数据转换
(1)二,八,十六进制数转换成十进制数
利用上面讲到的公式: (N)2=∑Di ?2i ,(N)8=∑Di ?8i , (N)16=∑Di ?16i ,进行计算.
(2)十进制数转换成二进制数
通常要对一个数的整数部分和小数部分分别进行处理,各自得出结果后再合并. ◆ 对整数部分,一般采用除2取余数法,其规则如下:
将十进制数除以2,所得余数(0或1)即为对应二进制数最低位的值.然后对上次所得商除以2,所得余数即为二进制数次低位的值,如此进行下去,直到商等于0为止,最后得的余数是所求二进制数最高位的值. ◆ 对小数部分,一般用乘2取整数法,其规则如下:
将十进制数乘以2,所得乘积的整数部分即为对应二进制小数最高位的值,然后对所余数的小数部分部分乘以2,所得乘积的整数部分为次高位的值,如此进行下去,直到乘积的小数部分为0,或结果已满足所需精度要求为止.
(3)二进制数,八进制数和十六进制数之间的转换
八进制数和十六进制数是从二进制数演变而来的: 由3位二进制数组成1位八进制数; 由4位二进制数组成1位十六进制数.
对一个兼有整数和小数部分的数以小数点为界,小数点前后的数分别分组进行处理,不足的位数用0补足. 对整数部分将0补在数的左侧,对小数部分将0补在数的右侧.这样数值不会发生差错. 2. 真值和机器数
真值:数据的数值通常以正(+)负(-)号后跟绝对值来表示,称之为“真值”.
机器数:在计算机中正负号也需要数字化,一般用0表示正号,1表示负号.把符号数字化的数成为机器数. 3. BCD 码(Binary Coded Decimal 以二进制编码的十进制码)
在计算机中采用4位二进制码对每个十进制数位进行编码.4位二进制码有16种不同的组合,从中选出10种来表示十进制数位的0～9,用0000,0001,…,1001分别表示0,1,…,9,每个数位内部满足二进制规则,而数位之间满足十进制规则,故称这种编码为“以二进制编码的十进制(binary coded decima1,简称BCD)码”.
在计算机内部实现BCD 码算术运算,要对运算结果进行修正,对加法运算的修正规则是: 如果两个一位BCD 码相加之和小于或等于(1001)2,即(9)10,不需要修正;
如相加之和大于或等于(1010)2,或者产生进位,要进行加6修正,如果有进位,要向高位进位. 4. 字符与字符串
在计算机中要对字符进行识别和处理,必须通过编码的方法,按照一定的规则将字符用一组二进制数编码表示.字符的编码方式有多种,常见的编码有ASCII 码,EBCDIC 码等.
1)ASCII 码(American Standard Code for Information Interchange 美国信息交换标准码)
ASCII 码用7位二进制表示一个字符,总共128个字符元素,包括10个十进制数字(0-9),52个英文字母(A-Z 和a-z),34专用符号和32控制符号.
2)EBCDIC 码为Extended Binary Coded Decimal Interchange Code 的简称,它采用8位来表示一个字符. 3)字符串的存放
向量存储法:字符串存储时,字符串中的所有元素在物理上是邻接的.
串表存储法:字符串的每个字符代码后面设置一个链接字,用于指出下一个字符的存储单元的地址. 5. 校验码Check Digit
数据校验码是一种常用的带有发现某些错误或自动改错能力的数据编码方法.其实现原理,是加进一些冗余码,使合法数据编码出现某些错误时,就成为非法编码.
这样,可以通过检测编码的合法性来达到发现错误的目的.合理地安排非法编码数量和编码规则,可以提高发现错误的能力,或达到自动改正错误的目的.
码距:码距根据任意两个合法码之间至少有几个二进制位不相同而确定的,仅有一位不同,称其码距为1.
1)奇偶校验码(Parity Bit)WIKI
(开销最小,能发现数据代码中一位出错情况的编码,常用于存储器读写检查或ASCII字符或其它类型的信息传输的检查)P216
它的实现原理,是使码距由1增加到2.若编码中有1位二进制数出错了,即由1变成0,或者由0变成1.这样出错的编码就成为非法编码,就可以知道出现了错误.在原有的编码之上再增加一位校验位,原编码n位,形成新的编码为n+1 位.增加的方法有2种:
奇校验:增加位的0或1要保证整个编码中1的个数为奇数个.
偶校验:增加位的0或1要保证整个编码中1的个数为偶数个.
2)海明校验码(Hamming Code)P100
实现原理,在数据中加入几个校验位,并把数据的每一个二进制位分配在几个奇偶校验组中.当某一位出错就会引起有关的几个校验组的值发生变化,这不但可以发现出错,还能指出是哪一位出错,为自动纠错提供了依据.
假设校验位的个数为r,则它能表示2r个信息,用其中的一个信息指出“没有错误”,其余2r-1个信息指出错误发生在哪一位.然而错误也可能发生在校验位,因此只有
k=2r-1-r个信息能用于纠正被传送数据的位数,也就是说要满足关系:
2r k+r+1
3)CRC校验码(Cyclic Redundancy Check 循环冗余校验)P144
CRC校验码一般是指k位信息之后拼接r位校验码.关键问题是如何从k位信息方便地得到r位校验码,以如何从位k+r信息码判断是否出错.
将带编码的k位有效信息位组表达为多项式:
式Ci中为0或1.
若将信息位左移r位,则可表示为多项式M(x).xr.这样就可以空出r位,以便拼接r位校验位.
CRC码是用多项式M(x).xr除以生成多项式G(x)所得的余数作为校验码的.为了得到r位余数,G(x)必须是r+1位.
设所得的余数表达式为R(x),商为Q(x).将余数拼接在信息位组左移r位空出的r位上,就构成了CRC码,这个码的可用多项式表达为:
M(x)·xr+R(x)=[Q(x)·G(x)+R(x)]+R(x)
=[Q(x)·G(x)]+[R(x)+R(x)]
=Q(x)·G(x)
因此,所得CRC码可被G(x)表示的数码除尽.
将收到的CRC码用约定的生成多项式G(x)去除,如果无错,余数应为0,有某一位出错,余数不为0.
(二) 定点数的表示和运算
1. 定点数的表示
1)无符号数的表示
无符号数就是指正整数,机器字长的全部位数均用来表示数值的大小,相当于数的绝对值.
对于字长为n+1位的无符号数的表示范围为: 0-1
2)带符号数的表示 (真值范围-n-1n)
带符号数是指在计算机中将数的符号数码化.在计算机中,一般规定二进制的最高位为符号位,最高位为“0”表示该数为正,为“1”表示该数为负.这种在机器中使用符号位也被数码化的数称为机器数.
根据符号位和数值位的编码方法不同,机器数分为原码,补码和反码.
(1)原码表示法
机器数的最高位为符号位,0表示正数,1表示负数,数值跟随其后,并以绝对值形式给出.这是与真值最接近的一种表示形式.
原码的定义:
(2)补码表示法
机器数的最高位为符号位,0表示正数,1表示负数,其定义如下:
(3)反码表示法
机器数的最高位为符号,0表示正数,1表示负数.反码的定义:
原码补码反码
整
数 (mod )
(mod()) 小
数 (mod 2) (mod(2-))
0 =0.0000=1.0000 =0.0000 =0.0000=1.1111
负数原码求反+1 负数每位求反
移码移码表示中零也是唯一的
真值的移码和补码仅差一个符号位.若将补码的符号位由0改为1或从1改为0即可得到真值的移码
乘法运算可用移码和加法来实现,两个n位数相乘,总共要进行n次加法运算和n次移位运算
三种机器数的特点可以归纳为：
·三种机器数的最高位均为符号位.符号位和数值位之间可用“.”(对于小数)或“,”(对于整数)隔开
·当真值为正时,原码,补码和反码的表示形式均相同,即符号位用“0”表示,数值部分与真值部分相同
·当真值为负时,原码,补码和反码的表示形式不同,其它符号位都用“1”表示,而数值部分有这样的关系,即补码是原码的“求反加1”,反码是原码的“每位求反”.
2. 定点数的运算
1)定点数的位移运算
左移,绝对值扩大;右移,绝对值缩小.
算术移位规则
符号位不变
码制添补代码
正数0
负数原0
补
右移添0
左移添1 反 1
算术移位和逻辑移位的区别:
算术移位:带符号数移位;
逻辑移位:无符号数移位;
2)原码定点数的加/减运算;
对原码表示的两个操作数进行加减运算时,计算机的实际操作是加还是减,不仅取决指令中的操作码,还取决于两个操作数的符号.而且运算结果的符号判断也较复杂.
例如,加法指令指示做(＋A)＋(－B)由于一操作数为负,实际操作是做减法(＋A)-(+B),结果符号与绝对值大的符号相同.同理,在减法指令中指示做(＋A)－(－B)实际操作做加法(＋A)＋(＋B),结果与被减数符号相同.由于原码加减法比较繁琐,相应地需要由复杂的硬件逻辑才能实现,因此在计算机中很少被采用.
3)补码定点数的加/减运算;
(1) 加法
整数 [A]补 + [B]补= [A+B]补(mod 2n+1)
小数 [A]补 + [B]补= [A+B]补(mod 2)
(2) 减法
整数 [A]补 - [B]补= [A+(-B)]补=[A]补+ [-B]补(mod 2n+1)
小数 [A]补 - [B]补= [A+(-B)]补=[A]补 + [-B]补(mod 2)
无需符号判定,连同符号位一起相加,符号位产生的进位自然丢掉
4)定点数的乘/除运算
(1)一位乘法
<1>原码定点一位乘法
两个原码数相乘,其乘积的符号为相乘两数的异或值,数值两数绝对值之积.
设 [X]原=X0 X1 X2 …Xn
[Y]原=Y0 Y1 Y2 …Yn
[X·Y]原=[X]原·[Y]原= (X0⊕Y0)∣(X1 X2 …Xn)·(Y1 Y2 …Yn)
符号∣表示把符号位和数值邻接起来.
原码两位乘和原码一位乘比较
原码一位乘原码两位乘
符号位
操作数绝对值绝对值的补码
移位逻辑右移算术右移
移位次数n
最多加法次数n
<2>定点补码一位乘法
有的机器为方便加减法运算,数据以补码形式存放.乘法直接用补码进行,减少转换次数.具体规则如下: [X·Y]补=[X]补(－Y0 + 0. Y1 Y2… Yn )
<3>布斯法
“布斯公式”: 在乘数Yn 后添加Yn+1=0.按照Yn+1 ,Yn 相邻两位的三种情况,其运算规则如下: (1) Yn+1 ,Yn =0( Yn+1 Yn =00或11),部分积加0,右移1位; (2) Yn+1 ,Yn =1( Yn+1 Yn =10) ,部分积加[X]补,右移1位;
(3) Yn+1 ,Yn =-1( Yn+1 Yn =01) ,部分积加[－X]补,右移1位 最后一步不移位. (2)两位乘法
<1>原码两位乘法,因此实际操作用Yi-1,Yi,C 三位来控制,运算规则如下
Yi-1 Yi C 操作
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 +0, 右移2位 0→C +X, 右移2位 0→C +X, 右移2位 0→C +2X, 右移2位 0→C +2X, 右移2位 0→C -X, 右移2位 1→C -X, 右移2位 1→C +0, 右移2位 1→C
<2>补码两位乘法
根据前述的布斯算法,将两步合并成一步,即可推导出补码两位乘的公式. Yn-i-1 Yn-i Yn-i+1 [Pi+2]补 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
+0, 右移2位 +[X]补, 右移2位
+[X]补, 右移2位 +2[X]补, 右移2位 -2[X]补, 右移2位 -[X]补, 右移2位
-[X]补, 右移2位 +0, 右移2位
求部分积的次数和右移操作的控制问题.
当乘数由1位符号位和以n(奇数)位数据位组成时,求部分积的次数为(1＋n)／2,而且最后一次的右移操作只右移一位.
若数值位本身为偶数n,可采用下述两种方法之一:
①可在乘数的最后一位补一个0,乘数的数据位就成为奇数,而且其值不变,求部分积的次数为1+(n+l)/2,即n/2＋1,最后一次右移操作也只右移一位.
②乘数增加一位符号位,使总位数仍为偶数,此时求部分积的次数为n/2+1,而且最后一次不再执行右移操作.
(3)补码除法
笔算除法和机器除法的比较 笔算除法 机器除法 商符单独处理 符号位异或形成 心算上商
余数 不动 低位补“0” 减右移一位 的除数 余数 左移一位 低位补“0” 减 除数 2 倍字长加法器 1 倍字长加法器 上商位置 不固定 在寄存器 最末位上商 <1>定点原码一位除法
1>恢复余数法
被除数(余数)减去除数,如果为0或者为正值时,上商为1,不恢复余数;如果结果为负,上商为0,再将除数加到余数中,恢复余数.余数左移1位.
2>加减交替法
当余数为正时,商上1,求下一位商的办法,余数左移一位,再减去除数;当余数为负时,商上0,求下一位商的办法,余数左移一位,再加上除数. <2>定点补码一位除法(加减交替法)
1〉如果被除数与除数同号,用被除数减去除数;若两数异号,被除数加上除数.如果所得余数与除数同号商上1,否则,商上0,该商为结果的符号位.
2〉求商的数值部分.如果上次商上1,将除数左移一位后减去除数;如果上次商上0,将余数左移一位后加除数.然后判断本次操作后的余数,如果余数与除数同号商上1,如果余数与除数异号商上0.如此重复执行n-1次(设数值部分n 位).
3〉商的最后一位一般采用恒置1的办法,并省略了最低+1的操作.此时最大的误差为2-n .
5)溢出概念和判别方法
当运算结果超出机器数所能表示的范围时,称为溢出.显然,两个异号数相加或两个同号数相减,其结果是不会溢出的.仅当两个同号数相加或者两个异号数相减时,才有可能发溢出的情况,一旦溢出,运算结果就不正确了,因此必须将溢出的情况检查出来.判别方法有三种:
1〉当符号相同的两数相加时,如果结果的符号与加数(或被加数)不相同,则为溢出.
2〉当任意符号两数相加时,如果C=Cf,运算结果正确,其中C 为数值最高位的进位,Cf 为符号位的进位.如果C ≠Cf ,则为溢出,所以溢出条件=C ⊕Cf .
3〉采用双符号f s2f s1.正数的双符号位为00,负数的双符号位为11.符号位参与运算,当结果的两个符号位甲和乙不相同时,为溢出.所以溢出条件= fs2⊕fs1 ,或者溢出条件= fs2fs1 + fs2fs1
(三) 浮点数的表示和运算
1. 浮点数的表示
1)浮点数的表示范围;
浮点数是指小数点位置可浮动的数据,通常以下式表示:
N=M×R E
其中,N为浮点数,M(Mantissa)为尾数(可正可负),E(Exponent)为阶码(可正可负),R(Radix)称为“阶的基数(底)”,而且R为一常数,一般为2,8或16.在一台计算机中,所有数据的R都是相同的,于是不需要在每个数据中表示出来.因此,浮点数的机内表示一般采用以下形式:
浮点数的机内表示一般采用以下形式:
Ms E M
1位 n+1位 m位
Ms是尾数的符号位,设置在最高位上.
E为阶码(移码),有n+1位,一般为整数,其中有一位符号位,设置在E的最高位上,用来表正阶或负阶.
M为尾数(原码),有m位,由Ms和M组成一个定点小数.Ms=0,表示正号,Ms=1,表示负.为了保证数据精度属数通常用规格化形式表示:当R＝2,且尾数值不为0时,其绝对值大于或等于(0.5)10.对非规格化浮点数,通过将尾数左移或右移,并修改阶码值使之满足规格化要求.
浮点数的表示范围以通式N=M×R E设浮点数阶码的数值位取m位,尾数的数值位取n位
2)IEEE754标准(Institute of Electrical and Electronics Engineers美国电气和电子工程协会)
S 阶码(含阶符) 尾数
数符小数点位置
根据IEEE 754国际标准,常用的浮点数有三种格式:
符号位S阶码尾数总位数
短实数 1 8 23 32
长实数 1 11 52 64
临时实数 1 15 64 80
单精度格式32位,阶码为8位,尾数为23位.另有一位符号位S,处在最高位.
由于IEEE754标准约定在小数点左部有一位隐含位,从而实际有效位数为24位.这样使得尾数的有效值变为1.M .
例如,最小为x1.0…0,,最大为x1.1…1.规格化表示.故小数点左边的位横为1,可省去.
阶码部分采用移码表示,移码值127,1到254经移码为-126到+127.
S(1位) E(8位) M(23位) N(共32位)
符号位0 0 0
符号位0 不等于0 (-1)S·2-126·(0.M) 为非规格化数
符号位1到254之间- (-1)S·2E-127·(1.M) 为规格化数
符号位255 不等于0 NaN(非数值)
符号位255 0 无穷大
0 有了精确的表示,无穷大也明确表示.对于绝对值较小的数,可以采用非规格化数表示,减少下溢精度损失.非规格化数的隐含位是0,不是1.
2. 浮点数的加/减运算
加减法执行下述五步完成运算:
1)“对阶”操作比较两浮点数阶码的大小,求出其差ΔE,保留其大值E,E=max(Ex, Ey).当ΔE≠0时,将
阶码小的尾数右移ΔE位,并将其阶码加上ΔE,使两数的阶码值相等.
2)尾数加减运算执行对阶之后,两尾数进行加减操作.
3)规格化操作规格化的目的是使得尾数部分的绝对值尽可能以最大值的形式出现.
4)舍入在执行右规或者对阶时,尾数的低位会被移掉,使数值的精度受到影响,常用“0”舍“1”
入法.当移掉的部分最高位为1时,在尾数的末尾加1,如果加1后又使得尾数溢出,则
要再进行一次右规.
5)检查阶码是否溢出阶码溢出表示浮点数溢出.在规格化和舍入时都可能发生溢出,若阶码正常,加/减运算正
常结束.若阶码下溢,则设置机器运算结果为机器零,若上溢,则设置溢出标志.
定点数和浮点数可从如下几个方面进行比较
①当浮点机和定点机中的位数相同时,浮点数的表示范围比定点数大得多
②当浮点数位规格化数时,其相对绝对远比定点数高
③浮点数运算要分阶码部分和尾数部分,而且运算结果都要求规格化,故浮点运算步骤比定点运算的步骤多,运
算速度比定点运算的低,运算线路比定点运算的复杂
④在溢出的判断方法上,浮点数是对规格化的阶码进行判断,而定点数是对数值本身进行判断
总之,浮点数在数的表示范围,数的精度,溢出处理和程序编程方面(不取比例因子)均优于定点数.但在运算规则即硬件成本方面又不如定点数
(四) 算术逻辑单元ALU
1.串行加法器和并行加法器
1)串行进位加法器
并行加法器可以同时对数据的各位进行相加,一般用n个全加器来实现2个操作数的各位同时向加.其操作数的各位是同时提供的,由于进位是逐位形成,低位运算所产生的进位会影响高位的运算结果.
串行进位(也称波形进位)加法器,逻辑电路比较简单,但是最高位的加法运算,一定要等到所有低位的加法完成之后才能进行,低位的进位要逐步的传递到高位,逐级产生进位,因此运算速度比较慢.
2)并行进位加法器
为了提高运算速度,减少延迟时间,可以采用并行进位法,也叫提前进位或先行进位.
全加器中,输入Ai ,Bi,Ci-1,输出:
Si = Ai Bi Ci-1+Ai Bi Ci-1+Ai Bi Ci-1+Ai Bi Ci-1
Ci = Ai Bi Ci-1+Ai Bi Ci-1+Ai Bi Ci-1+Ai Bi Ci-1 = Ai Bi + (Ai+Bi)Ci-1
进位产生函数:Gi = Ai Bi
进位传递函数:Pi = Ai+Bi
Ci = Gi + Pi Ci-1
C4 = G4 + P4G3 + P4P3G2 + P4P3P2G1 + P4P3P2P1C0
并行进位加法器的运算速度很快,形成最高进位输出的延迟时间很短,但是以增加硬件逻辑线路为代价.对于长字长的加法器,往往将加法器分成若干组,在组内采用并行进位,组间则采用串行进位或并行进位,由此形成多种进位结构.
(1)单级先行进位
单级先行进位方式将n位字长分为若干组,每组内采用并行进位方式,组与组之间册采用串行进位方式. (2)多级先行进位
多级先行进位在组内和组间都采用先行进位方式.
16位单级先行进位加法器
2. 算术逻辑单元ALU的功能和机构
ALU部件是运算器中的主要组成部分,又称多功能函数发生器,主要用于完成各种算术运算和逻辑运算.
ALU的算术运算部件包含加法器,减法器,乘法器,除法器,增量器(+1),减量器(-1),BCD码运算器等组件.
ALU的主要工作是根据CPU指令要求执行各种指定运算,如加法,减法,乘法,除法,比较,逻辑移位等操作.
通用寄存器组是一组存取速度最快的存储器,用于保存参加运算的操作数和中间结果.访问寄存器无需高速缓存,也不需要运行总线周期,因此指令的执行速度很快.几乎所有的指令都要将寄存器指定为一个操作数,有些指令还要求将操作数存放在专用的寄存器中.
专用寄存器通常用于表示CPU所处于某种系统状态,ALU中有两个重要的状态寄存器:指令指针寄存器IP(即程序计数器PC)和标志寄存器FLAGS.
三, 存储器层次机构
(一) 存储器的分类
提高存储器带宽 ○1缩短储存周期 ○2增加存储字长,使每个周期可读/写更多的二进制数 ○
3增加存储体 内存 地址线n,数据线数k
芯片的容量为2k ×k 位
20位的地址可以访问1MB 的存储空间,32位的地址可以访问4GB 的内存空间,64位可以访问1800万TB 静态RAM 和动态RAM 之间的比较。目前,动态RAM 的应用比静态RAM 要广泛的多：
① 同样大小的芯片中,动态的RAM 的集成度远高于静态RAM,DRAM 的基本单元电路为一个MOS 管,SRAM 的基本单元
电路可为4~6个MOS 管
② DRAM 行、列按先后顺序输送,减少了芯片引脚,封装尺寸也减少 ③ DRAM 的功耗比SRAM 小
④ DRAM 的价格比SRAM 的价格便宜 DRAM 也有缺点
① 由于使用动态元件(电容),因此它的速度比SRAM 低
② DRAM 需再生,需配置再生电路,也消耗一部分功率.通常容量不大的Cache 大多用SRAM 实现存储器与CPU 连接 对比项目 SRAM
DRAM 储存信息 触发器 电容 破坏性读出 非 是 需要刷新 非 是 行列地址 同时送 分两次 运行速度 快 慢 集成度 低 高 发热量 大 小 存储成本 高 低 (二) 存储器的层次化结构
存储器有3个重要的指标:速度,容量和每位价格,一般来说,速度越快,位价越高;容量越大,位价越低,容量大,速度就越低.上述三者的关系用下图表示:
存储系统层次结构主要体现在缓存-主存-辅存这两个存储层次上,如下图所示:
缓存-主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配的问题
主存-辅存层次主要解决存储系统的容量问题
从CPU角度来看缓存-主存层次的速度接近于缓存,高于主存；其容量和价位却接近于主存,这就从速度和成本的矛盾中获得了理想的解决办法.
主存-辅存层次从整体分析,其速度接近于主存,容量接近于辅存,平均价位也接近于低速的、廉价的存储价位,这又解决了速度、容量、成本这三者之间的矛盾.
现代计算机系统几乎都具有这两个存储层次,构成了缓存、主存、辅存三级存储系统.
计算机组成原理练习题-答案
一、填空题 1．对存储器的要求是速度快，_容量大_____，_价位低_____。为了解决这方面的矛盾，计算机采用多级存储体系结构。 2．指令系统是表征一台计算机__性能__的重要因素，它的____格式__和___功能___不仅直接影响到机器的硬件结构而且也影响到系统软件。 3．CPU中至少有如下六类寄存器__指令____寄存器，__程序_计数器，_地址__寄存器，通用寄存器，状态条件寄存器，缓冲寄存器。 4．完成一条指令一般分为取指周期和执行周期，前者完成取指令和分析指令操作，后者完成执行指令操作。 5．常见的数据传送类指令的功能可实现寄存器和寄存器之间，或寄存器和存储器之间的数据传送。 6．微指令格式可分为垂直型和水平型两类，其中垂直型微指令用较长的微程序结构换取较短的微指令结构。 7．对于一条隐含寻址的算术运算指令，其指令字中不明确给出操作数的地址，其中一个操作数通常隐含在累加器中 8．设浮点数阶码为8位（含1位阶符），尾数为24位（含1位数符），则32位二进制补码浮点规格化数对应的十进制真值范围是：最大正数为 2^127(1-2^－23) ，最小正数为 2^－129 ，最大负数为 2^－128(-2^－1-2^－23) ，最小负数为 -2^127 。 9．某小数定点机，字长8位（含1位符号位），当机器数分别采用原码、补码和反码时，其对应的真值范围分别是 -127/128 ～+127/128 -1 ～+127/128 -127/128 ～+127/128 （均用十进制表示）。 10．在DMA方式中，CPU和DMA控制器通常采用三种方法来分时使用主存，它们是停止CPU访问主存、周期挪用和DMA和CPU交替访问主存。 11．设 n = 8 （不包括符号位），则原码一位乘需做 8 次移位和最多 8 次加法，补码Booth算法需做 8 次移位和最多 9 次加法。 12．设浮点数阶码为8位（含1位阶符），尾数为24位（含1位数符），则32位二进制补码浮点规格化数对应的十进制真值范围是：最大正数为，最小正数为，最大负数为，最小负数为。 13．一个总线传输周期包括申请分配阶段、寻址阶段、传输阶段和结束阶段四个阶段。 14．CPU采用同步控制方式时，控制器使用机器周期和节拍组成的多极时序系统。
计算机组成原理考研大纲
2009计算机考研大纲 Ⅰ考查目标 计算机学科专业基础综合考试涵盖数据结构、计算机组成原理、操作系统和计算机网络等学科专业基础课程。要求考生比较系统地掌握上述专业基础课程的概念、基本原理和方法，能够运用所学的基本原理和基本方法分析、判断和解决有关理论问题和实际问题。 Ⅱ考试形式和试卷结构 一、试卷满分及考试时间 本试卷满分为150分，考试时间为180分钟 二、答题方式 答题方式为闭卷、笔试 三、试卷内容结构 数据结构45分 计算机组成原理45分 操作系统35分 计算机网络25分 四、试卷题型结构 单项选择题80分（40小题，每小题2分） 综合应用题70分 Ⅲ考查范围 计算机组成原理 【考查目标】 1. 理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念。 2. 理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。 3. 能够运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。 一、计算机系统概述 （一）计算机发展历程 （二）计算机系统层次结构 1. 计算机硬件的基本组成 2. 计算机软件的分类 3. 计算机的工作过程 （三）计算机性能指标
吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间；MIPS、MFLOPS。 二、数据的表示和运算 （一）数制与编码 1. 进位计数制及其相互转换 2. 真值和机器数 3. BCD码 4. 字符与字符串 5. 校验码 （二）定点数的表示和运算 1. 定点数的表示 无符号数的表示；有符号数的表示。 2. 定点数的运算 定点数的位移运算；原码定点数的加/减运算；补码定点数的加/减运算；定点数的乘/除运算；溢出概念和判别方法。 （三）浮点数的表示和运算 1. 浮点数的表示 浮点数的表示范围；IEEE754标准 2. 浮点数的加/减运算 （四）算术逻辑单元ALU 1. 串行加法器和并行加法器 2. 算术逻辑单元ALU的功能和机构 三、存储器层次机构 （一）存储器的分类 （二）存储器的层次化结构 （三）半导体随机存取存储器 1. SRAM存储器的工作原理 2. DRAM存储器的工作原理 （四）只读存储器 （五）主存储器与CPU的连接 （六）双口RAM和多模块存储器 （七）高速缓冲存储器（Cache） 1. 程序访问的局部 2. Cache的基本工作原理 3. Cache和主存之间的映射方式 4. Cache中主存块的替换算法 5. Cache写策略 （八）虚拟存储器 1. 虚拟存储器的基本概念 2. 页式虚拟存储器 3. 段式虚拟存储器 4. 段页式虚拟存储器
计算机组成原理知识点总结——详细版
计算机组成原理2009年12月期末考试复习大纲 第一章 1.计算机软件的分类。 P11 计算机软件一般分为两大类：一类叫系统程序，一类叫应用程序。 2.源程序转换到目标程序的方法。 P12 源程序是用算法语言编写的程序。 目标程序（目的程序）是用机器语言书写的程序。 源程序转换到目标程序的方法一种是通过编译程序把源程序翻译成目的程序，另一种是通过解释程序解释执行。 3.怎样理解软件和硬件的逻辑等价性。 P14 因为任何操作可以有软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。对于某一机器功能采用硬件方案还是软件方案，取决于器件价格，速度，可靠性，存储容量等因素。因此，软件和硬件之间具有逻辑等价性。 第二章 1.定点数和浮点数的表示方法。 P16 定点数通常为纯小数或纯整数。 X=XnXn-1…..X1X0 Xn为符号位，0表示正数，1表示负数。其余位数代表它的量值。 纯小数表示范围0≤|X|≤1-2-n 纯整数表示范围0≤|X|≤2n -1
浮点数：一个十进制浮点数N=10E.M。一个任意进制浮点数N=R E.M 其中M称为浮点数的尾数，是一个纯小数。E称为浮点数的指数，是一个整数。 比例因子的基数R=2对二进制计数的机器是一个常数。 做题时请注意题目的要求是否是采用IEEE754标准来表示的浮点数。 32位浮点数S（31）E（30-23）M（22-0） 64位浮点数S（63）E（62-52）M（51-0） S是浮点数的符号位0正1负。E是阶码，采用移码方法来表示正负指数。 M为尾数。P18 P18
2.数据的原码、反码和补码之间的转换。数据零的三种机器码的表示方法。 P21 一个正整数，当用原码、反码、补码表示时，符号位都固定为0，用二进制表示的数位值都相同，既三种表示方法完全一样。 一个负整数，当用原码、反码、补码表示时，符号位都固定为1，用二进制表示的数位值都不相同，表示方法。 1.原码符号位为1不变，整数的每一位二进制数位求反得到反码； 2.反码符号位为1不变，反码数值位最低位加1，得到补码。 例：x= (+122)10=(+1111010)2原码、反码、补码均为01111010 Y=(-122)10=(-1111010)2原码11111010、反码10000101、补码10000110 +0 原码00000000、反码00000000、补码00000000 -0 原码10000000、反码11111111、补码10000000 3.定点数和浮点数的加、减法运算：公式的运用、溢出的判断。 P63 已知x和y，用变形补码计算x+y，同时指出结果是否溢出。 （1）x=11011 y=00011 （2）x=11011 y=-10101 （3）x=-10110 y=-00001
计算机组成原理选择题及答案
1. 冯·诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是（） A. 指令操作码的译码结果 B. 指令和数据的寻址方式 C. 指令周期的不同阶段 D. 指令和数据所在的存储单元 答案为：C 2. 假定变量i，f，d数据类型分别为int, float, double(int用补码表示，float和double用IEEE754单精度和双精度浮点数据格式表示)，已知i=785，f=1.5678e3 ，d=1.5e100，若在32位机器中执行下列关系表达式，则结果为真的是() (I) i==(int)(float)i (II)f==(float)(int)f (III)f==(float)(double)f (IV)(d+f)-d==f A. 仅I和II B. 仅I和III C. 仅II和III D. 仅III和IV 答案B 3.一个C语言程序在一台32位机器上运行。程序中定义了三个变量x，y和z，其中x和z 是int型，y为short型。当x=127，y=-9时，执行赋值语句z=x+y 后，x、y和z的值分别是： A x=0000007FH , y=FFF9H , z=00000076H B x=0000007FH , y=FFF9H , z=FFFF0076H C x=0000007FH , y=FFF7H , z=FFFF0076H D x=0000007FH , y=FFF7H , z=00000076H 答案D 4. 某计算机主存容量为64KB，其中ROM区为4KB，其余为RAM区，按字节编址，现要用2K×8位的ROM芯片和4K×4位的RAM芯片来设计该存储 器，则需要上述规格的ROM芯片数和RAM芯片数分别是（） A . 1、15 B . 2、15 C . 1、30 D . 2、30 答案D 5. 假定用若干个2K×4位芯片组成一个8K×8位的存储器，则地址0B1FH所在芯片的最小地址是（） A. 0000H B. 0600H C. 0700H D. 0800H 答案D
传热学考研知识点总结 (1)
传热学考研知识点总结 对流换热是怎样的过程,热量如何传递的?如下是小编整理的传 热学考研知识点总结，希望对你有所帮助。 传热学考研知识点总结§1-1 “三个W” §1-2 热量传递的三种基本方式§1-3 传热过程和传热系数 要求：通过本章的学习，读者应对热量传递的三种基本方式、传热过程及热阻的概念有所了解，并能进行简单的计算，能对工程实际中简单的传热问题进行分析。作为绪论，本章对全书的主要内容作了初步概括但没有深化，具体更深入的讨论在随后的章节中体现。本 章重点： 1.传热学研究的基本问题物体内部温度分布的计算方法热量 的传递速率增强或削弱热传递速率的方法 2.热量传递的三种基本方 式 (1).导热：依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递。传热学重点研究的是在宏观温差作用下所发生的热量传递。傅立叶导热公式： (2).对流换热：当流体流过物体表面时所发生的热量传递过程。牛顿冷却公式： (3).辐射换热：任何一个处于绝对零度以上的物体都具有发射热辐射和吸收热辐射的能力，辐射换热就是这两个过程共同作用的结果。由于电磁波只能直线传播，所以只有两个物体相互看得见的部分才能发生辐射换热。黑体热辐射公式：实际物体热辐射：
传热过程及传热系数：热量从固壁一侧的流体通过固壁传向另一侧流体的过程。最简单的传热过程由三个环节串联组成。 传热学研究的基础 傅立叶定律 能量守恒定律+ 牛顿冷却公式 + 质量动量守恒定律四次方定律本章难点 1.对三种传热形式关系的理解各种方式热量传递的机理不同，但却可以同时存在于一个传热现象中。 2.热阻概念的理解严格讲热阻只适用于一维热量传递过程，且在传递过程中热量不能有任何形式的损耗。 思考题： 1.冬天经太阳晒过的棉被盖起来很暖和，经过拍打以后，效果更加明显。为什么？ 2.试分析室内暖气片的散热过程。 3.冬天住在新建的居民楼比住旧楼房感觉更冷。试用传热学观点解释原因。 4.从教材表1-1给出的几种h数值，你可以得到什么结论？ 5.夏天，有两个完全相同的液氮贮存容器放在一起，一个表面已结霜，另一个则没有。请问哪个容器的隔热性能更好，为什么? §2-1 导热的基本概念和定律§2-2 导热微分方程§2-3 一维稳态导热 §2-4伸展体的一维稳态导热
计算机组成原理考研知识点汇总
计算机组成原理考研知 识点汇总 一, 计算机系统概述 (一) 计算机发展历程 第一台电子计算机ENIAC诞生于1946年美国宾夕法尼亚大学.ENIAC用了18000电子管,1500继电器,重30吨,占地170m2,耗电140kw,每秒计算5000次加法.冯?诺依曼(VanNeumann)首次提出存储程序概念,将数据和程序一起放在存储器,使编程更加方便.50年来,虽然对冯?诺依曼机进行很多改革,但结构变化不大,仍称冯?诺依曼机. 发展阶段时间硬件技术速度/(次/秒) 第一代1946-1957 电子管计算机时代40 000 第二代1958-1964 晶体管计算机时代200 000 第三代1965-1971 中小规模集成电路计算机时代 1 000 000 第四代1972-1977 大规模集成电路计算机时代10 000 000 第五代1978-现在超大规模集成电路计算机时代100 000 000 EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)电子离散变量计算机 组成原理是讲硬件结构的系统结构是讲结构设计的 摩尔定律微芯片上的集成管数目每3年翻两番.处理器的处理速度每18个月增长一倍. 每代芯片的成本大约为前一代芯片成本的两倍 新摩尔定律全球入网量每6个月翻一番. 数学家冯·诺依曼(von Neumann)在研究EDVAC机时提出了“储存程序”的概念.以此为基础的各类计算机通称为冯·诺依曼机.它有如下特点: ①计算机由运算器,控制器,存储器,输入和输出五部分组成 ②指令和数据以同等的地位存放于存储器内,并可按地址寻访 ③指令和数据均用二进制数表示 ④指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置 ⑤指令在存储器内按顺序存放 ⑥机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成 图中各部件的功能 ·运算器用来完成算术运算和逻辑运算并将的中间结 果暂存在运算器内 ·存储器用来存放数据和程序 ·控制器用来控制,指挥程序和数据的输入,运行以及 处理运行结果 ·输入设备用来将人们熟悉的信息转换为机器识别的 信息 ·输出设备将机器运算结果转为人熟悉的信息形式
计算机组成原理选择题200道
【选择题200道】 1. 计算机系统中的存贮器系统是指__D____。 A RAM存贮器 B ROM存贮器 C 主存贮器 D cache、主存贮器和外存贮器 2. 某机字长32位，其中1位符号位，31位表示尾数。若用定点小数表示，则最大正小 数为___ B __ 。 -32 -31 -32 -31 A+（ 1 - 2 ） B + （1 - 2 ） C 2 D 2 3. 算术/ 逻辑运算单元74181ALU可完成_C ________ 。 A 16种算术运算功能 B 16种逻辑运算功能 C 16种算术运算功能和16种逻辑运算功能 D 4位乘法运算和除法运算功能 4. 存储单元是指_B ______ 。 A 存放一个二进制信息位的存贮元 B 存放一个机器字的所有存贮元集合 C 存放一个字节的所有存贮元集合 D 存放两个字节的所有存贮元集合； 5. 相联存贮器是按—C―行寻址的存贮器。 A 地址方式 B 堆栈方式 C 内容指定方 式 D 地址方式与堆栈方式 6. 变址寻址方式中，操作数的有效地址等于_C _____ 。 A 基值寄存器内容加上形式地址（位移量） B 堆栈指示器内容加上形式地址（位移量） C 变址寄存器内容加上形式地址（位移量） D 程序记数器内容加上形式地址（位移量） 7. 以下叙述中正确描述的句子是：__AD ___ 。 A 同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫相容性微操作 B 同一个CPU周期中，不可以并行执行的微操作叫相容性微操作 C 同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫相斥性微操作 D 同一个CPU周期中，不可以并行执行的微操作叫相斥性微操作 & 计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化，同时_C_____ 。
传热学考研知识点总结
常用的相似准则数：①努谢尔特：Nu=aL/λ分子是实际壁面处的温度变化率，分母是原为l的流体层导热机理引起的温度变化率反应实际传热量与导热分子扩散热量传递的比较。Nu大小表明对流换热强度。②雷诺准则Re=WL/V Re大小反映了流体惯性力和粘性力相对大小。Re是判断流态的。③格拉小夫准则Gr=gβ△tL3/V2 Gr的大小表明浮升力和粘性力的的相对大小，Gr表明自然流动状态兑换热的影响。 ④普朗特准则： Pr=V/a Pr表明动量扩散率与热量扩散率的相对大小。 辐射换热时的角系数：①相对性②完整性③可加性 热交换器通常分为三类：间壁式、混合式和回热式，按传热表面的结构形式分为管式和板式间壁式热交换器按两种流体相互间的流动方向热交换器分为分为顺流，逆流，交叉流。 导温系数α也称为热扩散系数或热扩散率，它象征着物体在被加热或冷却是其内部各点温度趋于均匀一致的能力。Α大的物体被加热时，各处温度能较快的趋于一致。传热学考研总结 1傅里叶定律：单位时间内通过单位截面积所传递的热量，正比例于当地垂直于截面方向上的温度变化率 2集总参数法：忽略物体内部导热热阻的简化分析方法 3临界热通量：又称为临界热流密度，是大容器饱和沸腾中的热流密度的峰值 4效能：表示换热器的实际换热效果与最大可能的换热效果之比 5对流换热是怎样的过程，热量如何传递的？ 对流换热：指流体各部分之间发生宏观运动产生的热量传递与流体内部分子导热引起的热量传递联合作用的结果。对流仅能发生在流体中，而且必然伴随有导热现象。 对流两大类：自然对流（不依靠泵或风机等外力作用，由于流体内部密度差引起的流动）与强制对流（依靠泵或风机等外力作用引起的流体宏观流动）。 影响换热系数因素：流体的物性，换热表面的形状与布置，流速，流动起因（自然、强制），流动状态（层流、湍流），有无相变。 6何谓凝结换热和沸腾换热，影响凝结换热和沸腾换热的因素？ 蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热传递给壁面的过程称为凝结过程。 如果凝结液体能很好的润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜，这种凝结形式称为膜状凝结。 如果凝结液体不能很好地润湿壁面，在壁面上形成一个个小液珠，这种凝结方式称为珠状凝结。 液体在固液界面上形成气泡引起热量由固体传递给液体的过程称为沸腾换热。 按沸腾液体是否做整体流动可分为大容器沸腾（池沸腾）和管内沸腾；按液体主体温度是否达到饱和温度可分为饱和沸腾和过冷沸腾。 不凝结气体对凝结换热过程的影响：在靠近液膜表面的蒸气侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增大；蒸气在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层，因此，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力。 影响凝结换热的因素：不凝结气体、蒸汽流速、管内冷凝、蒸汽过热度、液膜过冷度及温度分布非线性。 影响沸腾换热的因素：不凝结气体（使沸腾换热强化）、过冷度、重力加速度、液位高度、管内沸腾。 7强化凝结换热和沸腾换热的原则？ 强化凝结换热的原则：减薄或消除液膜，及时排除冷凝液体。 强化沸腾换热的原则：增加汽化核心，提高壁面过热度。 8试以导热系数为定值，原来处于室温的无限大平壁因其一表面温度突然升高为某一定值而发生非稳态导热过程为例，说明过程中平壁内部温度变化的情况，着重指出几个典型阶段。 首先是平壁中紧挨高温表面部分的温度很快上升，而其余部分则仍保持原来的温度，随着时间的推移，温度上升所波及的范围不断扩大，经历了一段时间后，平壁的其他部分的温度也缓慢上升。 主要分为两个阶段：非正规状况阶段和正规状况阶段 9灰体有什么主要特征？灰体的吸收率与哪些因素有关？
计算机组成原理-知识点
课程知识点分析 试题类型: 单项选择2’* 10 = 20’; 填空1’* 15 = 15’; 简答5’* 3 = 15’; 计算题6’* 5 = 30’; 分析论述10’*2 = 20’; 总分100’; 各位同学,在使用这份资料复习时,要注意: 带有红色标记的是重点内容; 尽管很多知识点只有几个字,但是涉及的内容却非常多,比如Cache映像机制;考虑到有些同学考试时有不好的习惯,为了避免麻烦,我在这儿只给大家提纲,请大家对应的看书; 请大家看时,把你特别不明白的地方标出来,发送给lei.z@,我在周一给大家讲解。蓝色标记是之前考过的,应该很重要。大题都在第四章以后--------------------------------------------------------------------- 第一章计算机系统概论 1.1教学内容介绍 (1计算机的发展与应用。 (2计算机系统的层次结构。
(3计算机的特点:快速性、通用性、准确性和逻辑性。 (4计算机的分类方法。 (5性能指标。 1.2重难点分析 (1计算机系统从功能上可划分为哪些层次?各层次在计算机系统中起什么作用? (2冯.诺依曼计算机体系的基本思想是什么?(选择、填空。指令和数据都是用二进制表示的 (3按照此思想设计的计算机硬件系统应由哪些部件组成?各起什么作用? (4如:指令和数据都存于存储器中,计算机如何区分它们? (5衡量计算机性能的主要指标- 机器字长(定义、主频、CPI、MIPS(含义、FLOPS等等 第三章系统总线 3.1教学内容 (1总线及分类。总线是连接各个部件的信息传输线,总线包括:片内总线、系统总线和通信总线。 (2理解总线标准的意义,看看你知道主板上的几种标准总线。 (3总线特性及性能指标: 包括机械特性、电气特性、功能特性和时间特性。 (4总线结构:单总线结构、双总线结构和三总线结构。 (5总线连接方式: 串行传送、并行传送和分时传送。
2009--2014年计算机组成原理考研真题与解析
2009年真题 1.冯·诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是 A.指令操作码的译码结果 B.指令和数据的寻址方式 C.指令周期的不同阶段 D.指令和数据所在的存储单元 2.一个C语言程序在一台32位机器上运行。程序中定义了三个变量x，y和z，其中x和z为int 型，y为short型。当x=127，y=-9时，执行赋值语句z=x+y后，x，y和z的值分别是 A.x=0000007FH，y=FFF9H，z=00000076H B.x=0000007FH，y=FFF9H，z=FFFF0076H C.x=0000007FH，y=FFF7H，z=FFFF0076H D.x=0000007FH，y=FFF7H，z=00000076H 3.浮点数加、减运算过程一般包括对阶、尾数运算、规格化、舍入和判溢出等步骤。设浮点数的阶码和尾数均采用补码表示，且位数分别为5和7位（均含2位符号位）。若有两个数x=27*29/32，y=25*5/8，则用浮点加法计算x+y的最终结果是A. 001111100010 B. 001110100010 C. 010********* D. 发生溢出
4.某计算机的Cache共有16块，采用2路组相联映射方式（即每组2块）。每个主存块大小为32字节，按字节编址。主存129号单元所在主存块应装入到的Cache组号是A. 0 B. 1 C. 4 D. 6 5.某计算机主存容量为64KB，其中ROM区为4KB，其余为RAM区，按字节编址。现要用2K×8位的ROM芯片和4K×4位的RAM芯片来设计该存储器，则需要上述规格的ROM芯片数和RAM芯片数分别是A．1，15 B．2，15 C．1，30 D．2，30 6.某机器字长16位，主存按字节编址，转移指令采用相对寻址，由两个字节组成，第一字节为操作码字段，第二字节为相对位移量字段。假定取指令时，每取一个字节PC自动加1。若某转移指令所在主存地址为2000H，相对位移量字段的内容为06H，则该转移指令成功转以后目标地址是A. 2006H B. 2007H C. 2008H D. 2009H 7.下列关于RISC的叙述中，错误的是 A. RISC普遍采用微程序控制器 B. RISC大多数指令在一个时钟周期内完成 C. RISC的内部通用寄存器数量相对CISC多 D. RISC的指令数、寻址方式和指令格式种类相对CISC少
计算机组成原理练习题及参考答案
1.10111000当做无符号数的值为多少，当做整数的值为多少，当做定点小数的值为多少？(十进制数) 无符号：2^7+2^5+2^4+2^3=128+32+16+8=184 整数：10111000 定点小数:10111000 11000111(取反） 11000111(取反） + 1 + 1 11001000 11001000 -(2^3+2^6)=-72 -（1/2+1/16）=-9/16 2.已知接受到的信息为001100001111，其中有效数据位为8位，运用海明码检测，问信息传输是否有错？8位的数据值是多少？ 编号 检测位 数据位 12 1100 0 M8 C1=M1⊕M2⊕M4⊕M5⊕M7=0 11 1011 0 M7 C2=M1⊕M3⊕M4⊕M6⊕M7=0 10 1010 1 M6 C4=M2⊕M3⊕M4⊕M8=0 9 1001 1 M5 C8=M5⊕M6⊕M7⊕M8=0 8 1000 0 C8 7 0111 0 M4 发：0111 6 0110 0 M3 收：0000 5 0101 0 M2 发 ⊕收=0111 4 0100 1 C4 即M4出错则数据实为00111001 3 0011 1 M1 2 0010 1 C2 1 0001 1 C1 3.已知原始报文为1111，生成多项式为G （x ）=x 4+x 2 +x+1,求编码后的报文 （1）：将生成多项式为G （x ）=x 4+x 2 +x+1，转换成对应的二进制为10111 （2）生成多项式为5（R+1)位，将原始报文左移4（R)位为11110000 （3）进行模2除 _______00011__________ ______ 10111________________00010100_____________10111_______________010010________ 10111_____1101 11110000 10111 （4）编码CRC 码为11110011 4.采用IEEE754标准的32位短浮点数格式，即0-22位为尾数，23-30位为阶码位，第1位为数符，其中阶码偏置为127，试求出32位浮点代码CC9E23AF 的真值（结果可用任何进
考研计算机大纲_计算机组成原理
2011考研计算机大纲：计算机组成原理大全 一、考查目标 1、理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念。 2、理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。 3、能够运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。 二、知识点解析 在计算机组成原理方面，主要考查计算机系统基础知识、数据的表示和运算、存储器层次结构、指令系统、中央处理器、总线、输入输出系统。 1、计算机系统概述 学习计算机组成原理之前，我们先要了解计算机的发展历程，搞清楚计算机的系统层次结构，包括计算机硬件的基本组成（五大部件的构成）、计算机软件的分类，以及计算机的基本工作过程。 从体系结构上来看，有多种不同类型的计算机，那么这些不同的计算机谁好谁坏？如何评价？所以，还需要我们了解计算机性能评价指标和相关参数，包括吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间；MIPS、MFLOPS等。 2、数据的表示和运算 我们日常所使用的是十进制数据，但在计算机中，除了十进制数据外，还有二进制、八进制、十六进制表示方法，我们要掌握这些进位计数制及其相互转换的方法，要搞清楚真值（实际的数值）和机器数（计算机中表示的数值）之间的关系，特别是负数的各种表示。另外，还要理解BCD码、字符与字符串的编码方法，以及数据的校验码（奇偶校验、CRC冗余校验等）。 不管是哪种进制和校验方法，计算机中数据的表示有原码、反码、补码等方法，我们要搞清楚它们之间的关联与区别。 在计算机中对数据进行计算，分为定点表示和浮点表示。
计算机组成原理重点难点习题解答
计算机组成原理复习题 一.单项选择题 1.计算机中的主机包含( A )。 A.运算器、控制器、存储器 B.运算器、控制器、外存储器 C.控制器、内存储器、外存储器 D.运算器、内存储器、外存储器 2.二进制数10010010，相应的十进制数是（B）（128＋16＋2＝146） A.136 B.146 C.145 D.144 3.要使8位寄存器A中高4位变0，低4位不变，可使用（A）。逻辑乘 A. A∧0FH→A B.A∨0FH→A C. A∧F0H→A D. A∨F0H→A 4.在计算机内部用于汉字存储处理的代码是（B） A.汉字输入码 B.汉字内码 C.汉字字型码 D.汉字交换码 5.转移指令执行时,只要将转移地址送入( C.程序计数器)中即可 A.地址寄存器 B.指令寄存器 C.程序计数器 D.变址寄存器 6.设机器中存有代码10100011B，若视为移码，它所代表的十进制数为（ B.35）。 A.-23 B.35 C.53 D-113 7.将(-25.25)十进制数转换成浮点数规格化(用补码表示),其中阶符、阶码共4位，数符、尾数共8位，其结果 为（ B.0101，10011011 ） A．0011，10010100 B.0101，10011011 C.0011，1110 D.0101，1100101 8.（2000）10化成十六进制数是（ B.（7D0）16）。
A．（7CD）16 B.（7D0）16 C.（7E0）16 D.（7FO）16 9. 下列数中最大的数是（（10011001）2＝153 ）。 A．（10011001）2 B.（227）8C。（98）16 D.（152）10 10. （ D. 移码）表示法主要用于表示浮点数中的阶码。 A. 原码 B. 补码 C. 反码 D. 移码 11. 在小型或微型计算机里，普遍采用的字符编码是（ D. ASCⅡ码）。 A. BCD码 B. 16进制 C. 格雷码 D. ASCⅡ码 12. 下列有关运算器的描述中，（D. 既做算术运算，又做逻辑运算）是正确的。 A.只做算术运算，不做逻辑运算 B. 只做加法 C.能暂时存放运算结果 D. 既做算术运算，又做逻辑运算 13.控制存储器存放的是(C.微程序)。 A.微程序和数据 B.机器指令和数据 C.微程序 D.机器指令 14. 在指令的地址字段中，直接指出操作数本身的寻址方式，称为( B. 立即寻址)。 A. 隐含寻址 B. 立即寻址 C. 寄存器寻址 D. 直接寻址 15. 下面描述的RISC机器基本概念中正确的表达是( B. RISC机器一定是流水CPU)。 A. RISC机器不一定是流水CPU B. RISC机器一定是流水CPU C. RISC机器有复杂的指令系统 D. CPU配备很少的通用寄存器 16. 系统总线中地址线的功能是(D. 用于指定主存和I/O设备接口电路的地址)。 A. 用于选择主存单元地址 B. 用于选择进行信息传输的设备
计算机组成原理选择题
A．-127 ～127；B．-128 ～+128；C．-128 ～+127；D．-128 ～+128。 2．设机器数采用补码形式（含1位符号位），若寄存器内容为9BH，则对应的十进制数为______。A．-27；B．-97；C．-101；D．155。答案： 3．设寄存器内容为80H，若它对应的真值是–127，则该机器数是______。 A．原码；B．补码；C．反码；D．移码。答案： 4．若9BH表示移码（含1位符号位）．其对应的十进制数是______。 A．27；B．-27；C．-101；D．101。答案： 5．当定点运算发生溢出时，应______ 。 A．向左规格化；B．向右规格化；C．发出出错信息；D．舍入处理。答案： 6．设寄存器内容为10000000，若它等于-0，则为______。 A．原码；B．补码；C．反码；D．移码。答案： 7．设寄存器内容为11111111，若它等于+127，则为______。 A．原码；B．补码；C．反码；D．移码。答案： 8．在浮点机中，判断原码规格化形式的原则是______。 A．尾数的符号位与第一数位不同；B．尾数的第一数位为1，数符任意； C．尾数的符号位与第一数位相同；D．阶符与数符不同。答案： 9．浮点数的表示范围和精度取决于______ 。 A．阶码的位数和尾数的机器数形式；B．阶码的机器数形式和尾数的位数； C．阶码的位数和尾数的位数；D．阶码的机器数形式和尾数的机器数形式。答案： 10. 在定点补码运算器中，若采用双符号位，当______时表示结果溢出。 A．双符号相同B．双符号不同C．两个正数相加D．两个负数相加答案：
最新东南大学918传热学考研真题及讲解(1)
2016年东南大学918传热学考研真题及讲解 名词解释： 1.总传热过程 热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程。 2.集总参数法 当固体内部的导热热阻小于其表面的换热热阻时，固体内部的温度趋于一致，近似认为固体内部的温度t仅是时间τ的一元函数而与空间坐标无关，这种忽略物体内部导热热阻的简化方法称为集总参数法。 3.光谱发射率 热辐射体的光谱辐射出射度与处于相同温度的黑体的光谱辐射出射度之比。 4.自然对流自模化 它表明自然对流紊流的表面传热系数与定型尺寸无关。 5.Bi Bi =hl/λ, 表明了导热热阻与对流换热热阻的比值。 6.局部对流传热系数 就是指某个点的对流传热系数,比如一个平板上某一点,是用该点的温度同外界温度的差来计算所得该点的局部对流换热系数。 7.接触热阻 接触热阻是由于两接触面凹凸不平存在空气使得接触不完全而产生的热阻。接触热阻的大小与接触表面的材料、连接方式、表面状况及接触压力大小等多种因素有关。 8.热边界层 流体在平壁上流过时，流体和壁面间将进行换热，引起壁面法向方向上温度分布的变化，形成一定的温度梯度，近壁处，流体温度发生显著变化的区域，称为热边界层或温度边界层。 9.漫射表面 辐射能按空间分布满足兰贝特定律的表面。 10.灰体。 光谱吸收率与波长无关的物体。
简答题： 1功率恒定的电阻丝放在房间中，分析影响表面温度的因素是什么？ 答：电阻丝跟外界的换热有两种方式，一种是与空气的对流换热，第二种是与墙壁的辐射换热。从对流换热的角度出发，影响因素主要有空气的物性参数、流速、电阻丝的散热面积、表面性质；从辐射的角度来说，影响因素主要有墙壁的温度、电阻丝的散热面积。 2为什么冷藏车表面刷白漆？ 答：增加车表面的反射辐射，减少吸收辐射。 3非稳态一维无内热源环境传热系数h，环境温度tf，步长为△x，写出显示差分方程并指出收敛条件。 答：p176 公式4-14a;p177公式4-16a。 4强制对流，流体通过温度恒定两块平行板，画出传热系数变化曲线，并画流体平均温度变化曲线。 答：p244图6-6b;批、p245图6-7b。 5水滴滴在120度和400度金属板哪块汽化更快？为什么？ 答：120度的汽化更快，因为那时候处在核态沸腾区域，热流密度更大。而 400度时， 处于膜态沸腾区，热流密度相对较小。 6不同直径的材料相同的小球温度计放在温度变化相同的环境中，哪个测量更准确，为什么？ 计算题 1圆柱直径30mm，圆柱表面温度80度，表面覆盖保温层，保温层导热系数为0.5W/mk，保温层外表面传热系数10，环境温度为30度。分析保温层厚度δ对传热量的影响。若允许保温层外表面温度最高为50度，则保温层厚度δ为多少？ 0.075m δ= 2空气温度为20度，速度为2m/S，横掠直径为15mm长500mm的圆柱。圆柱表面温度为80度，求传热系数和换热量。 求解：
计算机组成原理期末复习知识要点
第一章 1）冯.诺依曼主要三个思想是什么？ （1）计算机处理采用二进制或二进制代码 （2）存储程序 （3）硬件五大部分：输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器 2）计算机硬件由哪5部分组成？ 输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器 3）VLSI中文的意思是什么？ 超大规模集成电路 4）列举出三个计算机应用领域？ 1．科学技术计算2．数据信息处理3．计算机控制 4．计算机辅助技术5．家庭电脑化 5）计算机系统分哪两大系统？ 硬件和软件系统 6）计算机内部信息包括哪两大信息？ 计算机中有两种信息流动：一是控制信息，即操作命令，其发源地为控制器；另一种是数据流，它受控制信息的控制，从一部件流向另一部件，边流动边加工处理。 7）计算机性能主要包括哪三个主要性能？ （1）基本字长: 是参与运算的数的基本长度，用二进制数位的长短来衡量，取决寄存器、加法器、数据总线等部件的位数。 （2）主存容量:可以用字节，有的用字长，K、M、G、T （3）运算速度: 是每秒能执行的指令条数来表示，单位是条/秒。（MIPS） 8）现代计算机系统分为五个层次级别是如何划分的？ 从功能上，可把现代计算机系统分为五个层次级别： 第一级是微程序设计级：是硬件级 第二级是一般机器级：机器语言级 第三级是操作系统级：是操作系统程序实现。(混合级) 第四级是汇编语言级：一种符号形式语言。 第五级是高级语言级 9）机器数是指什么？它主要是解决了数值的什么表示？ 10）机器数有哪4种表示方法？ 原码表示法、补码表示法、和移码表示法四种。 11）计算机数值有哪两种表示方式？它主要解决了数值的什么表示？ 定点表示和浮点表示。主要解决数中小数点的位置的确定。 12）浮点数在计算机内部表示两种方式是如何安排的？ 13）尾数是补码表示其规格化如何表示？ 正数：0.1×…×的形式负数：1.0×…×的形式 14）解释计算机内部数值0和字符0有何不同？ 数值0在计算机中为00H，而字符0为其ASCII码30H。 15）计算机如何判断加法溢出的？ 当运算结果超出机器所能表示的数域范围时，称为溢出。 判别方法有：符号位判别法、进位判别法、双符号位判别法。 16）半加器与全加器有什么不同？
计算机组成原理练习题
填空题 1、存储器容量为256K，若首地址为00000H，则末地址为。 2、若某奇偶校验码编码为010000100，则采用的校验方案是。 3、DRAM存储器行、列地址要分两次打入，为了实现行、列地址的区分，需要给存储芯片提供地址选通信号和。 4、存储器容量的扩展有、和三种方式。 5、假设某计算机的存储系统由Cache和主存组成，某程序执行过程中访存1000次，其中访问Cache缺失（未命中）50次，则Cache的命中率是。 6、操作数有效地址出现在地址码位置的寻址方式称为寻址。 7、任何指令周期的第一步必定是周期。 8、当产生中断请求时，用程序方式有选择地封锁部分中断，而允许其余部分中断仍能得到响应，称为。 9、通常根据流水线使用级别的不同，可把流水线分成部件级、处理机级和系统级流水线，指令处理流水线属于级。 10、从计算机系统结构的发展和演变看，近代计算机采用以作为全机中心的系统结构。 11、十进制数-54表示成补码形式为（用1个符号位，7个数值位表示）。 12、磁表面存储器是以作为记录信息的载体，通过对信息进行记录和读取。 13、存储器间接寻址方式指令执行过程中，除取指外CPU还需要访问内存次才能获得操作数。 14、组成32M×8位的存储器，需要1M×4位的存储芯片片。 15、微指令格式分为型微指令和型微指令，其中，前者的并行操作能力比后者强。 16、在CPU中，存放后继指令地址的寄存器是。 17、若X的原码为01000011，其补码为，其移码为。 18、总线的仲裁方式有和两种。 19、引起中断的设备或事件称为。 20、虚拟存储器指的是__________层次，它给用户提供了一个比实际__________空间大得多的__________空间. 21、运算器的两个主要功能是：__________，__________。 22、计算机硬件由_______、_______、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。 23、奇偶校验法只能发现_______数个错，不能检查无错或_______数个错。 24、八进制数37.4Q转换成二进制数为__________。 25、数x的真值-0.1011B，其原码表示为____________。 26、条件转移、无条件转移、转子程序、返主程序、中断返回指令都属于__________类指令，这类指令在指令格式中所表示的地址不是__________的地址，而是__________的地址。27、直接内存访问（DMA）方式中，DMA控制器从CPU完全接管对__________的控制，数据交换不经过CPU,而直接在内存和__________之间进行。 28、RISC的中文含义是__________，CISC的中文含义是__________。 对于n+1位（包含一位符号位）的补码纯小数来说，它能表示的最小数据是。 29、、控制器产生控制信号的方法有与，其中需要有控制存储器支持的是。
最新计算机组成原理考研试题(七)及答案
计算机组成原理考研试题（七）及答案 一、选择题(共20 分，每题1 分) 1.指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是______。 A.可降低指令译码难度; B.缩短指令字长，扩大寻址空间，提高编程灵活性; C.实现程序控制; D.寻找操作数。 2.计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化，缺点是______。 A.地址信息、数据信息和控制信息不能同时出现; B.地址信息与数据信息不能同时出现; C.两种信息源的代码在总线中不能同时传送; D.地址信息与数据信息能同时出现。 3.一个16K×32 位的存储器，其地址线和数据线的总和是______ 。 A.48; B.46; C.36; D.38。
4.下列叙述中______是正确的。 A.主存可由RAM 和ROM 组成; B.主存只能由ROM 组成; C.主存只能由RAM 组成; D.主存只能由SRAM 组成。 5.在三种集中式总线控制中，______方式响应时间最快。 A.链式查询; B.计数器定时查询; C.独立请求; D.以上都不是。 6.可编程的只读存储器______。 A.不一定是可改写的; B.一定是可改写的; C.一定是不可改写的; D.以上都不对。 7.下述______种情况会提出中断请求。 A.产生存储周期“窃取”; B.在键盘输入过程中，每按一次键;
C.两数相加结果为零; D.结果溢出。 8.下列叙述中______是错误的。 A.采用微程序控制器的处理器称为微处理器; B.在微指令编码中，编码效率最低的是直接编码方式; C.在各种微地址形成方式中，增量计数器法需要的顺序控制字段较短; D.以上都是错的。 9.直接寻址的无条件转移指令功能是将指令中的地址码送入______。 A.PC; B.地址寄存器; C.累加器; D.ACC。 10.响应中断请求的条件是______。 A.外设提出中断; B.外设工作完成和系统允许时; C.外设工作完成和中断标记触发器为“1”时。 D.CPU 提出中断。 11.变址寻址和基址寻址的有效地址形成方式类似，但是______。