合工大 计算机组成原理 计算机组成原理提纲

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1、计算机组成原理合肥工业大学计算机与信息学院陈田2013.12.12提纲1考试形式和试卷结构2考查目标3参考书目4考点及重点难点分析计算机与信息学院2大纲要求¾计算机组成原理考查目标°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。°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。°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

2、行简单设计，并能对高级程序设计语言（如Ｃ语言）中的相关问题进行解析。计算机与信息学院3第一章计算机系统概述大纲：¾计算机发展历程¾计算机系统的层次结构°1.计算机系统的基本组成°2.计算机硬件的基本组成°3.计算机软件和硬件的关系°4.计算机系统的工作过程¾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、GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS。计算机与信息学院4重点和难点¾重点：计算机组成的概貌和框图；衡量计算机的性能指标；主机完成一条指令的信

3、息流程¾难点思考：如何区分存放在存储器中的指令和数据计算机与信息学院5知识点回顾1.怎样衡量CPU性能？°一般把程序的响应时间划分为CPU时间和等待时间，CPU时间又分为用户CPU时间和系统CPU时间°因为操作系统对自己所花费的时间进行测量时，不十分准确，所以对CPU性能的测量一般通过程序运行的用户CPU时间进行计算机与信息学院6知识点回顾2.什么是CPI？响应时间（执行时间）与CPI的关系是什么？°CPI是每条指令执行所用的时钟周期数。°通常，一条特定指令的CPI是一个确定的值，而某个程序的CPI

4、则是一个平均值。°一个程序的执行时间取决于该程序所包含的指令数、CPI和时钟周期。°当指令条数和时钟周期一定时，CPI越大，执行时间越长。CPU执行时间=CPU时钟周期数/程序X时钟周期=CPU时钟周期数/程序÷时钟频率=指令条数/程序XCPIX时钟周期计算机与信息学院7知识点回顾3.计算机的MIPS数越大，说明性能越好，对吗？答：不对。MIPS数反映的是机器执行定点指令的速度。但是，不同机器的指令集不同，指令的功能也不同，也许一个机器上一条指令的功能，在另外一个机器上要用多条指令完成，这样，同样的

5、指令条数所完成的功能可能完全不同。因此用MIPS书对不同机器进行性能比较是不太客观的。计算机与信息学院84.将一个程序在一台计算机上编译，如果生成的指令条数少，代码执行时间是否就短？例：假设计算机M的指令集中包含A、B、C三类指令，其中CPI分别为1、2、4。某个程序P在M上被编译成两个不同的目标代码序列P1和P2，P1所含A、B、C三类指令的条数分别为8、2、2，P2所含A、B、C三类指令的条数分别为2、5、3。请问哪个代码序列指令条数少？哪个执行速度快？它们的CPI分别是多少？解：P1和P2指令

6、执行条数分别为12和10，所以P2指令条数少。P1时钟周期数为8×1+2×2+2×4=20P2时钟周期数为2×1+5×2+3×4=24两个程序在同一台机器上运行，所以时钟周期一样，故时钟数少的代码序列所用的时间短、执行速度快。P1比P2快。由上可知，指令条数少的代码序列执行时间并不一定短。CPI=程序总时钟周期数÷程序所含指令条数P1的CPI=20/12=1.67P2的CPI为24/10=2.4计算机与信息学院9第二章数据的表示和运算(一)数制与编码°定点数的乘/除运算；1.进位计算制及其相互转换2

7、.真值和机器数°溢出概念和判别方法3.BCD码(三)浮点数的表示和运算4.字符与字符串1.浮点数的表示5.校验码°IEEE754标准(二)定点数的表示和运算2.浮点数的加/减运算1.定点数的表示°无符号数的表示(四)算术逻辑单元ALU1.串行加法器和并行加法器°有符号整数的表示2.算术逻辑单元ALU的功能和结构2.定点数的运算°定点数的移位运算；°原码定点数的加/减运算；°补码定点数的加/减运算；计算机与信息学院10重点和难点重点：有符号数、无符号数、定点数和浮点数的表示；移位运算、定点补码加、减、

8、乘、除运算；IEEE754浮点数加减运算；提高运算速度的措施。难点：机器字长相同的条件下，补码比原码和反码能多表示一个负数；区分浮点数和补码表示的浮点规格化数；在定点机和浮点机中，如何判断运算结果溢出；不同的机器数运算规则不同，直接影响运算器的硬件组成。计算机与信息学院11文字、图、表、声音、用户角度视频等各种媒体信息输入设备输出设备二进制编码表示的各种数据图、树、链表等结构化数据描述高级语言程序员角度指令系统能识别低级语言程序员和的基本类型数据系统设计者角度数值型数