计算机组成原理大题解析

本文介绍了计算机组成原理中的大题部分，包括计算机的基本结构、运算器、控制器、存储器、输入输出设备等关键组件的工作原理和相互关系，通过深入理解计算机组成原理，可以更好地掌握计算机系统的运作机制，为后续的计算机学习和应用奠定坚实的基础。

408-计算机组成原理【大题】知识点常用符号运算符号

负数单位符号 十进制（SI） 二进制（计算机存储） 数据速率单位

d = 10-1

1 KB = 1,000 (10^3) B

1 KB = 1,024 (2^10) B

1 Kbps = 1,000 bps

m = 10-3

1 MB = 1,000 KB

1 MB = 1,024 KB

1 Mbps = 1,000 Kbps

µ = 10-6

1 GB = 1,000 MB

1 GB = 1,024 MB

1 Gbps = 1,000 Mbps

n = 10-9

1 TB = 1,000 GB

1 TB = 1,024 GB

1 Tbps = 1,000 Gbps

p = 10-12

1 PB = 1,000 TB

1 PB = 1,024 TB

一、数据的表示和运算数据范围

数据表示方式 符号位 正数范围 负数范围 总范围 是否有正负零

原码

最高位

0 ~ 2^(n-1)-1

0 ~ -2^(n-1)-1

-【2^(n-1)-1】, 2^(n-1)-1

是

反码

最高位

0 ~ 2^(n-1)-1

0 ~ -2^(n-1)-1

-【2^(n-1)-1】, 2^(n-1)-1

是

补码

最高位

0 ~ 2^(n-1)

-1 ~ -2^(n-1)

-2^(n-1)+1 , 2^(n-1)-1

否

IEEE754

1.存储格式

类型 符号位位数 阶码e位数 尾数位数 总位数 偏置值

Float

1

8

23

32（4Byte）

127

Double

1

11

52

64（8Byte）

1023

2.表示范围：

最小值： 最大值：

Float

阶码 = 1；尾数 = 0；1.0 x 2^(1-127) = 2^(-126)

阶码 = 254；尾数 = .1111 1111；1.1111 1111 x 2^(254-127) = (2 - 2^(-23)) x 2^(127)

Double

阶码 = 1；尾数 = 0；1.0 x 2^(1-1023) = 2^(-1022)

阶码 = 2046；尾数 = .1111 1111…………；1.1111 ………… x 2^(2046-1023) = (2 - 2^(-52)) x 2^(1023)

二、指令的硬件执行过程

硬件部分：运算部件：常用寄存器：

程序员可见：通用寄存器组 存储临时数据【数据转移类指令：mov，load，store】 PC 程序计数器 记录当前进程执行的指令位置【跳转指令 jmp】 PSW状态寄存器 【cmp指令】 堆栈指针（SP） 【实现函数调用】

程序员不可见：MAR，MDR 【用来传输主存上的数据，不可直接操作】 IR寄存器 【只负责存储当前指令的值】 暂存寄存器

对PC的详解：【最重要，最常考的寄存器】

功能：记录当前进程执行的指令位置，读取指令后，跳转到下一条指令位置

PC位数：主存空间所能表示的指令个数

如何实现 PC + “1”？ 【注意】【+1表示的是】 + 1个指令字长，表示执行下一条指令

ALU加法实现加法器带有自增功能的寄存器带标志加法器：

状态标志（标志位）： 含义： 计算公式：

Cn

最高位进位

——

OF（Overflow Flag）

(有符号数)溢出标志

运算结果超出了有符号数的表示范围

Cn ⨁ Cn-1(次高位进位)

SF（Sign Flag）

符号标志

输出结果的符号信息

——

ZF（Zero Flag）

零标志

ZF = 1表示 输出结果为0

——

CF（Carry Flag）

进位标志(无符号数溢出标志)

运算结果超出了无符号数的表示范围，产生进位

Cout ⨁ Cin（Sub）

Sub信号：控制是否为减法运算，若Sub = 1，则为减法

Cn：表示最高位进位

Cn-1：表示次高位

进行基础的电路硬件：

三态门 相当于“守门员”，不需要发送数据时，提高阻性，阻碍数据发送；（有效的隔绝总线，防止干扰总线数据）需要发送数据时，导通三态门，将数据发送到总线上

[注]为什么叫三态门？ 除了具有通常的逻辑 0 和逻辑 1 这两种输出状态外，还有第三种高阻态（Hi - Z）。高阻态相当于输出端与电路的其他部分被“断开”，此时输出端对外部电路几乎没有任何影响。

多路选择器 MUX 同“三态门”，相当于守门员可以守卫多条路线，但是仍是一次只能导通一条道路的数据