计算机组成与体系结构笔记

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《计算机组成与体系结构》期末复习终极红宝书 ​

这是一份基于老师录音整理的**《计算机组成与体系结构》期末复习终极红宝书**。

这份大纲完全按照期末考试（100分卷面）的标准整理，剔除了考研408中过难且不考的内容，重点标注了老师反复强调的扣分点。

第一章：概论（基础分） ​

  • 考点类型：填空、选择（送分题）
  • 核心内容：
    1. 冯·诺依曼计算机特点：存储程序、二进制表示、五大部件（运算器、控制器、存储器、输入、输出）。
    2. 性能指标：机器字长、主频、MIPS（每秒百万条指令）、CPI（执行一条指令所需时钟周期数）的概念。
    3. 计算机系统层次结构：硬件+软件。

第二章：数据的表示（必考计算） ​

  • 考点类型：选择、填空、简答/计算（可能出大题）
  • 核心内容：
    1. 进位制转换：R进制 ↔ 十进制（尤其是小数部分的转换技巧）。
    2. 机器数表示：原码、补码、反码的转换。
      • 重点：真值与机器数的互转。
      • 难点：补码的表示范围（负数比正数多一个，如8位补码范围 -128~+127）。
    3. IEEE 754浮点数（重中之重）：
      • 给一个十进制数，写出它的32位短浮点数十六进制代码。
      • 步骤（必须写全）：①转二进制 ②规格化（1.xxxx） ③计算阶码（指数+127） ④组合符号位、阶码、尾数。
    4. 汉字编码：
      • 区位码 →+2020H 国标码 →+8080H 机内码。
  • 🚫 避坑指南：
    • IEEE 754题，只有答案没有中间二进制转换过程，直接0分。
    • 汉字编码转换注意是十六进制加法。

第三章：指令系统（必考大题，约10-15分） ​

  • 考点类型：设计题、计算题
  • 核心内容：
    1. 扩展操作码设计（必考）：
      • 题型：给定指令字长（如16位）和地址码长度，要求设计出X条二地址、Y条一地址、Z条零地址指令。
      • 方法：画方框图，写出每种指令的OP编码范围（如 0000 ~ 1110）。
    2. 寻址方式与有效地址(EA)计算：
      • 掌握9种寻址方式（立即、直接、间接、寄存器、寄存器间接、相对、基址、变址等）。
      • 给出一串机器码（注意是二进制、八进制Q还是十六进制H），计算操作数的真实地址。
      • 重点：相对寻址（PC+1或PC+指令长度+偏移量）。
  • 🚫 避坑指南：
    • 做设计题时，必须先画指令格式图（标明OP占几位、A1占几位），否则扣分。
    • 编码必须写全（例如不要只写"留出1111"，要写"1111 0000 ~ ..."）。

第四章：数值的机器运算（必考大题，约10-12分） ​

  • 考点类型：计算题（过程最重要）
  • 核心内容：
    1. 移位运算：算术移位 vs 逻辑移位。
      • 死穴：补码右移时，符号位是1（负数），最高位补1！
    2. 定点数乘法：
      • 原码一位乘：符号位单独处理，绝对值运算。
      • 补码一位乘（Booth算法）：符号位参与运算，辅助位 Yn+1。
    3. 定点数除法：
      • 原码加减交替法 / 补码加减交替法。
    4. 浮点数加减运算：
      • 五步法：①对阶（小阶看齐大阶） ②尾数求和 ③规格化（左规/右规） ④舍入 ⑤溢出判断。
  • 🚫 避坑指南：
    • 严禁使用小学竖式计算！ 必须按照机器步骤（部分积、移位、加减）一步步写。写手算过程直接0分。
    • 题目给的是真值（如x=0.1101），计算结果最后要还原成真值。
    • 结果的位数要写够（如题目是5位数值位，乘积结果就要写出10位，后面是0也要写）。

第五章：存储器（必考大题，约10-15分） ​

  • 考点类型：设计题（画图）、计算题
  • 核心内容：
    1. 存储器扩展设计：
      • 位扩展（增加数据线）、字扩展（增加地址线）、字位同时扩展。
      • 计算所需芯片数量。
      • 画连接图（核心）：地址线、数据线、片选线（CS）、读写线（WE/OE）的连接。
    2. DRAM刷新：
      • 集中刷新、分散刷新、异步刷新（无死区）的区别和周期计算。
  • 🚫 避坑指南（画图题死刑点）：
    • 不要画CPU！ 左边直接引出信号线即可。
    • ROM芯片绝对不能接读写线（R/W），接了直接扣大分。
    • 片选信号CS通常低电平有效，芯片引脚处必须画小圆圈。
    • 译码器输出端也要画小圆圈。
    • 每个芯片必须标注容量（如4K×8）。

第六章：存储系统（Cache）（无作业，但必考） ​

  • 考点类型：计算题
  • 核心内容：
    • 这章没布置作业，复习全靠PPT例题！
    1. Cache性能计算：命中率 H、平均访问时间 Ta、效率 e。
    2. 地址映射：直接映射、全相连映射、组相连映射（计算主存块号映射到Cache哪一行）。
  • 🚫 避坑指南：
    • 不要去抠课本后面那些复杂的考研题，只看PPT里的7道例题，把那几个公式背下来即可。

第七章：中央处理器（CPU）（必考大题） ​

  • 考点类型：填空、选择、分析设计题
  • 核心内容：
    1. 指令周期：取指、间址、执行、中断周期的概念及数据流向。
    2. 微程序控制器设计：
      • 微指令编码：字段直接编码法（必考）。
      • 原则：互斥命令在同一段，兼容命令在不同段。
      • 注意：每段要留出一个全0状态表示"不操作"。
    3. 指令流水线：
      • 计算吞吐率、加速比、效率（记公式）。
      • 时空图的画法。

第八章：输入输出系统（IO） ​

  • 考点类型：简答、选择、填空
  • 核心内容：
    1. 四种控制方式对比：
      • 程序查询：CPU串行，效率低。
      • 中断：响应在指令结束时，处理异常，CPU参与度较高。
      • DMA：响应在存取周期结束时，硬件控制主存-外设直传，CPU仅预处理/善后。
      • 通道：专用IO处理器。
    2. 中断系统：
      • 中断响应流程：关中断 -> 保存断点 -> 判优 -> ...
      • 中断屏蔽：响应优先级（硬件定，不可改） vs 处理优先级（可通过屏蔽字改变，画图分析中断嵌套顺序）。
    3. 总线带宽计算：频率 × 宽度 / 8。

加餐：华为鲲鹏处理器（5分送分题） ​

  • 考点类型：选择题（5道）
  • 内容：老师会发资料，考基本概念（如：鲲鹏920是ARM架构、SOC片上系统、哈佛结构Cache、3个Die封装等）。

⏱️ 考前最后冲刺建议 ​

  1. 前3天：把**第四章（乘除法）和第五章（存储器设计画图）**彻底练熟，必须动笔算、动笔画。
  2. 前2天：复习第三章（指令设计）和第七章（微指令编码、流水线计算）。
  3. 前1天：背诵第六章Cache公式，看一眼第八章中断/DMA区别，刷一遍华为鲲鹏资料。

祝你期末稳过！