计算机组成原理期末总结

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文章目录

  • 写在前面
  • 计算机系统概论
    • 知识点
    • 习题
  • 运算方法和运算器
    • 知识点
    • 习题

写在前面

临近期末,总结了下知识点,供个人复习使用,仅供参考(近期不间断更新)。

计算机系统概论

知识点

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1.时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。

2.主频(时钟频率):每秒钟含有多少个时钟周期(1.2GHz即每秒钟含有1.2x10^9个时钟周期)。

3.CPI:一条指令所需要的时钟周期个数。

4.MIPS:每秒钟能执行多少个100万条指令。

5.MFLOPS:每秒百万次浮点操作次数。

6.CPU执行时间:TCPU=In×CPI×TC (指令条数*一条指令需要几个时钟周期*时钟周期长度)

In:执行程序中指令总数

CPI(Clock Cycle Per Instruction):执行每条指令所需的平均时钟周期个数

TC:时钟周期时间的长度

7.吞吐量:计算机某一时间间隔内能够处理的信息量(能吞多少)

8.响应时间:从事件开始到事件结束的时间,也称执行时间.

7.冯●诺依曼型计算机设计思想主要有两项:

  • 将十进制改为二进制,从而太太简化了计算机的结构和运算过程;
  • 存储程序的思想,将程序与数据一起存储在计算机内,使得计算机的全部运算成为真正的自动过程。

8.用嘴(一句一句最后生成目标程序)来解释,用手(一步到位最后不生成目标程序)来编译

编译程序将高级语言转换为机器代码再执行,解释程序用源程序直接解释,解释一句执行一句不用转换成机器代码。所以编译要比解释速度快

9.控制器可根据不同的周期(取指周期或者执行周期)来区分该地址的存储单元存储的是数据还是指令。

习题

1.假定机器M的时钟频率为200MHz,程序P在机器M上的执行时间为12s。对P优化,将所有乘4指令都换成了一条左移两位的指令,得到优化后的程序P’。若在M上乘法指令的CPI为102,左移指令的CPI为2,P的执行时间是P’执行时间的1.2倍,则P中的乘法指令条数为_______4x106________

答:P’的执行时间为10s,比12少了2s,由时钟频率得每秒有2x108个时钟周期,即少了4x108个时钟周期

每条左移指令比乘法指令少了100个时钟周期,那么乘法指令个数即总共少的时钟周期/每条指令时钟周期

2.此题MIPS为400

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答:平均CPI=2x0.5+ 3x0.2+4x0.1+5x0.2=3,即执行一个指令平均需要3个周期

MIPS为每秒可执行的百万条指令数,1.2GHZ为1200MHZ,1200/3=400(M=106,G=109

3.程序P在机器M上的执行时间是20s,编译优化后,P执行的指令数减少到原来的70%,而CPI增加到原来的1.2倍,则P在M.上的执行时间是_______16.8s____

答:CPI即执行一条指令所需的时钟周期数。假设M机器原时钟周期为x,原CPI为y, P程序的指令数为z,可得P程序执行时间为xyz= 20s。

编译优化后M机器的CPI变为1.2y, P程序的指令数变为0.7z,则P程序执行时间为1.2*0.7xyz,故其执行时间为
16.8s。

运算方法和运算器

知识点

image-202006091432075611.数字0在原码反码补码的表示

[+0]原码=0000 0000, [-0]原码=1000 0000

[+0]反码=0000 0000, [-0]反码=1111 1111

[+0]补码=0000 0000, [-0]补码=0000 0000 (补码中是唯一的)

0的移码也是唯一的1000 0000

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由于补码0是唯一的所以补码范围要多一个负数

2.对于规格化的浮点数,尾数有三种形式:(小数点左边的是符号位)

  • 0.1xx……x(原码、补码、反码都是正数的形式)
  • 1.0XX……X(补码、反码是负数的形式)
  • 1.1xx……X(原码是负数的形式)尾数用原码表示,B是不符合规格化的形式

3.余3码就是8421码加3所得

4.奇偶校验码:加上校验码后1的个数为奇数就是奇校验。不具备纠错能力。

5.海明码:设有k个数据位,则应设r个校验位,r满足2r-1 ≥ k + r 。具有一位纠错能力。

6.循环冗余检验码(CRC):k位校验位拼接在n位数据位后面,即为n+k,如何生成检验码见下面习题

7.A的ascii码:65 a的ascii码:97

8.已知[x]补,求[-x]补:将[x]补连同符号位求反+1

9.移码就是补码的符号位求反

由于负数的补码如-21(101011)看着好像大于21(010101),实际正好是21更大,所以浮点数的阶码用移码表示能

10.-1的补码永远是全1(可理解为全1加1等于全0)

11.由于补码溢出无法看出是上溢(大于最大数)还是下溢,因此引入变形补码

  • 两个符号位不同时表溢出(01为正溢出)
  • 最高位那个数代表真正的符号位
  • 两个符号位均参与运算,若进位舍去

习题

1.写出D=101101的海明码

答:1️⃣首先确定检验位的个数:k=6,2r-1 ≥ k + r即2r ≥7+r,所以r=4

2️⃣确定检验码的位置:检验码Pi(i=1,2…)的位置为2i-1

注意从M10到M1,从大到小且没有0

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3️⃣求出检验码的值:校验位Pi的值即为所有需要Pi校验的数据位求异或。

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如P2对应M2,需要它的有D1即M3(2+1)、D3即M6(2+4)、D4即M7(2+4+1)…

所以最后的海明码为1011100100

2.已知x=11011,y=-10101,用变形补码计算x+y

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注意一定要先转换成补码再添符号位运算

3.假设M(x)=x3+1(发送信息的多项式),G(x)=x3+x+1(生成多项式,代表校验位信息)。

1️⃣ 那么M(x)代表的二进制码为: 1001(1*x3+1*x0),G(x)代表的二进制码为: 1011

2️⃣将M(x)的多项式左移G(x)的最高次数,变为1001 000

3️⃣将1001000对1011做模2除法得到余数为110,将其与被除数1001合并得到CRC码1001110

这里要注意第三步的模2除法和普通除法不同,模2除法不会向上一位借位也不比较被除数和除数的大小,如图中第三位商数(1101>1000但仍可做减操作)image-20200609195155116

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