**章、计算机组成与结构 命题要点
·计算机中数据的表示及运算:计算机中数据的表示、机器数运算。
·计算机组成:计算机部件(运算器、控制器、存储器、I/O设备)、处理器的性能。
·存储器:存储介质(半导体存储器、磁存储器、光存储器)、主存(类型、容量和性能)、主存配置(交叉存取、多级主存)、辅存(容量和性能)、存储系统(虚拟存储器、高速缓冲存储器)。
·输入输出结构和设备:I/O接口控制方式(中断、 DMA、通道),常用接口( SCSI、RS232、 USB、IEEE1394、红外线接口),输入输出设备类型和特征。
·指令系统:指令的分类、操作码、寻址方式、CISC、RISC。
提示:
·本章在*近几次考试中一般占4题左右,**考查指令流水线、高速缓冲存储器Cache、CPU的组成等内容。
·系统可靠性在*近4次考试中没有出现。
·校验码是“数据通信基础”一章中的**内容,本章只作简单的介绍。 考点1.1计算机中数据的表示及运算 考什么
一、机器数和码制
各种数据在计算机中的表示形式称为机器数,其特点是采用二进制计数制,数的符号用 0、1表示,小数点则隐含表示而不占位置。真值是机器数所代表的实际数值。
机器数有无符号数和带符号数两种。无符号数表示正数,没有符号位。对无符号数,若约定小数点的位置在机器数的*低位之后,则是纯整数;若约定小数点位置在*高位之前,则是纯小数。带符号数的*高位是符号位,其余位表示数值,同样,若约定小数点的位置在机器数的*低位之后,则是纯整数;若约定小数点位置在*高数值位之前(符号位之后),则是纯小数。
为方便运算,带符号的机器数可采用原码、反码和补码等不同的编码方法,这些编码方法称为码制。
1.原码表示法
数值X的原码记为[X]原,*高位为符号位,表示该数的符号,“ 0”表示正数,“ 1”表示负数,而数值部分仍保留着其真值的特征。
2.反码表示法
反码的符号的表示法与原码相同。正数的反码与正数的原码形式相同;负数的反码符号位仍为1,数值部分通过将负数原码的数值部分各位取反(0变1,1变0)得到。
3.补码表示法
正数的补码与原码相同。负数的补码是反码末位+1(丢弃*高位向上的进位),它是*适合进行数字加减运算的数字编码。 二、定点数与浮点数
1.定点数
定点数是小数点的位置固定不变的数。通常采用两种简单的约定:将小数点的位置固定在数据的*高位之前,或者固定在*低位之后。前者为定点小数,后者为定点整数。当数据小于定点数能表示的*小值时,计算机将它们作0处理,称为“下溢”;大于定点数能表示的*大值时,称为“上溢”,统称为“溢出”。
2.浮点数
一个机器浮点数由阶码和尾数及其符号位组成。 三、机器数的运算
1.机器数的加减运算
在计算机中,通常只设置加法器,减法运算要转换为加法运算来实现。机器数的加、减法运算一般用补码来实现,其运算方法如下: [X±Y]补→[X]补+[±Y]补
2.机器数的乘除运算
在计算机中实现乘除运算,主要有3种方法:
(1)纯软件方案,乘除运算通过程序来完成。该方法速度很慢。
(2)通过增加少量的实现左右移位的逻辑电路来实现。
(3)通过专用的硬件阵列乘法器(或除法器)来实现。
3.浮点运算
(1)浮点加减运算
完成浮点数加减法有5个基本步骤:对阶、尾数加减、规格化、舍入和检查溢出。 (2)浮点乘除运算 浮点数相乘:其积的阶码等于两乘数的阶码之和,尾数等于两乘数的尾数之积,数符由两乘数的数符按逻辑异或求出。
浮点数相除:其商的阶码等于被除数的阶码减去除数的阶码,尾数等于被除数的尾数除以除数的尾数,数符由两除数的数符按逻辑异或求出。 四、校验码
通常使用校验码的方法来检测传送的数据是否出错。基本思想是把数据可能出现的编码分为两类:合法编码和错误编码。合法编码用于传送数据,错误编码是不允许在数据中出现的编码。
校验码中有一个重要概念是码距。所谓码距,是指一个编码系统中任意两个合法编码之间至少有多少个二进制位不同。
1.奇偶校验码
奇偶检验通过在编码中增加一位来使编码中1的个数为奇数(奇校验)或者为偶数(偶校验),从而使码距变为2。对于奇(偶)校验码,能检查出代码信息中奇(偶)数位出错的情况,而错在哪些位却不能检查出来。也就是说它只能发现错误,但不能校正错误。
奇偶校验能够发现大约50%的突发错误。若有奇数个比特位改变了,奇偶校验就能够检测出该错误;若有偶数个比特位改变了,奇偶校验就不能够检测出该错误。对于计算机网络来说,50%的准确率是不够的。
2.海明码
海明码是利用奇偶性来检错和校验的方法。其构成方法是:在数据位之间插入k个校验位,通过扩大码距来实现检错和纠错。
3.循环冗余校验码
循环冗余校验码(CRC)由两部分组成,左边为信息码(数据),右边为校验码。若CRC码的字长为n,信息码占k位,则校验码就占n-k位。校验码是由信息码产生的,校验位越长,校验能力就越强。在求CRC编码时,采用的是模2运算。