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第1章：緒論

1.馮·諾依曼機(jī)特點(diǎn)，與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的區(qū)別

馮諾依曼計(jì)算機(jī)的基本思想是：程序和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式表示，存儲(chǔ)程序控制。在計(jì)算機(jī)中，事先將程序（包含指令和數(shù)據(jù)）存入主存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)在運(yùn)行程序時(shí)就能自動(dòng)地、連續(xù)地從存儲(chǔ)器中依次取出指令且執(zhí)行；而數(shù)據(jù)和指令都是以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的。

馮諾依曼計(jì)算機(jī)由五部分組成：

（1）輸入設(shè)備

? ? ? ? 輸入設(shè)備的主要功能是將程序和數(shù)據(jù)以機(jī)器所能識(shí)別和接收的信息形式輸入到計(jì)算機(jī)，例如：鍵盤、鼠標(biāo)、攝像機(jī)

（2）輸出設(shè)備

? ? ? ? 輸出設(shè)備的任務(wù)主要是將計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果以人們可以接收的形式和其他系統(tǒng)所要求的信息形式輸出，例如：顯示器，打印機(jī)。

（3）存儲(chǔ)器

? ? ? ?存儲(chǔ)器由主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器組成。cpu可以直接訪問的是主儲(chǔ)存器，主儲(chǔ)存器的工作方式是按照存儲(chǔ)單元的地址進(jìn)行存取的，這叫按照地址存取。

? ? ? ? 主存儲(chǔ)器：地址寄存器（MAR），數(shù)據(jù)寄存器（MDR），存儲(chǔ)體

? ? ? ? MAR：用于尋址，地址進(jìn)行編譯后找到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元，MAR和地址碼長度的長度是一致的，MAR有n位，則有2^n個(gè)存儲(chǔ)單元。

? ? ? ? MDR：用于暫存要從存儲(chǔ)器讀寫的信息，長度為存儲(chǔ)字長

（4）運(yùn)算器

? ? ? ? 運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)的執(zhí)行部件，用于進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算

（5）控制器

? ? ? ? 控制器由，程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、控制單元CU組成

? ? ? ? PC：用來存放當(dāng)前與執(zhí)行指令地址，具體自動(dòng)加1就可以得到下一條要執(zhí)行指令地址

? ? ? ? IR：用來存放當(dāng)前指令，內(nèi)容來自MDR

? ? 控制器的實(shí)質(zhì)就是解釋程序，它每次從存儲(chǔ)器中讀取一條指令，存入指令寄存器中，通過指令譯碼器進(jìn)行譯碼（分析），以確定應(yīng)該進(jìn)行什么操作，再由控制邏輯根據(jù)分析的結(jié)果（譯碼信號(hào)）產(chǎn)生一系列的控制信號(hào)（又稱為微命令），發(fā)向各個(gè)部件以控制它們執(zhí)行指令所規(guī)定的操作。連續(xù)不斷、有條不紊地繼續(xù)上述動(dòng)作，即所謂執(zhí)行程序。

因此，控制器的主要任務(wù)有兩項(xiàng)：一是按照程序要求，控制程序中指令的執(zhí)行順序；二是根據(jù)指令寄存器中的指令碼控制每一條指令的執(zhí)行。鑒于控制器的上述功能，它主要由微命令發(fā)生器和一些專用的寄存器組成。

馮·諾依曼機(jī)的主要特點(diǎn)包括：

1. 數(shù)字計(jì)算機(jī)的數(shù)制采用二進(jìn)制。

2. 計(jì)算機(jī)應(yīng)按照程序順序執(zhí)行。

3. 指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲(chǔ)器內(nèi)，并可按地址尋訪。

4. 指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制代碼表示，指令由操作碼和地址碼組成。操作碼表示操作性質(zhì)，地址碼表示操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的位置。

5. 指令在存儲(chǔ)器內(nèi)按順序存放，通常指令是順序執(zhí)行的，但在特定條件下，可根據(jù)運(yùn)算結(jié)果或設(shè)定條件改變執(zhí)行順序。

6. 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成，其中運(yùn)算器是中心，控制器通過控制線與各個(gè)部件通信。

????????現(xiàn)代計(jì)算機(jī)與馮·諾依曼機(jī)的區(qū)別在于，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)已經(jīng)發(fā)展為以存儲(chǔ)器為中心，使I/O操作盡可能地繞過CPU直接在設(shè)備和存儲(chǔ)器之間完成，以提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。這與馮·諾依曼機(jī)早期以運(yùn)算器為中心的設(shè)計(jì)有所不同。

????????另外，還有一些具體的存儲(chǔ)和架構(gòu)設(shè)計(jì)上的差異。例如，哈佛結(jié)構(gòu)是為了高速數(shù)據(jù)處理而采用的，因?yàn)榭梢酝瑫r(shí)讀取指令和數(shù)據(jù)（分開存儲(chǔ)的），大大提高了數(shù)據(jù)吞吐率，但結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。而通用微機(jī)指令和數(shù)據(jù)是混合存儲(chǔ)的，結(jié)構(gòu)簡單且成本低。

2.計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)的組成：硬件和軟件

???計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的五大層次結(jié)構(gòu)：微指令機(jī)器、機(jī)器語言機(jī)器、操作系統(tǒng)機(jī)器、匯編語言機(jī)器、高級(jí)語言機(jī)器

三種級(jí)別的語言和對(duì)應(yīng)程序：高級(jí)語言、匯編語言、機(jī)器語言（編譯程序和解釋程序）

我們編寫的高級(jí)語言需要被編譯程序或解釋程序翻譯成匯編語言或機(jī)器語言
??編譯程序：一次性將高級(jí)語言翻譯成機(jī)器語言程序，如整體翻譯（編譯語言：C、C++）
??解釋程序：一句一句將高級(jí)語言翻譯成機(jī)器語言程序，如同聲傳譯（解釋語言：JavaScript、Python、Shell）

3.計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

1.能在程序控制下自動(dòng)連續(xù)地工作

2.運(yùn)算速度快

3.運(yùn)算精度高

4.具有很強(qiáng)的幸喜存儲(chǔ)能力

5.通用性強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域廣

（1）機(jī)器字長

計(jì)算機(jī)進(jìn)行一次定點(diǎn)整數(shù)運(yùn)算所能處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，機(jī)器字長一般與計(jì)算機(jī)內(nèi)部的寄存器的大小是相等的。機(jī)器字長越長，可表示的數(shù)的范圍就越大，計(jì)算機(jī)的精度就越高；

（2）數(shù)據(jù)通路帶寬

指外部數(shù)據(jù)總線一次所能并行傳送信息的位數(shù)；

（3）主存容量

主存容量是指主存所能存儲(chǔ)信息的最大容量，可以字、字節(jié)等衡量，可用“字?jǐn)?shù) x 字長”表示存儲(chǔ)容量的大小；

第一章習(xí)題

1、完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該包括

A. 運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器
B. 外部設(shè)備和主機(jī)
C.主機(jī)和應(yīng)用程序
D. 配套的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)

答案：D

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件構(gòu)成的?

2. 馮?諾依曼機(jī)的基本工作方式是
A. 控制流驅(qū)動(dòng)方式
B. 多指令多數(shù)據(jù)流方式
C. 微程序控制方式
D. 數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)方式

答案：A

?馮?諾依曼機(jī)最主要的特征是采用”存儲(chǔ)系統(tǒng)“原理，是控制流驅(qū)動(dòng)的方式

3.下列是馮?諾依曼機(jī)工作方式的基本特點(diǎn)。
A. 多指令流單數(shù)據(jù)流
B. 按地址訪問并順序執(zhí)行指令
C. 堆棧操作
D. 存儲(chǔ)器按內(nèi)容選擇地址

?答案：B

馮?諾依曼機(jī)是按照內(nèi)存中存儲(chǔ)的程序順序的執(zhí)行指令，存儲(chǔ)程序的闡述答案B

4. 以下說法錯(cuò)誤的是（）。
A. 硬盤是外部設(shè)備
B. 軟件的功能與硬件的功能在邏輯上是等價(jià)的心
C. 硬件實(shí)現(xiàn)的功能一般比軟件實(shí)現(xiàn)具有更高的執(zhí)行速度
D. 軟件的功能不能用硬件取代

?答案：D

硬件和軟件在邏輯上都有等價(jià)性，很多在軟件上可以實(shí)現(xiàn)的功能在硬件上也可以實(shí)現(xiàn)，但是硬件實(shí)現(xiàn)的成本比較低，通常就優(yōu)先采用硬件實(shí)現(xiàn)

5. 存放當(dāng)前執(zhí)行指令的寄存器是（）。
A. MAR
B. PC
C. MDR
D. IR

?答案：D

IR是指令寄存器、PC是存放的下一條指令的地址、MAR用來存放預(yù)訪問的存儲(chǔ)單元地址，MDR存放從存儲(chǔ)單元取出來的數(shù)據(jù)

6. 在 CPU 中，跟蹤下一條要執(zhí)行的指令的地址的寄存器是（）。
A. PC
B. MAR
C. MDR
D.IR

?答案：A

解釋如上題所示

7. CPU 不包括（）
A. 地址寄存器
C. 地址譯碼器
B. 指令寄存器（IR）
D. 通用寄存器

?答案：C

地址譯碼器是主存的部分

8.MAR 和MDR 的位數(shù)分別為（)
A. 地址碼長度、存儲(chǔ)字長
C. 地址碼長度、地址碼長度
B. 存儲(chǔ)字長、存儲(chǔ)字長
D. 存儲(chǔ)字長、地址碼長度

答案：A

MAR是地址寄存器、MDR是數(shù)據(jù)寄存器，所以答案就顯而易見了

9. 在運(yùn)算器中，不包含（）。
A. 狀態(tài)寄存器 B. 數(shù)據(jù)總線
C. ALU? ? ? ? ? ??D. 地址寄存器

答案：D

地址寄存器是在CPU當(dāng)中的

10. 下列關(guān)于 CPU 存取速度的比較中，正確的是（)
A. Cache＞內(nèi)存＞寄存器
B. Cache>寄存器＞內(nèi)存
C. 寄存器>Cache＞內(nèi)存
D. 寄存器＞內(nèi)存>Cache

答案：C

寄存器在Cpu內(nèi)部是cpu訪問最快的，cache是用在寄存器和內(nèi)存之間的，內(nèi)存的訪問速度是最慢的。

11. 若一個(gè)8位的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以16 位來表示地址，則該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有（）個(gè)地址空間。
A. 256
B. 65535
C. 65536
D. 131072

答案:C

16 位來表示地址，也就是2^16個(gè)地址空間

2^16=65536

12.（） 是程序運(yùn)行時(shí)的存儲(chǔ)位置，包括所需的數(shù)據(jù)。
A. 數(shù)據(jù)通路
B. 主存
C. 硬盤
D. 操作系統(tǒng)

答案：B

13. 下列()屬于應(yīng)用軟件。
A. 操作系統(tǒng)
B. 編譯程序
C. 連接程序
D. 文本處理

答案：D

14.關(guān)于編譯程序和解釋程序，下列說法中錯(cuò)誤的是 ()
A. 編譯程序和解釋程序的作用都是將高級(jí)語言程序轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言程序
B. 編譯程序編譯時(shí)間較長，運(yùn)行速度較快
C.解釋程序方法較簡單，運(yùn)行速度也較快
D. 解釋程序?qū)⒃闯绦蚍g成機(jī)器語言，并且翻譯一條以后，立即執(zhí)行這條語句

答案：C

解釋程序要一邊翻譯一邊執(zhí)行速度較慢

15.可以在計(jì)算機(jī)中直接執(zhí)行的語言和用助記符編寫的語言分別是()
1. 機(jī)器語言 II. 匯編語言 II.高級(jí)語言 IV.操作系統(tǒng)原語 V.正則語言
A. II. III
B. II. IV
C.I、Ⅱ
D. I. V

答案：C

直接執(zhí)行的是機(jī)器語言，匯編語言用助記符編寫以便記憶

16.只有當(dāng)程序執(zhí)行時(shí)才將源程序翻譯成機(jī)器語言，并且一次只能翻譯一行語句，邊翻譯邊執(zhí)行的是（）程序，把匯編語言源程序轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器語言程序的過程是（）。
I. 編譯 II.目標(biāo) Ⅲ.匯編 IV. 解釋
A. Ⅰ、Ⅱ
в. IV、Ⅱ
C.IV、I
D. IV. Ⅲ

答案：D

17. 下列敘述中，正確的是（）
I. 實(shí)際應(yīng)用程序的測(cè)試結(jié)果能夠全面代表計(jì)算機(jī)的性能II. 系列機(jī)的基本特性是指令系統(tǒng)向后兼容IⅢ.軟件和硬件在邏輯功能上是等價(jià)的
A. II
B. III
C. II和Ⅲ
D. Ⅰ、II和Ⅲ

答案：C

比如浮點(diǎn)數(shù)可以通過浮點(diǎn)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)算也可以通過編寫程序計(jì)算。

18. 在CPU的組成中，不包括（）
A.運(yùn)算器
B. 存儲(chǔ)器
C.控制器
D. 寄存器

答案：B

中心處理器（CPU）由運(yùn)算器和控制器組成，運(yùn)算器和控制器中都內(nèi)置了寄存器

19.下列（）不屬于系統(tǒng)軟件。
A. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
C. 編譯程序
B. 操作系統(tǒng)
D. 以上3種都屬于系統(tǒng)程序

答案：A

20. 關(guān)于相聯(lián)存儲(chǔ)器，下列說法中正確的是
A. 只可以按地址尋址
B. 只可以按內(nèi)容尋址
C. 既可按地址尋址又可按內(nèi)容尋址
D. 以上說法均不完善

答案：C

21.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)可以分為6層，其層次之間的依存關(guān)系是()。
A. 上下層之間相互無關(guān)
B. 上層實(shí)現(xiàn)對(duì)下層的功能擴(kuò)展，而下層是實(shí)現(xiàn)上層的基礎(chǔ)
C. 上層實(shí)現(xiàn)對(duì)下層的擴(kuò)展作用，而下層對(duì)上層有限制作用
D. 上層和下層的關(guān)系是相互依存、不可分割的

答案：B

22.【2009統(tǒng)考真題】馮?諾依曼計(jì)算機(jī)中指令和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制形式存放在存儲(chǔ)器中，CPU區(qū)分它們的依據(jù)是用（）。
A. 指令操作碼的譯碼結(jié)果
B. 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式
C. 指令周期的不同階段
D. 指令和數(shù)據(jù)所在的存儲(chǔ)單元

答案：C

在取指令周期中是取出來的是指令，在執(zhí)行階段取出來的是數(shù)據(jù)

23. 【2016統(tǒng)考真題】 將高級(jí)語言源程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器級(jí)目標(biāo)代碼文件的程序是（）
A. 匯編程序
B.鏈接程序
C．編譯程序
D. 解釋程序

答案：C

具體的自己了解編譯程序翻譯程序解釋程序的定義

24.【2015統(tǒng)考真題】計(jì)算機(jī)硬件能夠直接執(zhí)行的是
I. 機(jī)器語言程序 II．匯編語言程序 II．硬件描述語言程序
A. 僅I
B. 僅I、II
C. 僅I、Ⅲ
D.I、Ⅱ、Ⅲ

答案：A

硬件可以直接執(zhí)行的只有機(jī)器語言（二進(jìn)制編碼）

25.【2019統(tǒng)考真題】下列關(guān)于馮，諾依曼計(jì)算機(jī)基本思想的敘述中，錯(cuò)誤的是（)
A. 程序的功能都通過中央處理器執(zhí)行指令實(shí)現(xiàn)
B. 指令和數(shù)據(jù)都用二進(jìn)制數(shù)表示，形式上無差別
C.指令按地址訪問，數(shù)據(jù)都在指令中直接給出
D.程序執(zhí)行前，指令和數(shù)據(jù)需預(yù)先存放在存儲(chǔ)器中

答案：C

數(shù)據(jù)和指令是在不同的指令周期中的，數(shù)據(jù)一般都是要事先存放在寄存器中的

26.【2022 統(tǒng)考真題】 將高級(jí)語言源程序轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行目標(biāo)文件的主要過程是（）。
A. 預(yù)處理一編譯一匯編一鏈接
B. 預(yù)處理一匯編一編譯一鏈接
C. 預(yù)處理一編譯一鏈接一匯編
D. 預(yù)處理一匯編一鏈接一編譯

答案：A

將源文件轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行文件的步驟分為四步：預(yù)處理一編譯一匯編一鏈接。

簡答題：

1、翻譯程序、匯編程序、編譯程序、解釋程序有什么差別？各自的特征是什么？

1. 翻譯程序：翻譯程序是一種更廣泛的術(shù)語，它涵蓋了將一種編程語言轉(zhuǎn)換為另一種編程語言的過程。這包括編譯程序和解釋程序。
2. 匯編程序：匯編程序是將匯編語言代碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言代碼的過程。匯編語言非常接近計(jì)算機(jī)硬件，因此匯編程序是翻譯程序的一種，通常用于優(yōu)化高級(jí)語言的程序代碼。
3. 編譯程序：編譯程序是一種將高級(jí)編程語言源代碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言（也稱為目標(biāo)代碼）的過程。一旦編譯完成，就可以直接運(yùn)行生成的可執(zhí)行文件。編譯過程通常包括詞法分析、語法分析、語義分析、中間代碼生成、優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成等階段。
4. 解釋程序：解釋程序是一種特殊類型的翻譯程序，它讀取源代碼并逐行解釋執(zhí)行。解釋程序沒有像編譯程序那樣的全局轉(zhuǎn)換階段，而是在讀取每一條語句時(shí)立即轉(zhuǎn)換并執(zhí)行。這使得解釋程序更容易編寫和理解，但通常比編譯程序的運(yùn)行速度慢。

2、計(jì)算機(jī)是由哪幾部分組成的？以那部分作為中心？

計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。從馮諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)來看，計(jì)算機(jī)的核心是存儲(chǔ)器；而從現(xiàn)代計(jì)算機(jī)來看，計(jì)算機(jī)的核心是中央處理器（CPU）。

3、不同級(jí)別的語言編寫的程序有什么區(qū)別？那種語言編寫的程序可以直接被硬件直接執(zhí)行？

機(jī)器語言和匯編語言與機(jī)器指令對(duì)應(yīng)，而高級(jí)語言不與指令直接對(duì)應(yīng)，具有較好的可移植性，其中機(jī)器語言可以被硬件直接執(zhí)行。

第2章：計(jì)算機(jī)中的信息表示

2.1.原碼、反碼、補(bǔ)碼、移碼定義、數(shù)據(jù)表示范圍

2.1.1、原碼

????????原碼是一種二進(jìn)制編碼方式，它直接將數(shù)值的二進(jìn)制形式轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼。原碼就是“未經(jīng)更改”的碼，當(dāng)一個(gè)二進(jìn)制數(shù)大于0時(shí)，符號(hào)位為0；二進(jìn)制數(shù)小于0時(shí)，符號(hào)位為1；二進(jìn)制數(shù)等于0時(shí)，符號(hào)位可以為0或1。

????????在計(jì)算機(jī)中，所有的數(shù)包括正數(shù)和負(fù)數(shù)都用0和1來表示，數(shù)字的正負(fù)號(hào)也用0和1表示。如果一個(gè)機(jī)器數(shù)字長是n位的話，約定最左邊一位用作符號(hào)位，其余n-1位用于表示數(shù)值。

????????[+1]原 = 0000 0001??[-1]原 = 1000 0001

????????[+11]原 = 0000 1011 [-11]原 = 1000 1011

2.1.2、反碼

????????反碼：是原碼的一種變形，對(duì)于正數(shù)，反碼與其原碼相同；對(duì)于負(fù)數(shù)，反碼是對(duì)原碼按位取反（即符號(hào)位不變，其他位取反）。反碼可以用于實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算，但還是不便于直接用于加減混合運(yùn)算。

反碼的表示方法是:

• 正數(shù)的反碼是其本身
• 負(fù)數(shù)的反碼是在其原碼的基礎(chǔ)上, 符號(hào)位不變，其余各個(gè)位取反.

? ? ? ? ?[+1] = [00000001]原 = [00000001]反

???????? [-1] = [10000001]原 = [11111110]反

2.1.3、補(bǔ)碼

??????補(bǔ)碼：?是計(jì)算機(jī)內(nèi)部用于表示數(shù)值的真正形式。對(duì)于負(fù)數(shù)，補(bǔ)碼是反碼加1；對(duì)于正數(shù)，補(bǔ)碼與其原碼相同。補(bǔ)碼在計(jì)算機(jī)中有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：首先，它使得加法和減法操作變得簡單統(tǒng)一；其次，它使得符號(hào)位可以參與運(yùn)算，從而簡化了計(jì)算機(jī)中的進(jìn)位和溢出處理。

補(bǔ)碼的表示方法是:

• 正數(shù)的補(bǔ)碼就是其本身
• 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是在其原碼的基礎(chǔ)上, 符號(hào)位不變, 其余各位取反, 最后+1. (即在反碼的基礎(chǔ)上+1)
• （[x]補(bǔ))全部相反+1=[-x]補(bǔ)

例如：X=-101011 , [X]原= 10101011 ，

????????????????[X]反=11010100，[X]補(bǔ)=11010101，[X]移=01010101

2.1.4、移碼

????????移碼是一種表示浮點(diǎn)數(shù)階碼的方法，其符號(hào)位用“1”表示正數(shù)，用“0”表示負(fù)數(shù)，數(shù)值部分與補(bǔ)碼相同。通常，移碼由1位符號(hào)位和n位數(shù)值位組成。在移碼中，正數(shù)的移碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的移碼是其原碼按位取反后加1。

????????移碼的一個(gè)特點(diǎn)是它可以使得浮點(diǎn)數(shù)的加法和減法運(yùn)算變得簡單統(tǒng)一。另外，移碼表示法也有利于浮點(diǎn)數(shù)的溢出判斷和表示。當(dāng)出現(xiàn)000…00時(shí)（表示-2^n），屬于浮點(diǎn)數(shù)下溢。

[+1] = [00000001]原 = [00000001]反 = [00000001]補(bǔ)= [10000001]移

[-1] = [10000001]原 = [11111110]反 = [11111111]補(bǔ)= [01111111]移

2.1.5、數(shù)據(jù)表示范圍

1. 無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)：00000000到11111111，即十進(jìn)制中的0到255。
2. 原碼：符號(hào)位+真數(shù)值，正數(shù)的符號(hào)位為0，負(fù)數(shù)的符號(hào)位為1。例如，+7的原碼為00000100，-7的原碼為10000100。因此，八位的原碼可以表示-127到+127的范圍。
3. 反碼：正數(shù)的反碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼是其原碼除符號(hào)位外各位取反。例如，+7的反碼為00000100，-7的反碼為11111011。因此，八位的反碼可以表示-127到+127的范圍。
4. 補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是其反碼加一。例如，+7的補(bǔ)碼為00000100，-7的補(bǔ)碼為11111100。因此，八位的補(bǔ)碼可以表示-128到+127的范圍。

? ? ? ????（特別的）[10000000]補(bǔ)=-128（這個(gè)是一個(gè)很特殊的計(jì)算，因?yàn)槲覀冎镭?fù)數(shù)的補(bǔ)碼是由反碼加一得來的所以要得到0000000只可以是1111111加一得來的所以說也就是在127的基礎(chǔ)上再加上一個(gè)1，加上符號(hào)位就是-128）

? ? ? ? [10000000]補(bǔ)=[11111111]反+1=-128

? ? ? ? 5.移碼：用來表示浮點(diǎn)數(shù)，符號(hào)位單獨(dú)占一位，緊隨其后的是指數(shù)和尾數(shù)（有效數(shù)字）。例如，+7的移碼為01000100，-7的移碼為11000100。因此，八位的移碼可以表示+32到-32的范圍。

2.2.指令的表示

? ? ? ? 指令的基本信息：

? ? ? ? 1.操作碼：該指令需要完成的操作

? ? ? ? 2.操作數(shù)的地址：待操作數(shù)的存放地址（包括寄存器地址、主存地址、內(nèi)存地址等）

? ? ? ? 3.操作結(jié)果存放地址：操作結(jié)果的存放地址

? ? ? ? 4.下一條操作碼地址（由PC給出）

? ? ? ? 地址碼結(jié)構(gòu)：

? ? ? ? 三地址指令：op是操作碼、A1、A2、A3分別表示操作數(shù)A1、A2的地址和結(jié)果存放的地址A3，也就是對(duì)A1、A2地址中的值進(jìn)行操作把結(jié)果存到A3的地址中。

op

A1

A2

A3

? ? ? ? 二地址指令：op是操作碼、A1、A2也就是把A2地址的值和A1地址的值進(jìn)行操作然后把操作出來的值存放到A1中。

????????????????????????(A1)OP(A2) -> (A1)

op

A1

A2

? ? ? ? 一地址指令

op

A1

? ? ? ? ? ? ? ? 一地址指令分為兩種形態(tài)，要根據(jù)操作數(shù)確定是哪一種？

? ? ? ? ? ? ? ? ①只有目的操作數(shù)的單操作數(shù)指令

? ? ? ? ? ? ? ? 也就是操作完這個(gè)操作數(shù)還把值存到當(dāng)前的地址上。也就是加1，減1操作

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?OP(A1) -> A1? ? ?

? ? ? ? ? ? ? ? ②隱含約定目的地址的雙操作數(shù)指令

? ? ? ? ? ? ? ? 操作數(shù)源地址A1和另一個(gè)操作數(shù)的隱含在CPU中累加器AC上，把運(yùn)算之后的結(jié)果還是會(huì)存放在累加器AC中

? ? ? ? ? ? ? ? （AC）OP(A1) -> AC? ??

????????零地址指令

op

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?零地址指令也有兩種可能：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?①不需要操作數(shù)的指令，如：空操作數(shù)指令、停機(jī)指令。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?②所需的操作數(shù)是隱含指定的。

? ? ? ? ? ? ? ??這種指令的操作數(shù)隱含在寄存器中，指令可直接訪問寄存器，也就是存在了堆棧匯中，由堆棧指針SP隱含指出，操作完的結(jié)果還是存在堆棧中。?

2.3.尋址方式

????????計(jì)算機(jī)組成尋址方式是指確定本條指令的操作數(shù)地址以及下一條將要執(zhí)行的指令地址的方法，與硬件結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，而且直接影響指令格式和指令功能?？梢苑譃橹噶顚ぶ泛蛿?shù)據(jù)尋址兩大類。

????????其中，指令尋址分為順序?qū)ぶ泛吞S尋址兩種。順序?qū)ぶ房赏ㄟ^程序計(jì)數(shù)器PC加1，自動(dòng)形成下一條指令的地址；跳躍尋址則通過轉(zhuǎn)移類指令實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)尋址種類較多，在指令字中必須設(shè)一字段來指明屬于哪一種尋址方式。

（立即尋址、直接尋址、寄存器尋址、間接尋址、寄存器間接尋址、基址或變址尋址、基址變址尋址、相對(duì)尋址、堆棧尋址） 有效地址

1.立即尋址：操作數(shù)就在指令中，緊跟在操作碼后面。執(zhí)行指令時(shí)，指令給出的是操作數(shù)的有效地址，而不是操作數(shù)本身。因此，CPU執(zhí)行該指令時(shí)，可直接從指令中取得操作數(shù)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是簡單、直觀、易于實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是指令的長度將隨操作數(shù)的長度而變化，從而影響了指令的長度和執(zhí)行速度。

????????在匯編語言中，指令“MOV AX, 1234H”就是立即尋址的一個(gè)實(shí)例。這里，“MOV”是操作碼，“AX”是目標(biāo)操作數(shù)，“1234H”是立即數(shù)。該指令將立即數(shù)“1234H”直接賦給寄存器“AX”。

2.直接尋址：操作數(shù)的有效地址EA（即有效地址EA）由指令給出。執(zhí)行指令時(shí)，CPU將指令中的形式地址A作為有效地址EA來訪問內(nèi)存單元。

???????實(shí)例（x86匯編）：MOV AX, [0023H]
????????解釋：這條指令將內(nèi)存地址0023H中的內(nèi)容移動(dòng)到AX寄存器中。

3.間接尋址：操作數(shù)的有效地址EA由內(nèi)存單元給出。執(zhí)行指令時(shí)，CPU首先從內(nèi)存單元中取出有效地址EA，然后再用該地址EA訪問內(nèi)存單元。

????????實(shí)例（x86匯編）：MOV AX, [BX]

????????解釋：這條指令將BX寄存器指向的內(nèi)存單元中的內(nèi)容移動(dòng)到AX寄存器中。

4.寄存器間接尋址：操作數(shù)的有效地址EA由寄存器給出。執(zhí)行指令時(shí)，CPU先從寄存器中取出有效地址EA，然后再用該地址EA訪問內(nèi)存單元。

????????實(shí)例（x86匯編）：MOV AX, [BX+SI]

????????解釋：這條指令將BX和SI寄存器的值相加，并將結(jié)果指向的內(nèi)存單元中的內(nèi)容移動(dòng)到AX寄存器中。

5.相對(duì)尋址：操作數(shù)的有效地址EA是程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容與某個(gè)變址寄存器的內(nèi)容之和。執(zhí)行指令時(shí)，CPU先將程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容加上某個(gè)變址寄存器的內(nèi)容，從而得到操作數(shù)的有效地址EA，然后再用該地址EA訪問內(nèi)存單元。

實(shí)例（x86匯編）：MOV AX, [OFFSET PROGRAM]

解釋：這條指令將OFFSET PROGRAM的地址加載到AX寄存器中，其中OFFSET PROGRAM是相對(duì)于當(dāng)前指令位置的一個(gè)標(biāo)簽或地址。

6.基址尋址：操作數(shù)的有效地址EA是基址寄存器和位移量之和。執(zhí)行指令時(shí)，CPU先將基址寄存器的內(nèi)容加上位移量，從而得到操作數(shù)的有效地址EA，然后再用該地址EA訪問內(nèi)存單元。

實(shí)例：MOV AX, [BX+DISP]

解釋：這條指令將BX寄存器中的值與DISP相加，并將結(jié)果指向的內(nèi)存單元中的內(nèi)容移動(dòng)到AX寄存器中。其中DISP可以是立即數(shù)、寄存器或表達(dá)式，用于指定相對(duì)于BX寄存器內(nèi)容的位移量。

7.變址尋址：操作數(shù)是變址寄存器的內(nèi)容加上某個(gè)位移量。執(zhí)行指令時(shí)，CPU先將變址寄存器的內(nèi)容加上某個(gè)位移量，從而得到操作數(shù)的有效地址EA，然后再用該地址EA訪問內(nèi)存單元。

實(shí)例：MOV AX, [BX+SI+DISP]

解釋：這條指令將BX、SI寄存器的值與DISP相加，并將結(jié)果指向的內(nèi)存單元中的內(nèi)容移動(dòng)到AX寄存器中。其中DISP可以是立即數(shù)、寄存器或表達(dá)式，用于指定相對(duì)于BX和SI寄存器內(nèi)容的位移量。

8.基址加變址尋址：這種方式的指令格式類似于前面的變址方式，所不同的是此處的變址寄存器的內(nèi)容不是直接加到指令給出的位移量上，而是加到另一個(gè)變址寄存器的值上。

實(shí)例（x86匯編）：MOV AX, [BX+DI+SI]

解釋：這條指令將BX、DI和SI寄存器的值相加，并將結(jié)果指向的內(nèi)存單元中的內(nèi)容移動(dòng)到AX寄存器中。

9.相對(duì)基址變址尋址：這種方式的指令格式類似于前面的相對(duì)尋址方式，所不同的是此處的變址寄存器的內(nèi)容不是直接加到程序計(jì)數(shù)器PC上，而是加到另一個(gè)變址寄存器的值上。

實(shí)例：MOV AX, [BX+DI+DISP]

解釋：這條指令將BX、DI寄存器的值與DISP相加，并將結(jié)果指向的內(nèi)存單元中的內(nèi)容移動(dòng)到AX寄存器中。其中DISP可以是立即數(shù)、寄存器或表達(dá)式，用于指定相對(duì)于BX和DI寄存器內(nèi)容的位移量。

10.堆棧尋址：堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其操作具有后進(jìn)先出（Last In First Out, LIFO）的特性。堆棧尋址方式就是按照堆棧的這種特性來訪問數(shù)據(jù)的一種方式。在堆棧中，最后一個(gè)進(jìn)入堆棧的元素位于堆棧的頂部，因此訪問堆棧中的元素時(shí)，總是從堆棧頂部開始訪問。

實(shí)例（x86匯編）：PUSH AX?或?POP AX

解釋：PUSH指令將AX寄存器的內(nèi)容壓入堆棧，而POP指令從堆棧頂部彈出內(nèi)容并將其放入AX寄存器中。

第二章習(xí)題

1、選擇題

1.(單選題,5.0分)下列對(duì)源碼、補(bǔ)碼和反碼敘述正確的是:
A.當(dāng)真值為正時(shí)，原碼和補(bǔ)碼的表示形式不同，但其符號(hào)位都用“0”表示。
B.三種機(jī)器數(shù)的最高位均為符號(hào)位。符號(hào)位和數(shù)值部分之間可用”"(對(duì)于小數(shù))和”，”(對(duì)于整數(shù))隔開。
C.全部正確。
D.當(dāng)真值為負(fù)時(shí),原碼、補(bǔ)碼和反碼的表示形式均相同,即符號(hào)位用“1"表示,數(shù)值部分和真值部分相同

答案：B

A選項(xiàng)錯(cuò)的很明顯當(dāng)真值為正的時(shí)候原碼和補(bǔ)碼是一樣的，D選項(xiàng)當(dāng)真值為負(fù)數(shù)，原碼和補(bǔ)碼是相反加一。

2.(單選題,5.0分)已知X=0.a1a2a3a4a5a6(ai為0或1)則當(dāng)X>1/2時(shí)ai應(yīng)取何值?
A.a1=1,a2-a6任意
B.a1=1,a2-a6至少有一個(gè)為1
C.a1-a6至少有一個(gè)為1
D.a1-a6任意

答案：B

小數(shù)點(diǎn)后的二進(jìn)制是1/2（n），所以只要第一位=1，后面的只要有一個(gè)一就可以大于1/2了

3.(單選題,5.0分)設(shè)x為真值,x*為絕對(duì)值,說明[-x*]補(bǔ)=[-x]補(bǔ)在什么時(shí)候成立
A.當(dāng)x為負(fù)數(shù)時(shí)成立
B.任何時(shí)候都成立
C.任何時(shí)候都不成立
D.當(dāng)x為正數(shù)時(shí)成立

答案：D

4.(單選題,5.0分)以下各類表示法中,無論表示正數(shù)還是負(fù)數(shù)，()的數(shù)值位永遠(yuǎn)都是其真值的絕對(duì)值。
A.原碼
B.反碼
C.補(bǔ)碼
D.移碼

答案：A

原碼的數(shù)值位永遠(yuǎn)是真值，第一位是符號(hào)位

5.(單選題，5.0分) 以下各類表示法中,引入( )的概念是為了消除減法操作。
A.移碼
B.原碼
C.反碼
D.補(bǔ)碼

答案：D

引入了補(bǔ)碼可以實(shí)現(xiàn)加法進(jìn)行減法計(jì)算。

6.(單選題,5.0分)在計(jì)算機(jī)中,以下選項(xiàng)屬于小數(shù)點(diǎn)的表示方法的是
A.無正確答案
B.定長表示
C.定點(diǎn)表示
D.變長表示

答案：C

7.(單選題,5.0分)當(dāng)真值用補(bǔ)碼表示時(shí),由于符號(hào)位和數(shù)值部分一起編碼,與習(xí)慣上的表示法不同,因此人們很難從補(bǔ)碼的形式上直接判斷其真值的大小,而采用移碼編碼時(shí)從代碼本身就可以看出真值的實(shí)際大小。以下給出了四種整數(shù)編碼的定義,其中是整數(shù)移碼定義的為()

答案：D

8.(單選題,5.0分)下列數(shù)中最小的數(shù)為
A.(01010101)二
B.(21)十
C.(40)八
D.(1A)十六

答案：B

A：轉(zhuǎn)化十進(jìn)制1+4+16+64

B： 21

C：4*8=32

D：1*16+11=27

9.(多選題,5.0分) 設(shè)x為整數(shù),x的真值為25,以下選項(xiàng)與x相等的有
A.補(bǔ)碼二進(jìn)制串為0.11001的數(shù)
B原碼二進(jìn)制串為1,11001的數(shù)
C反碼二進(jìn)制串為0,11001的數(shù)
D.原碼二進(jìn)制串為0,11001的數(shù)

答案：AD

10.(多選題,5.0分) 下列關(guān)于定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的敘述正確的是:
A.定點(diǎn)數(shù)在運(yùn)算規(guī)則、運(yùn)算速度及硬件成本方面優(yōu)于浮點(diǎn)數(shù)。
B.當(dāng)浮點(diǎn)機(jī)和定點(diǎn)機(jī)中數(shù)的位數(shù)相同時(shí),浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍比定點(diǎn)數(shù)的范圍大的多。
C.在溢出的判斷方法上,浮點(diǎn)數(shù)是對(duì)規(guī)格化數(shù)的階碼進(jìn)行判斷,而定點(diǎn)數(shù)是對(duì)數(shù)值本身進(jìn)行判斷。
D.浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算要分階碼部分和尾數(shù)部分,而且運(yùn)算結(jié)果都要求規(guī)格化,故浮點(diǎn)運(yùn)算步驟比定點(diǎn)運(yùn)算步驟多,運(yùn)算速度比定點(diǎn)運(yùn)算的低,運(yùn)算線路比定點(diǎn)運(yùn)算的復(fù)雜。

答案：ACD

11.(多選題,5.0分)以下關(guān)于機(jī)器數(shù)和真值的說法正確的是
A.把帶“+”或“”符號(hào)的數(shù)稱為真值。
B.把符號(hào)"數(shù)字化"的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)
C.把帶“+”或“”符號(hào)的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)
D.無正確答案

答案：AB

第3章：微體系結(jié)構(gòu)層——CPU組織

3.1 CPU的組成和功能

1.CPU的組成

? ? ? ? cpu主要由運(yùn)算器和控制器兩部分組成，如下圖所示：

????????運(yùn)算器由算術(shù)/邏輯運(yùn)算部件ALU、累加器ACC、寄存器B、暫存器TMP1、TMP2和程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSW組成。其中，ALU是核心部件，可實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，并處理位變量。累加器ACC用于向ALU提供操作數(shù)和存放運(yùn)算結(jié)果。寄存器B是專門為乘法和除法運(yùn)算設(shè)置的寄存器。程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSW用于保存ALU運(yùn)算結(jié)果的特征和處理狀態(tài)。

????????控制器由指令寄存器IR、指令譯碼器ID、定時(shí)及控制邏輯電路以及程序計(jì)數(shù)器PC等組成。程序計(jì)數(shù)器PC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，用于存放下一個(gè)要取指令的16位程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元的地址。指令寄存器IR保存當(dāng)前正在執(zhí)行的指令，指令內(nèi)容包含操作碼和地址碼兩部分。指令譯碼器ID對(duì)指令進(jìn)行譯碼，并形成相應(yīng)指令的微操作信號(hào)。定時(shí)與控制時(shí)微處理器的核心部件，其任務(wù)是控制取指令、執(zhí)行指令、存取操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果等操作，向其他部件發(fā)出各種微操作信號(hào)，協(xié)調(diào)各部件工作，完成指令的執(zhí)行。

? ? ? ? cpu的組成：控制器、算術(shù)邏輯部件、寄存器、cpu內(nèi)部總線

2.CPU的功能

? ? ? ? ①指令控制：CPU按照指令計(jì)數(shù)器中的指令地址從內(nèi)存儲(chǔ)器中取出指令，并對(duì)指令進(jìn)行譯碼，將指令中的操作碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號(hào)，再根據(jù)控制信號(hào)逐條完成操作碼指定的任務(wù)。

????????②操作控制：CPU根據(jù)指令的操作碼和操作數(shù)計(jì)算出相應(yīng)的控制信號(hào)，并將這些信號(hào)送往相應(yīng)的部件，控制這些部件完成指令的操作。

????????③時(shí)間控制：CPU通過定時(shí)器或時(shí)間計(jì)數(shù)器來控制指令的執(zhí)行順序和執(zhí)行時(shí)間，確保指令按照規(guī)定的順序和時(shí)間執(zhí)行。

????????④數(shù)據(jù)加工：CPU對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等操作，并將結(jié)果存儲(chǔ)回內(nèi)存或寄存器中。這些操作可以幫助CPU處理各種數(shù)據(jù)，包括輸入/輸出數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果等。

????????⑤中斷處理：CPU在執(zhí)行指令的過程中，如果出現(xiàn)異?；蛐枰幚砥渌录?#xff08;如輸入/輸出操作完成），則會(huì)產(chǎn)生中斷信號(hào)，CPU會(huì)暫停當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行，保存現(xiàn)場(chǎng)信息，轉(zhuǎn)去處理該中斷事件，處理完畢后再恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)并繼續(xù)執(zhí)行。

3.2 算術(shù)邏輯部件ALU和運(yùn)算方法

1.補(bǔ)碼減法電路

? ? ? ? 首先我們需要知道的是，在計(jì)算機(jī)硬件中是不可以直接的實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算的，所以在計(jì)算機(jī)中的減法都是通過補(bǔ)碼的加法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。

? ? ? ? 首先我們要先復(fù)習(xí)一下加減法手算是怎么進(jìn)行的。

? ? ? ? X=12，Y=8，我們需要進(jìn)行X-Y的計(jì)算，假設(shè)是八位二進(jìn)制數(shù)。

? ? ? ? 【X】=00001100

? ? ? ? 【Y】=00001000

? ? ? ? X-Y=【X】補(bǔ)+【Y取反+1】=【00001100】+【11110111+1】=【00000100】補(bǔ)= 4

????????

? ? ? ? 補(bǔ)碼的加減法電路首先通過sub信號(hào)控制加減法，如果是減法，就把傳入的值按位取反并且來自低位的信號(hào)加一，加法就可以直接把值傳入進(jìn)行運(yùn)算。

? ? ? ? 標(biāo)志位：

1. OF（溢出標(biāo)志）：當(dāng)進(jìn)行加法或減法運(yùn)算時(shí)，如果結(jié)果的符號(hào)與操作數(shù)的符號(hào)不同，那么就發(fā)生了溢出。OF標(biāo)志用于表示是否發(fā)生了溢出。例如，對(duì)于8位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示，如果最高位（符號(hào)位）為0，那么最大的正數(shù)是+127；如果最高位為1，那么最大的負(fù)數(shù)是-127。如果進(jìn)行加法或減法運(yùn)算的結(jié)果超出了這些范圍，那么就發(fā)生了溢出。
2. SF（符號(hào)標(biāo)志）：SF標(biāo)志用于表示結(jié)果的符號(hào)。如果SF=0，那么結(jié)果為正數(shù)；如果SF=1，那么結(jié)果為負(fù)數(shù)。
3. ZF（零標(biāo)志）：ZF標(biāo)志用于表示結(jié)果是否為0。如果ZF=1，那么結(jié)果為0；如果ZF=0，那么結(jié)果不為0。
4. CF（進(jìn)位標(biāo)志）：CF標(biāo)志用于表示是否有進(jìn)位或借位發(fā)生。在進(jìn)行加法或減法運(yùn)算時(shí)，如果最高位（符號(hào)位）有進(jìn)位或借位，那么CF標(biāo)志就被設(shè)置。

2.影響加法器運(yùn)算速度的關(guān)鍵因素——進(jìn)位傳遞延遲

????????影響加法器運(yùn)算速度的關(guān)鍵因素之一是進(jìn)位傳遞延遲。在加法運(yùn)算中，低位向高位的進(jìn)位需要一定的時(shí)間來傳播，這個(gè)時(shí)間就是進(jìn)位傳遞延遲。如果進(jìn)位傳遞延遲過長，就會(huì)影響加法器的運(yùn)算速度。因此，優(yōu)化進(jìn)位傳遞延遲是提高加法器性能的重要手段之一。

????????為了減小進(jìn)位傳遞延遲，可以采用多種技術(shù)。其中一種常用的技術(shù)是預(yù)計(jì)算進(jìn)位，即在每個(gè)加法操作之前，預(yù)先計(jì)算出所有可能的進(jìn)位，并將它們存儲(chǔ)在一個(gè)表格中。在進(jìn)行加法操作時(shí)，直接從表格中取出相應(yīng)的進(jìn)位值，從而避免了在運(yùn)算過程中進(jìn)行進(jìn)位計(jì)算和傳遞，大大提高了加法器的運(yùn)算速度。

? ? ?

????????根據(jù)Ci=AiBi+(Ai⊕Bi)Ci-1（邏輯表達(dá)式），我們可以設(shè)Gi=AiBi，Pi=Ai⊕Bi，則可以得到Ci=Gi+PiCi-1，一直拆分就可以不用知道前一位的進(jìn)位就可以知道Ci的值了就可以并行加法運(yùn)算，但是這樣子就會(huì)導(dǎo)致電子元件的增加

????????要是一直拆分就會(huì)越來越復(fù)雜

3.IEEE 754浮點(diǎn)格式

????????在IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)中，浮點(diǎn)數(shù)被表示為符號(hào)位、指數(shù)部分和尾數(shù)部分三部分組成。根據(jù)不同的位數(shù)，有單精度、雙精度、擴(kuò)展單精度和擴(kuò)展雙精度四種格式。

????????對(duì)于單精度格式（32位），符號(hào)位占1位，指數(shù)部分占8位，尾數(shù)部分占23位。對(duì)于雙精度格式（64位），符號(hào)位占1位，指數(shù)部分占11位，尾數(shù)部分占52位。在擴(kuò)展的單精度和雙精度格式中，指數(shù)部分和尾數(shù)部分的位數(shù)可以更多，分別滿足不同的精度要求。

????????

4.浮點(diǎn)數(shù)加減運(yùn)算——對(duì)階、尾數(shù)求和、規(guī)格化、判斷溢出（掌握【例3-12】）（綜合題）

首先我們需要知道的浮點(diǎn)數(shù)的計(jì)算過程：

1. 對(duì)階：讓兩個(gè)操作數(shù)階數(shù)相同，以便進(jìn)行加減。實(shí)現(xiàn)的方式是對(duì)較小數(shù)的尾數(shù)進(jìn)行右移操作。對(duì)階的原則是向高階看齊。計(jì)算公式為：當(dāng)結(jié)果大于0說明被加數(shù)（被減數(shù)）階數(shù)高，則對(duì)加數(shù)（減數(shù)）進(jìn)行移位對(duì)階。小于0則反之改變被加數(shù)（被減數(shù)）。
2. 尾數(shù)相加/相減：將兩個(gè)操作數(shù)的尾數(shù)相加或相減。值得注意的是，在IEEE754標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于規(guī)格化數(shù)來說在小數(shù)點(diǎn)前有一位隱藏位1，在加減過程中需要把它還原到尾數(shù)中。
3. 規(guī)格化：如果結(jié)果不為規(guī)格化數(shù)，則需要通過左規(guī)或右規(guī)將其變?yōu)橐?guī)格化數(shù)（尾數(shù)最高有效位的真值為1，或尾數(shù)符與最高有效位不等）。左規(guī)是將尾數(shù)左移，同時(shí)指數(shù)部分減1；右規(guī)則是將尾數(shù)右移，同時(shí)指數(shù)部分加1。
4. 舍入處理：根據(jù)舍入規(guī)則對(duì)結(jié)果進(jìn)行舍入處理。IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)定義了四種舍入規(guī)則：向最接近的值舍入、向下舍入、向上舍入和向最接近的值舍入但不超過該值。
5. 溢出判斷與處理：判斷結(jié)果是否溢出。如果溢出，則需要將結(jié)果表示為無窮大或NaN等特殊值。
6. 結(jié)果的符號(hào)：根據(jù)操作數(shù)的符號(hào)確定結(jié)果的符號(hào)。正數(shù)的符號(hào)為0，負(fù)數(shù)的符號(hào)為1。

【例3-12】

有兩個(gè)二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)X=0.110101B*?, Y=-0.101011B*?,計(jì)算X+Y.(浮點(diǎn)的格式為階碼4位、尾數(shù)8位，采用雙符號(hào)位補(bǔ)碼表示)

? ? ? ? 則把他們轉(zhuǎn)化位機(jī)器數(shù)如下所示：

????????????????

? ? ? ? 計(jì)算過程如下所示：

????????① 對(duì)階。求階差A(yù)E=［Ex］+［-EY］=1110+0001=1111B，即▲E=-1，表明X 的階碼蚊小。按對(duì)階規(guī)則，將Mx右移1 位，其階碼加1，得
????????????????［X]浮=11,11;00.011011B（用0舍1入法）
② 尾數(shù)求和。［Mx］+［My］=00.011011B+11.010101B=11.11000B。
③ 規(guī)格化及判溢出。結(jié)果尾數(shù)是非規(guī)格化的數(shù)（因?yàn)槲覀兯愠鑫矓?shù)的數(shù)值位的真值是010000B，最高有效位不是1），需左規(guī)。因此將結(jié)果尾數(shù)左移1位，階碼減1，得
????????????????????????［X+Y]浮?=11,10; 11.10000B

由于階碼的表示范圍為-4≤E≤3，而E(x+y)=10B=2，在范圍內(nèi)，因此結(jié)果不會(huì)溢出；或因階碼符號(hào)位為 11，表明無溢出。
④ 舍入。由于是左規(guī)，結(jié)果不需要舍入。
????????最后運(yùn)算結(jié)果的真值 X+Y=（-0.100000B）×2（-010B）

3.3 指令流水線

????????在指令流水線中，每條指令的處理過程被分為多個(gè)階段，例如取指、譯碼、執(zhí)行和寫回結(jié)果等。每個(gè)階段對(duì)應(yīng)一個(gè)電路單元，這些電路單元可以同時(shí)處理不同的指令。

????????指令流水線技術(shù)的應(yīng)用可以提高CPU的運(yùn)算速度，因?yàn)樗试S多條指令同時(shí)進(jìn)行操作，提高了各部件的利用率和指令的平均執(zhí)行速度。此外，流水線技術(shù)還要求所有指令在每個(gè)部件上執(zhí)行的時(shí)間是一樣的，這樣就可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)的重疊執(zhí)行，進(jìn)一步提高工作效率。

1.影響指令流水線的因素

1. 結(jié)構(gòu)相關(guān)（資源沖突）：由于多條指令在同一時(shí)刻爭(zhēng)用同一資源而形成的沖突。解決辦法包括后一相關(guān)指令暫停一周期和資源重復(fù)配置。
2. 數(shù)據(jù)相關(guān)（數(shù)據(jù)沖突）：在一個(gè)程序中，存在必須等前一條指令執(zhí)行完才能執(zhí)行后一條指令的情況，則這兩條指令即為數(shù)據(jù)相關(guān)。

? ? ? ? 解決辦法①包括把遇到數(shù)據(jù)相關(guān)的指令及其后續(xù)指令都暫停一至幾個(gè)時(shí)鐘周期，直到數(shù)據(jù)相關(guān)問題消失后再繼續(xù)執(zhí)行。②數(shù)據(jù)旁路技術(shù)：也就是在操作完數(shù)據(jù)以后就把數(shù)據(jù)存入到寄存器中，這樣就不需要等到寫回階段之后才可以拿到數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

1. 控制相關(guān)（控制沖突）：當(dāng)流水線遇到轉(zhuǎn)移指令和其他改變PC值的指令而造成斷流時(shí)，會(huì)引起控制相關(guān)。
2. 機(jī)器周期的設(shè)置：機(jī)器周期的設(shè)置也會(huì)影響指令流水線的性能。

?????????在指令流水線中把流水線操作分為取指、譯碼、執(zhí)行和寫回結(jié)果幾個(gè)階段，每個(gè)階段都會(huì)執(zhí)行一個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間，指令流水線操作的時(shí)鐘周期確定應(yīng)以各功能段的最長執(zhí)行時(shí)間為準(zhǔn)，否則用時(shí)較長的流水段的功能將不能正確完成，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失的情況發(fā)生。

2.流水線多發(fā)技術(shù)

????????流水線多發(fā)技術(shù)是指在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，產(chǎn)生更多條指令的結(jié)果。常見的多發(fā)技術(shù)有超標(biāo)量技術(shù)、超流水線技術(shù)和超長指令字技術(shù)。

????????超標(biāo)量技術(shù)通過配置多個(gè)功能部件，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)并發(fā)多條獨(dú)立指令，并通過編譯優(yōu)化技術(shù)將可并行執(zhí)行的指令配對(duì)起來。

????????超流水線技術(shù)將一個(gè)流水段進(jìn)行細(xì)分，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)將其分為三段，使一個(gè)功能部件在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)使用多次，從而提高流水線的速度。

????????超長指令字技術(shù)通過編譯程序挖掘出指令間的潛在并行性，將多條能并行操作的指令組合成一條具有多個(gè)操作碼字段的超長指令字，以提高指令執(zhí)行效率。

3.4 組合邏輯控制器原理

1.組合邏輯控制器的基本原理

????????根據(jù)指令譯碼器產(chǎn)生的指令信息、時(shí)序系統(tǒng)產(chǎn)生的機(jī)器周期信號(hào)和節(jié)拍信號(hào)、來自執(zhí)行單元的反饋信息即標(biāo)志，按時(shí)間的順序發(fā)送一系列微操作控制信號(hào)（前兩者是組合邏輯控制器中微操作控制信號(hào)形成的主要因素）。（簡答題）

????????組合邏輯控制器的基本原理是依據(jù)執(zhí)行過程中的操作碼、當(dāng)前指令所處的執(zhí)行步驟等輸入信號(hào)，用組合邏輯門電路直接、快速地形成并送出指令當(dāng)前執(zhí)行步驟要求的控制信號(hào)。與微程序控制器不同，組合邏輯控制器中的控制信號(hào)是由組合邏輯的門電路實(shí)現(xiàn)的，而不是存儲(chǔ)在控制存儲(chǔ)器中。

????????在組合邏輯控制器中，微程序控制器中的控制存儲(chǔ)器變成了時(shí)序控制信號(hào)形成部件，微程序控制器中的下地址形成部件變成了節(jié)拍發(fā)生器，而增加了指令譯碼器用于標(biāo)識(shí)每一條不同的指令。組合邏輯控制器通過這些邏輯部件，在執(zhí)行指令時(shí)生成一系列時(shí)序控制信號(hào)，控制指令的執(zhí)行。

????????在指令執(zhí)行過程中，組合邏輯控制器中的時(shí)序系統(tǒng)會(huì)提供周期、節(jié)拍和脈沖等時(shí)序信號(hào)，這些信號(hào)與各項(xiàng)操作相關(guān)，用于規(guī)定各項(xiàng)操作所需的時(shí)間段和時(shí)機(jī)。時(shí)序信號(hào)是計(jì)算機(jī)操作的時(shí)間標(biāo)志，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種操作的控制信號(hào)。

????????總的來說，組合邏輯控制器的基本原理是通過組合邏輯門電路和時(shí)序系統(tǒng)生成一系列控制信號(hào)，以控制指令的執(zhí)行過程。這種控制器具有速度快、結(jié)構(gòu)簡單、修改方便等優(yōu)點(diǎn)，但也有設(shè)計(jì)難度大、線路復(fù)雜的缺點(diǎn)。

3.5 微程序控制器原理

首先我們需要知道的三個(gè)概念：微指令、微程序、微操作

1. 微指令（Microinstruction）：微指令是機(jī)器指令轉(zhuǎn)換為一系列微操作的控制信號(hào)，通常包含操作碼和地址碼字段。微指令具有非常具體和細(xì)致的操作控制功能，能夠直接控制硬件實(shí)現(xiàn)各種基本的操作。
2. 微程序（Microprogram）：微程序是機(jī)器指令的轉(zhuǎn)換序列，由一系列微指令組成。微程序通過將機(jī)器指令轉(zhuǎn)換為一系列微指令來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器指令的精確控制。微程序控制器通過存儲(chǔ)器中的微程序表來執(zhí)行微指令序列，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器指令的執(zhí)行。
3. 微操作（Microoperation）：微操作是計(jì)算機(jī)中最小執(zhí)行單位，通常由一組控制信號(hào)來控制。在微程序控制器中，微操作是由微指令控制的，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)通路的各種基本操作。

1.微程序控制的基本原理（簡答題）

????????微程序控制的基本原理是將機(jī)器指令分解為基本的微命令序列，在制造CPU時(shí)固化在控制存儲(chǔ)器CM中，執(zhí)行一條機(jī)器指令時(shí)，CPU依次從CM中取出微指令產(chǎn)生微命令。一條微指令包含的微命令控制實(shí)現(xiàn)一步（一個(gè)節(jié)拍）操作，若干條微指令組成一小段微程序解釋執(zhí)行一條機(jī)器指令。執(zhí)行過程如下：

1. 根據(jù)計(jì)算機(jī)給出的第一條微指令的地址，從控制存儲(chǔ)器中取出第一條微指令。

2. 微指令由操作控制部分和順序控制部分組成。操作控制部分產(chǎn)生微操作控制信號(hào)，控制執(zhí)行部分完成規(guī)定的操作。順序控制部分中的直接順序控制部分放入微地址寄存器，順序控制部分的P字段和執(zhí)行部件反饋的狀態(tài)條件信息決定修改微地址寄存器中的值。

3. 按地址寄存器中的值從控制存儲(chǔ)器中取出下一條微指令，繼續(xù)第二步，如此循環(huán)，直到全部指令執(zhí)行完畢。

2.水平型微指令與垂直型微指令的區(qū)別

????????水平型微指令的特點(diǎn)是能夠定義并執(zhí)行多個(gè)并行操作的微指令。這種類型的微指令通常采用直接編碼、字段直接或間接編碼以及混合編碼的方式。在執(zhí)行一條機(jī)器指令所需的微指令數(shù)目方面，水平型微指令比垂直型微指令少，因此執(zhí)行速度更快。此外，水平型微指令的微程序結(jié)構(gòu)相對(duì)較短，但需要較長的微指令結(jié)構(gòu)來換取。

????????相比之下，垂直型微指令采用類似機(jī)器指令操作碼的方式，在微指令字中設(shè)置微操作碼字段，由微操作碼規(guī)定微指令的功能。垂直型微指令的并行操作能力較差，通常只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)微操作，控制1~2個(gè)信息傳送通路，效率較低，執(zhí)行一條機(jī)器指令所需的微指令數(shù)目多，執(zhí)行時(shí)間長。然而，垂直型微指令與機(jī)器指令相似，因此容易掌握和利用，編程比較簡單。

? ? ? ? 水平型微指令

? ? ? ? 垂直型微指令

3.微指令編碼方式（直接編碼法、分段直接編碼法）

? ? ?①直接編碼法（不譯法）：微指令操作控制字段的每一位都直接表示一個(gè)微命令，該位為“1”，表示執(zhí)行這個(gè)微命令。

????????這種方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，并行性強(qiáng)，無需譯碼，速度快。
? ? ? ? 缺點(diǎn)是微指令字長過長，n個(gè)微指令就要要求微指令的操作字段有n位，造成控存容量極大。

????????

? ? ? ? ②分段直接編碼法：將微指令的控制字段分成若干“段”，每段經(jīng)譯碼后發(fā)出控制信號(hào)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以縮短微指令字長。然而，需要通過譯碼電路后再發(fā)出微命令，因此比直接編碼方式慢。

????????

????????如上圖，(PC)->MAR和1->R這兩個(gè)微操作是可以并行的執(zhí)行的，所以我們把這兩個(gè)微操作放到不同的段里面，這兩個(gè)微操作在段內(nèi)會(huì)有與之相對(duì)應(yīng)的編碼，這個(gè)編碼經(jīng)過譯碼器的譯碼就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，并且這兩個(gè)的控制信號(hào)是并行的發(fā)出的。

(PC)->MAR和(PC)+1->PC這兩個(gè)微操作是互斥的，可以放到同一個(gè)段。

第5章：匯編語言

1.指令語句、偽指令語句的語句格式

????????指令語句，也稱為可執(zhí)行語句，是用于指導(dǎo)計(jì)算機(jī)執(zhí)行特定操作的語句。指令語句通常包括操作符和操作數(shù)，操作符指定要執(zhí)行的操作，而操作數(shù)指定參與操作的數(shù)據(jù)或變量。指令語句在程序執(zhí)行過程中被直接解釋或編譯成機(jī)器代碼，并由計(jì)算機(jī)硬件執(zhí)行。例如，在C語言中，賦值語句“a = b + c;”就是一個(gè)指令語句，它告訴計(jì)算機(jī)將變量b和c的值相加，并將結(jié)果存儲(chǔ)在變量a中。

????????偽指令語句是用于指導(dǎo)編程器或匯編器生成特定代碼的語句。它們不是直接指導(dǎo)計(jì)算機(jī)執(zhí)行操作的語句，而是通過指導(dǎo)編譯器或匯編器的行為來間接影響程序的執(zhí)行。偽指令語句通常用于定義程序的結(jié)構(gòu)、控制程序的流程、設(shè)置符號(hào)等。例如，在匯編語言中，偽指令“ORG 0x1000”用于指定程序代碼的起始地址為0x1000。

????????指令語句、偽指令語句都有相同的語句格式，包括4個(gè)字段

名字

操作符

操作數(shù)

；注釋

名字字段：用來標(biāo)記字段的名字，并且一定是用冒號(hào)“：”作為名字字段的結(jié)束符。

操作符字段：指令語句中。操作符如MOV、ADD、SUB等，表示程序在運(yùn)行時(shí)完成的功能。在偽指令語句中，數(shù)據(jù)定義指令DB、DW、DD，段定義偽指令SEGMENT，過程定義偽指令PROC。

操作數(shù)字段：本字段需要幾個(gè)操作數(shù)，多個(gè)操作數(shù)之間要用，進(jìn)行分隔。

注釋字段：用“；”進(jìn)行注釋，學(xué)過c、c++高級(jí)語言的應(yīng)該都知道的。

2.匯編語言程序結(jié)構(gòu)

①數(shù)據(jù)段

數(shù)據(jù)段用于存儲(chǔ)程序中靜態(tài)和全局變量的數(shù)據(jù)。
它通常包含初始化的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在程序開始執(zhí)行時(shí)就被加載到內(nèi)存中。
數(shù)據(jù)段通常被設(shè)置為只讀，以防止程序意外地修改這些數(shù)據(jù)。
?

②堆棧段

堆棧段用于存儲(chǔ)局部變量、函數(shù)調(diào)用的返回地址以及程序中的臨時(shí)數(shù)據(jù)。
堆棧是一個(gè)后進(jìn)先出（LIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，最后一個(gè)進(jìn)入堆棧的元素將是第一個(gè)出來的。
堆棧的增長和縮小通常由匯編語言中的PUSH和POP指令控制。
?

③代碼段

代碼段用于存儲(chǔ)程序的指令。
它包含程序開始執(zhí)行時(shí)需要執(zhí)行的機(jī)器代碼。
代碼段通常被設(shè)置為只讀，以防止程序意外地修改其指令。

下面是一個(gè)最簡單的x8086的匯編語言程序的實(shí)例：

；數(shù)據(jù)段	
DATAS SEGMENT    STRING DB 'Hello, World!',13,10,'$'  ; 定義字符串常量，其中13代表回車，10代表換行（Line Feed），'$'代表字符串結(jié)束符    DATAS ENDS      
；代碼段    CODES SEGMENT    ASSUME CS:CODES, DS:DATAS  ; 假設(shè)代碼段寄存器為CODES，數(shù)據(jù)段寄存器為DATAS    START:      MOV AX, DATAS  ; 將DATAS段的地址賦值給AX寄存器    MOV DS, AX  ; 將AX寄存器的值賦值給DS數(shù)據(jù)段寄存器，初始化數(shù)據(jù)段寄存器    LEA DX, STRING ; 將字符串STRING的偏移地址加載到DX寄存器中    MOV AH, 9  ; 將9賦值給AH寄存器，代表使用DOS中斷21H的9號(hào)功能，用于在屏幕上顯示字符串    INT 21H  ; 調(diào)用DOS中斷21H，執(zhí)行相應(yīng)的功能    MOV AH, 4CH  ; 將4CH賦值給AH寄存器，代表使用DOS中斷21H的4CH號(hào)功能，用于退出程序    INT 21H  ; 調(diào)用DOS中斷21H，執(zhí)行退出程序的功能    CODES ENDS      END START  ; 匯編程序結(jié)束，從START標(biāo)簽開始執(zhí)行  

3.程序設(shè)計(jì)（分支、循環(huán)，掌握【例題5-10】）（綜合題）??

①順序結(jié)構(gòu)

????????順序結(jié)構(gòu)是最簡單的程序結(jié)構(gòu)，它按照指令的順序逐條執(zhí)行。在x86匯編語言中，順序結(jié)構(gòu)由一系列指令組成，按照它們?cè)诖a段中的順序執(zhí)行。沒有條件或跳轉(zhuǎn)指令中斷程序的正常執(zhí)行流程。

例如：

MOV AX, 10 ; 將10移入AX寄存器

ADD AX, 5 ; 將5加到AX寄存器上

????????在這個(gè)例子中，兩條指令按照它們?cè)诖a中的順序執(zhí)行，首先是將10移入AX寄存器，然后是將5加到AX寄存器上。

常用指令

1. MOV：移動(dòng)指令。用于將數(shù)據(jù)從一個(gè)位置復(fù)制到另一個(gè)位置。

   例如：MOV AX, [BX]?將內(nèi)存地址為BX的內(nèi)容復(fù)制到AX寄存器中。

2. LEA：加載有效地址指令。用于將操作數(shù)的有效地址加載到寄存器中。

   例如：LEA BX, [AX]?將AX寄存器的值作為偏移量加載到BX寄存器中。

3. ADD：加法指令。用于將兩個(gè)操作數(shù)相加，并將結(jié)果存儲(chǔ)在目標(biāo)操作數(shù)中。

   例如：ADD AX, BX?將BX寄存器的值加到AX寄存器的值上，并將結(jié)果存儲(chǔ)在AX中。

4. SUB：減法指令。用于從第一個(gè)操作數(shù)中減去第二個(gè)操作數(shù)，并將結(jié)果存儲(chǔ)在目標(biāo)操作數(shù)中。

   例如：SUB AX, BX?從AX寄存器的值中減去BX寄存器的值，并將結(jié)果存儲(chǔ)在AX中。

5. TEST：測(cè)試指令。用于對(duì)操作數(shù)執(zhí)行按位與運(yùn)算，并根據(jù)結(jié)果設(shè)置標(biāo)志位。

   例如：TEST AX, BX?將AX和BX執(zhí)行按位與運(yùn)算，并根據(jù)結(jié)果設(shè)置標(biāo)志位。

6. CMP：比較指令。用于比較兩個(gè)操作數(shù)，并根據(jù)結(jié)果設(shè)置標(biāo)志位。

   例如：CMP AX, BX?比較AX和BX的值，并根據(jù)結(jié)果設(shè)置標(biāo)志位。

7. DEC：遞減指令。用于將操作數(shù)的值減1。

   例如：DEC BX?將BX寄存器的值減1。

8. INC：遞增指令。用于將操作數(shù)的值加1。

   例如：INC BX?將BX寄存器的值加1。

9. AND：按位與指令。用于對(duì)操作數(shù)執(zhí)行按位與運(yùn)算，并將結(jié)果存儲(chǔ)在目標(biāo)操作數(shù)中。例如：AND AX, BX?將AX和BX執(zhí)行按位與運(yùn)算，并將結(jié)果存儲(chǔ)在AX中。

10. XOR：按位異或指令。用于對(duì)操作數(shù)執(zhí)行按位異或運(yùn)算，并將結(jié)果存儲(chǔ)在目標(biāo)操作數(shù)中。

????????例如：XOR AX, BX?將AX和BX執(zhí)行按位異或運(yùn)算，并將結(jié)果存儲(chǔ)在AX中。

? ? 11.OR：按位或指令。用于對(duì)操作數(shù)執(zhí)行按位或運(yùn)算，并將結(jié)果存儲(chǔ)在目標(biāo)操作數(shù)中。

????????例如：OR AX, BX?將AX和BX執(zhí)行按位或運(yùn)算，并將結(jié)果存儲(chǔ)在AX中。

? ? 12.SHL?和?SAL：左移指令。SHL將操作數(shù)的位向左移動(dòng)指定的位數(shù)，SAL等價(jià)于SHL 1。

????????例如：SHL BX, 2?將BX寄存器的值向左移動(dòng)2位。

????13.SHR?和?SAR：右移指令。SHR執(zhí)行算術(shù)右移（保持符號(hào)位），SAR執(zhí)行邏輯右移（復(fù)制符號(hào)位）。

????????例如：SHR BX, 2?將BX寄存器的值向右移動(dòng)2位并保持符號(hào)位不變（算術(shù)右移）。

②分支結(jié)構(gòu)

????????分支結(jié)構(gòu)允許程序根據(jù)某個(gè)條件改變執(zhí)行流程。在x86匯編語言中，分支結(jié)構(gòu)通常使用跳轉(zhuǎn)指令（如JMP）來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)條件的不同，程序可以跳轉(zhuǎn)到代碼段中的不同位置。

例如：

CMP AX, 15 ; 比較AX寄存器和15

JE Label ; 如果AX等于15，則跳轉(zhuǎn)到Label標(biāo)簽處

????????在這個(gè)例子中，CMP指令將AX寄存器的值與15進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果設(shè)置標(biāo)志位。JE指令檢查零標(biāo)志位（ZF），如果ZF被設(shè)置（即AX等于15），則程序跳轉(zhuǎn)到Label標(biāo)簽處。

常用指令：

1.JMP：無條件跳轉(zhuǎn)指令。用于將程序的執(zhí)行流無條件地跳轉(zhuǎn)到指定的地址處執(zhí)行。

????????例如：JMP [BX]?將程序的執(zhí)行流跳轉(zhuǎn)到內(nèi)存地址為BX處執(zhí)行。

2.JC, JNC, JE/JZ, JS, JNS, JO, JNO, JP/JPE, JNP/JPO：條件跳轉(zhuǎn)指令。根據(jù)特定的條件標(biāo)志（如零標(biāo)志、進(jìn)位標(biāo)志、符號(hào)標(biāo)志等）進(jìn)行有條件的跳轉(zhuǎn)。這些指令分別表示“進(jìn)位時(shí)跳轉(zhuǎn)”、“非進(jìn)位時(shí)跳轉(zhuǎn)”、“相等/零時(shí)跳轉(zhuǎn)”、“負(fù)數(shù)時(shí)跳轉(zhuǎn)”、“正數(shù)時(shí)跳轉(zhuǎn)”、“溢出時(shí)跳轉(zhuǎn)”、“非溢出時(shí)跳轉(zhuǎn)”、“奇偶校驗(yàn)時(shí)跳轉(zhuǎn)”和“非奇偶校

③循環(huán)結(jié)構(gòu)

????????循環(huán)結(jié)構(gòu)允許程序重復(fù)執(zhí)行一段代碼，直到滿足某個(gè)終止條件。在x86匯編語言中，循環(huán)結(jié)構(gòu)通常使用LOOP指令實(shí)現(xiàn)。LOOP指令根據(jù)CX寄存器的值來控制循環(huán)的次數(shù)。

例如：

MOV CX, 10 ; 將10移入CX寄存器

LOOPE Label ; 如果CX不為0且ZF被設(shè)置（即CX大于0且上次循環(huán)的ZF被清除），則跳轉(zhuǎn)到Label標(biāo)簽處

????????在這個(gè)例子中，MOV指令將10移入CX寄存器，作為循環(huán)的次數(shù)。LOOPE指令檢查CX的值和零標(biāo)志位（ZF）。如果CX不為0且ZF被設(shè)置（即CX大于0且上次循環(huán)的ZF被清除），則程序跳轉(zhuǎn)到Label標(biāo)簽處，并繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)體中的代碼。當(dāng)CX變?yōu)?時(shí)，循環(huán)結(jié)束。

DATA     SEGMENT  // 定義一個(gè)數(shù)據(jù)段    
NUM      DB   ?  // 定義一個(gè)字節(jié)大小的變量NUM，?表示其值尚未確定    
DA1       DB    2,-3,-4,-5,34,-4,0,3,4,24,-8  // 定義一個(gè)字節(jié)數(shù)組DA1，其包含了11個(gè)元素    
COUNT   EQU    $ - DA1  // 定義COUNT為DA1的長度（$代表當(dāng)前位置，因此$ - DA1就是DA1的長度）    
DATA      ENDS  // 數(shù)據(jù)段結(jié)束    STAK1   SEGMENT  PARA   STACK   // 定義一個(gè)堆棧段    DW 20H   DUP(0)     // 分配20H（32字節(jié)）的空間，并初始化為0    
STAK1   ENDS   // 堆棧段結(jié)束    CODE    SEGMENT                      // 定義一個(gè)代碼段    ASSUME    CS:CODE,DS:DATA,SS:STAK1  // 設(shè)定段寄存器：CS指向CODE，DS指向DATA，SS指向STAK1    BEING:   MOV   AX,DATA             // 將DATA段的地址加載到AX寄存器中    MOV   DS,AX              // 將AX的值加載到DS寄存器中，DS是數(shù)據(jù)段寄存器    MOV   SI, OFFSET DA1 // 將DA1的偏移地址加載到SI寄存器中，SI是源索引寄存器    XOR    BL, BL // BL寄存器清零，BL將用于計(jì)算負(fù)數(shù)的數(shù)量    
EXCHANG:  MOV   AL,[SI] // 將SI指向的內(nèi)存地址的值加載到AL寄存器中    XOR     AL,[SI+1] // 將AL中的值與SI+1指向的內(nèi)存地址的值進(jìn)行異或操作    TEST    AL,80H             // 測(cè)試AL寄存器的最高位是否為1，如果是則說明AL中的數(shù)是負(fù)數(shù)    JE        NEXT // 如果最高位不是1（即JE判斷為相等），則跳轉(zhuǎn)到NEXT標(biāo)簽處執(zhí)行    INC      BL                // 如果AL是負(fù)數(shù)，BL加1    
NEXT: INC      SI              // SI加1，指向下一個(gè)元素    LOOP EXCHANG // 循環(huán)執(zhí)行EXCHANG標(biāo)簽處的代碼，直到遍歷完所有元素    MOV NUM, BL // 將BL的值（負(fù)數(shù)的個(gè)數(shù)）存儲(chǔ)到NUM變量中    MOV  AH, 4CH // 將4CH加載到AH寄存器中，4CH是DOS系統(tǒng)中結(jié)束程序的調(diào)用代碼    INT     21H // 通過軟中斷21H調(diào)用DOS系統(tǒng)服務(wù)，結(jié)束程序運(yùn)行    CODE      ENDS                     // 代碼段結(jié)束    END     BEING // 程序結(jié)束，返回到BEGIN標(biāo)簽處

第6章：存儲(chǔ)系統(tǒng)

博主正在努力整理中請(qǐng)稍等~~~~

1.存儲(chǔ)器的主要功能、層次結(jié)構(gòu)

????????存儲(chǔ)器的功能：存儲(chǔ)器的主要功能是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和指令，并在需要時(shí)提供快速訪問。存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)是為了滿足計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)速度、容量和價(jià)格的需求而發(fā)展起來的。

? ? ? ? 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)：? ??

1. CPU寄存器：這是存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)的最內(nèi)層，直接與CPU相連，訪問速度最快，但容量非常有限。CPU寄存器用于保存CPU當(dāng)前執(zhí)行的指令和數(shù)據(jù)。
2. 高速緩存（Cache）：高速緩存是位于CPU和主存儲(chǔ)器之間的一層存儲(chǔ)器，用于解決CPU和主存儲(chǔ)器之間速度不匹配的問題。高速緩存利用局部性原理，將CPU頻繁訪問的數(shù)據(jù)和指令緩存到離CPU更近的位置，以減少訪問主存儲(chǔ)器的次數(shù)，從而提高系統(tǒng)的性能。
3. 主存儲(chǔ)器（Main Memory）：主存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)主要部件，用于保存進(jìn)程運(yùn)行時(shí)的程序和數(shù)據(jù)。CPU的控制部件只能從主存儲(chǔ)器中取得指令和數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)能夠從主存儲(chǔ)器中讀取并裝入到寄存器中，或者從寄存器存入到主存儲(chǔ)器。CPU與外圍設(shè)備交換的信息一般也依托于主存儲(chǔ)器地址空間。
4. 磁盤存儲(chǔ)：磁盤存儲(chǔ)是一種輔助存儲(chǔ)器，用于長期保存大量數(shù)據(jù)。磁盤存儲(chǔ)器的容量比主存儲(chǔ)器大得多，但訪問速度較慢。
5. 固定磁盤和可移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)：固定磁盤是一種永久性的存儲(chǔ)介質(zhì)，而可移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)則可以隨時(shí)取出或更換。它們主要用于數(shù)據(jù)的長期保存和備份。

? ? ? ? 存儲(chǔ)器按照存取方式分類：

1. 隨機(jī)存儲(chǔ)器（Random Access Memory，RAM）：任何存儲(chǔ)單元的內(nèi)容都能被隨機(jī)存取，且存取時(shí)間和存儲(chǔ)單元的物理位置無關(guān)。RAM是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的主要存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，并且允許對(duì)其進(jìn)行讀寫操作。
2. 順序存儲(chǔ)器（Sequential Access Memory，SAM）：只能按某種順序來存取，存取時(shí)間和存儲(chǔ)單元的物理位置有關(guān)。SAM通常用于存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，如磁帶或線性磁帶文件。
3. 直接存取存儲(chǔ)器（Direct Access Storage，DAM）：既有隨機(jī)存取特性，也有順序存取特性。DAM先直接選取信息所在區(qū)域，然后按順序方式進(jìn)行存取。這種存儲(chǔ)器通常用于大型數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)。
4. 只讀存儲(chǔ)器（ROM）是一種只能讀取數(shù)據(jù)而不能寫入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)一旦寫入ROM后，就無法更改，除非重新寫入新的數(shù)據(jù)。ROM的特點(diǎn)是存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，并且結(jié)構(gòu)較簡單，使用方便。因此，ROM常用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，如BIOS、固件等。

? ? ? ??

2.存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展（地址分配）（綜合題）

? ? ? ? ①位擴(kuò)展：位擴(kuò)展相當(dāng)于將兩個(gè)存儲(chǔ)芯片用相同的地址線接入，這意味著數(shù)地址線的數(shù)目只和芯片的存儲(chǔ)單元有關(guān)，芯片每一次讀寫的數(shù)據(jù)字長又和數(shù)據(jù)線的數(shù)目有關(guān)。當(dāng)CPU訪問存儲(chǔ)單元時(shí)候，每一個(gè)芯片的同樣位置上的存儲(chǔ)單元被選中，并分別輸出四位數(shù)據(jù)到不同的數(shù)據(jù)線上。這種方式可以擴(kuò)大存儲(chǔ)器的位數(shù)，但存儲(chǔ)單元的數(shù)目不變，每個(gè)單元的位數(shù)增加。

? ? ? ? ②字?jǐn)U展：字?jǐn)U展是通過增加存儲(chǔ)字的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展。例如，使用1K4的存儲(chǔ)芯片，可以通過字?jǐn)U展成為1K8的存儲(chǔ)芯片。這種方式可以增加存儲(chǔ)字的數(shù)量，但每個(gè)存儲(chǔ)單元的位數(shù)不變。

? ? ? ? ③字位擴(kuò)展：字位擴(kuò)展是同時(shí)進(jìn)行字?jǐn)U展和位擴(kuò)展的存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展方式。通過先進(jìn)行位擴(kuò)展，滿足位要求的芯片再使用字?jǐn)U展，對(duì)芯片進(jìn)行擴(kuò)展。例如，使用1K4位的芯片可以擴(kuò)充成為4K8位的芯片。這種方式可以同時(shí)增加存儲(chǔ)器的位數(shù)和字的數(shù)量。

3.DRAM刷新方式

? ? ? ? DRAM和SRAM的區(qū)別：?? ? ?

????????因?yàn)镈RAM是采用的電容的方式存儲(chǔ)的信息所以在一段時(shí)間內(nèi)我們就必須要對(duì)DRAM寄存器進(jìn)行刷新，不然會(huì)有寄存器的數(shù)據(jù)丟失。

? ? ? ? DRAM刷新也就是讀取出一行的數(shù)據(jù)，然后再寫回去，所以一次刷新操作占用一個(gè)讀寫周期。

? ? ? ? DRAM的刷新方式分類：

1. 集中刷新：在規(guī)定的一個(gè)刷新周期內(nèi)，對(duì)全部存儲(chǔ)單元集中一段時(shí)間逐行進(jìn)行刷新。這種方式在刷新過程中需要停止讀/寫操作，存在“死區(qū)”。以一個(gè)128×128的矩陣存儲(chǔ)芯片為例，存儲(chǔ)周期為0.5μs，刷新周期為2ms。一個(gè)刷新周期內(nèi)需要刷新128行，每行刷新的時(shí)間為0.5μs，所以全部刷新的時(shí)間為128×0.5μs=64μs。在刷新周期內(nèi)，不能進(jìn)行讀寫操作，因此這段時(shí)間被稱為“死區(qū)”，死區(qū)的時(shí)間占比為128÷4000×100%=3.2%。
2. 分散刷新：將每行存儲(chǔ)單元的刷新分散到每個(gè)存儲(chǔ)周期內(nèi)完成，即將刷新時(shí)間分散到每個(gè)讀寫周期中。這種方式可以避免“死區(qū)”，但會(huì)延長存取周期，降低整個(gè)系統(tǒng)的速度。
3. 異步刷新：結(jié)合了集中刷新和分散刷新的特點(diǎn)，將刷新分散到多個(gè)讀/寫周期中完成，充分利用了最大刷新間隔為2ms的特點(diǎn)，既縮短了“死區(qū)”，又充分利用了整個(gè)系統(tǒng)的性能。

4.程序訪問的局部性原理

????????程序訪問的局部性原理，也稱為局部引用原理，是指程序在執(zhí)行過程中，對(duì)數(shù)據(jù)的訪問往往呈現(xiàn)出某種局部性特征，即在一個(gè)較短的時(shí)間間隔內(nèi)，程序?qū)㈩l繁地訪問存儲(chǔ)器中的某個(gè)局部區(qū)域的數(shù)據(jù)，而不是訪問整個(gè)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。這種局部性特征主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 時(shí)間局部性：如果一個(gè)數(shù)據(jù)被訪問，那么在不久的將來，這個(gè)數(shù)據(jù)可能會(huì)再次被訪問。這是因?yàn)槌绦蛑写嬖诖罅康难h(huán)和遞歸等重復(fù)操作的代碼。
2. 空間局部性：如果一個(gè)數(shù)據(jù)被訪問，那么與這個(gè)數(shù)據(jù)相鄰的數(shù)據(jù)也可能會(huì)被訪問。這是因?yàn)槌绦蛑泻芏嗖僮鞫际菍?duì)數(shù)組、結(jié)構(gòu)體等連續(xù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

利用程序訪問的局部性原理，可以采取一些優(yōu)化措施來提高程序的執(zhí)行效率，例如：

1. 緩存技術(shù)：將頻繁訪問的數(shù)據(jù)緩存在高速緩存中，以減少對(duì)主存的訪問次數(shù)。
2. 預(yù)取技術(shù)：在程序執(zhí)行過程中，提前將即將被訪問的數(shù)據(jù)從主存中讀入到高速緩存中。
3. 塊交換技術(shù)：將一組連續(xù)的數(shù)據(jù)作為一個(gè)塊進(jìn)行交換，以減少訪問不同塊數(shù)據(jù)時(shí)的開銷。
4. 分頁和分段技術(shù)：將主存劃分為多個(gè)頁面或段，每個(gè)頁面或段的大小與高速緩存的大小相匹配，以充分利用高速緩存的空間。

? ? ? ? 也就是為什么會(huì)有虛擬內(nèi)存的引入，就是要把大的程序分開的放入內(nèi)存中，因?yàn)閮?nèi)存是不夠使用的如果是很大的程序的話。

5.Cache的地址映射方式

全相聯(lián)映射：主存塊可以放在 Cache 的任意位置。

直接映射：每個(gè)主存塊只能放到一個(gè)特定的位置：
Cache塊號(hào) = 主存塊號(hào) % Cache總塊數(shù)

組相聯(lián)映射：Cache塊分為若干組，每個(gè)主存塊可放到特定分組中的任意一個(gè)位置： 組號(hào) = 主存塊號(hào) % 分組數(shù)

（一）、全相聯(lián)映射（隨意放）

CPU 訪問主存地址 1…1101001110：
①主存地址的前22位，對(duì)比Cache中所有塊的標(biāo)記；
②若標(biāo)記匹配且有效位=1，則Cache命中，訪問塊內(nèi)地址為 001110 的單元。
③若未命中或有效位 = 0，則正常訪問主存。

（二）、直接映射（只能放固定位置）

直接映射，主存塊在Cache中的位置 = 主存塊號(hào) % Cache總塊數(shù)。

若 Cache總塊數(shù) =2^n則主存塊號(hào)末尾n位直接反映它在Cache 中的位置。將主存塊號(hào)的其余位作為標(biāo)記即可。

此時(shí)主存地址為：

CPU 訪問主存地址 0…01000 001110 ：
①根據(jù)主存塊號(hào)的后 3位確定Cache行 。
②若主存塊號(hào)的前 19 位與Cache標(biāo)記匹配且有效位=1，則Cache命中，訪問塊內(nèi)地址為 001110 的單元。
③若未命中或有效位=0，則正常訪問主存。

（三）、組相聯(lián)映射（可放到特定分組）

n 路組相聯(lián)映射 —— n塊為一組

eg：2路組相聯(lián)映射——2塊為一組

組相聯(lián)映射，所屬分組 = 主存塊號(hào) %分組數(shù)

CPU 訪問主存地址1…1101001110 ：
①根據(jù)主存塊號(hào)的后 2位確定所屬分組號(hào)。
②若主存塊號(hào)的前20位與分組內(nèi)的某個(gè)標(biāo)記匹配且有位=1， 則Cache命中，訪問塊內(nèi)地址為 001110的單元。
③若未命中或有效位=0，則正常訪問主存。

第7章：輸入/輸出系統(tǒng)

1.程序中斷方式與DMA方式的主要區(qū)別（簡答題）

????????

?????????雖然中斷驅(qū)動(dòng)方式解決了程序直接控制方式的問題，但是每一次只能讀/寫一個(gè)字，導(dǎo)致CPU頻繁切換，耗費(fèi)了很多時(shí)間。于是人們又發(fā)明了直接存儲(chǔ)器訪問方式，其基本思想是在外設(shè)和主存之間開辟直接的數(shù)據(jù)交換通路。

? ? ? ? DMA方式的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳送的基本單位是數(shù)據(jù)塊；所傳送的數(shù)據(jù)是從設(shè)備送內(nèi)存，或者相反；不需要經(jīng)過cpu的中轉(zhuǎn)了，僅在傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束時(shí)，才需中斷CPU，請(qǐng)求干預(yù)，整塊數(shù)據(jù)的傳送是在DMA控制器控制下完成的。

? ? ? ? 最大區(qū)別：

1.DMA方式是一次傳遞一個(gè)數(shù)據(jù)塊，而程序中斷驅(qū)動(dòng)一次是傳輸一個(gè)字，兩者的數(shù)據(jù)傳送的單位不同。

2.DMA方式是不需要cpu的中轉(zhuǎn)，直接在磁盤和主存中建立通道，只需要在完成和開始的時(shí)候告訴CPU就可以了，減少了中斷處理，cpu不需要頻繁切換效率高。

2.I/O設(shè)備的編址方式

????????獨(dú)立編址是指為每個(gè)I/O設(shè)備分配一個(gè)獨(dú)立的地址空間。在這種方式下，每個(gè)I/O設(shè)備都有自己的一組地址碼，通過這些地址碼來訪問I/O設(shè)備。這種方式的特點(diǎn)是簡單易行，對(duì)于小型系統(tǒng)來說比較適用。但隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，I/O設(shè)備數(shù)量的不斷增加，獨(dú)立編址方式會(huì)導(dǎo)致地址碼資源浪費(fèi)，管理維護(hù)也比較困難。

????????統(tǒng)一編址則是指將所有的I/O設(shè)備統(tǒng)一編址，形成一個(gè)共同的地址空間。在這個(gè)地址空間中，每個(gè)I/O設(shè)備都被看作是內(nèi)存單元的一部分，具有自己的地址和數(shù)據(jù)線。這種方式的特點(diǎn)是簡單方便，易于管理維護(hù)，而且可以充分利用地址碼資源。但統(tǒng)一編址方式需要專門的硬件支持，實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜，且可能會(huì)與內(nèi)存發(fā)生地址沖突。

3.DMA方式

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DMA方式的優(yōu)點(diǎn)：

1. 速度快：由于DMA方式實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)備和主存之間的直接數(shù)據(jù)傳輸，因此傳輸速度非常快，可以大大提高系統(tǒng)的效率。
2. 減輕CPU負(fù)擔(dān)：在DMA方式下，硬件設(shè)備自主地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不需要CPU的干預(yù)，這使得CPU可以騰出更多的時(shí)間處理其他任務(wù)，提高了系統(tǒng)的處理能力。
3. 實(shí)現(xiàn)并行處理：多個(gè)硬件設(shè)備可以同時(shí)使用DMA方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)并行處理，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能。

DMA方式的缺點(diǎn)：

1. 成本高：實(shí)現(xiàn)DMA方式需要增加相應(yīng)的硬件設(shè)備和控制邏輯，這會(huì)增加系統(tǒng)的成本。
2. 設(shè)計(jì)復(fù)雜度高：由于DMA方式涉及到硬件設(shè)備和主存的直接交互，因此需要精心設(shè)計(jì)相關(guān)的控制邏輯和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。
3. 可能產(chǎn)生沖突：如果多個(gè)硬件設(shè)備同時(shí)使用DMA方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可能會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突或數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的情況。因此，需要設(shè)計(jì)合理的沖突避免機(jī)制或仲裁機(jī)制來確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。

DMA傳送方式主要有以下幾種：

1. 周期挪用：這種方式下，當(dāng)CPU訪問主存時(shí)，DMA控制器挪用或占用一部分主存總線的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
2. 停止CPU訪存：在這種方式下，當(dāng)進(jìn)行DMA傳送時(shí)，CPU停止訪問主存，從而讓出總線給DMA控制器使用。
3. 分時(shí)共享：這種方式下，CPU和DMA控制器交替地控制總線，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。這種方式不需要停止CPU的訪存操作，但可能會(huì)影響CPU的效率。