一、计算机思想——概念

1、冯诺依曼计算机

2、现代计算机框图

二、CPU——各个部件的功能

一、计算机思想——概念

1、冯诺依曼计算机

通过内部存储器安放存储程序，成功解决了当时计算机存储容量太小，运算速度过慢的问题。

2、现代计算机框图

二、CPU——各个部件的功能

ACC：ACC（Accumulator）是累加器A缩写。

累加器A是一个具有特殊用途的二进制8位寄存器，专门用来存放操作数或运算结果。

在CPU执行某种运算前，两个操作数中的一个通常应放在累加器A中，运算完成后累加器A中便可得到运算结果。

ALU：算术逻辑单元(arithmetic and logic unit) 是能实现多组算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路

PSW：程序状态寄存器PSW是计算机系统的核心部件控制器的一部分。

PSW用来存放两类信息：

一类是体答现当前指令执行结果的各种状态信息，如有无进位（CF位），有无溢出（OF位），结果正负（SF位），结果是否为零（ZF位），奇偶标志位（PF位）等；
另一类是存放控制信息，如允许中断(IF位)，跟踪标志（TF位）等。

1、CPU各部件操作运行流程

（1）CPU部件构成

CPU由运算器和控制器两部分构成，运算器和控制器组成部件如下图所示：

运算器的组成：

算数逻辑单元ALU：数据的算术运算和逻辑运算

累加寄存器AC：通用寄存器，为ALU提供一个工作区，用来传送和暂存数据，可参与算数逻辑运算，并保存运算结果

数据缓冲寄存器DR：写内存时，暂存指令或数据

状态条件寄存器PSW：存状态标志与控制标志、如中断、溢出标致等

控制器的组成：

程序计数器PC：存放下一条指令所单元的地址，当执行一条指令时，处理器首先需要从PC中取出指令在内存中的地址，通过地址总线寻址获取。

指令寄存器IR：存储从内存中读取的即将执行的指令

指令译码器ID：指令译码器，对指令中的操作码字段进行分析解释

地址寄存器AR：用来保存当前CPU所访问的内存单元地址

时序部件：提供时序控制信号

（2）CPU各部件执行流程

PC总是指向下一条指令的地址

当执行一条指令时，首先需要根据PC中存放的指令地址，将指令由内存取到寄存器中，即将程序计数器PC中的内容送到地址总线上，此过程称为“取指令”。
与此同时，PC中的地址或自动加1或由转移指针给出下一条指令的地址。
此后经过分析指令，执行指令，完成第一条指令的执行，而后根据PC取出第二条指令的地址，如此循环，执行每一条指令。

(M)AR(地址寄存器)

AR寄存器存储数据所在存储单元的存储地址，AR寄存器放置在CPU中，跟存储器隔离开来，主要原因是CPU内的运行速度要比存储器快。

时序部件

控制计算机每一个操作步骤的时间顺序

现代计算机硬件执行步骤图：

一条加法指令的执行步骤：

取指：PC(程序计算器)—1—>(M)AR(地址寄存器)—2—>M(存储器)—3—>(M)DR(数据寄存器，值)—4—>IR(指令寄存器，即将执行)

分析：IR(指令寄存器，即将执行)—5—>ID(指令译码器，分开地址码和操作码，操作码进入控制器，地址码取数据)——>CPU控制器

执行：CPU控制器—6—>IR(指令寄存器，即将执行)—6—>(M)AR(地址寄存器)—7—>M(存储器)—8—>(M)DR(数据寄存器，值)—9—>ACC(累加器)

典型真题一

试题分析

选项A指令寄存器用来存放从内存中读取的指令。

选项B通用寄存器可用于传送和暂存数据，也可参与算术逻辑运算，并保存运算结果。

选项C程序计数器是用于存放下一条指令所在单元的地址。当执行一条指令时，首先需要根据PC中存放的指令地址，将指令由内存取到指令寄存器中，即将程序计数器PC中的内容送到地址总线上，此过程称为“取指令”。与此同时，PC中的地址或自动加1或由转移指针给出下一条指令的地址。此后经过分析指令，执行指令。完成第一条指令的执行，而后根据PC取出第二条指令的地址，如此循环，执行每一条指令。

选项D状态寄存器用于存放状态标志与控制标志如，中断标志、溢出标志等。

参考答案：B

典型真题二

试题分析

PC（程序计数器）是用于存放下一条指令所在单元的地址。当执行一条指令时，处理器首先需要从PC中取出指令在内存中的地址，通过地址总线寻址获取。

选项A 指令寄存器用来存放从内存中读取的指令。

选项B 通用寄存器可用于传送和暂存数据，也可参与算术逻辑运算，并保存运算结果。

选项D 状态寄存器用于存放状态标志与控制标志，如中断标志、溢出标志等。

参考答案：C

三、主存——计算芯片组合个数/进制转换

存储器的基本单位是存储单元，一般以8位二进制为一个存储单元，每个存储单元都有一个地址，一般用十六进制数表示。

一个存储单元可以存储8bit的数据。

数据总线：一次处理n位数据，则数据总线的长度为n。

n的位数为一个字的长度。比如，现在计算机一次可处理32位或者64位的数据，那么32位或者64位都为一个字。

地址总线：假如需要n位二进制数来表示所有的地址，则地址总线的个数为n。

比如现在有8个地址，那么总线的个数就可以为3（2的3次方）根。这是因为，一个二进制可以为1和0两种情况，所以3位2进制就可以表示8个地址。

典型真题一

内存按字节编址，地址从A4000H到CBFFFH，共有（1）个字节。若用存储容量为32K×8bit的存储芯片构成该内存，至少需要（2） 片。

A、80K B、96K C、160K D、192K
A、2 B、5 C、8 D、10

典型真题二

试题分析：

寻址空间范围：

8FFFFH-84000H+1=C000H=12*16^3=12*2^12=48k。内存容量为48K*8bit，一片芯片是容量为8K×4bit，共需要12片。

参考答案：C

四、存储器——概念

存储器分类图示：

存储器的容量、速度、价格关系图

典型真题一

试题分析

存储器中数据常用的存取方式有顺序存取、直接存取、随机存取和相联存取等4种。

（1）顺序存取：存储器的数据以记录的形式进行组织。对数据的访问必须按特定的线性顺序进行。磁带存储器采用顺序存取的方式。

（2）直接存取：与顺序存取相似，直接存取也使用一个共享的读写装置对所有的数据进行访问。但是，每个数据块都拥有唯一的地址标识，读写装置可以直接移动到目的数据块的所在位置进行访问。存取时间也是可变的。磁盘存储器采用直接存取的方式。

（3）随机存取：存储器的每一个可寻址单元都具有自己唯一的地址和读写装置，系统可以在相同的时间内对任意一个存储单元的数据进行访问，而与先前的访问序列无关。主存储器采用随机存取的方式。

（4）相联存取：相联存取也是一种随机存取的形式，但是选择某一单元进行读写是取决于其内容而不是其地址。与普通的随机存取方式一样，每个单元都有自己的读写装置，读写时间也是一个常数。使用相联存取方式，可以对所有的存储单元的特定位进行比较，选择符合条件的单元进行访问。为了提高地址映射的速度，Cache采取相联存取的方式。

参考答案：（1）D （2）B

五、校验码——概念和公式

信息保存在电容中，如遇电磁环境干扰，会导致电容的充放电或触发器的翻转，存在存储器的信息可能会出错。

1、码距与检错纠错

一个编码系统的码距就是整个编码系统中任意(所有)两个码字的最小距离。

若一个编码系统有四种编码分别为：0000，0011，1100，1111，此编码系统中0000与1111的码距为4；0000与0011的码距为2，是此编码系统的最小码距。因此该编码系统的码距为2。

在一个码组内为了检测e个误码，要求最小码距应该满足：d>=e+1
在一个码组内为了纠正t个误码，要求最小码距应该满足： d>=2t+1
同时纠错检错：d>=e+t+1

假如我们现在要对A，B两个字母进行编码。我们可以选用不同长度的编码，以产生不同码距的编码，分析它们的检错纠错能力。

1、若用1位长度的二进制编码。若A=0，B=1。这样A，B之间的最小码距为1。

合法码：{0,1｝; 非法码：{0,1｝; // 无法检错纠错

2、若用2位长度的二进制编码，可选用11，00作为合法编码，也可以选用01，10作为合法编码。若以A=00，B=11为例，A、B之间的最小码距为2。

合法码：{11,00｝; 非法码：{10，01｝; // 检1位错，无法纠错

3、若用3位长度的二进制编码，可选用111，000作为合法编码。A，B之间的最小码距为3。

合法码：{111,000｝; 非法码：{001,010,011,100,101,110｝; // 检1位错，纠1位错