计组期中考点
复习以PPT+平时作业为主
应用题：4选2
①最终总成绩100%=期末50%+其他成绩50%。
②其中其他成绩100%=期中30%+（作业+实验）50%+考勤20%。
第一章 计算机系统概述
导入：现实与计算机中的运算结果有差异
理解程序的执行结果要从系统层面考虑
高级语言语句都要转换为机器指令才能在计算机上执行
计算机系统是模运算系统，字长有限，高位被丢弃
运算器不知道参加运算的是带符号数还是无符号数
访问内存需要几十到几百个时钟，访问磁盘需要几百万个时钟
进程具有独立的逻辑控制流和独立的地址空间
过程调用使用栈存放参数和局部变量，递归过程有大量额外指令，增加时间开销，并可能发生栈溢出
计算机系统抽象层次：ISA（指令集体系结构）
程序执行结果不仅取决于算法、程序编写，而且取决于语言处理系统、操作系统、ISA、微体系结构
冯诺依曼结构
第一台冯诺依曼机-IAS计算机
采用“存储程序”工作方式
运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部件组成
存储器存放数据和指令
控制器取出指令执行
运算器进行加减乘除基本运算，也可以进行一些逻辑运算和附加运算
输入设备、输出设备与主机通信
内部以二进制表示指令和数据，每条指令由操作码和地址码两部分组成。操作码指出操作类型，地址码指出操作地址，由一串指令组成程序。
早期计算机以运算器为中心，效率低下
现在的计算机以存储器为中心
计算机是如何工作的，及各种缩写
- CU：控制器
- ALU：算术逻辑部件
- CPU：中央处理器
- GPRs：通用寄存器组
- MDR：存储数据寄存器
- PC：程序计数器
- MAR：存储器地址寄存器
- IR：指令寄存器
8位模型机M：8位定长指令字，4个GPR，16个主存单元
各编程语言：机器指令、汇编指令、机器级指令
机器语言
使用特定计算机规定的指令格式而形成的0/1序列，用机器语言编写程序，并记录在纸带或卡片上，穿孔表示0，未穿孔表示1.
汇编语言
机器语言的符号表示语言，与机器指令一一对应。汇编语言和机器语言都是低级语言、面向机器结构的语言，统称为机器级语言。
高级程序设计语言/高级编程语言
面向算法设计、与具体机器结构无关、可读性比机器语言好、描述能力更强、高级语言中一条语句对应几条、几十条指令。
三类翻译程序
汇编程序：汇编语言源程序→机器语言目标程序
编译程序：高级语言源程序→机器级目标程序
解释程序：将高级语言语句逐条翻译成机器指令并立即执行，不生成目标文件
计算机系统性能评价（应用）：时钟周期、主频、CPI、用户CPU时间
两种不同的性能
- 度量单位时间内所完成的工作量（多媒体应用）
- 吞吐率（throughput）
- 带宽（bandwidth）
- 度量完成一项工作所用时间（银行、证券等事务处理）
- 响应时间
- 执行时间
- 等待时间或时延
性能的测量
从执行时间来考虑，完成同样工作量所需时间最短的计算机性能最好，采用用户CPU时间来衡量计算机性能好坏。
概念和指标
时间计算
性能评估
第二章 数据的机器级表示与处理
第一讲
为什么采用二进制编码？
- 制造两个稳定状态的物理器件容易
- 二进制编码、计数、运算规则简单
- 与逻辑命题对应，便于逻辑运算，方便使用逻辑电路实现算术运算
进制转换
二进制数：B(Binary)
八进制数：O(Octal)
十进制数：D(Decimal)
十六进制数：H(Hexadecimal)或0x+数字
定点数与浮点数
定点表示
浮点表示
数值数据的编码表示：原-反-补-移-8421
真值补码互求（综合考）
特殊数的补码
字长为8位时
- 原码范围-127~127
- 反码范围-127~127
- 补码范围-128~127
-128没有原码和反码，只有补码（1000 0000）
0的补码是唯一的
无符号整数和带符号整数之间的转换
2^31=2147483648，机器数为：100 ┅ 0（31个0）
8位无符号整数最大是255(1111 1111)
8位带符号整数最大是127(0111 1111)
浮点数机器数与真值互求（应用）
32位单精度浮点数表示
64位双精度浮点数表示
会判断数据类型强制转换后是否永真
第二讲
单位：B、bit、字、字长
- 比特（bit，位）是计算机中处理、存储、传输信息的最小单位
- 字节（Byte）是二进制信息的计量单位，也称“位组”，1B=8b
- 现代计算机中，存储器按字节编址
- 字节是最小可寻址单位
- 除比特和字节外，还是用“字”（word）作为单位
- 字长：CPU内部用于整数运算的数据通路的宽度，反映了一种计算及处理信息得能力
- “字”表示被处理信息的单位，1个字=16bit
- 经常使用的容量度量单位：
- 通信中的带宽使用单位：
大端/小端
边界对齐
- 目前计算机所用数据字长一般为32位或64位，而存储器地址按字节编址
- 指令系统支持对字节、半字、字及双字的运算，也有位处理指令
- 各种不同长度的数据存放时，有两种处理方式：
- 按边界对齐（假定字的宽度为32位，按字节编址）
- 字地址：4的倍数
- 半字地址：2的倍数
- 字节地址：任意
- 不按边界对齐
- 坏处：可能会增加访存次数
- 按边界对齐（假定字的宽度为32位，按字节编址）
第三讲
按位运算
逻辑运算
移位运算：逻辑移位、算术移位
逻辑移位
补码的算术移位
定点加减法并判断溢出（应用）
运算溢出是指运算结果超出了数的表示范围
常用的判断溢出的方法有以下两种：
采用变形补码判断溢出
利用符号位进位信号判断溢出
（浮点数加减运算不考）
标志位有哪些，如何判断
第三章 程序的转换及机器级表示
指令概念
- 有微指令、机器指令、汇编指令、伪（宏）指令等
- 微指令时微程序级命令，属于硬件范畴，相当于洗、切、煮、炒菜做菜“微过程”
- 机器指令处于硬件和软件的交界面
- 汇编指令时机器指令的汇编表示形式，即符号表示
- 机器指令是一个0/1序列，由若干字段组成和汇编指令一一对应，他们都与具体机器结构有关，都属于机器级指令
- 伪指令是由若干汇编指令组成的序列，属于软件范畴，相当于由多个菜谱合成一个“大菜”的过程
机器指令及汇编指令
ISA 常用数据类型及其位数和后缀
- ISA规定了：
- 可执行的指令的集合，包括指令格式、操作种类以及每种操作对应的操作数的相应规定
- 指令可以接受的操作数的类型
- 操作数所能存放的寄存器组的结构，包括每个寄存器的名称、编号、长度和用途
- 操作数所能存放的存储空间的大小和编址方式
- 操作数所在存储空间存放时按照大端还是小端方式存放
- 指令获取操作数的方式，即寻址方式
- 指令执行过程的控制方式，包括程序计数器、条件码定义等
IA-32支持的数据类型及格式
IA-32体系结构
寻址方式（结合指令考）（综合考）
8086/8088的寄存器组织
IA-32的寻址方式
- 寻址方式
- 根据指令给定信息得到操作数或操作数地址
- 操作数所在的位置
- 指令中：立即寻址
- 寄存器中：寄存器寻址
- 存储单元中（属于存储器操作数，按字节编址）：其它寻址方式
保护模式下的寻址方式
常用寻址方式
IA-32常用指令及操作
传送指令
b：字节
w：字
l：双字
- 通用数据传送指令
- MOV：一般传送，包括movb、movw和movl等
- MOVS：符号扩展传送，如movsbw、movswl等
- MOVZ：零扩展传送，如movzwl、movzbl等
- PUSH/POP：入栈/出栈，如pushl、pushw、popl、popw等
- 地址传送指令
- LEA：加载有效地址，如”leal(%dex,%eax),%eax”的功能为R[eax]←R[edx]+[eax]，执行前，若R[edx]=i,R[eax]=j，则执行指令后，R[eax]=i+j
- 输入输出指令（了解）
- IN和OUT：I/O端与寄存器之间的交换
- 标志传送指令（了解）
- PUSHF、POPF：将EFLAG压栈，或将栈顶内容送EFLAG
MOV指令
push/pop指令
定点算术运算指令
按位运算指令
控制转移指令
条件转移指令
