《計(jì)算機(jī)組成原理》總結(jié)

第一章 ?計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

1.1計(jì)算機(jī)的分類

電子計(jì)算機(jī)分兩大類：電子模擬計(jì)算機(jī)、電子數(shù)字計(jì)算機(jī)

2.4計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)：（基本運(yùn)算p5）

⑴處理機(jī)字長(zhǎng)：處理機(jī)運(yùn)算器一次能夠完成二進(jìn)制運(yùn)算的位數(shù)，如32位、64位

⑵存儲(chǔ)器容量：存儲(chǔ)器中所有存儲(chǔ)單元的總數(shù)目，通常用KB,MB,GB,TB來(lái)表示

⑶計(jì)算機(jī)五個(gè)組成部分：存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備（其中cpu由運(yùn)算器和控制器組成）

⑷馮.諾依曼型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想：存儲(chǔ)程序并按地址順序執(zhí)行

⑸計(jì)算機(jī)軟件一般分為兩大類：①系統(tǒng)程序②應(yīng)用程序

⑹硬件可以由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，軟件也可以由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，故軟件與硬件的邏輯等價(jià)性。

第二章 ?運(yùn)算方法和運(yùn)算器

1.計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)據(jù)表示格式有兩種：一是定點(diǎn)格式，二是浮點(diǎn)格式。

2.階碼位數(shù)多，表示數(shù)的范圍大；尾數(shù)位數(shù)多，說(shuō)明該數(shù)的精確度越高。

3.數(shù)的機(jī)器碼表示：原碼、反碼、補(bǔ)碼、移碼表示法

4.浮點(diǎn)加、減法運(yùn)算步驟：（0操作數(shù)檢查）、（比較階碼大小并完成對(duì)階）、（尾數(shù)求和運(yùn)算）、（結(jié)果規(guī)格化處理）、（舍入處理）

第三章 ? 多層次的存儲(chǔ)器

3.1.1存儲(chǔ)器的分類：

1.按存取方式分：隨機(jī)存儲(chǔ)器和順序存儲(chǔ)器

2.按存儲(chǔ)內(nèi)容可變分：只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）

3.6 ?cache基本原理：

①cache解決的問題：為了解決cpu與主存之間速度不匹配問題；

②cache基于的原理：程序運(yùn)行過程中具有（空間局部性）和（時(shí)間局部性）原理。

③cache實(shí)現(xiàn)是由（硬件）方式實(shí)現(xiàn)

④cache地址沒有增加，容量也沒有增加。

⑤cache命中率：（重點(diǎn)p91大題計(jì)算）

3.6.2 ?主存與cache的地址映射

①全相聯(lián)映射方式：主存中的任意一塊可以放在cache中的任意一行上 ? ?優(yōu)點(diǎn)：非常靈活 ? 缺點(diǎn)：比較電路難以設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) ? 適用：適合于小容量cache采用

②直接映射方式：主存塊只能拷貝到cache的一個(gè)特定位置上 ? 優(yōu)點(diǎn)：硬件簡(jiǎn)單，成本低 ? ? 缺點(diǎn)：每個(gè)主存塊只有一個(gè)固定的行位置可存放。 ? ?適用：適合需要大容量cache的場(chǎng)合。

③組相聯(lián)映射方式：綜合前面兩者的優(yōu)缺點(diǎn)。

3.6.3 ?替換策略

①最不經(jīng)常使用（LFU）算法②近期最少使用（LRU）算法③隨機(jī)替換

3.6.4 ?cache的寫操作策略

①寫回法②全寫法③寫一次法

3.7虛擬存儲(chǔ)器

1.虛擬存儲(chǔ)器：解決內(nèi)存容量的不夠問題。

2.虛存是在主存和輔存之外附加一些硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。

3.虛擬存儲(chǔ)器的替換算法：FIFO算法、LRU算法、LFU算法

第四章 ? 指令系統(tǒng)

1.一條指令結(jié)構(gòu)可用如下形式表示：

操作碼OP表示：表示該指令應(yīng)進(jìn)行什么性質(zhì)的操作。

地址碼表示：操作數(shù)的地址

2.二地址指令格式中，從操作數(shù)的物理位置來(lái)說(shuō)，可總結(jié)為三種類型：①存儲(chǔ)器--存儲(chǔ)器（SS）②寄存器--寄存器（RR）③寄存器--存儲(chǔ)器（RS）

3.一個(gè)指令系統(tǒng)中，指令字長(zhǎng)度不一樣。

4.指令的尋址方式：順序?qū)ぶ贩绞健⑻S尋址方式

5.立即尋址與寄存器尋址相比，立即尋址速度快。

6.常用的三種偏移尋址是：相對(duì)尋址、基址尋址、變址尋址

第五章 ?中央處理器

5.1.1 ? cpu的功能：

①指令控制②操作控制③時(shí)間控制④數(shù)據(jù)控制

2. cpu 的組成：由運(yùn)算器和控制器組成。（現(xiàn)今cpu由運(yùn)算器、控制器和cache三部分組成。

3.運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元（ALU）、通用寄存器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR和狀態(tài)條件寄存器PSW組成。

4.cpu中的主要寄存器：

①指令寄存器（IR）：用來(lái)保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。

②程序計(jì)數(shù)器（PC）：下條指令的執(zhí)行地址且自加1.

③數(shù)據(jù)緩沖寄存器（DR）：用來(lái)暫時(shí)存放ALU的運(yùn)算結(jié)果。

④數(shù)據(jù)地址寄存器（AR）：保存當(dāng)前cpu所訪問的數(shù)據(jù)cache存儲(chǔ)器中單元的地址

⑤通用寄存器（R0--R3）

⑥狀態(tài)字寄存器（PSW）

5.任何一條指令取址微指令一樣，不同的在執(zhí)行階段。

6. cpu從（主存）中取出一條指令并執(zhí)行該指令的時(shí)間叫（指令周期），它通常包含若干個(gè)（cpu周期），而后者又包含若干個(gè)（時(shí)鐘周期）。

7.指令一旦結(jié)束，就進(jìn)入公操作。（取指令可認(rèn)為是公操作）

5.4微程序控制器

1.微程序設(shè)計(jì)技術(shù)是利用軟件方法來(lái)設(shè)計(jì)硬件的一門技術(shù)。

2.微程序控制基本原理：仿照通常結(jié)題程序的方法，把操作信號(hào)編制成所謂的“微指令”，存放到一個(gè)只讀存儲(chǔ)器里。當(dāng)機(jī)器運(yùn)行時(shí)，一條又一條的讀出這些指令，從而產(chǎn)生全機(jī)所需要的各種操作控制信號(hào)，使相應(yīng)的部件執(zhí)行所規(guī)定的操作。

3.一個(gè)微指令由若干個(gè)微命令組成，其中微指令包括微命令和下地址。

4.微程序控制器組成原理：

①控制存儲(chǔ)器：用來(lái)存放實(shí)現(xiàn)全部指令系統(tǒng)的微程序，它是一種只讀型存儲(chǔ)器。

②微指令寄存器：用來(lái)存放由控制存儲(chǔ)器讀出的一條微指令信息。

③地址轉(zhuǎn)移邏輯：

5.微指令格式：水平型微指令、垂直型微指令

5.6流水cpu

1.計(jì)算機(jī)并行處理技術(shù)主要的三種形式：①時(shí)間并行（流水線技術(shù)）②空間并行（設(shè)置重復(fù)的硬件資源）③時(shí)間并行 + 空間并行（現(xiàn)在計(jì)算機(jī)使用的）

2.流水線中的主要問題：

①資源相關(guān)：指多條指令進(jìn)入流水線后在同一機(jī)器時(shí)鐘周期內(nèi)爭(zhēng)用同一個(gè)功能部件所發(fā)生的沖突。

②數(shù)據(jù)相關(guān)：在一個(gè)程序中，必須等前一條指令執(zhí)行完畢后，才能執(zhí)行后一條指令，那么這兩條指令就是數(shù)據(jù)相關(guān)。

③控制相關(guān)：沖突是由轉(zhuǎn)移指令引起的。

第六章 ? 總線系統(tǒng)

1.總線特性：物理特性、時(shí)間特性、功能特性、電氣特性。

2.總線按其功能可分為：地址總線、控制總線、數(shù)據(jù)總線。

3.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，傳輸信息采用三種方式：串行傳送（每次只傳送一位）、并行傳送（一次傳送若干位）和分時(shí)傳送。

4.仲裁方式分：集中式仲裁和分布式仲裁

5.集中式仲裁：

①鏈?zhǔn)讲樵兎绞剑ň栈ㄦ準(zhǔn)綄?duì)電路故障最敏感）

②計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式

③獨(dú)立請(qǐng)求方式（響應(yīng)最快）

6.總線的定時(shí)：同步定時(shí)、異步定時(shí)

7.總線的一次信息傳送過程，大致可以分為如下五個(gè)階段，（請(qǐng)求總線），（總線仲裁），（尋址 （目的地址） ），（信息傳送），（狀態(tài)返回 （或錯(cuò)誤報(bào)告） ）。

第七章 ? 外存與I/O設(shè)備

重點(diǎn)p216及p217

第八章 ? 輸入輸出系統(tǒng)

1.信息交換方式：程序查詢方式、程序中斷方式、直接內(nèi)存訪問（DMA）方式、通道方式

2.程序查詢方式與程序中斷方式相比，程序中斷方式cpu利用率高。

3.中斷的條件：當(dāng)進(jìn)入公操作的時(shí)候才可以進(jìn)行中斷。

4.中斷源確定中斷服務(wù)子程序入口，由中斷向量指明。

5.微程序的入口地址由地址碼確定。

6.DMA數(shù)據(jù)塊傳送過程三個(gè)階段：傳送前預(yù)處理、正式傳送、傳送后處理。