计算机组成原理知识点

冯诺依曼机特点：计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成。指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问。指令和数据均用二进制表示。指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序执行，在特定条件下，可以根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。计算机系统：硬件和软件（系统，应用）。存储容量：存储器中可存二进制代码的总量通常主、辅存容量分开描述）。主存存储容量：存储单元的个数*存储字长。MAR（存储单元的个数）：存储器地址寄存器，在主存中用来存放欲访问的存储单元的地址。MDR（位数与存储字长相等）：存储器数据缓冲寄存器，在主存中用来存放从某单元读出、或要写入某存储单元的数据。计算机区分指令和数据:通过不同的时间段来区分指令和数据，即在取指令阶段取出的为指令，在执行指令阶段取出的即为数据。通过地址来源区分，由PC提供存储单元地址的取出的是指令，由指令地址码部分提供存储单元地址的取出的是操作数。计算机系统的层次结构:计算机硬件，系统软件和应用软件构成计算机系统的三个层次。硬件系统是最没层的，它是整个系统的基础和核心。系统软件在硬件之外，为用户提供了一个基本操作界面。应用软件在最外层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面。通常将硬件系统之外的称为虚拟机，各层次间关系密切，不可分割，上层是下层的扩展，下层是上层的基础，各层次的划分不是绝对的。总线:连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。分类：连接部件不同｛片内总线，系统总线【传输信息不同（数据总线DB双向传输；地址AB单，控制CB单）】通信总线【传输方式（串行通信，并行通信）】。总线通信控制:同步通信；异步通信（应答方式：不互锁，半，全）；半同步通信；分离式通信。存储器分类:内存:按存取方式（随机存储器RAM动态和静态，只读存储器ROM,串行访问（顺序存取和直接存取））。辅存：磁盘，磁带，光盘。比较静态RAM和动态RAM:在同样大小的芯片中，动态RAM的集成度远高于静态RAM，如动态RAM的基本单元电路为一个MOS管，静态RAM的基本单元电路可为4~6个MOS管。动态RAM行、列地址按先后顺序输送，减少了芯片引脚，封装尺寸也减少。（3）动态RAM的功耗比静态RAM小（4）动态RAM的价格比静态RAM的价格便宜。缺：（5）动态RAM速度比静态RAM低。6）.动态RAM需要再生，顾需配置再生电路，也需要消耗一部分功率。通常，容量不大的高速缓冲存储器大多使用静态RAM来实现。动态RAM刷新:集中刷新，分散，异步。存储器地址的译码方式：有线选法和重合法方法两种。主存地址映射:由主存地址映射到Cache地址。分类【直接地址映射（固定的映射关系），全相联映射（灵活性大的映射关系），组相联（折中）】。直接（主存字块标记，Cache字块地址，字块内地址）全相联（主存字块标记，字块内地址）组（主存，组地址，字块内地址）。8.IO设备与主机信息传送的控制方式【程序查询方式(效率不高)；程序中断方式；8.IO设备与主机信息传送的控制方式【程序查询方式(效率不高)；程序中断方式；DMA方式(直接存储器存取)-效率最高】。DAM接口类型：选择和多路。DMA接口的功能:向CPU申请DAM传送。在CPU允许DAM工作时，处理中总线控制权的转交，避免因进入DAM工作而影响CPU正常活动或引起总线竞争。在DAM期间管理系统总线，控制数据传送。确定数据传送的起始地址和数据长度，修正数据传送过程中的数据地址和数据长度。在数据块结束时，给出DMA操作完成的信号。典旦功能选址功能。传送命令。传送数据。反映IO设备工作状态。组成数据缓冲寄存器DBR；设备标记状态触发器；控制逻辑电路；设备选择电路；命令寄存器和命令译码器。程序中断方式和DMA方式区别(1) 程序中断方式的数据传送主要依赖软件，DMA主要依赖硬件。 (2)程序中断传送数据的基本单位为字或字节，DMA为数据块。(3)程序中断方式时，CPU与I/O设备并行工作，现行程序与I/O传送串行进行；DMA方式时，CPU与I/O设备并行工作，现行程序与I/O传送并行进行。 (4)程序中断方式由于软件额外开销时间比较大，因此传输速度最慢；DMA方式基本由硬件实现传送，因此速度最快；(5)程序中断方式适用于中、低速设备的I/O交换；DMA方式适用于高速设备的I/O交换；无符号数(机器字长为n)：0-27-1有符号数(机器字长n+1位)：原码整数：-(2n-1)~~2n-1原小：-(1补整：-2n~~2n-1补小：-1~(1-2-n)反整：定点(数值部n位)：原码反码中0有两种。定点机：-(1-2-n)~(1-2-n)整定：浮点数：(阶值m4,尾值n10)：大正2(2m-1)X(1-2-n)小负-2(2m-1)X(1-2-n)小正2-(2m-1)X2-n大负-2-(2m-1)X2-n2-n)~(1-2-n)-(2n-1)~~2n-1反小：-1~+1-(2n-1)~~2n-1215X(

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2-151-2-10)2-10)X2-10-2-15X2-10寻址方式：指确定本条指令的数据地址以及下一条将要执行的指令地址的方法，他与硬件结构紧密相关，而且直接影响指令格式和指令功能。分：指令寻址(顺序寻址，跳跃寻址)数据寻址(立即寻址，直接，隐含，间接，寄存器，寄存器间接，基址，变址，相对，堆栈)RISC和其特点:RISC即精简指令系统计算机。1)选取使用频率较高的一些简单指令以及一些很有用但不复杂的指令，让复杂指令的功能由频度高的的简单指令的组合来实现。2)指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。3)只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器内完成。4)CPU中有多个通用寄存器。5)采用流水线技术，大部分指令在一个时钟周期内完成。采用超标量和流水线技术，可使每条指令的平均执行时间小于一个时钟周期。6)控制器采用组合逻辑控制，不用微程序控制。7)采用优化的编译程序。指令周期:CPU每取出并执行一条指令所需要的全部时间。分：取指周间址执行周中断周。在指令的取指周期内，需要执行的微操作(非访存指令、访存指令、移动类指令)。影响流水线性能的因素:结构相关数据控制。中断服务程序入飒址的寻找方法：硬件向量法软件查询法。CPU包括运算器和控制器（功能：数据缓冲，差错控制，数据交换，状态说明，接收和识别命令，地址识别。设计方法:同步控制、异步控制和联合控制）。CPU功能：指令控制操作控制时间控制数据加工处理中断。CPU的寄存器以及功能：用户可见【通用寄存器（存放地址和数据X数据寄存器（存放操作数）、地址寄存器（存放内存、外设的地址）、条件码寄存器（存放条件）】。用户不可见（控制和状态寄存器）【MAR（存储单元的地址）MDR（存放欲存入存储器的数据或从存储器中读出的数据PC（存放现行指令的地址IR（存放当前欲执行的指令）】14、控制单元:提供完成计算机全部指令操作的微操作命令序列部件。取指令分析指令执行指令。控制方式：同步异步联合人工。两种设计方法:组合逻辑设计微程序。功能：发出各种微操作命令即控制信号。输入受什么控制：受时钟信号、指令寄存器的操作码字段、标志和来自系统总线的控制信号的控制。微指令格式：水平微型微指令垂直。浮点数加减运算步骤:对阶尾数求和规格化舍入溢出判断。计算机的性能指标:机器字长：指CPU一次能处理的数据的位数。通常与CPU的寄存器的位数有关，字长越长，数的表示范围越大，精度也越高，机器字长也会影响计算机的运算速度。数据通路宽度：数据总线一次能并行传送的数据位数。存储容量：指能存储信息的最大容量，通常以字节来衡量，一般包含主存容量和辅存容量。运算速度：通常用MIPS（每秒百万条指令）、MFLOPS（每秒百万次浮点运算）或CPI（执行一条指令所需的时钟周期数）来衡量，CPU执行时间是指CPU对特定程序的执行时间。主频：机器内部主时钟的运行频率，是衡量机器速度的重要参数。吞吐量：指流入、处理和流出系统的信息速率。它主要取决于主存的存取周期。响应时间：计算机系统对特定事件的响应时间，如实时响应外部中断的时间等。计算机可配置主存容量大小与计算机CPU地址线数量的多少有关。存储器地址的译码方式有堕选法和双译码（重合）方法两种。19.8位无符号数的表示范围为0—255。8位二进制反码表示整数的最小值为-127，最大值为+127。8位二进制原码表示整数的最小值为-127，最大值为+127。-97的8位二进制补码表示为10011111。十进制数1234567,最少需要21二进制数表示。码值80H，表示什么机器编码。若表示真值一0,则为原码；若表示-128,则为补码；若表示-127,为反码—。码值FFH，表示什么编码。若表示-1,则为』码