16版自考02318計(jì)算機(jī)組成原理重點(diǎn)總結(jié)提綱有(已排版)

1、中央處理器central processing unit CPU：是整個(gè)計(jì)算機(jī)的核心部件，主要用于指令的執(zhí)行。主要包括數(shù)據(jù)通路和控制器數(shù)據(jù)通路datapath：是指指令執(zhí)行過程中數(shù)據(jù)所流經(jīng)的部件，包括各類運(yùn)算部件。數(shù)據(jù)運(yùn)算部件也稱為執(zhí)行部件或功能部件?？刂破鱟ontroller：用來對(duì)指令進(jìn)行譯碼，生成相應(yīng)控制信號(hào)，以控制數(shù)據(jù)通路進(jìn)行特定操作。 算數(shù)邏輯部件arithmetic logic unit ALU：它用來進(jìn)行基本的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，最基本的部件是加法器。輔助存儲(chǔ)器：簡(jiǎn)稱輔存，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)直接和主存交換信息的存儲(chǔ)器，主要有磁盤存儲(chǔ)器和固態(tài)硬盤?？偩€bus：是信息傳輸?shù)耐罚糜谠诓考g傳

2、輸信息，cpu、主存和I/O模塊通過總線互聯(lián)。系統(tǒng)軟件system software：包括為有效、安全地使用和管理計(jì)算機(jī)以及為開發(fā)和運(yùn)行應(yīng)用軟件而提供的各種軟件，介于計(jì)算機(jī)硬件與應(yīng)用程序之間，包括操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和各類實(shí)用程序。操作系統(tǒng)operating system OS：主要用來管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源，包括對(duì)它進(jìn)行調(diào)度、管理、監(jiān)視和服務(wù)，除此之外還提供計(jì)算機(jī)用戶和硬件之間的人機(jī)交互界面，并提供對(duì)應(yīng)用軟件的支持。語言處理系統(tǒng)：主要用于提供一個(gè)高級(jí)語言編程的環(huán)境，包括源程序編輯、翻譯、調(diào)試、鏈接、裝入運(yùn)行等功能。應(yīng)用軟件application software：指專門為

3、數(shù)據(jù)處理、科學(xué)計(jì)算、事務(wù)管理、多媒體處理、工程設(shè)計(jì)以及過程控制等應(yīng)用所編寫的各類程序。機(jī)器語言：就是用二進(jìn)制進(jìn)行編碼的機(jī)器指令。匯編語言：機(jī)器語言的符號(hào)表示語言，通過簡(jiǎn)短的英文符號(hào)和二進(jìn)制代碼建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，以方便程序員編寫和閱讀機(jī)器語言。匯編程序：也稱匯編器，用來將匯編語言源程序翻譯成機(jī)器語言目標(biāo)程序。解釋程序：也稱解釋器，用來將源程序中的語句按其執(zhí)行順序逐條用子程序進(jìn)行解釋，并最終轉(zhuǎn)換成機(jī)器指令執(zhí)行。編譯程序：也稱編譯器，用來將高級(jí)語言程序翻譯成匯編語言或機(jī)器語言目標(biāo)程序。指令集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)instruction set architecture ISA：簡(jiǎn)稱體系結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是軟件和硬件之間

4、接口的一個(gè)完整定義，是對(duì)指令系統(tǒng)的一種規(guī)定或結(jié)構(gòu)規(guī)范，具體實(shí)現(xiàn)的組織稱為微體系結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱微架構(gòu)，微體系結(jié)構(gòu)是由邏輯電路實(shí)現(xiàn)的。最終用戶：指使用應(yīng)用程序完成特定任務(wù)的計(jì)算機(jī)用戶系統(tǒng)管理員：指利用操作系統(tǒng)等軟件提供的功能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置、管理和維護(hù)，以建立高效合理的系統(tǒng)環(huán)境供計(jì)算機(jī)用戶使用的操作人員。應(yīng)用程序員：指使用高級(jí)編程語言編制應(yīng)用軟件的程序員。系統(tǒng)程序員：指設(shè)計(jì)和開發(fā)系統(tǒng)軟件的程序員。指令instruction ：就是用0和1表示的一串0/1序列，用來指示cpu完成特定的基本操作。指令周期：取一條指令并執(zhí)行的時(shí)間。程序計(jì)數(shù)器PC：用來存放將要執(zhí)行的下一條指令地址。指令寄存器IR：用于存放從主

5、存儲(chǔ)器讀出的指令。吞吐率：也稱帶寬，表示在單位時(shí)間內(nèi)完成的工作量。響應(yīng)時(shí)間：也稱執(zhí)行時(shí)間、等待時(shí)間，是指從作業(yè)提交到作業(yè)完成所用的時(shí)間。CPU時(shí)間：指cpu用于程序執(zhí)行的時(shí)間；用戶CPU時(shí)間：指真正用于運(yùn)行用戶程序代碼的時(shí)間；系統(tǒng)CPU時(shí)間：指為了執(zhí)行用戶程序而需要cpu運(yùn)行操作系統(tǒng)程序的時(shí)間。CPU的信號(hào)：用于對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行定時(shí)的同步信號(hào)，寬帶為一個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)鐘頻率：CPU的主頻，是CPU的時(shí)鐘周期的倒數(shù)。CPI cycles per instruction：表示執(zhí)行一條指令所需周期數(shù)。MIPS million instructions per second 相對(duì)MIPS：根據(jù)公認(rèn)的參考機(jī)型

6、來定義，即相當(dāng)于參考機(jī)多少倍。MFLOPS million floating-point operations per second：表示浮點(diǎn)操作數(shù)的指標(biāo)數(shù)值數(shù)據(jù)：可用來表示數(shù)量的多少，可比較大小，分為整數(shù)和實(shí)數(shù)。非數(shù)值數(shù)據(jù)：沒有大小之分，不表示數(shù)量的多少，主要包括字符數(shù)據(jù)和邏輯數(shù)據(jù)。BCD Binary coded decimal number:二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)。機(jī)器數(shù)：指數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部編碼表示的數(shù)。真值：指機(jī)器數(shù)現(xiàn)實(shí)世界中真正的值。溢出overflow：假如兩個(gè)同號(hào)的數(shù)相加時(shí)，當(dāng)相加得到的和超出可表示范圍時(shí)的現(xiàn)象。補(bǔ)碼：整數(shù)的補(bǔ)碼是其本身，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于模與該負(fù)數(shù)絕對(duì)值之差。二進(jìn)

7、制負(fù)數(shù)補(bǔ)碼算法（符號(hào)為1，數(shù)值部分各位取反，末位加1）定點(diǎn)數(shù)：整數(shù)的小數(shù)點(diǎn)隱藏在數(shù)的最右邊，故無需表示小數(shù)點(diǎn)，也稱定點(diǎn)數(shù)無符號(hào)整數(shù)：一個(gè)編碼的所有二進(jìn)制位都用來表示數(shù)值而沒有符號(hào)位，通常稱為無符號(hào)數(shù)。比特bit：簡(jiǎn)稱位，二進(jìn)制的每一位是組成二進(jìn)制的最小單位，是計(jì)算機(jī)中處理、傳輸和儲(chǔ)存信息的最小單位。字節(jié)byte：計(jì)算機(jī)內(nèi)部二進(jìn)制信息的計(jì)量單位，西文字符用一字節(jié)表示，漢字用兩字節(jié)表示。字長(zhǎng)word：指cpu內(nèi)部用于整數(shù)運(yùn)算的數(shù)據(jù)通路的寬度（如32位、64位）全加器：同時(shí)考慮兩個(gè)加數(shù)和低位進(jìn)位的一位加法器。布斯booth乘法：是一種補(bǔ)碼相乘算法，可以將符號(hào)位與數(shù)值位合在一起參與運(yùn)算，直接得出用補(bǔ)碼

8、表示的乘積，且正數(shù)和負(fù)數(shù)相同對(duì)待。指令給出操作數(shù)或操作數(shù)地址的方式立即尋址：指在指令中直接給出操作數(shù)本身直接尋址：指指令中給出的是操作數(shù)的有效地址間接尋址：指指令中給出的地址碼是存放操作數(shù)有效地址的存儲(chǔ)單元地址寄存器直接尋址：指指令中給出的是操作數(shù)所在寄存器編號(hào)，操作數(shù)在寄存器中寄存器間接尋址：指指令中給出的地址碼是寄存器編號(hào)，該寄存器中存放的是操作數(shù)有效地址變址尋址：指令中的地址碼給出一個(gè)基準(zhǔn)地址，而數(shù)組元素相對(duì)于基準(zhǔn)地址的偏移量在指令中明顯或隱含地由變址寄存器給出。前變址：先變址后間址。后變址：先間址后變址。相對(duì)尋址：指指令中地址碼字段給出一個(gè)偏移量，基準(zhǔn)地址隱含由PC給出。基址尋址：指令

9、中的地址碼字段給出一個(gè)偏移量，基準(zhǔn)地址可以明顯或隱含地由基址寄存器給出偏移尋址：將某個(gè)寄存器的內(nèi)容與一個(gè)形式地址相加來生成操作數(shù)的有效地址，包括變址尋址、基址尋址、相對(duì)尋址。程序狀態(tài)字 PSW program status word 匯編：從匯編表示轉(zhuǎn)換為機(jī)器代碼的過程反匯編：從機(jī)器代碼轉(zhuǎn)換為匯編表示的過程異?？刂疲阂卜Q中斷機(jī)制，程序正常執(zhí)行被打斷時(shí)的處理機(jī)制。硬故障中斷：是由硬連線路出現(xiàn)異常而引起的，如電源掉電、校驗(yàn)線路錯(cuò)等。程序性異常：是由CPU執(zhí)行某條指令而引起的，發(fā)生在CPU內(nèi)部的異常事件，如除數(shù)為零、溢出、斷點(diǎn)、單步跟蹤、尋址錯(cuò)，訪問超時(shí)、非法操作碼、桟溢出等。機(jī)器周期：是一個(gè)指令周

10、期可分為取指令讀、讀操作數(shù)、執(zhí)行并寫結(jié)果等多個(gè)基本工作周期，這些基本工作周期就稱為機(jī)器周期。流水段寄存器：保存流水段中得到信息的寄存器。流水線冒險(xiǎn)：指指令序列在流水線中執(zhí)行時(shí)，遇到的一些情況，使流水線無法正確按時(shí)執(zhí)行后續(xù)指令，從而引起流水線阻塞或停頓。結(jié)構(gòu)冒險(xiǎn)：也稱為硬件資源沖突，原因在于同一部件同時(shí)被不同指令所用，也就是說它是由硬件資源競(jìng)爭(zhēng)造成的。數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)：也稱為數(shù)據(jù)相關(guān)，原因在于，后面指令需要讀取前面指令的運(yùn)行結(jié)果時(shí)，前面指令的結(jié)果還沒有寫入寄存器中?？刂泼半U(xiǎn)：由于發(fā)生了指令執(zhí)行順序改變而引起的流水線阻塞。延遲損失時(shí)間片c：指流水線阻塞而帶來的延遲執(zhí)行周期數(shù)。分支冒險(xiǎn)：由于分支指令而引起的

11、控制冒險(xiǎn)。內(nèi)部異常：CPU內(nèi)部執(zhí)行指令時(shí)發(fā)生的意外時(shí)間。外部中斷：是CPU外部的l/O設(shè)備向CPU發(fā)出的中斷請(qǐng)求。故障：是在引起故障的指令被啟動(dòng)后但未執(zhí)行結(jié)束時(shí)CPU檢測(cè)到的一類與指令執(zhí)行相關(guān)的意外事件。陷阱：也稱為自陷或陷入，與故障或其他異常事件不同，是預(yù)先安排的一種異常事件，就像預(yù)先設(shè)定的陷阱一樣，當(dāng)執(zhí)行到指令陷阱時(shí)，CPU就調(diào)出特定的程序進(jìn)行相應(yīng)的處理，處理結(jié)束后，返回到陷阱指令的下一條指令執(zhí)行。終止：如果在執(zhí)行指令的過程中發(fā)生了嚴(yán)重錯(cuò)誤。只好調(diào)用adort例程，以中止發(fā)生問題的進(jìn)程，在有些嚴(yán)重的情況下，甚至要重啟系統(tǒng)。異常和中斷的響應(yīng)：CPU從檢測(cè)到異常事件或中斷請(qǐng)求信號(hào)，到調(diào)出相應(yīng)的

12、異?；蛑袛嗵幚沓绦蜷_始執(zhí)行的過程。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：用半導(dǎo)體器件構(gòu)成的存儲(chǔ)器，磁表面存儲(chǔ)器：磁性材料存儲(chǔ)器。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM：特點(diǎn)是按地址訪問存儲(chǔ)單元。順序存儲(chǔ)器SAM：信息按順序存放和讀出，其存取時(shí)間取決于信息存放位置，以記錄塊為單位編制。直接存取存儲(chǔ)器DAM：存取方式兼有隨機(jī)訪問和順序訪問的特點(diǎn)，可直接選取所需信息所在區(qū)域，然后按順序方式存取磁盤存儲(chǔ)器就是如此。按內(nèi)容訪問存儲(chǔ)器：只要知道訪問信息的內(nèi)容特征，按內(nèi)容檢索到存儲(chǔ)位置，并進(jìn)行讀寫。存儲(chǔ)容量：指它能存放二進(jìn)制位數(shù)或字?jǐn)?shù)。存取時(shí)間：一般用讀出時(shí)間以及寫入時(shí)間來描述。存儲(chǔ)周期：是指存儲(chǔ)器進(jìn)行一次讀寫操作所需要的全部時(shí)間，也就是存儲(chǔ)器進(jìn)行

13、連續(xù)讀寫操作數(shù)允許的最短間隔時(shí)間。flash存儲(chǔ)器：也稱閃存，是高密度非易失性讀寫存儲(chǔ)器，兼有RAM和ROM的優(yōu)點(diǎn)，功耗低集成度高不需后備電源。時(shí)間局部性：是指被訪問的某個(gè)儲(chǔ)存單元在較短的時(shí)間間隔內(nèi)很可能又被訪問?？臻g局限性：是指被訪問的某個(gè)儲(chǔ)存單元的鄰近單元在一個(gè)較短的時(shí)間間隔內(nèi)很可能也被訪問。直接映射：每個(gè)主存塊映射到cache的固定行中。全相聯(lián)映射：每個(gè)主存塊映射到cache的任一行中。組相聯(lián)映射：每個(gè)主存塊映射到cache的固定組的任一行中。程序：是代碼和數(shù)據(jù)的集合，程序的代碼是一個(gè)機(jī)器指令序列，是一種靜態(tài)的概念。進(jìn)程：是程序一次運(yùn)行的過程，是一種動(dòng)態(tài)的概念。輸入輸出設(shè)備：又稱外圍設(shè)備

14、或外部設(shè)備簡(jiǎn)稱外設(shè)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與人或其他機(jī)器之間進(jìn)行信息交換的裝置。鼠標(biāo)器：是一種相對(duì)定位設(shè)備，能方便的控制屏幕上的光標(biāo)移動(dòng)到指定的位置，并通過按鍵完成各種操作。行頻：水平掃描周期的倒數(shù)。幀頻：垂直掃描周期的倒數(shù)。磁道：是在磁層運(yùn)動(dòng)方向上被磁頭掃過的軌跡道密度：沿磁道分布方向上單位長(zhǎng)度內(nèi)的磁道數(shù)目位密度：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度內(nèi)存放二進(jìn)制信息的數(shù)目未格式化容量：是指按照道密度和位密度計(jì)算出來的容量，它包括頭空、id域、CRC碼等信息分散連接：個(gè)個(gè)部件之間通過單獨(dú)的連線互聯(lián)總線連接：將多個(gè)部件連接到一組公共信息傳輸線上DMA:直接存儲(chǔ)器存取DMA控制：專門用來控制總線進(jìn)行DMA傳送的接口硬件易失性存儲(chǔ)器操作

15、碼第一章 概述儲(chǔ)存程序方式的基本思想：必須將事先編好的程序和原始數(shù)據(jù)送入主存后才能執(zhí)行程序，一旦程序被啟動(dòng)執(zhí)行，計(jì)算機(jī)能在不需要操作人員干預(yù)下自動(dòng)完成逐條指令取出和任務(wù)執(zhí)行。馮.諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的基本思想：1、采用存儲(chǔ)程序工作方式2、計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出五個(gè)基本部件組成3、存儲(chǔ)器存放數(shù)據(jù)、指令，形式上沒有區(qū)別，但計(jì)算機(jī)應(yīng)該能區(qū)別；控制器能自動(dòng)執(zhí)行指令；運(yùn)算器能進(jìn)行加減乘除以及邏輯運(yùn)算；操作人員可以通過輸入輸出設(shè)備使用計(jì)算機(jī)。4、計(jì)算機(jī)內(nèi)部以二進(jìn)制形式表示指令和數(shù)據(jù)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本組成：1、中央處理器：數(shù)據(jù)通路（含各類運(yùn)算部件（ ALU） 控制器2、存儲(chǔ)器：內(nèi)存（主存儲(chǔ)器、高

16、速緩沖存儲(chǔ)器cache） 外存（輔助存儲(chǔ)器、海量后備存儲(chǔ)器）3、外部設(shè)備4、總線計(jì)算機(jī)軟件發(fā)展的三個(gè)階段：1、1946-1956機(jī)器代碼程序出現(xiàn)到實(shí)用高級(jí)語言出現(xiàn)，尚未出現(xiàn)軟件一詞2、1956-1968高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言到軟件工程概念出現(xiàn)3、軟件工程出現(xiàn)至今。按照在計(jì)算機(jī)上完成任務(wù)的不同分類用戶：最終用戶、系統(tǒng)管理員、應(yīng)用程序員、系統(tǒng)程序員源程序到可執(zhí)行文件轉(zhuǎn)換過程：1、預(yù)處理階段：cpp對(duì)源程序中以字符#開頭的命令進(jìn)行處理，例如嵌入#include后面的.h文件2、編譯階段：cc1對(duì)預(yù)處理后的源程序進(jìn)行編譯，生成匯編語言源程序文件.s3、匯編階段：as對(duì)匯編源程序進(jìn)行匯編，生成一個(gè)可重定位目標(biāo)

17、文件.o4、鏈接階段：ld將多個(gè)可重定位目標(biāo)文件和標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)目標(biāo)模塊合并成為一個(gè)可執(zhí)行目標(biāo)文件，簡(jiǎn)稱可執(zhí)行文件。計(jì)算機(jī)性能評(píng)估的方法：1、cpu執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行性能評(píng)估2、用執(zhí)行速度進(jìn)行性能評(píng)估3、用基準(zhǔn)程序進(jìn)行性能評(píng)估第二章 數(shù)據(jù)的表示與概述信息用二進(jìn)制數(shù)字表示的原因：1、二進(jìn)制只有兩個(gè)基本狀態(tài)，而使用有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件可以容易地表示二進(jìn)制的每一位。2、二進(jìn)制的編碼、計(jì)算和運(yùn)算規(guī)則都很簡(jiǎn)單，可以用開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單易行。3、兩個(gè)符號(hào)1、0正好對(duì)應(yīng)邏輯命題的真、假，為計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和程序中的邏輯判斷提供了便利條件。表示一個(gè)數(shù)值數(shù)據(jù)的三要素：進(jìn)位計(jì)數(shù)制、定/浮點(diǎn)表示和編碼規(guī)則。定點(diǎn)數(shù)編碼表

18、示方法：原碼、補(bǔ)碼、反碼、移碼。原碼表示法的優(yōu)缺點(diǎn)：1、優(yōu)點(diǎn)：與真值的對(duì)應(yīng)關(guān)系直觀、方便，與真值轉(zhuǎn)換方便。2、缺點(diǎn)：零的表示不唯一，加減運(yùn)算規(guī)則復(fù)雜。補(bǔ)碼0唯一的好處：1、減少了+0 -0之間的轉(zhuǎn)換2、少占用一個(gè)編碼表示反碼表示法的不足：0表示不唯一，表數(shù)范圍比補(bǔ)碼少一位，運(yùn)算時(shí)必須考慮循環(huán)進(jìn)位（在計(jì)算機(jī)中很少使用，用作數(shù)碼變換中間的表現(xiàn)形式）補(bǔ)碼表示帶符號(hào)整數(shù)的優(yōu)點(diǎn)：1、0表示唯一2、模運(yùn)算系統(tǒng)，可用加法實(shí)現(xiàn)減法，符號(hào)位可以與數(shù)值為一起參加運(yùn)算。3、比原碼、反碼多表示一個(gè)最小負(fù)數(shù)。4、與反碼相比，不需要通過循環(huán)進(jìn)位來調(diào)整結(jié)果。IEEE數(shù)的分類：（注：階碼偏置，全0表示并不是實(shí)際階為0）1.全

19、0階全0尾，02.全0階非0尾，非規(guī)格化數(shù)3.全1階全0尾，4.全1階非0尾，沒有定義的數(shù)5.階非全0/1，規(guī)格化數(shù)整數(shù)的表示方法：二進(jìn)制表示（無符號(hào)整數(shù)、帶符號(hào)整數(shù)）二進(jìn)制的十進(jìn)制編碼（BCD碼）數(shù)據(jù)在連續(xù)存儲(chǔ)單元的排列順序：大端方式將數(shù)據(jù)的最高有效字節(jié)MSB存放在最小地址單元中，數(shù)據(jù)地址是MSB地址；小端方式相反數(shù)碼校驗(yàn)措施：1、奇偶校驗(yàn)（當(dāng)數(shù)據(jù)有奇數(shù)個(gè)1，校驗(yàn)位取0，否則取1，傳輸核對(duì)校驗(yàn)位；只能發(fā)現(xiàn)奇數(shù)位出錯(cuò)，不能確定出錯(cuò)位置，不具有糾錯(cuò)能力，開銷較小，常用在儲(chǔ)存器讀寫檢查或按字節(jié)傳輸過程中數(shù)據(jù)校驗(yàn)）2、海明校驗(yàn)（就是多重奇偶校驗(yàn)，將數(shù)據(jù)分成若干組，對(duì)每組進(jìn)行相應(yīng)奇偶檢測(cè)，以提供多位校

20、驗(yàn)信息，從而可對(duì)錯(cuò)誤信息進(jìn)行定位、糾正）3、循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC碼（將數(shù)據(jù)左移k位后，用k+1位數(shù)相除，相除后得到的k位余數(shù)就是校驗(yàn)位，發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)后要求重發(fā)即可）溢出的判斷：1、符號(hào)位產(chǎn)生的進(jìn)位與最高數(shù)值位向符號(hào)位的進(jìn)位不同，則產(chǎn)生溢出2、兩個(gè)加數(shù)（包括負(fù)數(shù)）的符號(hào)位相同，但與和的符號(hào)位不同，則產(chǎn)生溢出計(jì)算機(jī)中無符號(hào)數(shù)相乘主要思想：1、每將乘數(shù)的一位乘以被乘數(shù)之后，將結(jié)果與前面所得結(jié)果累加，得到部分積。2、求得單次結(jié)果后，將部分積右移一位，再相加（區(qū)別于手算的左移）。3、對(duì)乘數(shù)中為1的執(zhí)行加法與右移運(yùn)算，對(duì)0只執(zhí)行右移相乘算法迭代實(shí)現(xiàn)：進(jìn)位部分積P被乘數(shù)說明*P初始0+0/乘數(shù)判斷y最低位=PP/

21、Y右移得P1/Y1P1Y1步驟循環(huán)1、判斷最低位2、最低位為1，部分積與被乘數(shù)相加，為0，什么不做3、右移一位，產(chǎn)生本次部分積。補(bǔ)碼計(jì)算，布斯Booth乘法規(guī)則：1、乘數(shù)最低位增加一位輔助位02、若最低兩位為00 11，直接右移，若為01加被乘數(shù)補(bǔ)，10加-被乘數(shù)補(bǔ)定點(diǎn)除法的判斷操作：1.被除數(shù)0，除數(shù)不為0，則商為零，余數(shù)為被除數(shù)，不再繼續(xù)執(zhí)行2.除數(shù)不為0，被除數(shù)為0，對(duì)整數(shù)發(fā)生除零異常，對(duì)浮點(diǎn)數(shù)結(jié)果無窮大。3.除數(shù)為0，被除數(shù)為0，對(duì)整數(shù)發(fā)生除零異常，對(duì)浮點(diǎn)數(shù)產(chǎn)生一個(gè)不發(fā)信號(hào)的NaN計(jì)算機(jī)中無符號(hào)除法運(yùn)算步驟與算法要點(diǎn)：1、操作數(shù)預(yù)置；確認(rèn)不為零后置于存儲(chǔ)器中2、做減法試商；結(jié)果為正，上

22、商為1，結(jié)果為負(fù)，上商為03、上商為0時(shí)恢復(fù)余數(shù)4、中間余數(shù)左移，以便繼續(xù)試商。定點(diǎn)除法運(yùn)算：1符號(hào)位/余數(shù) R擴(kuò)展余數(shù)/商 Q說明* * *R0=X+ -y補(bǔ)R1=R0-Y,即+-y補(bǔ)=R1* QR10，Q為0，R10,為1R10：恢復(fù)余數(shù)即+y,后Q/R同時(shí)左移R11：Q/R同時(shí)左移浮點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算：1、對(duì)階；小階向大階看齊，階小的尾數(shù)右移。2、尾數(shù)加減；注意還原隱藏位，尾數(shù)右移保留的附加位也要參加運(yùn)算3、尾數(shù)規(guī)格化；IEEE標(biāo)準(zhǔn)1.bbb4、尾數(shù)的舍入處理；754規(guī)定至少兩位（保護(hù)位、舍入位），額外位（粘位）5、溢出判斷；第三章 指令系統(tǒng)指令必須包含的信息：（明顯或隱含）1、操作碼2、源

23、操作數(shù)或地址3、結(jié)果的地址4、下條指令地址（通常隱含在PC中）指令根據(jù)地址個(gè)數(shù)分類：1、三地址；雙目運(yùn)算和結(jié)果地址2、二地址；存放雙目運(yùn)算操作數(shù)，一個(gè)地址作為結(jié)果地址3、單地址；取反、負(fù)指令，操作地址也是結(jié)果地址4、零地址指令；空操作指令、停機(jī)等指令設(shè)計(jì)原則：1、指令盡量短，考慮容量2、有足夠操作碼數(shù)，考慮向后兼容3、操作碼解釋唯一4、指令長(zhǎng)度應(yīng)是字節(jié)的整倍數(shù)，便于讀取、計(jì)算。5、合理選擇地址字段的個(gè)數(shù)，空間與時(shí)間的權(quán)衡6、指令應(yīng)盡量規(guī)整，簡(jiǎn)化硬件實(shí)現(xiàn)指令涉及的操作數(shù)類型：指針或地址、數(shù)值數(shù)據(jù)、字符與字符串、邏輯數(shù)據(jù)指令的尋址方式：立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器直接尋址、寄存器間接尋址、

24、偏移尋址（變址尋址、相對(duì)尋址、基址尋址）指令操作類型：1、算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令2、移位指令（算術(shù)移位、邏輯移位、循環(huán)移位、半字交換）3、傳送指令（MOV寄存器間、LOAD讀取到寄存器、STORE寫到內(nèi)存單元）4、串指令（字符串進(jìn)行操作的指令）5、順序控制指令（有條件轉(zhuǎn)移BRANCH、無條件轉(zhuǎn)移JMP、跳步SKIP、調(diào)用CALL、返回RET）6、cpu控制指令；也稱特權(quán)指令、管態(tài)指令，有停機(jī)、開中斷、關(guān)中斷、系統(tǒng)模式切換7、輸入輸出指令調(diào)用指令和轉(zhuǎn)移指令的區(qū)別：調(diào)用指令也稱轉(zhuǎn)子指令，執(zhí)行調(diào)用指令時(shí)必須保存下條指令的地址，調(diào)用過程解釋時(shí)根據(jù)返回地址返回調(diào)用過程。而轉(zhuǎn)移指令則不返回執(zhí)行。 指令系統(tǒng)分類

25、：1、按操作數(shù)位置指定風(fēng)格；累加器型指令系統(tǒng)（一個(gè)數(shù)隱含在累加器中，執(zhí)行結(jié)果也總是送到累加器中，在早期使用）桟型指令系統(tǒng)（零或一地址指令，不靈活，通用計(jì)算機(jī)少使用）通用寄存器型指令系統(tǒng)（使用通用寄存器而不是累加器存放運(yùn)算過程中所用的臨時(shí)數(shù)據(jù)）load/store型指令系統(tǒng)（也是一種通用寄存器指令系統(tǒng)，特點(diǎn)是只有取數(shù)和存數(shù)指令才可以訪存）通用寄存器指令系統(tǒng)占主導(dǎo)地位原因：通用寄存器與處理器集成在一起，可縮短延遲；寄存器位于存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)頂端，速度快且容易使用。2、按指令復(fù)雜程度；CISC復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī) complex instruction set computerRISC精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī) redu

26、ced instruction set computerCISC指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：1、指令系統(tǒng)復(fù)雜；指令多、尋址方式多、指令格式多2、指令周期長(zhǎng)；3、指令周期差距大4、采用微程序控制5、難以進(jìn)行編譯優(yōu)化RISC指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：少、齊、短、硬1、指令數(shù)目少；只用高頻的簡(jiǎn)單指令2、指令格式規(guī)整；尋址方式少、指令格式少、指令長(zhǎng)度一致3、采用L/S型指令設(shè)計(jì)4、采用流水線方式執(zhí)行指令、指令周期短5、采用大量通用寄存器6、采用硬連線控制器7、采用優(yōu)化的編譯系統(tǒng)傳統(tǒng)CISC架構(gòu)Intel處于處理器市場(chǎng)領(lǐng)頭者原因：1、軟件的向后兼容性2、RISC日趨復(fù)雜，而CISC由于采用了部分RISC技術(shù)，既保證了兼容

27、，又提升了效率，雖然沒有純RISC快注;隨著個(gè)人移動(dòng)設(shè)備和嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，ARM處理器等應(yīng)用RISC技術(shù)產(chǎn)品有了新的機(jī)遇MIPS:無內(nèi)部互鎖流水級(jí)的微處理器Microprocessor without interlocked piped stagesMIPS指令類型：R-型指令；OP（6） rs（5） rt（5） rd（5） shamt（5） funct（6）。操作數(shù)和結(jié)果都放在寄存器中，操作碼為，所移位數(shù)由shamt決定，類型由funct決定，尋址方式只有寄存器直接尋址，rs是結(jié)果寄存器I-型指令；OP rs rt 立即數(shù)。是立即數(shù)指令，運(yùn)算類指令助記以i結(jié)尾J-型指令；OP 直接地址。主

28、要是無條件跳轉(zhuǎn)指令，尋址方式是變通的直接尋址。MIPS處理器：1、提供了32個(gè)32位通用寄存器，因此寄存器編號(hào)占5位2、提供32個(gè)32位單精度浮點(diǎn)寄存器，可配對(duì)成16個(gè)64位寄存器3、提供兩個(gè)乘商寄存器Hi和Lo4、用pc指出下條指令地址5、存儲(chǔ)器按字節(jié)編址，存儲(chǔ)器操作數(shù)可訪問的地址空間數(shù)是232字節(jié)6、采用大端方式存放數(shù)據(jù)第四章 中央處理器CPU執(zhí)行指令的過程：1、取指令；PC-IR2、對(duì)指令譯碼；ID3、計(jì)算源操作數(shù)地址并取操作數(shù)；4、數(shù)據(jù)操作5、目的操作數(shù)地址計(jì)算并存結(jié)果6、指令地址計(jì)算并將其送PC數(shù)據(jù)通路的基本結(jié)構(gòu)：1、組合邏輯元件（多路選擇器、加法器、算術(shù)邏輯部件、移碼器）2、時(shí)序邏

29、輯元件早期計(jì)算機(jī)定時(shí)方式：1、機(jī)器周期；一給指令周期可分為取指令、讀操作數(shù)等多個(gè)機(jī)器周期（現(xiàn)代不再使用）2、節(jié)拍；每個(gè)動(dòng)作在節(jié)拍內(nèi)完成（現(xiàn)代時(shí)鐘周期就是一個(gè)節(jié)拍，cpu主頻就是時(shí)鐘信號(hào)頻率）3、脈沖；節(jié)拍內(nèi)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)工作脈沖數(shù)據(jù)通路的結(jié)構(gòu)：1、分散方式連接2、總線方式連接；單、雙、三總線，一個(gè)時(shí)鐘周期傳送數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)3、單周期數(shù)據(jù)通路；所有指令的周期都為一個(gè)時(shí)鐘的數(shù)據(jù)通路；以最復(fù)雜指令周期為準(zhǔn)，效率低4、流水線方式連接MIPS指令流水線：最復(fù)雜需要5個(gè)階段完成操作，因此常用5段流水線實(shí)現(xiàn)。取址譯碼、取數(shù)執(zhí)行訪存寫回適合流水線的指令集特征：1、指令長(zhǎng)度應(yīng)盡量一致2、指令格式應(yīng)盡量規(guī)整，保證源寄存

30、器的位置相同3、采用load/store型指令風(fēng)格4、數(shù)據(jù)和指令在存儲(chǔ)器中要對(duì)齊存放控制器實(shí)現(xiàn)方式：1、硬連線控制器；將指令執(zhí)行過程中每個(gè)時(shí)鐘周期所包含的控制信號(hào)取值看成一個(gè)狀態(tài)，每來一個(gè)時(shí)鐘，控制信號(hào)會(huì)有一組新的取值。2、微程序控制器；仿造程序設(shè)計(jì)方法，將每條指令的執(zhí)行過程用一個(gè)微程序來表示流水線冒險(xiǎn)（阻塞）分類：1、結(jié)構(gòu)冒險(xiǎn)，也稱硬件資源沖突；避免措施：特定條件下一個(gè)部件每條指令只能使用一次，設(shè)置多個(gè)獨(dú)立的部件（現(xiàn)代計(jì)算機(jī)一級(jí)cache的數(shù)據(jù)cache與代碼cache分開設(shè)置）2、數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)，也稱數(shù)據(jù)相關(guān)，后面指令需用到前面運(yùn)算結(jié)果引發(fā)；避免措施：數(shù)據(jù)相關(guān)的指令間增加空操作nop指令，采用數(shù)

31、據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)（旁路傳送，不經(jīng)寄存器），在load指令后增加nop或插入氣泡，對(duì)通用寄存器讀寫操作進(jìn)行特殊處理（半寫半讀）3、控制冒險(xiǎn)，改變指令執(zhí)行順序引發(fā)增加指令并行的策略：1、超流水線技術(shù)；增加流水線級(jí)數(shù)2、多發(fā)射流水線技術(shù)；同時(shí)啟用多條指令獨(dú)立運(yùn)行Intel內(nèi)部異常分類：故障；陷阱；終止Intel外部中斷分類：可屏蔽中斷；不可屏蔽中斷CPU對(duì)異常、中斷的響應(yīng)步驟：1、保護(hù)斷點(diǎn)和程序狀態(tài)；放在專用的程序狀態(tài)字寄存器PSWR2、關(guān)中斷；一種禁止在處理異常或中斷時(shí)再響應(yīng)新異常的機(jī)制3、識(shí)別異常和中斷并轉(zhuǎn)相應(yīng)處理程序執(zhí)行第五章 存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器分類：1、按存儲(chǔ)原件（半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁表面存儲(chǔ)器、光

32、盤存儲(chǔ)器）2、按存取方式（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、順序存取存儲(chǔ)器SAM、直接存取存儲(chǔ)器DAM、按內(nèi)容訪問存儲(chǔ)器或相聯(lián)存儲(chǔ)器）3、按信息可更改性（讀寫存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器ROM）4、按斷點(diǎn)后信息的可保存性（非易失性存儲(chǔ)器、易失性存儲(chǔ)器）5、只讀存儲(chǔ)器工藝（掩膜只讀存儲(chǔ)器MROM、可編只讀存儲(chǔ)器PROM、可擦可編只讀存儲(chǔ)器EPROM、電擦電改只讀存儲(chǔ)器EEPROM）存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)：存儲(chǔ)器容量；用總價(jià)或每單位價(jià)表示存取時(shí)間；接到命令至信息傳輸時(shí)間存儲(chǔ)周期；存取時(shí)間加上下一次存取開始前所要求時(shí)間存儲(chǔ)器帶寬B；穩(wěn)定傳輸時(shí)的速率半導(dǎo)體隨機(jī)存取存儲(chǔ)器分為：靜態(tài)static RAM；用MOS管多，占硅面大，功耗

33、大，集成度低；但無需刷新、讀后再生；讀寫速度快，適合做高速小容量的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。動(dòng)態(tài)dynamic RAM；用MOS管少，占硅面小，功耗小，集成度高；必須定時(shí)刷新、讀后再生；讀寫速度相對(duì)較慢半導(dǎo)體RAM芯片組成：1、存儲(chǔ)體2、地址譯碼器3、驅(qū)動(dòng)器4、I/O控制電路5、讀、寫控制信號(hào)存儲(chǔ)器芯片擴(kuò)展：位擴(kuò)展、字?jǐn)U展、同時(shí)擴(kuò)展多模塊存儲(chǔ)器的編址方式：連續(xù)編址；模塊間不能并行訪問，不能提高存儲(chǔ)速度交叉編址；輪流啟動(dòng)、同時(shí)啟動(dòng)Cache行和主存塊之間的映射：1、直接映射2、全相聯(lián)映射3、組相聯(lián)映射Cache的替換算法：1、先進(jìn)先出算法FIFO；算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但不能反映程序訪問的局部性2、最近最少用算法L

34、RU；算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，比較正確反應(yīng)訪問局部性3、最不經(jīng)常用算法LFU；與LRU類似，不完全相同4、隨機(jī)替換算法解決cache與主存一致性的問題：1、全寫法；寫命中，同時(shí)寫cache跟主存，不命中則采用寫分配法（更新主存，分配新cache，裝入）或非寫分配法（僅更新主存）2、回寫法；寫命中，信息只寫入cache。不命中，分配新cache，更新cache。當(dāng)行被替換時(shí)將內(nèi)容一次性寫回主存。請(qǐng)求分頁思想：每次訪問僅將當(dāng)前需要的頁面調(diào)入主存，將不活躍的頁面放在磁盤上，訪存缺頁時(shí)，從磁盤調(diào)入。虛擬內(nèi)存的好處：1、每個(gè)進(jìn)程具有一致的虛擬地址空間，從而簡(jiǎn)化存儲(chǔ)管理2、把主存看成是磁盤存儲(chǔ)器的緩存，有效利用主存空間3、進(jìn)程的虛擬地址是私有的，保護(hù)各自進(jìn)程不被其他進(jìn)程破壞虛擬存儲(chǔ)器類型：1、分頁式；主存和虛擬地址空間