計算機組成原理重點總結(jié)(簡版)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 計算機組成原理重點第一章1.馮·諾依曼計算機模型。1）計算機由運算器、存儲器、控制器和輸入/輸出五個部件組成；2）存儲器以二進制形式存儲指令和數(shù)據(jù)；3）存儲程序工作方式；4）五部件以運算器為中心進行組織。2.計算機系統(tǒng)性能指標字長，主頻，主存容量，RASIS特性，兼容性第二章 數(shù)據(jù)表示1.n位定點小數(shù)X（不考慮符號），其表示范圍為：2-n|X|1-2-n2. n位定點整數(shù)X（不考慮符號），其表示范圍為：0|X|2n-13.采用定點數(shù)表示數(shù)的范圍較小，運算很容易產(chǎn)生溢出。浮點表示法的最大特點是它可以表示很大的數(shù)據(jù)范圍以及較高的數(shù)據(jù)精度。4.一個n位定點整數(shù)補

2、碼能表示的數(shù)值范圍是：-2n-1X 2n-115.一個n位定點小數(shù)補碼能表示的數(shù)值范圍是：- 1X 12-(n-1) 第四章 存儲系統(tǒng)1.存儲器的主要性能指標容量，速度，價格2.半導(dǎo)體只讀存儲器：掩膜只讀存儲器ROM可編程ROM（PROM）可擦除和編程的ROM（EPROM）電擦除電改寫只讀存儲器（EEPROM）閃速存儲器（flash memory）3. 高速緩沖存儲器工作原理：設(shè)置Cache是為了解決CPU和主存之間的速度匹配問題，理論依據(jù)是程序訪存的局部性規(guī)律。映射方式：有直接映像、全相聯(lián)映像和組相聯(lián)映像。替換算法：先進先出法（FIFO） “近期最少使用”算法（LRU）4. 虛擬存儲器功能：

3、1.是一種解決存儲容量和存取速度矛盾的一種有效措施，是管理存儲設(shè)備的有效方法。2. 用戶編制程序時就無需考慮所編程序在主存中是否放得下以及放在什么位置等問題。3. 虛擬存儲器使計算機具有輔存的容量，接近于主存的速度和輔存的位成本。管理方法：虛擬存儲器的管理方式有段式、頁式或段頁式三種。5. 磁表面存儲器的性能指標存儲密度存儲容量 平均存取時間 數(shù)據(jù)傳送速率6.硬磁盤存儲器的基本組成 主要由磁記錄介質(zhì)、磁盤驅(qū)動器、磁盤控制器三大部分組成。7.硬盤容量和數(shù)據(jù)傳輸率的計算！未格式化容量=記錄面數(shù)×理論柱面數(shù)×內(nèi)圓周長×位密度（bit）！理論上的柱面數(shù)應(yīng)該等于（磁盤有效記

4、錄區(qū)外徑-有效記錄區(qū)內(nèi)徑）÷2×道密度。！磁道能記錄的二進制信息位的理論值等于內(nèi)圓周長×位密度；內(nèi)圓的記錄密度最大。！實際容量=記錄面數(shù)×實際柱面數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)× 每扇區(qū)的字節(jié)數(shù)（字節(jié)容量）！數(shù)據(jù)傳輸率=（每分鐘轉(zhuǎn)速÷60）×內(nèi)圓周長× 位密度（bit/S）第五章 指令系統(tǒng)1.指令一般的格式 操作碼OP+ 地址碼 A 2.指令字長度：一個指令字包含的所有二進制代碼的位數(shù)。有等長指令字結(jié)構(gòu)和變長指令字結(jié)構(gòu)。 3. 指令系統(tǒng)性能的指標· 指令所占存儲空間是否盡可能??；表現(xiàn)在指令中代碼密度是否高、信息

5、冗余量是否少； · 指令代碼對應(yīng)用需求的效率是否高，表現(xiàn)在非特權(quán)指令中功能性指令所占比例是否高、指令中操作數(shù)的訪問范圍滿足應(yīng)用需求的概率是否大、對操作系統(tǒng)和編譯程序的支持程度是否高； · 指令的譯碼速度、執(zhí)行速度是否快。 4.尋址方式：立即尋址，直接尋址，間接尋址，相對尋址，基址變址尋址，隱含尋址方式5.指令系統(tǒng)設(shè)計的基本思路· 任務(wù)是確定所有機器指令的格式、類型、操作以及對操作數(shù)的訪問方式。出發(fā)點是提高指令系統(tǒng)的性能/價格比。 · 基本設(shè)計思想：（1）確定計算機系統(tǒng)中的基本操作（包括操作系統(tǒng)和高級語言的）是由硬件實現(xiàn)還是由軟件實現(xiàn)；（2）按照盡量縮短平

6、均碼長、方便譯碼與執(zhí)行的原則，設(shè)計指令字格式。6.堆棧是一種按特定順序訪問的存儲區(qū)；其特點是后進先出(LIFO)或先進后出(FILO)。 堆棧存取方式· 堆棧最底部存放數(shù)據(jù)的位置是固定不變的，該位置稱為棧底；· 堆棧中存放的最上面數(shù)據(jù)的位置是不停變化的，該位置稱為棧頂；· 存取數(shù)據(jù)只能在棧頂進行，不可中間插入或者從中間將數(shù)據(jù)取出。 堆棧存取方式在指令中的應(yīng)用 堆棧操作對臨時保存和恢復(fù)某些數(shù)據(jù)極為簡便。堆棧存取方式對應(yīng)的操作有建棧、入棧和出棧三種，可對應(yīng)指令系統(tǒng)中的三條指令。建棧操作只是存儲器地址賦值給堆棧指針SP。只需要入棧（push）和出棧（pop）兩種指令。7

7、.復(fù)雜指令集計算機CISC 精簡指令集計算機RISCRISC的主要特點：選用使用頻度高的一些簡單指令，復(fù)雜指令用簡單指令組合。指令長度固定、指令格式種類少、尋址方式少。只有取數(shù)/存數(shù)(LOAD/STORE)指令訪存。CPU中有多個通用寄存器。采用流水技術(shù),一個時鐘周期完成一條指令。采用組合邏輯實現(xiàn)控制器。采用優(yōu)化的編譯程序。CISC的主要特征：指令系統(tǒng)龐大復(fù)雜，各種指令使用頻度差別大指令長度不固定、指令格式種類多，尋址方式多訪存指令不受限制CPU中設(shè)有專用寄存器大多數(shù)指令需要多個時鐘周期執(zhí)行完畢采用微程序控制器難以用優(yōu)化編譯生成高效的目的代碼RISC和CISC的比較：RISC更能充分利用VLS

8、I芯片的面積RISC更能提高計算機運算速度指令數(shù)目、指令格式、尋址方式少通用寄存器多，采用組合邏輯便于流水線操作RISC便于設(shè)計、成本低、可靠性高RISC有利于編譯程序代碼優(yōu)化RISC不易實現(xiàn)指令系統(tǒng)兼容第六章 中央處理器組織CPU=寄存器(PC、IR)+CU+ALU+中斷系統(tǒng)1. CPU的四種基本功能：· 存儲器讀：讀取某一主存單元的內(nèi)容，并將其裝入某一個CPU寄存器；· 存儲器寫：把一個數(shù)據(jù)字從某一CPU寄存器存入給定的主存單元中；· 把一個數(shù)據(jù)字從某一CPU寄存器送到另一個寄存器或者ALU； · 進行一個算術(shù)運算或邏輯運算，將結(jié)果送入某一CPU寄存

9、器或存儲器 。2.控制器三種時序控制方法：同步，異步，聯(lián)合控制方法3. 指令A(yù)DD R3，R1的執(zhí)行控制序列步 動作 說明 1 PCout,MARin,Read ,Clear Y,1=>C0, Add , Zin ；取指，(PC)+1 2 Zout,PCin,WMFC ；(PC)+1 => PC 3 MDRout,IRin ；指令 => IR 4 R3out,MARin,Read ；取數(shù)據(jù) 5 R1out,Yin,WMFC ；(R1) => Y 6 MDRout,Add,Zin ；相加 7 Zout,R1in,End ；結(jié)果 => R1 無條件轉(zhuǎn)移(相對)指令的控

10、制序列 步 動作1 PCout,MARin,Read,Clear Y, 1 => C0 ,Add,Zin 2 Zout,PCin,WMFC 3 MDRout,IRin 4 PCout,Yin 5 （IR的偏移字段)out,Add,Zin 6 Zout,PCin,End （3）MOV x（R0）, (R1)；其中，源操作數(shù)為變址尋址，目的操作數(shù)為間接尋址， x在該指令的下一字中 。1 PCout, MARin, Read, Clear Y, 1=>C0, Add, Zin ；取指，(PC)+1 2 Zout, PCin, WMFC ；(PC)+1 => PC 3 MDRout,

11、 IRin ；指令 => IR 4 PCout, MARin, Read, Clear Y, 1=>C0, Add, Zin 5 Zout,PCin,WMFC ； (PC)+1 => PC 6 MDRout,Yin ； x => Y7 R0out, ADD, Zin ； x +（R0） => Z8 Zout, MARin, Read, WMFC；（MEM）=>BUS=>MDR9 R1out, MARin, Write, WMFC；MDR=>BUS=>（MEM）10 END4.決定CPU性能最重要三個因素：指令的功能強弱，時鐘周期的長短，執(zhí)行

12、每條指令所需時鐘周期數(shù)。5. 組合邏輯控制器的設(shè)計步驟：(1) 由CPU數(shù)據(jù)通路和指令功能，排列出每條指令的操作控制步序列(微操作序列) ；(2) 確定機器的狀態(tài)周期、節(jié)拍與工作脈沖；(3) 列出每個操作控制信號的邏輯表達式； · 表達式由指令操作碼、時序狀態(tài)以及狀態(tài)條件信息（允許有空缺）等因子組成； · 只須節(jié)拍電位控制的信號不用考慮脈沖。6.微指令的格式：水平型微指令和垂直型微指令。編碼：1）直接表示法 2）分段直接編碼法 3）字段間接編碼法 7.微指令地址生成技術(shù)有計數(shù)器法和下地址字段法兩種。8.訪存沖突：在流水線上，取指令、取操作數(shù)都要訪問主存；要求CPU必須能夠同

13、時訪問主存的兩個單元。 解決訪存辦法 1）設(shè)置分別存放指令和操作數(shù)的兩個獨立編址的主存； 2）采用多體交叉存儲器，使兩條相鄰指令的操作數(shù)存放在不同的存儲體內(nèi)； 3）采用指令預(yù)?。ㄖ噶罹彌_）技術(shù)。 9.指令發(fā)射策略· 指令發(fā)射是指啟動指令執(zhí)行處理器功能的過程；發(fā)射指令所采用的協(xié)議或規(guī)則稱為指令發(fā)射策略。 第七章 總線1.總線是連接兩個或多個功能部件的一組共享的信息傳輸線；一個部件發(fā)出的信號可以被連接到總線上的其他所有部件所接收?？偩€按連接部件不同分為：片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線、通信總線。系統(tǒng)總線按傳輸信息不同分為：數(shù)據(jù)總線（雙向，其位數(shù)與機器字長和存儲字長有關(guān)，總線寬度）、地址總線（由CPU

14、輸出，單向）、控制總線。2.串行傳輸 串行總線的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)線上按位進行傳送，只需一根數(shù)據(jù)線，線路成本低，適合遠距離的數(shù)據(jù)傳輸。 使用串行通信總線連接慢速設(shè)備，象鍵盤、鼠標和終端設(shè)備等。 串行傳輸中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 · 發(fā)送部件中并行數(shù)據(jù)到串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，稱為拆卸； · 接收部件中串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，稱為裝配。 串行傳輸中的數(shù)據(jù)傳輸速率 · 在信息傳輸通道中，攜帶數(shù)據(jù)信息的信號單元叫碼元； · 波特率：每秒鐘通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)。· 每秒鐘通過信道傳輸?shù)男畔⒘糠Q為位傳輸速率，簡稱比特率。· 波特率一般大于或等于比特率。3并行傳輸 并行總線

15、的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)線上同時有多位一起傳送，每一位要有一根數(shù)據(jù)線。 并行數(shù)據(jù)傳輸需要聯(lián)絡(luò)控制信號。4.總線裁決：決定哪個總線主控設(shè)備將在下次得到總線使用權(quán)的過程稱為總線裁決。· 兩類總線裁決方式：集中式和分布式· 集中式裁決方式：使用總線控制器；· 分布式裁決方式：控制邏輯分散在各個部件或設(shè)備中。5.定時問題：如何來定義總線事務(wù)中的每一步何時開始、何時結(jié)束。 總線通信的定時方式有四種： · 同步協(xié)議· 異步協(xié)議· 半同步協(xié)議 · 分離事務(wù)協(xié)議6.總線帶寬一個總線的帶寬主要由總線定時方式所用的協(xié)議決定的。 影響總線帶寬的其他幾個因素有

16、： (1) 數(shù)據(jù)總線寬度； (2) 信號線是專用還是分時復(fù)用； (3) 是否允許大數(shù)據(jù)塊傳送。 總線設(shè)計的目標：支持大范圍內(nèi)具有不同等待時間和數(shù)據(jù)傳輸速率的設(shè)備的需求。7.總線異步通信協(xié)議的步驟：請求，響應(yīng)，撤銷請求，撤銷響應(yīng) 異步通信子協(xié)議類型：全互鎖，半互鎖，不互鎖第九章 輸入輸出組織1. I/O接口的功能：（1）數(shù)據(jù)緩沖（2）錯誤或狀態(tài)檢測（3）控制和定時（4）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；（5）與主機和設(shè)備通信2. I/O接口的分類(1) 按數(shù)據(jù)傳送方式分，有并行接口和串行接口(2) 可編程接口和不可編程接口 (3) 按通用性來分，有通用接口和專用接口 3. I/O端口的編址方式(1) 獨立編址方式：

17、對所有的I/O端口單獨進行編號，成為一個獨立的I/O地址空間。 · 需要用專門的輸入輸出指令來訪問I/O端口。(2) 統(tǒng)一編址方式：將主存地址空間分出一部分地址給I/O端口進行編號。 · 訪存指令和輸入輸出指令相同。比較統(tǒng)一編址方式· 有關(guān)主存的尋址方式都可用于I/O端口的尋址。外設(shè)或I/O寄存器數(shù)目幾乎不受限制。· 主存空間減少；址線都需參與地址譯碼，使譯碼電路變復(fù)雜獨立編址方式· 尋址速度快；專用I/O指令，使得程序清晰。· 程序設(shè)計靈活性差些；控制邏輯較復(fù)雜。4. I/O控制方式類型1. 程序直接控制方式（查詢方式） 從I/O接

18、口取得外設(shè)和接口的狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)來控制外設(shè)和主機的信息交換。2. 程序中斷控制方式 執(zhí)行相應(yīng)的I/O指令，將啟動命令發(fā)送給相應(yīng)的I/O接口和外設(shè)，然后CPU繼續(xù)執(zhí)行其他程序。3. 直接存儲器存取方式 簡稱為DMA方式，用于高速設(shè)備和主機的數(shù)據(jù)傳送，采用成批數(shù)據(jù)交換方式。 用專門的硬件（DMA控制器）來控制總線進行數(shù)據(jù)交換。4. 通道和I/O處理器方式 獲得CPU和外設(shè)之間更高的并行性，讓種類繁多、物理特性各異的外設(shè)能以標準的接口連接到系統(tǒng)中。 5.中斷： 由于內(nèi)部/外部事件或由程序的預(yù)先安排引起CPU中斷正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的服務(wù)程序中去。！中斷系統(tǒng)的基本職能(1) 及時記錄各種中斷請求信號； (2) 自動響應(yīng)中斷請求； (3) 自動判優(yōu)； (4) 保護被中斷程序的斷點和現(xiàn)場； (5) 中斷屏蔽；現(xiàn)代計算機大多采用中斷嵌套技術(shù)。！I/O中斷處理過程中斷請求：INTR中斷判優(yōu)：鏈式排隊中斷響應(yīng)：INTA，得到中斷號中斷服務(wù)：根據(jù)中斷號查中斷向量表，得到中斷入口地址，跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序中斷返回：從中斷服務(wù)程序中返回到源程序繼續(xù)執(zhí)行！中斷響應(yīng)：指主機發(fā)現(xiàn)中斷請求，中止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，到調(diào)出中斷服務(wù)程序這一過程。（1）保存好程序的關(guān)鍵性信息 · 現(xiàn)場信息保護，通過程