計(jì)算機(jī)組成原理重點(diǎn)總結(jié)(簡(jiǎn)版)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 計(jì)算機(jī)組成原理重點(diǎn)第一章1.馮·諾依曼計(jì)算機(jī)模型。1）計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器和輸入/輸出五個(gè)部件組成；2）存儲(chǔ)器以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)；3）存儲(chǔ)程序工作方式；4）五部件以運(yùn)算器為中心進(jìn)行組織。2.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)字長(zhǎng)，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(diǎn)小數(shù)X（不考慮符號(hào)），其表示范圍為：2-n|X|1-2-n2. n位定點(diǎn)整數(shù)X（不考慮符號(hào)），其表示范圍為：0|X|2n-13.采用定點(diǎn)數(shù)表示數(shù)的范圍較小，運(yùn)算很容易產(chǎn)生溢出。浮點(diǎn)表示法的最大特點(diǎn)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(gè)n位定點(diǎn)整數(shù)補(bǔ)

2、碼能表示的數(shù)值范圍是：-2n-1X 2n-115.一個(gè)n位定點(diǎn)小數(shù)補(bǔ)碼能表示的數(shù)值范圍是：- 1X 12-(n-1) 第四章 存儲(chǔ)系統(tǒng)1.存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)容量，速度，價(jià)格2.半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器：掩膜只讀存儲(chǔ)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(chǔ)器（EEPROM）閃速存儲(chǔ)器（flash memory）3. 高速緩沖存儲(chǔ)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(jìn)先出法（FIFO） “近期最少使用”算法（LRU）4. 虛擬存儲(chǔ)器功能：

3、1.是一種解決存儲(chǔ)容量和存取速度矛盾的一種有效措施，是管理存儲(chǔ)設(shè)備的有效方法。2. 用戶編制程序時(shí)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(chǔ)器使計(jì)算機(jī)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(chǔ)器的管理方式有段式、頁式或段頁式三種。5. 磁表面存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)存儲(chǔ)密度存儲(chǔ)容量 平均存取時(shí)間 數(shù)據(jù)傳送速率6.硬磁盤存儲(chǔ)器的基本組成 主要由磁記錄介質(zhì)、磁盤驅(qū)動(dòng)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(jì)算！未格式化容量=記錄面數(shù)×理論柱面數(shù)×內(nèi)圓周長(zhǎng)×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(jìn)制信息位的理論值等于內(nèi)圓周長(zhǎng)×位密度；內(nèi)圓的記錄密度最大。！實(shí)際容量=記錄面數(shù)×實(shí)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(zhǎng)× 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(zhǎng)度：一個(gè)指令字包含的所有二進(jìn)制代碼的位數(shù)。有等長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)和變長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)。 3. 指令系統(tǒng)性能的指標(biāo)· 指令所占存儲(chǔ)空間是否盡可能?。槐憩F(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(duì)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(duì)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(duì)尋址，基址變址尋址，隱含尋址方式5.指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路· 任務(wù)是確定所有機(jī)器指令的格式、類型、操作以及對(duì)操作數(shù)的訪問方式。出發(fā)點(diǎn)是提高指令系統(tǒng)的性能/價(jià)格比。 · 基本設(shè)計(jì)思想：（1）確定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的基本操作（包括操作系統(tǒng)和高級(jí)語言的）是由硬件實(shí)現(xiàn)還是由軟件實(shí)現(xiàn)；（2）按照盡量縮短平

6、均碼長(zhǎng)、方便譯碼與執(zhí)行的原則，設(shè)計(jì)指令字格式。6.堆棧是一種按特定順序訪問的存儲(chǔ)區(qū)；其特點(diǎn)是后進(jìn)先出(LIFO)或先進(jìn)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(jìn)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(duì)臨時(shí)保存和恢復(fù)某些數(shù)據(jù)極為簡(jiǎn)便。堆棧存取方式對(duì)應(yīng)的操作有建棧、入棧和出棧三種，可對(duì)應(yīng)指令系統(tǒng)中的三條指令。建棧操作只是存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)CISC 精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)RISCRISC的主要特點(diǎn)：選用使用頻度高的一些簡(jiǎn)單指令，復(fù)雜指令用簡(jiǎn)單指令組合。指令長(zhǎng)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(gè)通用寄存器。采用流水技術(shù),一個(gè)時(shí)鐘周期完成一條指令。采用組合邏輯實(shí)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(zhǎng)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(gè)時(shí)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(jì)算機(jī)運(yùn)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(jì)、成本低、可靠性高RISC有利于編譯程序代碼優(yōu)化RISC不易實(shí)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(chǔ)器讀：讀取某一主存單元的內(nèi)容，并將其裝入某一個(gè)CPU寄存器；· 存儲(chǔ)器寫：把一個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)字從某一CPU寄存器送到另一個(gè)寄存器或者ALU； · 進(jìn)行一個(gè)算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算，將結(jié)果送入某一CPU寄存

9、器或存儲(chǔ)器 。2.控制器三種時(shí)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(dòng)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(duì))指令的控

10、制序列 步 動(dòng)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(gè)因素：指令的功能強(qiáng)弱，時(shí)鐘周期的長(zhǎng)短，執(zhí)行

12、每條指令所需時(shí)鐘周期數(shù)。5. 組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)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(jī)器的狀態(tài)周期、節(jié)拍與工作脈沖；(3) 列出每個(gè)操作控制信號(hào)的邏輯表達(dá)式； · 表達(dá)式由指令操作碼、時(shí)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(hào)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(jì)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(shí)訪問主存的兩個(gè)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(gè)獨(dú)立編址的主存； 2）采用多體交叉存儲(chǔ)器，使兩條相鄰指令的操作數(shù)存放在不同的存儲(chǔ)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(dòng)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(gè)或多個(gè)功能部件的一組共享的信息傳輸線；一個(gè)部件發(fā)出的信號(hào)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(jī)器字長(zhǎng)和存儲(chǔ)字長(zhǎng)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(jìn)行傳送，只需一根數(shù)據(jù)線，線路成本低，適合遠(yuǎn)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(biāo)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(hào)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(jiǎn)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(shí)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(hào)。4.總線裁決：決定哪個(gè)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(gè)部件或設(shè)備中。5.定時(shí)問題：如何來定義總線事務(wù)中的每一步何時(shí)開始、何時(shí)結(jié)束。 總線通信的定時(shí)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(gè)總線的帶寬主要由總線定時(shí)方式所用的協(xié)議決定的。 影響總線帶寬的其他幾個(gè)因素有

16、： (1) 數(shù)據(jù)總線寬度； (2) 信號(hào)線是專用還是分時(shí)復(fù)用； (3) 是否允許大數(shù)據(jù)塊傳送。 總線設(shè)計(jì)的目標(biāo)：支持大范圍內(nèi)具有不同等待時(shí)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(qǐng)求，響應(yīng)，撤銷請(qǐng)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(cuò)誤或狀態(tài)檢測(cè)（3）控制和定時(shí)（4）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；（5）與主機(jī)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(dú)立編址方式：

17、對(duì)所有的I/O端口單獨(dú)進(jìn)行編號(hào)，成為一個(gè)獨(dú)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(jìn)行編號(hào)。 · 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(dú)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(jì)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(jī)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(dòng)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(chǔ)器存取方式 簡(jiǎn)稱為DMA方式，用于高速設(shè)備和主機(jī)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)記錄各種中斷請(qǐng)求信號(hào)； (2) 自動(dòng)響應(yīng)中斷請(qǐng)求； (3) 自動(dòng)判優(yōu)； (4) 保護(hù)被中斷程序的斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)； (5) 中斷屏蔽；現(xiàn)代計(jì)算機(jī)大多采用中斷嵌套技術(shù)。！I/O中斷處理過程中斷請(qǐng)求：INTR中斷判優(yōu)：鏈?zhǔn)脚抨?duì)中斷響應(yīng)：INTA，得到中斷號(hào)中斷服務(wù)：根據(jù)中斷號(hào)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(jī)發(fā)現(xiàn)中斷請(qǐng)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(chǎng)信息保護(hù)，通過程