计算机组成原理 期末复习笔记整理(上)(个人复习笔记/侵删/有不足之处欢迎斧正)
零、计算机的发展
冯.诺依曼计算机的特点:
1.计算机由五大部件组成
2.指令和数据以同等地位存于存储器,可按地址寻访
3.指令和数据用二进制表示
4.指令由操作码和地址码组成
5.存储程序(首次提出存储结构)
6.以运算器为中心(现代计算机一般以存储器为核心,cpu=运算器+控制器)
7.
主存储器基本构成:
存储器:数据在存储器内按照地址存储
存储单元:每个存储单元存放一串二进制代码
存储字:存储单元中二进制代码的组合
存储字长:存储单元中二进制代码的位数
存储元:即存储二进制的电元件(电容),每个存储元可以存储1bit
(一个字节有八个比特位,但是一个字有的比特位并不是固定的,具体要看计算机硬件是如何设计的)
同时需要注意的是1B=1个字节,1b=1bit
运算器的基本组成:
ACC:
累加器(寄存器),用于存放操作数,或运算结果。
MQ:
乘商寄存器,在乘、除运算时,用于存放操作数或运算结果。.
X:
通用的操作数寄存器,用于存放操作数
ALU:
算术逻辑单元,通过内部复杂的电路实现算数运算、逻辑运算
控制器的基本组成:
CU:控制单元,分析指令,给出控制信号
IR:指令寄存器,存放当前执行的指令
PC:程序计数器,存放下一条指令地址,有自动加1功能
(MAR MDR 在现代计算机会集成在cpo内)
一、系统总线
什么要用总线:减少各部件之间的连接线;方便系统的构成、扩充或更新—各部件和总线采用挂接形式,增加一个部件或去掉一个部 件对整个系统的结构不会造成什么影响。
什么是总线:总线是连接各个部件的信息传输线 是 各个部件共享的传输介质
总线的功能:沟通计算机各部件信息传递,并使不同 厂商提供的产品能互换组合
总线标准: 总线标准是系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标 准界面。 总线标准规范: 机械结构规范:确定模板尺寸、总线插头,边沿连接器 等的规格及位置。 功能规范:确定各引脚的名称、定义、功能与逻辑关系。 电气规范:规定信号工作时的高低电平、动态转换时间、 负载能力以及最大额定值。
二、总线的分类
1.片内总线 芯片内部 的总线
2.系统总线 计算机各部件之间 的信息传输线
3.通信总线(外部总线、 I/O 总线):用于 计算机系统之间 或 计算机系统 与其他系统(如控制仪表、移动通信等) 之间的通信
总线判优控制
总线通信的四种方式
同步通信 由
统一时标
控制数据传送
异步通信 采用
应答方式
,没有公共时钟标准
半同步通信
同步
、
异步结合
分离式通信 充分
挖掘
系统
总线每个瞬间
的
潜力
三、浮点表示
浮点数表示法是一种计算机数据表示方法,其中小数点位置可以浮动,不固定在某一位置。在浮点数中,数N可以表示为N=S×r^j,其中S称为尾数,r称为阶,j称为阶。
在科学计数法中,浮点数由符号位、有效数字、指数三部分组成。符号位表示数的正负,有效数字即尾数,指数即阶码。尾数通常是一个纯小数,阶码是一个整数。阶码的符号表示小数点浮动的方向,阶码为正时,表示小数点右移阶码位;阶码为负时,表示小数点左移阶码位。
在计算机中,浮点数通常被表示成如下格式:MsEM,其中M是尾数的符号位,即浮点数的符号位,安排在最高一位;E是阶码,紧跟在符号位之后,占用m位,含阶码的一位符号;M是尾数,在低位部分,占用n位。
在IEEE标准中,浮点数是将特定长度的连续字节的所有二进制位分割为特定宽度的符号域,指数域和尾数域三个域,其中保存的值分别用于表示给定二进制浮点数中的符号,指数和尾数。
此外,浮点数的表示范围比定点数的表示范围大得多。
四、加减法运算
1. 补码加减运算公式
(1) 加法 整数 [A]补+ [B]补= [A+B]补(mod 2n+1)
小数 [A]补+ [B]补= [A+B]补(mod 2)
(2) 减法
A–B = A+(–B )
整数 [A – B]补= [A+(–B )]补= [A]补 + [– B]补 (mod 2n+1)
小数 [A – B]补= [A+(–B )]补 = [A]补 + [– B]补 (mod 2)
连同符号位一起相加,符号位产生的进位自然丢掉
五、存储器
存储器分类
1.
按存储介质分类
(1) 半导体存储器 TTL、MOS
易失
(2) 磁表面存储器 磁头、载磁体
(3) 磁芯存储器 硬磁材料、环状元件
(4) 光盘存储器 激光、磁光材料
2.按存取方式分类
(1)
存取时间与物理地址无关(随机访问)
随机存储器
在程序的执行过程中
可
读
可
写
只读存储器
在程序的执行过程中
只
读
(2)
存取时间与物理地址有关(串行访问)
顺序存取存储器磁带
直接存取存储器磁盘
3.
按在计算机中的作用分类
主存和
CPU
的联系:
主存中存储单元地址的分配:
12345678H
这个数据如何在
主存储器中进行存储?
主存的技术指标
(1) 存储容量
主存 存放二进制代码的总位数
(2) 存储速度 存取时间 存储器的
访问时间
读出时间
写入时间
存取周期
读周期
写周期
连续两次独立的存储器操作
(3) 存储器的带宽
位
/
秒
主存储器
——
半导体芯片简介:
1.
半导体存储芯片的基本结构:
主存储器
——
随机存取存储器:
•
1
.
静态
RAM (SRAM)
保存
0
和
1
的原理是什么?
基本单元电路的构成是什么?
对单元电路如何读出和写入?
典型芯片的结构是很么样子的?
静态
RAM
芯片的如何进行读出和写入操作?
•
2.
动态
RAM ( DRAM )
保存
0
和
1
的原理是什么?
基本单元电路的构成是什么?
对单元电路如何读出和写入?
典型芯片的结构是很么样子的?
动态
RAM
芯片的如何进行读出和写入操作?
动态
RAM
为什么要刷新,刷新方法?
•
3.
动态
RAM
和静态
RAM
的比较
只读存储器(
ROM
)
1.
掩模
ROM ( MROM )
行列选择线交叉处有
MOS
管为“
1
”
行列选择线交叉处无
MOS
管为“
0
”
2. PROM (
一次性编程
)
3. EPROM (
多次性编程
)
4. EEPROM (
多次性编程
)
电可擦写
局部擦写
全部擦写
5. Flash Memory (
闪速型存储器
)
EPROM
价格便宜
集成度高
EEPROM
电可擦洗重写
高速缓冲存储器
Cache –
主存的地址映射
1.
直接映射
2.
全相联映射
3.
组相联映射
某一主存块
j
按模
Q
映射到
缓存
的第
i
组
中的
任一块
替换算法
1.
先进先出 (
FIFO
)算法
2.
近期最少使用(
LRU
)算法
辅助存储器
1.
特点 不直接与
CPU
交换信息
2.
磁表面存储器的技术指标
六、输入输出系统
输入输出系统的发展概况
1.
早期
分散连接
CPU
和
I/O
设备
串行
工作 程序查询方式
2.
接口模块和
DMA
阶段
总线连接
CPU
和
I/O
设备
并行
工作
3.
具有通道结构的阶段
4.
具有
I/O
处理机的阶段
输入输出系统的组成
1. I/O
软件
(1) I/O 指令 CPU
指令的一部分
(2) 通道指令
通道自身的指令
指出数组的首地址、传送字数、操作命令
如
IBM/370
通道指令为
64
位
2. I/O
硬件
设备
I/O
接口
设备
设备控制器
通道
I/O
设备与主机的连接方式
(1) 辐射式连接:每台设备都配有一套控制线路和一组信号线
(2)
总线连接
I/O
接 口
1.
总线连接方式的
I/O
接口电路
(1)
设备选择线
(2)
数据线
(3)
命令线
(4)
状态线
功能 组成
选址功能 设备选择电路
传送命令的功能 命令寄存器、命令译码器
传送数据的功能 数据缓冲寄存器
反映设备状态的功能 设备状态标记