《计算机组成原理》总结

第一章 计算机系统概论

1.1计算机的分类

电子计算机分两大类：电子模拟计算机、电子数字计算机

2.4计算机的性能指标：（基本运算p5）

⑴处理机字长：处理机运算器一次能够完成二进制运算的位数，如32位、64位

⑵存储器容量：存储器中所有存储单元的总数目，通常用KB,MB,GB,TB来表示

⑶计算机五个组成部分：存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备（其中cpu由运算器和控制器组成）

⑷冯.诺依曼型计算机的设计思想：存储程序并按地址顺序执行

⑸计算机软件一般分为两大类：①系统程序②应用程序

⑹硬件可以由软件来实现，软件也可以由硬件来实现，故软件与硬件的逻辑等价性。

第二章 运算方法和运算器

1.计算机中常用的数据表示格式有两种：一是定点格式，二是浮点格式。

2.阶码位数多，表示数的范围大；尾数位数多，说明该数的精确度越高。

3.数的机器码表示：原码、反码、补码、移码表示法

4.浮点加、减法运算步骤：（0操作数检查）、（比较阶码大小并完成对阶）、（尾数求和运算）、（结果规格化处理）、（舍入处理）

第三章 多层次的存储器

3.1.1存储器的分类：

1.按存取方式分：随机存储器和顺序存储器

2.按存储内容可变分：只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）

3.6 cache基本原理：

①cache解决的问题：为了解决cpu与主存之间速度不匹配问题；

②cache基于的原理：程序运行过程中具有（空间局部性）和（时间局部性）原理。

③cache实现是由（硬件）方式实现

④cache地址没有增加，容量也没有增加。

⑤cache命中率：（重点p91大题计算）

3.6.2 主存与cache的地址映射

①全相联映射方式：主存中的任意一块可以放在cache中的任意一行上 优点：非常灵活 缺点：比较电路难以设计和实现 适用：适合于小容量cache采用

②直接映射方式：主存块只能拷贝到cache的一个特定位置上 优点：硬件简单，成本低 缺点：每个主存块只有一个固定的行位置可存放。 适用：适合需要大容量cache的场合。

③组相联映射方式：综合前面两者的优缺点。

3.6.3 替换策略

①最不经常使用（LFU）算法②近期最少使用（LRU）算法③随机替换

3.6.4 cache的写操作策略

①写回法②全写法③写一次法

3.7虚拟存储器

1.虚拟存储器：解决内存容量的不够问题。

2.虚存是在主存和辅存之外附加一些硬件和软件实现。

3.虚拟存储器的替换算法：FIFO算法、LRU算法、LFU算法

第四章 指令系统

1.一条指令结构可用如下形式表示：

操作码OP表示：表示该指令应进行什么性质的操作。

地址码表示：操作数的地址

2.二地址指令格式中，从操作数的物理位置来说，可总结为三种类型：①存储器--存储器（SS）②寄存器--寄存器（RR）③寄存器--存储器（RS）

3.一个指令系统中，指令字长度不一样。

4.指令的寻址方式：顺序寻址方式、跳跃寻址方式

5.立即寻址与寄存器寻址相比，立即寻址速度快。

6.常用的三种偏移寻址是：相对寻址、基址寻址、变址寻址

第五章 中央处理器

5.1.1 cpu的功能：

①指令控制②操作控制③时间控制④数据控制

2. cpu 的组成：由运算器和控制器组成。（现今cpu由运算器、控制器和cache三部分组成。

3.运算器由算术逻辑单元（ALU）、通用寄存器、数据缓冲寄存器DR和状态条件寄存器PSW组成。

4.cpu中的主要寄存器：

①指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令。

②程序计数器（PC）：下条指令的执行地址且自加1.

③数据缓冲寄存器（DR）：用来暂时存放ALU的运算结果。

④数据地址寄存器（AR）：保存当前cpu所访问的数据cache存储器中单元的地址

⑤通用寄存器（R0--R3）

⑥状态字寄存器（PSW）

5.任何一条指令取址微指令一样，不同的在执行阶段。

6. cpu从（主存）中取出一条指令并执行该指令的时间叫（指令周期），它通常包含若干个（cpu周期），而后者又包含若干个（时钟周期）。

7.指令一旦结束，就进入公操作。（取指令可认为是公操作）

5.4微程序控制器

1.微程序设计技术是利用软件方法来设计硬件的一门技术。

2.微程序控制基本原理：仿照通常结题程序的方法，把操作信号编制成所谓的“微指令”，存放到一个只读存储器里。当机器运行时，一条又一条的读出这些指令，从而产生全机所需要的各种操作控制信号，使相应的部件执行所规定的操作。

3.一个微指令由若干个微命令组成，其中微指令包括微命令和下地址。

4.微程序控制器组成原理：

①控制存储器：用来存放实现全部指令系统的微程序，它是一种只读型存储器。

②微指令寄存器：用来存放由控制存储器读出的一条微指令信息。

③地址转移逻辑：

5.微指令格式：水平型微指令、垂直型微指令

5.6流水cpu

1.计算机并行处理技术主要的三种形式：①时间并行（流水线技术）②空间并行（设置重复的硬件资源）③时间并行 + 空间并行（现在计算机使用的）

2.流水线中的主要问题：

①资源相关：指多条指令进入流水线后在同一机器时钟周期内争用同一个功能部件所发生的冲突。

②数据相关：在一个程序中，必须等前一条指令执行完毕后，才能执行后一条指令，那么这两条指令就是数据相关。

③控制相关：冲突是由转移指令引起的。

第六章 总线系统

1.总线特性：物理特性、时间特性、功能特性、电气特性。

2.总线按其功能可分为：地址总线、控制总线、数据总线。

3.计算机系统中，传输信息采用三种方式：串行传送（每次只传送一位）、并行传送（一次传送若干位）和分时传送。

4.仲裁方式分：集中式仲裁和分布式仲裁

5.集中式仲裁：

①链式查询方式（菊花链式对电路故障最敏感）

②计数器定时查询方式

③独立请求方式（响应最快）

6.总线的定时：同步定时、异步定时

7.总线的一次信息传送过程，大致可以分为如下五个阶段，（请求总线），（总线仲裁），（寻址 （目的地址） ），（信息传送），（状态返回 （或错误报告） ）。

第七章 外存与I/O设备

重点p216及p217

第八章 输入输出系统

1.信息交换方式：程序查询方式、程序中断方式、直接内存访问（DMA）方式、通道方式

2.程序查询方式与程序中断方式相比，程序中断方式cpu利用率高。

3.中断的条件：当进入公操作的时候才可以进行中断。

4.中断源确定中断服务子程序入口，由中断向量指明。

5.微程序的入口地址由地址码确定。

6.DMA数据块传送过程三个阶段：传送前预处理、正式传送、传送后处理。