计算机组成复习整理

What is the computer architecture?

计算机体系结构是那些对程序员可见的系统属性

What is the computer organization?

计算机组成是实现结构规范的操作单元及其相互连接.

What is the structure of a computer system?

部件互相关联的方法

What are the functions of a computer?

作为结构组成部分的单个独立部件的操作

--Data processing --Data storage-- Data movement --control

Describe the principal elements of a computer

--中央处理单元: 它控制计算机的操作并且执行数据处理功能;

--主存储器: 存储数据--I/O: 在计算机及其外部环境之间传输数据

--系统互连: 为CPU、主存储器和I/O之间提供一些通讯机制

Describe the principal elements of a CPU

--控制单元: 控制CPU以至于整个计算机的操作;--算术逻辑单

元(ALU): 执行计算机的数据处理功能;--寄存器: 提供CPU的内部存储;

--CPU内部互连: 提供控制器, ALU和寄存器之间的某种通信机制. Chapter 2

Von Neumann/Turing machine and its Structure(通用计算机的4个主要部件)

--主存储器,用于存储数据和指令--能够处理二进制数的算术逻辑运算

单元(ALU)--控制器, 负责解释内存中指令并执行之--用控制器操纵的I/O设备Stored Program Concept

如果程序能够以某种形式与数据一同存在存储器中,编译的过程就可以简化. 这样,计算机就可以通过在存储器中读取程序来获取指令,而且通过设臵一

部分存储器的值就可以编写和修改程序.

Moore’s Law

摩尔定律指的是单芯片上所能包含的晶体管数量每年翻一番，并且这种态势在不远的将来还会一直走下去。

Speeding it up – for microprocessor

---流水线技术---加入cache，L1&L2cache---通过增加新的电路，减小电路间的距离来提高速度，使得性能提高---Branch prediction（转移预测）--- Data flow analysis（数据流分析）---Speculative execution（推测执行）

Solutions(解决处理器速度快而储存设备读取速度慢的方法)

--Increase number of bits retrieved at one time--Change DRAM interface--Reduce frequency of memory access---Increase interconnection bandwidth

Three key concepts of von Neumann architecture

---数据和指令存储在单一的“读/写存储器” 中

---存储器的内容通过位臵寻址, 而不关心存储在其中的数据类型

--以顺序的形式从一条指令到下一条指令的执行.(除非有明确的修改)

Program Concept

--A sequence of steps--For each step, an arithmetic or logical operation

Is done—For each operation, a different set of control signals is need

Computer Components（元件）

--Central Processing Unit(The Control Unit and the Arithmetic and Logic

Unit constitute CPU）--Input/output（Data and instructions need to get

into the system and results out）--Main memory（Temporary storage of

code and results is needed)

取指令/执行指令

PC: 保存下一条将要读取指令的地址, 将指令装入IR后, 一般PC+1

IR: 保存读取到的指令

多重中断

---禁止中断(中断使能): 在中断处理过程中禁止其他中断, 禁止中断仅

仅意味着处理器可以并且将忽略中断请求信号.缺点: 没有考虑到相对

的优先级和时间紧迫的需要--- 优先级定义: 定义中断的优先级, 且允许

优先级高的中断引起低级中断处理程序本身被中断.

总线

---数据总线: 提供系统模块间传送数据的路径. 数据总线宽度是决定系

统总体性能的关键因素---地址总线: 用来指定数据总线上数据的来源或去

向.地址总线的宽度决定了系统能够使用的最大的存储器容量.---控制总线:

控制对数据线和地址线的存取和使用.

Chapter 4

Memory Performance

---Access time 存取时间Time between presenting the address and getting the valid data ---Memory Cycle time 存储周期Time may be required for the memory to “recover”before next access Cycle time is access + recovery

---Transfer Rate 传输率Rate at which data can be moved

Memory Hierarchy 存储器层次结构

---主板内寄存器---主板外储存器（RAM）内存---离线存储器

随着层次下降,价格下降,容量增大,存取时间变长,处理器访问存储器频率降低. Locality of Reference 局部性原理

在程序执行的过程中, 处理器倾向于成簇(块)地访问存储器中的指令和数据. Mapping Function 映射功能

---Direct Mapping 直接映射（是最简单的映射技术，将主存中的每一块映射到

一个固定可用的cache行中。命中率低）---Associative Mapping 全相联映射

（允许每一个主存块装入cache中的任意行。命中率最高，成本也高）

---Set Associative Mapping 组相联映射