计算机组成与体系结构

数据的表示
数据表示
原码
反码
补码
移码
Q1
Q2
Q3
Q4
数据表示
01 原码
二进制数（最高位是符号位，0为 正，1为负）
03 补码
正数的补码与原码相同。负数的 补码则是在反码的基础上，末尾 加1。最适合加减运算的数字编码 （符号位参与运算）
02 反码
正数的反码与原码相同。负数的 反码则是在原码的基础上，符号 位不变，数值位取反
校验码
校验码
01 奇偶校验码
通过在编码中增加一位校验 位来使编码中1的个数为奇数 （奇校验）或偶数（偶校验）
02 海明校验码
在n位被校验数据位中，插入 K个校验码，通过扩大码距来 实现检错和纠错。
循环冗余校验码
03 （CRC）
用于发现和纠正信息传送过 程中连续出现的多位错误。 只不过实际应用的时候基本 不纠错而是直接丢弃，因为 纠错的代价太高
M是尾数，决定数值的精度。e是指数（阶码），决定数值的范围。当尾数M≥0， M的范围在区间[0.5,1)。当尾数M<0，M的范围在区间(−1,−0.5]
浮点数运算时，先对阶，小阶对大阶，尾数右移阶差位，然后尾数相加对结果规格 化，既尾数范围
数值范围：最大正数（M最大正数，E最大正数）、最小负数（M最小负数，E最大 正数）
存储系统
高速缓存Cache
地址映 像方式
替换算 法
高速缓存Cache
替换算法
随机替换算法 RAND：随机的
先进先出 FIFO : 总是把最先调用的 Cache替换出去
最近最少使用 LRU：把当前近期 Cache使用次数最少的那块替换出去 （先看访问，再看修改状态）
04
总线
总线
内部总线 系统总线 外部总线 总线复用
总线
内部总线
02
元件级总线用于一 块电路板内元器件
的连接
01
芯片内总线用在集
成多芯片
总线
系统总线
ABCD
数据总线： 传送数据信 息，CPU一 次传输的数 据与数据总 线带宽相等
地址总线： 传送控制信 号和时序信 号，如读/写、 片选、中断 响应信号等
移码 -(2^(n1))~+(2^(n-1)-1)
数据的范围
定点小数
原码
反码
补码
移码
Q1
Q2
Q3
Q4
数据的表示
数据类型
定点数 浮点数
数据类型
定点数
所有数据的小数点位置是固定的，小数点位置在数据最高位是定点小数， 在最低位是定点整数，会有溢出的情况发生
浮点数
一个含小数点的R进制数N可以表示为N=M*R^e
02
计算机结构
计算机结构
运算器 控制器 寄存器组
计算机结构
运算器
算术逻辑 单元ALU
1
累加寄存 器AC
2
数据缓冲 寄存器DR
3
状态条件寄 存器PSW
4
计算机结构
控制器
程序计数 器（PC）
指令寄存 器（IR）
指令译码 器（ID）
时序部件
计算机结构
寄存器组
专用寄存器，通用寄存器。上面的都是专用的，通用的可以给程序猿控制 （提高速度，貌似没卵用）
06
Flynn分类法
Flynn分类法
07
CISC和RISC
CISC和RISC
CISC是复杂指令 系统计算机 RISC是精简指令 系统计算机 主要区别
08
存储系统
存储系统
主存储器 高速缓存Cache 存储器 寻址方式 磁盘
存储系统
主存储器
01
02
03
存取周期：连续 两次访问同一个 存储单元的最小 间隔时间
04 移码
在补码的基础上，符号位取反， 常用于表示浮点数的阶码部分 （码值大者对应的真值就大）
数据的表示
数据的范围
定点整 数
定点小 数
原码 -(2^(n-1)1)~+(2^(n-1)-1)
反码 -(2^(n-1)1)~+(2^(n-1)-1)
定点整数
补码 -(2^(n1))~+(2^(n-1)-1)
4. 实际公式：（一条指令分多少部分×流水线周期）+（所Hale Waihona Puke Baidu指令条数-1）×流
水线周期；K*Δt+(n-1)*Δt
流水线技术
吞吐率计算
TP=指令条 数/流水线 执行时间
流水线最大 吞吐率： 1/Δt
流水线技术
加速比计算
加速比S=不使用流水线执行时间/使用流水线执行时间
流水线技术
效率
流水线效率E=n个任务占有时空区/K个流水段的总时空区 E=吞吐 率×周期
计算机组成与体系结构
演讲人
2021-03-05
01
数据的表示
数据的表示
进制的转换 数据表示 数据的范围 数据类型
数据的表示
进制的转换
十进制转R进 制使用短除 法
R进制转十进 制使用按权 展开法
二进制转八 进制与十六 进制
进制的转换
R进制转十进制使用 按权展开法 十进制转R进制使用 短除法 二进制转八进制与十 六进制
主存容量：由指 令寻址方式产出 的操作数有效地 址的位数决定。
分类
主存储器
存取周期：连续两次访问同一个存储单元的最小间隔时 间
主存储器
主存容量：由指令寻址方式产出的操作数有效地址的位 数决定。
分类
随机读写存储器（RAM）
动态随机存储器DRAM采用动态MOS电 路，需要定时刷新保存当前信息。（单管 MOS电路集成度高、功耗小，是当前 RAM的主流型号） 静态随机存储器 SRAM不需要刷新，速度快，但线路复杂， 集成度低，写入数据后只要不断电，即可 长久保持数据不变
控制总线： 传送地址， 它决定了系 统的寻址空
间
PC总线、 ISA总线、 EISA总线、 PCI总线等 都属于系统
总线
总线
外部总线
又称通信总线，用于设备一级的互联，通过该总线与其他设备进行 信息与
总线
总线复用
顾名思义就是一条总线实现多种功能。采用这种方式的目的是减少总线数 量，提高总线的利用率
05
只读存储器（RPM）
掩模ROM出厂时厂家已经把ROM制好，用 户不能改动 可编程只读存储器PROM，用户 只能编程一次写入所需的数据，以后不能再改 动 可擦除可编程EPROM，用紫外线照射15 分钟擦除，再用高压电路写入新内容。 （EEPROM带电可擦写可编程只读存储器，使 用比EPROM方便） FM为FlashM，又叫闪存， 为快速联机可改写只读存储器，但擦除时只能 成块地擦去。
03
流水线技术
流水线技术
基本概念
周期及执行时间计算
1. 流水线周期是执行时间最长的一段，即取指、分析、执行三个里面时间最长的 2. 流水线计算公式 3. 理论公式：（取值时间+分析时间+执行时间）+（所求指令条数-1）×流水
线 周 期 ; ( t 1 + t 2 + t 3 . . . + t k ) + ( n - 1 ) *Δ t