最新计算机组成原理知识点总结(唐朔飞版)
计算机组成原理唐朔飞高分笔记

试卷内容结构数据结构 45分计算机组成原理 45分操作系统 35分计算机网络 25分试卷题型结构单项选择题 80分(40小题,每小题2分) 综合应用题 70分计算机体系结构(Computer Architecture)主要研究硬件和软件功能的划分,确定硬件和软件的界面,哪部分功能由硬件系统来完成,哪部分功能由软件系统来完成。
计算机组成原理(Computer Organization)是依据计算机体系结构,在确定且分配了硬件子系统的概念结构和功能特性的基础上,设计计算机各部件的具体组成,以及它们之间的连接关系,实现机器指令级的各种功能和特性,这点上说计算机组成原理是计算机体系结构的逻辑实现。
计算机实现(Computer Implementation)是计算机组成的物理实现,包括中央处理器、主存储器、输入输出接口和设备的物理结构,所选用的半导体器件的集成度和速度,器件、模块、插件、底板的划分,电源、冷却、装配等技术,生产工艺和系统调试等各种问题。
总之,就是将完成逻辑设计的计算机组成方案转换成真实的计算机,也就是将满足设计、运行、价格等各项要求的计算机系统真正地制作并调试出来。
计算机组成原理【考查目标】1. 理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理,组成结构以及相互连接方式,具有完整的计算机系统的整机概念.2. 理解计算机系统层次化结构概念,熟悉硬件与软件间的界面,掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法3. 能够运用计算机组成的基本原理和基本方法,对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算,分析,并能对一些基本部件进行简单设计.一, 计算机系统概述(一) 计算机发展历程第一台电子计算机ENIAC诞生于1946年美国宾夕法尼亚大学.ENIAC用了18000电子管,1500继电器,重30吨,占地170m2,耗电140kw,每秒计算5000次加法.冯•诺依曼(VanNeumann)首次提出存储程序概念,将数据和程序一起放在存储器,使编程更加方便.50年来,虽然对冯•诺依曼机进行很多改革,但结构变化不大,仍称冯•诺依曼机.EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)电子离散变量计算机组成原理是讲硬件结构的系统结构是讲结构设计的摩尔定律微芯片上的集成管数目每3年翻两番.处理器的处理速度每18个月增长一倍.每代芯片的成本大约为前一代芯片成本的两倍新摩尔定律全球入网量每6个月翻一番.数学家冯·诺依曼(von Neumann)在研究EDVAC机时提出了“储存程序”的概念.以此为基础的各类计算机通称为冯·诺依曼机.它有如下特点:①计算机由运算器,控制器,存储器,输入和输出五部分组成②指令和数据以同等的地位存放于存储器内,并可按地址寻访③指令和数据均用二进制数表示④指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置⑤指令在存储器内按顺序存放⑥机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成图中各部件的功能·运算器用来完成算术运算和逻辑运算并将的中间结果暂存在运算器内·存储器用来存放数据和程序·控制器用来控制,指挥程序和数据的输入,运行以及处理运行结果·输入设备用来将人们熟悉的信息转换为机器识别的信息·输出设备将机器运算结果转为人熟悉的信息形式运算器最少包括3个寄存器(现代计算机内部往往设有通用寄存器)和一个算术逻辑单元(ALU Arithmetic Logic Unit).其中ACC(Accumulator)为累加器,MQ(Multiplier-Quotient Register)为乘商寄存器,X为操作数寄存器,这3个寄存器在完成不同运算时,说存放的操作数类别也各不相同.计算机的主要硬件指标(4.a) 主机完成一条指令的过程——以取数指令为例(4.b) 主机完成一条指令的过程——以存数指令为例(二) 计算机系统层次结构1. 计算机硬件的基本组成计算机硬件主要指计算机的实体部分,通常有运算器,控制器,存储器,输入和输出五部分.CPU是指将运算器和控制器集成到一个电路芯片中.2. 计算机软件的分类计算机软件按照面向对象的不同可分两类:系统软件:用于管理整个计算机系统,合理分配系统资源,确保计算机正常高效地运行,这类软件面向系统.(包括:标准程序库,语言处理程序,OS,服务程序,数据库管理系统,网络软件)应用软件:是面向用户根据用户的特殊要求编制的应用程序,这类软件通常实现用户的某类要求.3. 计算机的工作过程(1)计算机的工作过程就是执行指令的过程指令由操作码和操作数组成:操作码指明本指令完成的操作操作码地址码地址码指明本指令的操作对象.(3)指令的读取为了纪录程序的执行过程,需要一个记录读取指令地址的寄存器,称为指令地址寄存器,或者程序计数器.指令的读取就可以根据程序计数器所指出的指令地址来决定读取的指令,由于指令通常按照地址增加的顺序存放,故此,每次读取一条指令之后,程序计数器加一就为读取下一条指令做好准备.(4)执行指令的过程在控制器的控制下,完成以下三个阶段任务:1)取指令阶段按照程序计数器取出指令,程序计数器加一2)指令译码阶段分析操作码,决定操作内容,并准备操作数3)指令执行阶段执行操作码所指定内容(三) 计算机性能指标1. 吞吐量,响应时间(1) 吞吐量:单位时间内的数据输出数量.(2) 响应时间:从事件开始到事件结束的时间,也称执行时间.2. CPU时钟周期,主频,CPI,CPU执行时间(1) CPU时钟周期:机器主频的倒数,T C(2)主频:CPU工作主时钟的频率,机器主频Rc(3)CPI:执行一条指令所需要的平均时钟周期(4)CPU执行时间:T CPU=In×CPI×T CIn执行程序中指令的总数CPI执行每条指令所需的平均时钟周期数T C时钟周期时间的长度3. MIPS,MFLOPS(1)MIPS:(Million Instructions Per Second)Te:执行该程序的总时间=指令条数/(MIPS×)In:执行该程序的总指令数Rc:时钟周期Tc的到数MIPS只适合评价标量机,不适合评价向量机.标量机执行一条指令,得到一个运行结果.而向量机执行一条指令,可以得到多个运算结果.(2) MFLOPS: (Million Floating Point Operations Per Second)MFLOPS=Ifn/(Te×)Ifn:程序中浮点数的运算次数MFLOPS测量单位比较适合于衡量向量机的性能.一般而言,同一程序运行在不同的计算机上时往往会执行不同数量的指令数,但所执行的浮点数个数常常是相同的.特点:1.MFLOPS取决于机器和程序两方面,不能反映整体情况,只能反映浮点运算情况2.同一机器的浮点运算具有一定的同类可比性,而非同类浮点操作仍无可比性当前微处理器的发展重点①进一步提高复杂度来提高处理器性能②通过线程进程级的并发性提高处理器性能③将存储器集成到处理器芯片来提高处理器性能④发展嵌入式处理器软件开发有以下几个特点1)开发周期长2)制作成本昂贵3)检测软件产品质量的特殊性计算机的展望一、计算机具有类似人脑的一些超级智能功能要求计算机的速度达1015/秒二、芯片集成度的提高受以下三方面的限制•芯片集成度受物理极限的制约•按几何级数递增的制作成本•芯片的功耗、散热、线延迟计算机辅助设计CAD 计算机辅助制造CAM计算机辅助工艺规划 Computer Aided Process Planning CAPP计算机辅助工程 Computer Aided Engineering CAE计算机辅助教学 Computer Assisted Instruction CAI科学计算和数据处理工业控制和实时控制网络技术应用虚拟现实办公自动化和管理信息系统 Computer Aided DesignCAD,CAM,CIMS Computer Aided Manufacturing多媒体技术 Computer Integrated Manufacturing System人工智能,模式识别,文字/语音识别,语言翻译,专家系统,机器人…二, 数据的表示和运算(一) 数制与编码1. 进位计数制及其相互转换 1)进位计数制进位计数制是指按照进位制的方法表示数,不同的数制均涉及两个基本概念:基数和权. 基数:进位计数制中所拥有数字的个数.权:每位数字的值等于数字乘以所在位数的相关常数,这个常数就是权. 任意一个R 进制数X,设整数部分为n 位,小数部分为m 位,则X 可表示为:X =a n-1r n-1+ a n-2r n-2+ ┅ + a 0r 0+ a -1r -1+ a -2r -2+ ┅ + a -m r -m(X)r =∑--=mn i iirK 12)不同数制间的数据转换(1)二,八,十六进制数转换成十进制数利用上面讲到的公式: (N)2=∑Di •2i ,(N)8=∑Di •8i , (N)16=∑Di •16i ,进行计算.(2)十进制数转换成二进制数通常要对一个数的整数部分和小数部分分别进行处理,各自得出结果后再合并. ◆ 对整数部分,一般采用除2取余数法,其规则如下:将十进制数除以2,所得余数(0或1)即为对应二进制数最低位的值.然后对上次所得商除以2,所得余数即为二进制数次低位的值,如此进行下去,直到商等于0为止,最后得的余数是所求二进制数最高位的值. ◆ 对小数部分,一般用乘2取整数法,其规则如下:将十进制数乘以2,所得乘积的整数部分即为对应二进制小数最高位的值,然后对所余数的小数部分部分乘以2,所得乘积的整数部分为次高位的值,如此进行下去,直到乘积的小数部分为0,或结果已满足所需精度要求为止.(3)二进制数,八进制数和十六进制数之间的转换八进制数和十六进制数是从二进制数演变而来的: 由3位二进制数组成1位八进制数; 由4位二进制数组成1位十六进制数.对一个兼有整数和小数部分的数以小数点为界,小数点前后的数分别分组进行处理,不足的位数用0补足. 对整数部分将0补在数的左侧,对小数部分将0补在数的右侧.这样数值不会发生差错. 2. 真值和机器数真值:数据的数值通常以正(+)负(-)号后跟绝对值来表示,称之为“真值”.机器数:在计算机中正负号也需要数字化,一般用0表示正号,1表示负号.把符号数字化的数成为机器数. 3. BCD 码(Binary Coded Decimal 以二进制编码的十进制码)在计算机中采用4位二进制码对每个十进制数位进行编码.4位二进制码有16种不同的组合,从中选出10种来表示十进制数位的0~9,用0000,0001,…,1001分别表示0,1,…,9,每个数位内部满足二进制规则,而数位之间满足十进制规则,故称这种编码为“以二进制编码的十进制(binary coded decima1,简称BCD)码”.在计算机内部实现BCD 码算术运算,要对运算结果进行修正,对加法运算的修正规则是: 如果两个一位BCD 码相加之和小于或等于(1001)2,即(9)10,不需要修正;如相加之和大于或等于(1010)2,或者产生进位,要进行加6修正,如果有进位,要向高位进位.4. 字符与字符串在计算机中要对字符进行识别和处理,必须通过编码的方法,按照一定的规则将字符用一组二进制数编码表示.字符的编码方式有多种,常见的编码有ASCII码,EBCDIC码等.1)ASCII码(American Standard Code for Information Interchange 美国信息交换标准码)ASCII码用7位二进制表示一个字符,总共128个字符元素,包括10个十进制数字(0-9),52个英文字母(A-Z 和a-z),34专用符号和32控制符号.2)EBCDIC码为Extended Binary Coded Decimal Interchange Code的简称,它采用8位来表示一个字符.3)字符串的存放向量存储法:字符串存储时,字符串中的所有元素在物理上是邻接的.串表存储法:字符串的每个字符代码后面设置一个链接字,用于指出下一个字符的存储单元的地址.5. 校验码Check Digit数据校验码是一种常用的带有发现某些错误或自动改错能力的数据编码方法.其实现原理,是加进一些冗余码,使合法数据编码出现某些错误时,就成为非法编码.这样,可以通过检测编码的合法性来达到发现错误的目的.合理地安排非法编码数量和编码规则,可以提高发现错误的能力,或达到自动改正错误的目的.码距:码距根据任意两个合法码之间至少有几个二进制位不相同而确定的,仅有一位不同,称其码距为1. 1)奇偶校验码(Parity Bit)WIKI(开销最小,能发现数据代码中一位出错情况的编码,常用于存储器读写检查或ASCII字符或其它类型的信息传输的检查)P216它的实现原理,是使码距由1增加到2.若编码中有1位二进制数出错了,即由1变成0,或者由0变成1.这样出错的编码就成为非法编码,就可以知道出现了错误.在原有的编码之上再增加一位校验位,原编码n位,形成新的编码为n+1 位.增加的方法有2种:奇校验:增加位的0或1要保证整个编码中1的个数为奇数个.偶校验:增加位的0或1要保证整个编码中1的个数为偶数个.2)海明校验码(Hamming Code)P100实现原理,在数据中加入几个校验位,并把数据的每一个二进制位分配在几个奇偶校验组中.当某一位出错就会引起有关的几个校验组的值发生变化,这不但可以发现出错,还能指出是哪一位出错,为自动纠错提供了依据.假设校验位的个数为r,则它能表示2r个信息,用其中的一个信息指出“没有错误”,其余2r-1个信息指出错误发生在哪一位.然而错误也可能发生在校验位,因此只有k=2r-1-r个信息能用于纠正被传送数据的位数,也就是说要满足关系:2r k+r+13)CRC校验码(Cyclic Redundancy Check 循环冗余校验)P144CRC校验码一般是指k位信息之后拼接r位校验码.关键问题是如何从k位信息方便地得到r位校验码,以如何从位k+r信息码判断是否出错.将带编码的k位有效信息位组表达为多项式:式Ci中为0或1.若将信息位左移r位,则可表示为多项式M(x).xr.这样就可以空出r位,以便拼接r位校验位.CRC码是用多项式M(x).xr除以生成多项式G(x)所得的余数作为校验码的.为了得到r位余数,G(x)必须是r+1位.设所得的余数表达式为R(x),商为Q(x).将余数拼接在信息位组左移r位空出的r位上,就构成了CRC码,这个码的可用多项式表达为:M(x)·xr+R(x)=[Q(x)·G(x)+R(x)]+R(x)=[Q(x)·G(x)]+[R(x)+R(x)]=Q(x)·G(x)因此,所得CRC码可被G(x)表示的数码除尽.将收到的CRC码用约定的生成多项式G(x)去除,如果无错,余数应为0,有某一位出错,余数不为0.(二) 定点数的表示和运算1. 定点数的表示1)无符号数的表示无符号数就是指正整数,机器字长的全部位数均用来表示数值的大小,相当于数的绝对值.对于字长为n+1位的无符号数的表示范围为: 0-12)带符号数的表示 (真值范围-n-1n)带符号数是指在计算机中将数的符号数码化.在计算机中,一般规定二进制的最高位为符号位,最高位为“0”表示该数为正,为“1”表示该数为负.这种在机器中使用符号位也被数码化的数称为机器数.根据符号位和数值位的编码方法不同,机器数分为原码,补码和反码.(1)原码表示法机器数的最高位为符号位,0表示正数,1表示负数,数值跟随其后,并以绝对值形式给出.这是与真值最接近的一种表示形式.原码的定义:(2)补码表示法机器数的最高位为符号位,0表示正数,1表示负数,其定义如下:(3)反码表示法机器数的最高位为符号,0表示正数,1表示负数.反码的定义:(mod(2-=0.0000=1.0000 =0.0000 =0.0000=1.1111·三种机器数的最高位均为符号位.符号位和数值位之间可用“.”(对于小数)或“,”(对于整数)隔开·当真值为正时,原码,补码和反码的表示形式均相同,即符号位用“0”表示,数值部分与真值部分相同·当真值为负时,原码,补码和反码的表示形式不同,其它符号位都用“1”表示,而数值部分有这样的关系,即补码是原码的“求反加1”,反码是原码的“每位求反”.1)定点数的位移运算左移,绝对值扩大;右移,绝对值缩小.算术移位规则算术移位:带符号数移位;逻辑移位:无符号数移位;2)原码定点数的加/减运算;对原码表示的两个操作数进行加减运算时,计算机的实际操作是加还是减,不仅取决指令中的操作码,还取决于两个操作数的符号.而且运算结果的符号判断也较复杂.例如,加法指令指示做(+A)+(-B)由于一操作数为负,实际操作是做减法(+A)-(+B),结果符号与绝对值大的符号相同.同理,在减法指令中指示做(+A)-(-B)实际操作做加法(+A)+(+B),结果与被减数符号相同.由于原码加减法比较繁琐,相应地需要由复杂的硬件逻辑才能实现,因此在计算机中很少被采用.3)补码定点数的加/减运算;(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) 减法整数 [A]补 - [B]补= [A+(-B)]补=[A]补+ [-B]补(mod 2n+1)小数 [A]补 - [B]补= [A+(-B)]补=[A]补 + [-B]补(mod 2)无需符号判定,连同符号位一起相加,符号位产生的进位自然丢掉4)定点数的乘/除运算(1)一位乘法<1>原码定点一位乘法两个原码数相乘,其乘积的符号为相乘两数的异或值,数值两数绝对值之积.设 [X]原=X0 X1 X2 …Xn[Y]原=Y0 Y1 Y2 …Yn[X·Y]原=[X]原·[Y]原= (X0⊕Y0)∣(X1 X2 …Xn)·(Y1 Y2 …Yn) 符号∣表示把符号位和数值邻接起来.有的机器为方便加减法运算,数据以补码形式存放.乘法直接用补码进行,减少转换次数.具体规则如下: [X·Y]补=[X]补(-Y0 + 0. Y1 Y2… Yn )<3>布斯法“布斯公式”: 在乘数Yn后添加Yn+1=0.按照Yn+1 ,Yn相邻两位的三种情况,其运算规则如下:(1) Yn+1 ,Yn =0( Yn+1 Yn =00或11),部分积加0,右移1位;(2) Yn+1 ,Yn =1( Yn+1 Yn =10) ,部分积加[X]补,右移1位;(3) Yn+1 ,Yn =-1( Yn+1 Yn =01) ,部分积加[-X]补,右移1位最后一步不移位.(2)两位乘法<2>补码两位乘法当乘数由1位符号位和以n(奇数)位数据位组成时,求部分积的次数为(1+n)/2,而且最后一次的右移操作只右移一位.若数值位本身为偶数n,可采用下述两种方法之一:①可在乘数的最后一位补一个0,乘数的数据位就成为奇数,而且其值不变,求部分积的次数为1+(n+l)/2,即n/2+1,最后一次右移操作也只右移一位.②乘数增加一位符号位,使总位数仍为偶数,此时求部分积的次数为n/2+1,而且最后一次不再执行右移操作.1>恢复余数法被除数(余数)减去除数,如果为0或者为正值时,上商为1,不恢复余数;如果结果为负,上商为0,再将除数加到余数中,恢复余数.余数左移1位.2>加减交替法当余数为正时,商上1,求下一位商的办法,余数左移一位,再减去除数;当余数为负时,商上0,求下一位商的办法,余数左移一位,再加上除数.<2>定点补码一位除法(加减交替法)1〉如果被除数与除数同号,用被除数减去除数;若两数异号,被除数加上除数.如果所得余数与除数同号商上1,否则,商上0,该商为结果的符号位.2〉求商的数值部分.如果上次商上1,将除数左移一位后减去除数;如果上次商上0,将余数左移一位后加除数.然后判断本次操作后的余数,如果余数与除数同号商上1,如果余数与除数异号商上0.如此重复执行n-1次(设数值部分n位).3〉商的最后一位一般采用恒置1的办法,并省略了最低+1的操作.此时最大的误差为2-n.5)溢出概念和判别方法当运算结果超出机器数所能表示的范围时,称为溢出.显然,两个异号数相加或两个同号数相减,其结果是不会溢出的.仅当两个同号数相加或者两个异号数相减时,才有可能发溢出的情况,一旦溢出,运算结果就不正确了,因此必须将溢出的情况检查出来.判别方法有三种:1〉当符号相同的两数相加时,如果结果的符号与加数(或被加数)不相同,则为溢出.2〉当任意符号两数相加时,如果C=Cf,运算结果正确,其中C为数值最高位的进位,Cf为符号位的进位.如果C≠Cf ,则为溢出,所以溢出条件=C⊕Cf .3〉采用双符号f s2f s1.正数的双符号位为00,负数的双符号位为11.符号位参与运算,当结果的两个符号位甲和乙不相同时,为溢出.所以溢出条件= fs2⊕fs1 ,或者溢出条件= fs2fs1 + fs2fs1(三) 浮点数的表示和运算1. 浮点数的表示1)浮点数的表示范围;浮点数是指小数点位置可浮动的数据,通常以下式表示:N=M×R E其中,N为浮点数,M(Mantissa)为尾数(可正可负),E(Exponent)为阶码(可正可负),R(Radix)称为“阶的基数(底)”,而且R为一常数,一般为2,8或16.在一台计算机中,所有数据的R都是相同的,于是不需要在每个数据中表示出来.因此,浮点数的机内表示一般采用以下形式:Ms是尾数的符号位,设置在最高位上.E为阶码(移码),有n+1位,一般为整数,其中有一位符号位,设置在E的最高位上,用来表正阶或负阶.M为尾数(原码),有m位,由Ms和M组成一个定点小数.Ms=0,表示正号,Ms=1,表示负.为了保证数据精度属数通常用规格化形式表示:当R=2,且尾数值不为0时,其绝对值大于或等于(0.5)10.对非规格化浮点数,通过将尾数左移或右移,并修改阶码值使之满足规格化要求.浮点数的表示范围以通式N=M×R E设浮点数阶码的数值位取m位,尾数的数值位取n位2)IEEE754标准(Institute of Electrical and Electronics Engineers美国电气和电子工程协会)根据S,处在最高位.由于IEEE754标准约定在小数点左部有一位隐含位,从而实际有效位数为24位.这样使得尾数的有效值变为1.M .例如,最小为x1.0…0,,最大为x1.1…1.规格化表示.故小数点左边的位横为1,可省去.,减少下溢精度损失.非规格化数的隐含位是0,不是1.2. 浮点数的加/减运算加减法执行下述五步完成运算:1)“对阶”操作比较两浮点数阶码的大小,求出其差ΔE,保留其大值E,E=max(Ex, Ey).当ΔE≠0时,将阶码小的尾数右移ΔE位,并将其阶码加上ΔE,使两数的阶码值相等.2)尾数加减运算执行对阶之后,两尾数进行加减操作.3)规格化操作规格化的目的是使得尾数部分的绝对值尽可能以最大值的形式出现.4)舍入在执行右规或者对阶时,尾数的低位会被移掉,使数值的精度受到影响,常用“0”舍“1”入法.当移掉的部分最高位为1时,在尾数的末尾加1,如果加1后又使得尾数溢出,则要再进行一次右规.5)检查阶码是否溢出阶码溢出表示浮点数溢出.在规格化和舍入时都可能发生溢出,若阶码正常,加/减运算正常结束.若阶码下溢,则设置机器运算结果为机器零,若上溢,则设置溢出标志.定点数和浮点数可从如下几个方面进行比较①当浮点机和定点机中的位数相同时,浮点数的表示范围比定点数大得多②当浮点数位规格化数时,其相对绝对远比定点数高③浮点数运算要分阶码部分和尾数部分,而且运算结果都要求规格化,故浮点运算步骤比定点运算的步骤多,运算速度比定点运算的低,运算线路比定点运算的复杂④在溢出的判断方法上,浮点数是对规格化的阶码进行判断,而定点数是对数值本身进行判断总之,浮点数在数的表示范围,数的精度,溢出处理和程序编程方面(不取比例因子)均优于定点数.但在运算规则即硬件成本方面又不如定点数(四) 算术逻辑单元ALU1.串行加法器和并行加法器1)串行进位加法器并行加法器可以同时对数据的各位进行相加,一般用n个全加器来实现2个操作数的各位同时向加.其操作数的各位是同时提供的,由于进位是逐位形成,低位运算所产生的进位会影响高位的运算结果.串行进位(也称波形进位)加法器,逻辑电路比较简单,但是最高位的加法运算,一定要等到所有低位的加法完成之后才能进行,低位的进位要逐步的传递到高位,逐级产生进位,因此运算速度比较慢.2)并行进位加法器为了提高运算速度,减少延迟时间,可以采用并行进位法,也叫提前进位或先行进位.全加器中,输入Ai ,Bi,Ci-1,输出:Si = Ai Bi Ci-1+Ai Bi Ci-1+Ai Bi Ci-1+Ai Bi Ci-1Ci = Ai Bi Ci-1+Ai Bi Ci-1+Ai Bi Ci-1+Ai Bi Ci-1 = Ai Bi + (Ai+Bi)Ci-1进位产生函数:Gi = Ai Bi进位传递函数:Pi = Ai+BiCi = Gi + Pi Ci-1C4 = G4 + P4G3 + P4P3G2 + P4P3P2G1 + P4P3P2P1C0并行进位加法器的运算速度很快,形成最高进位输出的延迟时间很短,但是以增加硬件逻辑线路为代价.对于长字长的加法器,往往将加法器分成若干组,在组内采用并行进位,组间则采用串行进位或并行进位,由此形成多种进位结构.(1)单级先行进位单级先行进位方式将n位字长分为若干组,每组内采用并行进位方式,组与组之间册采用串行进位方式. (2)多级先行进位多级先行进位在组内和组间都采用先行进位方式.16位单级先行进位加法器2. 算术逻辑单元ALU的功能和机构ALU部件是运算器中的主要组成部分,又称多功能函数发生器,主要用于完成各种算术运算和逻辑运算.ALU的算术运算部件包含加法器,减法器,乘法器,除法器,增量器(+1),减量器(-1),BCD码运算器等组件.ALU的主要工作是根据CPU指令要求执行各种指定运算,如加法,减法,乘法,除法,比较,逻辑移位等操作.通用寄存器组是一组存取速度最快的存储器,用于保存参加运算的操作数和中间结果.访问寄存器无需高速缓存,也不需要运行总线周期,因此指令的执行速度很快.几乎所有的指令都要将寄存器指定为一个操作数,有些指令还要求将操作数存放在专用的寄存器中.专用寄存器通常用于表示CPU所处于某种系统状态,ALU中有两个重要的状态寄存器:指令指针寄存器IP(即程序计数器PC)和标志寄存器FLAGS.。
计算机组成原理-唐朔飞(完整版)

2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
2020年最新
《计算机组成原理》唐朔飞第二版_笔记

《计算机组成原理》唐朔飞第⼆版_笔记第1章概论1,计算机系统的软硬件概念1)硬件:计算机的实体部分,它由看得见摸得着的各种电⼦元器件,各类光、电、机设备的实物组成,如主机、外部设备等。
2)软件:由⼈们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成,分为系统软件和应⽤软件。
①系统软件⼜称为系统程序,主要⽤来管理整个计算机系统,监视服务,使系统资源得到合理的调度,⾼效运⾏。
它包括:标准程序库、语⾔处理程序(编译程序)、操作系统、、服务程序(如诊断、调试、连接程序)、数据库管理系统、⽹络软件等。
②应⽤软件⼜称应⽤程序,它是⽤户根据任务需要所编制的各种程序,如科学计算程序、数据处理程序、过程控制程序、实物管理程序。
2、计算机系统的层次结构:1)硬联逻辑级:第零级是硬联逻辑级,这是计算机的内核,由门,触发器等逻辑电路组成。
2)微程序级:第⼀级是微程序级。
这级的机器语⾔是微指令集,程序员⽤微指令编写的微程序,⼀般是直接由硬件执⾏的。
3)传统机器级:第⼆级是传统机器级,这级的机器语⾔是该机的指令集,程序员⽤机器指令编写的程序可以由微程序进⾏解释。
操作4)系统级:第三级是操作系统级,从操作系统的基本功能来看,⼀⽅⾯它要直接管理传统机器中的软硬件资源,另⼀⽅⾯它⼜是传统机器的延伸。
5)汇编语⾔级:第四级是汇编语⾔级,这级的机器语⾔是汇编语⾔,完成汇编语⾔翻译的程序叫做汇编程序。
6)⾼级语⾔级:第五级是⾼级语⾔级,这级的机器语⾔就是各种⾼级语⾔,通常⽤编译程序来完成⾼级语⾔翻译的⼯作。
7)应⽤语⾔级:第六级是应⽤语⾔级,这⼀级是为了使计算机满⾜某种⽤途⽽专门设计的,因此这⼀级语⾔就是各种⾯向问题的应⽤语⾔。
把计算机系统按功能分为多级层次结构,就是有利于正确理解计算机系统的⼯作过程,明确软件,硬件在计算机系统中的地位和作⽤。
3、计算机组成和计算机体系结构1)计算机体系结构:是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性,即概念性的结构与功能特性。
(完整版)计算机组成原理第二版唐朔飞课后习题答案

第 1 章计算机系统概论1.什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?解: P3计算机系统:由计算机硬件系统和软件系统构成的综合体。
计算机硬件:指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件:计算机运转所需的程序及有关资料。
硬件和软件在计算机系统中互相依存,缺一不可以,所以相同重要。
2.怎样理解计算机的层次构造?答:计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次构造。
(1 )硬件系统是最内层的,它是整个计算机系统的基础和中心。
(2 )系统软件在硬件以外,为用户供给一个基本操作界面。
(3 )应用软件在最外层,为用户供给解决详细问题的应用系统界面。
往常将硬件系统以外的其余层称为虚构机。
各层次之间关系亲密,上层是下层的扩展,基层是上层的基础,各层次的区分不是绝对的。
3.说明高级语言、汇编语言和机器语言的差异及其联系。
答:机器语言是计算机硬件能够直接识其余语言,汇编语言是机器语言的符号表示,高级语言是面向算法的语言。
高级语言编写的程序(源程序)处于最高层,一定翻译成汇编语言,再由汇编程序汇编成机器语言(目标程序)以后才能被执行。
4.怎样理解计算机构成和计算机系统构造?答:计算机系统构造是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性,如指令系统、数据种类、寻址技术构成及 I/O 机理等。
计算机构成是指怎样实现计算机系统构造所表现的属性,包含对程序员透明的硬件细节,如构成计算机系统的各个功能零件的构造和功能,及互相连结方法等。
5.冯 ? 诺依曼计算机的特色是什么?解:冯? 诺依曼计算机的特色是:P8计算机由运算器、控制器、储存器、输入设施、输出设施五大零件构成;指令和数据以同相同地位寄存于储存器内,并能够按地点接见;指令和数据均用二进制表示;指令由操作码、地点码两大多半构成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在储存器中的地点;指令在储存器中次序寄存,往常自动次序拿出履行;机器以运算器为中心(原始冯?诺依曼机。
计算机组成原理(唐朔飞)复习资料.docx

第1章计算机系统概论1 •什么是计笄机系统.计翼机硬件和计斃机软件?硬件和软件哪个更巫要?解:P3计算机系统:由计算机硕件系统和软件系统组成的综合体.计篦机硬件:拆计篦机中的电子线路和物理装胃,计算机软件:计算机运行•所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计并机系统中相互依存•缺一不可.因此同样車要。
2.如何理解计订机的层次结构?答:计箕机皎件.系统软件和应用软件构成了计箕机系统的三个层次结构.<1)便件系统是最内层的,它是整个计算机系统的基础和核心。
(2)系统软件在峽件之外,为用户提供一个慕本操作界而。
<3)应用软件在肢外层,为用户捉供解决具体问题的应用系统界面。
通常将硬件系统Z外的其余层称为虚拟机。
各层次Z间关系密切,上层是下层的扩展,下层是上层的基础,各层次的划分不是绝对的。
3・说明高级涪言.汇編涪言和机器语言的差别及其联系。
答:机器语言是计算机硬件能够直接识別的语飢汇编语言是机器语言的符号表示.高级语言是面向算法的语言。
高级语言编写的程序(源程序)处于最商层.必须翻译成汇编语盲.再山汇编程序汇编成机益语盲(目标程序)Z后才能被执行。
5. 冯•诺依曼计兔机的特点是什么?解:冯•诺依曼讣算机的特点是:P8•计算机山运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;•指令和数据以同同等地位存放于存储器内,并可以按地址访问;•指令和数据均用二进制浚示;•指令山操作码.地址码两大部分组成.操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置:•指令在存储器中顺序存放•通常自动顺序取出执行:•机器以运算器为中心(原始冯•诺依曼机)。
6. 码出计算机硬件组成框图,说明各部件的作用及计篦机系统的主耍技术折标。
答:计算机硕件组成框图如下:各部件的作用如下:控制器:幣机的指挥中心,它使计绰机的各个部件自动协调工作。
运绰器:对数据侑息进行处理的部件,用來进行算术运弊和逻输运算。
存储器:存放程序和数据.足计算机实现••存储程序控制••的基础。
《计算机组成原理》唐朔飞 重点、难点课件

如 16 MB (227位)的存储器
寻址范围
按 字节 寻址 按 字(16位)寻址 按 字 (32位)寻址
224= 16 M 223 = 8 M 222 = 4 M
字节 寻址 字(16位)寻址
24 位 23 位
22 位
字 (32位)寻址
容量 224 × 23 = 227位 223 × 24 = 227位 222 × 25 = 227位
字块2m-1
某一主存块 j 按模 Q 映射到 缓存 的第 i 组中的 任一块
例 假设主存容量为 512 KB,Cache 容量为 4KB,每个字块为
16 个字,每个字 32 位。 (1)Cache 地址有多少位?可容纳多少块?
根据 Cache 容量为 4KB 得 Cache 地址 12 位 4KB/4B = 1K字 1K/16 = 64 块 (2)主存地址有多少位?可容纳多少块? 根据 512KB 得主存地址 19 位 512KB/4B = 128K字 128K/16 = 8192 块。 (3)在直接映射方式下,主存的第几块映射到 Cache 中的第 5 块(设起始字块为第 1 块)? 主存的第 5,64 + 5,2×64 + 5, … , 8192 – 64 + 5 块 能映射到 Cache 的第 5 块
第1章 计算机系统概论
计算机
第1篇 概论
第1章 计算机系统概论
计算机
存储器 I/O
系统总线
第2篇 计算机系统的硬件结构
CPU
第1章 计算机系统概论
计算机
存储器 I/O
第3篇 CPU
系统总线
CPU
中央处理器
ALU CU
CPU 内部互连
计算机组成原理唐朔飞完整版

取x 至运算器中 乘以a 在运算器中 加b 在运算器中 乘以x 在运算器中 加c 在运算器中
指令格式举例
1.2
操作码
地址码
取数 000001 存数 加 乘 打印 停机
α 0000001000 β γ δ
[α]
ACC
[ACC] [ACC]+[γ] [ACC]×[δ]
[ ]
β ACC
ACC 打印机
计算 ax2 + bx + c 程序清单
乘积高位
乘数 乘积低位
被除数
除法 余数
商
X 加数 减数 被乘数 除数
① 加法操作过程
1.2
ACC MQ ALU
X
运算器
指令
加
初态 ACC [M]
[ACC]+[X]
M 被加数 X ACC
② 减法操作过程
1.2
ACC MQ ALU
X
运算器
指令
减M
初态 ACC [M]
[ACC]-[X]
被减数 X ACC
1.2
指令和数据存于
指令
主存单元的地址 操作码 地址码
注释
0
000001 0000001000 取数x至ACC
1
000100 0000001001 乘a得ax,存于ACC中
2
000011 0000001010 加b得ax+b ,存于ACC中
3
000100 0000001000 乘x得(ax+b)x,存于ACC中
计算机
存储器 I/O
第3篇 CPU
系统总线
CPU
中央处理器
ALU CU
CPU 内部互连
计算机组成原理(唐朔飞)_复习资料全

第1章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?解:P3计算机系统:由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件:指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件:计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不可,因此同样重要。
2. 如何理解计算机的层次结构?答:计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。
(1)硬件系统是最内层的,它是整个计算机系统的基础和核心。
(2)系统软件在硬件之外,为用户提供一个基本操作界面。
(3)应用软件在最外层,为用户提供解决具体问题的应用系统界面。
通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。
各层次之间关系密切,上层是下层的扩展,下层是上层的基础,各层次的划分不是绝对的。
3. 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。
答:机器语言是计算机硬件能够直接识别的语言,汇编语言是机器语言的符号表示,高级语言是面向算法的语言。
高级语言编写的程序(源程序)处于最高层,必须翻译成汇编语言,再由汇编程序汇编成机器语言(目标程序)之后才能被执行。
5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么?解:冯•诺依曼计算机的特点是:P8●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;●指令和数据以同同等地位存放于存储器内,并可以按地址访问;●指令和数据均用二进制表示;●指令由操作码、地址码两大部分组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置;●指令在存储器中顺序存放,通常自动顺序取出执行;●机器以运算器为中心(原始冯•诺依曼机)。
6. 画出计算机硬件组成框图,说明各部件的作用及计算机系统的主要技术指标。
答:计算机硬件组成框图如下:控制器运算器CPU主机存储器输入设备接口输出设备接口外设各部件的作用如下:控制器:整机的指挥中心,它使计算机的各个部件自动协调工作。
运算器:对数据信息进行处理的部件,用来进行算术运算和逻辑运算。
(完整版)计算机组成原理知识点总结(唐朔飞版)

1、硬件:输入输出设备,控制器,存储器,运算器。
2、计算机技术指标:机器字长、存储容量、运算速度。
3、多总线结构的原理:双总线结构特点是将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来,形成主存总线和I/O总线分开的结构。
三总线1由主存总线用于CPU与主存之间的传输,I/O总线供CPU与各类I/O 设备之间传递信息,DMA总线用于高速IO设备与主存之间直接交换信息,任意时刻只能用一种总线,主存总线与DMA总线不能同时对主存进行存取。
三总线2CPU与Cache之间构成局部总线,而且还直接连到系统总线上,cache可通过系统总线与主存传输信息,还有一条扩展总线可以连接IO设备。
四总线由局部总线,系统总线,告诉总线,扩展总线构成。
4、总线判优分为集中式和分布式两种,集中式分为链式查询、计数器定时查询、独立请求方式(排队器)5、总线通信控制的四种方式:同步通信,异步通信,半同步通信,分离式通信。
6、波特率是每秒传输的位数,比特率是每秒传输的有效数据位数(bps)7、存储器技术指标:存储速度,存储容量和位价。
8、存储器分为主存,闪存,辅存和缓存。
9、分层原因:1缓存-主存层解决CPU与主存速度不匹配问题;2主存-辅存层解决系统存储容量的问题。
10、主存的技术指标:存储容量,存储速度(存取时间和存取周期表示)。
11、存储器带宽的计算方法:如存取周期为500ns,每个存取周期可访问16位,则带宽为32M位/秒。
带宽是衡量数据传输率的重要技术指标。
12、动态RAM的刷新方式:集中刷新(是在规定的一个刷新周期内,对全部存储单元集中一段时间逐行进行刷新,此刻必须停止读写操作‘死时间’)分散刷新(指对每行存储单元的刷新分散到每个存取周期内完成。
不存在死时间,整个系统速度降低)异步刷新(前两种方式的结合,即可缩短死时间,又充分利用最大刷新间隔为2ms的特点)。
13、动态RAM集成度远高于静态RAM;动态RAM行列地址按先后顺序输送,减少了芯片引脚,封装尺寸也减少;动态RAM功耗比静态RAM小;动态RAM的价格比静态RAM便宜;由于使用动态元件,因此速度比静态RAM低;动态RAM需要再生,需配置再生电路,也需要消耗一部分功率。
计算机组成原理-第二版-唐朔飞著-课后习题详解

第1章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?解:P3计算机系统:由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件:指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件:计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不可,因此同样重要。
2. 如何理解计算机的层次结构?答:计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。
(1)硬件系统是最内层的,它是整个计算机系统的基础和核心。
(2)系统软件在硬件之外,为用户提供一个基本操作界面。
(3)应用软件在最外层,为用户提供解决具体问题的应用系统界面。
通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。
各层次之间关系密切,上层是下层的扩展,下层是上层的基础,各层次的划分不是绝对的。
3. 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。
答:机器语言是计算机硬件能够直接识别的语言,汇编语言是机器语言的符号表示,高级语言是面向算法的语言。
高级语言编写的程序(源程序)处于最高层,必须翻译成汇编语言,再由汇编程序汇编成机器语言(目标程序)之后才能被执行。
4. 如何理解计算机组成和计算机体系结构?答:计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性,如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O机理等。
计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性,包含对程序员透明的硬件细节,如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能,及相互连接方法等。
5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么?解:冯•诺依曼计算机的特点是:P8●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;●指令和数据以同同等地位存放于存储器内,并可以按地址访问;●指令和数据均用二进制表示;●指令由操作码、地址码两大部分组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置;●指令在存储器中顺序存放,通常自动顺序取出执行;●机器以运算器为中心(原始冯•诺依曼机)。
计算机组成原理唐朔飞复习串讲

SRAM
存储原理
电容
触发器
集成度
高
低
芯片引脚
少
多
功耗
小
大
价格
低
高
速度
慢
快
刷新
有
无
4.2
缓存
五、存储器与 CPU 的连接
4.2
1. 存储器容量的扩展
(1) 位扩展(增加存储字长)
10根地址线
用?2片片 1K×4位 存储芯片组成 1K×8位 的存储器
A9
•••
8根数据线
A0
2114
D7
…
D4
…
D0 CS WE
(4) 动态 RAM 刷新
4.2
刷新与行地址有关
① 集中刷新 (存取周期为0.5 s )以128 × 128 矩阵为例
读/写或维持
周期序号 0 1 2
•••
刷新
读/写或维持
3871 3872 ••• 3999 0 1
tc tc •••
XY
地址序号
tc tc tc tc
VW 0 1
tc •••
127
计算机组成原理
复习串讲
1.2 计算机的基本组成
一、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 6. 以运算器为中心
第3章 系统总线
3.1 总线的基本概念 3.2 总线的分类 3.3 总线特性及性能指标 3.4 总线结构 3.5 总线控制
字线
写数据线
读数据线
读出与原存信息相反
唐朔飞版 计算机组成原理总结复习

F Ai 若按原来的运算次序,由于有数据相关,只
能是串i1 行的计算其结果,执行9次加法操作,需要的 时间为: 5 △t * 9 =45 △t 其时空图为:
如果我们改变其运行次序,并且利用足够的缓冲和 输出与输入直接数据通路的条件。则可以提高效率。
假设: 任务1: A1+A2 ---R1 任务3: A5+A6 ---R3 任务5: A9+A10---R5 任务7: R3+R4 ---R7 任务9: R7+A8 ---R9
需要掌握的内容有:总线的概念、总线的分类、总线的 控制以及总线的仲裁;总线仲裁方式的优劣分析
总线传输数据的阶段以及总线仲裁方式
这一张要考试的话,主要就是一些概念和一些简单的计 算
第四章 存储器
本章主要讲述计算机中的存储系统。分为三个层次介绍。 主存、高速缓存、虚拟存储器
需要掌握的内容有:存储系统的层次结构、主存储器的 分类、性能以及扩展存储器的一般方法(位扩充、字扩充); 高速缓存的概念、 Cache地址映射方式、平均访存时间、替 换算法、性能以及实现;虚拟存储器的概念以及特点、页式 存储器管理、段式存储器管理以及地址变换方法;
• 控制器部分数据通路,各种操作的过程
微命令:构成控制信号序列的最小单位。通常是指那些能直 接作用于某部件控制门的命令,如:打开或关闭某部件通路 的控制门的电位,某寄存器、触发器的打入脉冲等。微命令 由控制部件通过控制总线箱执行部件发出。 微操作:由微命令控制实现的最基本的操作。 微命令是微操作的控制信号,微操作是微命令的执行过程。 在计算机内部实质上是同一个信号,对控制部件为微命令, 对执行部件为微操作。很多情况下两者常常不加区分地使用。 微指令:一组实现一定操作功能的用二进制编码表示的微命 令的组合。 微周期:从控制存储器读取一条微指令并执行相应的微操作 所需的时间。 微程序:一系列微指令的有序集合。
计算机组成原理(唐朔飞) PPT

计算机语计言算包机括组:成机原器理语言、汇编语言、高级语第言1篇 概述
语言
机器语言
汇编语言
高级语言
发展
第一代
第二代
第三代
编程对象
面向机器
面向机器
面向“过程”
语句元素
由“0”、“1”构成
用助记符编程
用语言按照语法规 则编写,如BASIC
运行条件
机器直接理解运行
需要“汇编器”翻 译为机器语言才能 执行
需要“解释器”翻 译为目标指令,再 由“编译器”翻译 为机器语言
特点
难学、、实时 性强
易学、易懂,程序 容量大,速度慢
例子
1011 0000 0001 0000 MOV AL,16 0000 0100 0000 0101 ADD AL,4 0100010000001100000 MOV ADDR6,
(将存储在内存中的处理结果或其它信息,以能为 人所接受的或能为其它计算机接受的形式输出。)
输入/输出设备:移动存储介质、通讯设备等
计算机组成原理
细化的计算机硬件框图 CPU
第1篇 概述
I/O
计算机组成原理
第1篇 概述
软件:是程序、数据和相关文档的集合,是微机的灵魂, 它存储在存储器中,不磨损、不消耗、需升级、可移植。
计算机组成原理
第1篇 概述
2、运算速度
•主频
n
•吉普森法 TM fiti i 1
•MIPS每秒百万条指令
•CPI执行一条指令的时钟周期数
•FLOPS每秒浮点运算次数
计算机组成原理
第1篇 概述
计算机组成原理
第1篇 概述
第1篇 概 述
§1.1 计算机发展历史 §1.2 计算机常用术语 §1.3 计算机系统组成 §1.4 计算机性能指标 §1.5 计算机工作过程
计算机组成原理 唐朔飞 按知识点教材目录整理(含页码)

P7计算机的多级层次P8冯诺依曼计算机的特点、五大部件P10计算机的工作步骤P13主存储器、运算器、控制器、I/OP17计算机的硬件技术指标(机器字长、存储容量、运算速度)第二章计算机的发展及应用——见课本目录第三章系统总线P43总线的分类(片内总线、系统总线(三总线结构——数据地址控制)、通信总线)P45总线特性(机械特性、电气特性、功能特性、时间特性)P46总线性能指标(总线宽度、总线带宽、时钟同步/异步、总线复用、信号线数、总线控制方式等其他指标)P47总线标准(ISA、EISA、VESA(VL-BUS)、PCI、AGP、RS-232C、USB)P52总线结构(单总线结构、多总线结构---示意图,如单总线、双总线、三总线结构)P57总线判优控制(集中式(链式查询、计数器定时查询、独立请求方式)+ 分布式)P59总线通信控制(总线周期四个阶段;四种方式:同步、异步、半同步、分离式通信)第四章存储器P68存储器分类(按存储介质、存取方式、在计算机中的作用分类,以及RAM、ROM)P70存储器的层次结构(缓存-主存层次、主存-辅存层次,以及P71虚拟存储系统)P72主存储器P73主存中存储单元地址的分配P73主存的技术指标(存储容量、存储速度、存储器带宽)P74半导体存储芯片(基本结构、译码驱动方式(线选法和重合法))P76随机存取存储器P76静态RAM(基本单元电路、芯片举例、读写时序)P80动态RAM(基本单元电路、芯片举例、读写时序)P86动态RAM的刷新(集中刷新、分散刷新、异步刷新)P87动态RAM和静态RAM的比较P88 只读存储器(MOS、TTL——掩模ROM、PROM、EPROM)P91 存储器与CPU的连接P91存储容量的扩展(位、字扩展)P93存储器与CPU的连接(P95例4.2、P97例4.3)P100汉明码(偶校验、奇校验)P103提高访存速度的措施(单体多字系统、多体并行系统)P107高性能存储芯片(SDRAM、RDRAM、带Cache的DRAM(CDRAM))P109高速缓冲存储器(问题的提出、Cache工作原理)P111 Cache命中率、效率、平均访问时间计算(例4.7)P112 Cache的基本结构(Cache存储体、地址映射变换机构、Cache替换机构)P114 Cache的改进(单一缓存和二级缓存、统一缓存和分立缓存)P117 Cache——主存地址映射(直接映射、全相联映射、组相联映射+ 例题)P123替换策略(先进先出(FIFO)算法、近期最少使用(LRU)算法、随机法)P123辅助存储器(硬磁盘、软磁盘、磁带、光盘存储器——见课本目录)P124硬盘容量计算(格式化、非格式化)P144循环冗余校验码(CRC码)P156概述(发展概况、组成、I/O设备与主机联系方式、与主机信息传送的控制方式)组成(I/O软件(I/O指令、通道指令)、I/O硬件)I/O设备与主机联系方式(I/O设备编址方式、设备寻址、传送方式、联络方式)与主机信息传送的控制方式(程序查询方式、程序中断方式、DMA方式)P166 I/O设备(输入设备、输出设备)输入设备(P168-171键盘、鼠标、触摸屏、光笔、画笔与图形板、图像输入设备)输出设备(P171显示设备、P177打印设备)P182其他I/O设备(终端设备、A/D与D/A转换器、汉字处理设备)P184多媒体技术P190程序查询方式、P194程序中断方式、P202 DMA方式——见课本目录第六章计算机的运算方法P220原码表示法、P221补码表示法、P224反码表示法、P225移码表示法P228数的定点表示(格式、范围)、P229浮点表示(形式、范围、规格化)、比较P234定点运算(移位、加、减、乘、除)P234移位运算、P237加减法、P243乘法(Booth)、P258除法(加减交替法)P269浮点四则运算(P269浮点加减运算、P274浮点乘除法运算、P280硬件配置)P280算术逻辑单元(ALU电路、快速进位链)第七章指令系统P300机器指令(指令格式、指令字长)、P304操作数类型及操作类型(数据存放方式)P310寻址方式P320指令格式举例、P326 RISC技术(P330主要特点、P333与CISC比较)第八章CPU的结构和功能P337 CPU的功能(取指令、分析指令、执行指令等)、CPU结构框图、CPU的寄存器P342指令周期(取指周期、间址周期、执行周期、中断周期;P344数据流)P345指令流水(概念、原理、P348影响流水线性能的因素)P353流水线性能(计算吞吐率、加速比、效率)P355多发技术(超标量、超流水线、超长指令字)、流水线结构P358中断系统(概述、P360中断请求标(INTR)记和中断判优逻辑(硬件排队、软件排队)P361中断服务程序入口地址的寻找(硬件向量法、软件查询法)P362中断响应(响应中断的条件、时间,中断隐指令)P364保护现场和恢复现场、P365中断屏蔽技术)第九章控制单元的功能P375微操作命令的分析(取指周期、间址周期、执行周期(非访存、访存、转移类指令)、中断周期)P379控制单元的功能P379控制单元的外特性(输入信号、输出信号)P380控制信号举例(不采用、采用CPU内部总线的方式)P386多级时序系统(机器周期、时钟周期(节拍、状态) 、多级时序系统)P387控制方式(同步控制方式、异步控制方式、联合控制方式、人工控制方式)第十章控制单元的设计P396微操作的节拍安排、P407微指令的编码方式、P409微指令序列地址的形成、P411微指令格式(水平型、垂直型)、P413静态微程序设计和动态微程序设计、毫微程序设计。
计算机组成原理(第二版)唐朔飞____各章节知识点汇总

第一章知识总结(一)2017-04-19马辉安阳师院mh一个完整的计算机系统包括了硬件和软件两个子系统。
硬件部分按冯诺依曼观点分为运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件。
它们之间用系统总线进行连接。
系统总线按传输内容分地址总线、数据总线和控制总线三类。
软件部分包括系统软件和应用软件两类,它们通常使用机器语言、汇编语言和高级语言三种计算机语言进行编写。
由于机器硬件电路只能识别用0、1编写成的机器语言程序,所以用汇编或高级语言编写的源程序在运行前需使用汇编程序、编译程序或解释程序进行翻译。
软件的狭义观点是:软件是人们编制的具有各类特殊功能的程序,广义观点是:软件是程序以及开发、使用和维护程序需要的所有文档。
为了简化对复杂的计算机系统的理解,对计算机系统进行了层次结构划分,通常分为微程序机器、传统机器语言机器、操作系统虚拟机、汇报语言虚拟机、高级语言虚拟机等。
从不同角度、层次理解机器的功能与使用方法,简化了需要掌握的知识内容。
虚拟机:依赖于一定的系统软件,所体现出的具有某种结构、功能和使用方法的计算机。
计算机组成原理关注传统机器语言机器M1和微程序机器M0,它们是实际机器,所看到的机器功能与结构由硬件电路直接实现。
冯诺依曼关于计算机结构的观点:1、计算机由五大功能部件组成。
2、指令和数据均用二进制数表示,以同等地位存放于存储器中。
3、存储器按地址进行访问。
4、指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
5、指令在存储器内按顺序存放,通常被顺序执行,在特定条件下,可根据运算结果或设定的条件改变执行顺序。
6、机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。
现代大部分机器仍采用“存储程序”思想构建,仍属于冯诺依曼结构的计算机。
典型的冯诺依曼计算机以运算器为中心,现代计算机转化为以存储器为中心。
现代计算机可认为由三大部分组成:CPU(包含了运算器和控制器、及高速缓存)、I/O设备及主存储器。
计算机组成原理(第二版)唐朔飞----各章节知识点

第一章知识总结(一)2017-04-19马辉安阳师院mh一个完整的计算机系统包括了硬件和软件两个子系统。
硬件部分按冯诺依曼观点分为运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件。
它们之间用系统总线进行连接。
系统总线按传输内容分地址总线、数据总线和控制总线三类。
软件部分包括系统软件和应用软件两类,它们通常使用机器语言、汇编语言和高级语言三种计算机语言进行编写。
由于机器硬件电路只能识别用0、1编写成的机器语言程序,所以用汇编或高级语言编写的源程序在运行前需使用汇编程序、编译程序或解释程序进行翻译。
软件的狭义观点是:软件是人们编制的具有各类特殊功能的程序,广义观点是:软件是程序以及开发、使用和维护程序需要的所有文档。
为了简化对复杂的计算机系统的理解,对计算机系统进行了层次结构划分,通常分为微程序机器、传统机器语言机器、操作系统虚拟机、汇报语言虚拟机、高级语言虚拟机等。
从不同角度、层次理解机器的功能与使用方法,简化了需要掌握的知识内容。
虚拟机:依赖于一定的系统软件,所体现出的具有某种结构、功能和使用方法的计算机。
计算机组成原理关注传统机器语言机器M1和微程序机器M0,它们是实际机器,所看到的机器功能与结构由硬件电路直接实现。
冯诺依曼关于计算机结构的观点:1、计算机由五大功能部件组成。
2、指令和数据均用二进制数表示,以同等地位存放于存储器中。
3、存储器按地址进行访问。
4、指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
5、指令在存储器内按顺序存放,通常被顺序执行,在特定条件下,可根据运算结果或设定的条件改变执行顺序。
6、机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。
现代大部分机器仍采用“存储程序”思想构建,仍属于冯诺依曼结构的计算机。
典型的冯诺依曼计算机以运算器为中心,现代计算机转化为以存储器为中心。
现代计算机可认为由三大部分组成:CPU(包含了运算器和控制器、及高速缓存)、I/O设备及主存储器。
计算机组成原理课后及答案唐朔飞

最高层,包括各种应用程序,如办公软件、浏览器 、游戏等。
计算机的工作过程
指令执行过程
计算机执行指令的过程包括取指令、解码、执 行、写回等步骤。
数据处理过程
计算机处理数据的过程包括输入、存储、处理 、输出等步骤。
计算机运行过程
计算机运行过程包括开机、登录、运行程序、关机等步骤。
02
计算机硬件系统
随着信息技术的快速发展,计 算机系统已经成为社会发展的 重要基础设施,其安全性直接 关系到国家安全、经济发展和 个人利益。
计算机安全的风险
计算机安全面临的风险包括来 自内部的漏洞和来自外部的攻 击,如黑客攻击、病毒、木马 等。
计算机病毒及其防治
计算机病毒的定义
计算机病毒是一种恶意程序,它 能够复制自身并在计算机系统中 传播,从而破坏数据、干扰计算 机操作,甚至危害网络安全。
操作系统具有进程管理、存储管理、文件管理、设备管 理等功能,这些功能协同工作,使计算机能够高效、有 序地完成各种任务。
程序设计语言
01 02
程序设计语言的分类
程序设计语言按照其执行方式可以分为解释型语言和编译型语言,解 释型语言是一边解释一边执行,而编译型语言则是先翻译成机器码再 执行。
程序设计语言的基本结构
总线可以分为内部总线和外部总线, 内部总线是计算机内部各部件之间连 接的总线,而外部总线则是计算机与 外部设备之间连接的总线。
02
总线的性能指标
总线的性能指标主要包括数据传输速 率、数据宽度、传输方式等。
03
总线的应用场景
总线广泛应用于计算机内部和外部设 备之间的连接,如USB、PCIe等总线 。
03
数据库系统的组成
数据库系统由数据库、数据库管理系统和数据库管理员三部分 组成。
计算机组成原理(第二版)唐朔飞复习整理

整个计算机具有两级层次结构,[汇编语言机器]将汇编语言 程序先翻译成机器语言),再做第一级([机器...],执行机器语 言 程 序 ) 。 三 级 :[ 高 级 ...]->[ 汇 编 ...]->[ 机 器 ..] 。 四 级 :[ 高 级 ...]->[ 汇 编 ...]->[ 机 器 ...]->[ 微 指 令 系 统 ] 。 多 级:[GJ]->[HB]->[操作系统机器]->[JQ]->[WZLXT].
总线的分类: 片内总线, 系统总线,通信总线。系统总线是指 CPU,主存,I/O 设备各大部件之间的信息传输线。 分有数据总 线,地址总线和控制总线。通信总线用于计算机系统之间或 与其他系统之间的通信。 总线特性:总线特性包括 1.机械特性(总线在机械连接上的 性能),2.电气特性(总线的每一更传输线上信号的传递方向 和有效的电平范围),3.功能特性(总线每根传输线的功能), 4.时间特性(总线上的任一一根线在什么时间内有效)。 总线性能指标:1. 总线宽度, 数据总线的根数,2.总线带宽, 总线的数据传输速率 , 单位时间内总线上传输数据的位数 (MBps),3.时钟同步/异步,总线上的数据与时钟同步工作的 总线为同步总线,与时钟不同步的总线为异步总线。 4.总线复 用,一条信号线上分时传送多种信号。 总线控制包括总线判优控制,总线通信控制。总线判优控制: 按对总线有无控制功能分为主设备和从设备。 主设备对总线 有控制权,从设备只能响应从主设备发来的总线命令。总线 控制器的判优, 仲裁逻辑按一定的优先等级顺序确定哪个主 设备能使用总线。总线判优控制分集中式(控制逻辑集中一 处)和分布式(控制逻辑分散在与控制的各个部件或设备上) 两种。集中控制优先权仲裁方式有链式查询, 计数器定时查 询,独立请求方式三种。以下是三种方式的特点: 链式查询: 只需要很少几根线就能按一定优先次序实现总线 控制, 并且很容易扩充设备, 但对电路故障敏感, 且优先级低 的设备可能很难获得请求。计数器定时查询:对电路故障不 如链式查询方式敏感,但增加了控制线数,控制也较复杂。独 立请求方式:响应速度快,优先次序控制灵活,但控制线数 量多,总线控制更复杂。 总线通信控制在争夺总线使用权时按优先等级来解决, 在通 信时间上按时分方式来处理。 完成一次总线操作的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ间称为 总线周期。 总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开 始和结束以及通信双方如何协调配合。通常用四种方式:同 步,异步,半同步和分离式通信。以下为各特点: 同步通信:通信双方统一时标控制数据传送。优点:规定明 确,统一,模块间的配合简单一致。缺点:主从模块时间配合 强制性,影响总线的工作效率严重,设计不灵活。异步通信: 允许模块速度不一致性, 灵活。分有不互锁方式,半互锁和 全互锁 3 个方式。半同步通信:既保留了同步通信的基本特 点,也保留了异步通信的基本特点,允许不同速度的模块和 谐工作。 分离式通信: (1)各模块欲占用总线使用权必须提出 申请。 (2)主模块在限定时间内向对方传送信息, 采用同步方 式传送。(3)各模块在准备数据过程中都不占用总线。(4)充 分利用了总线的有效占用。 存储器的层次结构:储存系统层次结构主要体现在缓存-主存 (主要解决 CPU 和主存速度不匹配问题)和主存-辅存(主要解 决存储系统的容量问题)两个储存层次上。主存-辅存正在不 断发展中。 主存储器:主存的技术指标是存储容量(主存能存放二进制代 码的位数) 和存储速度( 由存取时间和存取周期来表示,存取 时间是存取器的访问时间, 指启动一次存储器操作[读写]到 完成操作的全部时间,存取周期指存储器进行连续两次独立 的存储操作所需的最小时间间隔,通常大于存取时间) 半导体存储芯片:存储芯片通过地址总线,数据总线与外部连 接。地址线和数据线的位数共同反映存储芯片的容量。例如 地址线 10 根,数据线 4 根,则芯片容量为 1024×4=4K 位 随机存取存储器:有静态 RAM 和动态 RAM 之分。 静态 RAM 是用触发器工作原理存储信息,因此即使信息读出后,它仍 保持其原状态,不需要再生。但电源掉电后,原存信息丢失, 故是易失性半导体存储器。动态 RAM 有三管式和单管式两 种,他们的共同特点是靠电容存储电荷的原理来寄存信息,必 须在 2ms 内对其所有存储单位恢复一次原状态,这个过程称 为再生或刷新,刷新与行地址有关,该地址由刷新地址计数 器给出。与静态 RAM 相比,具有集成度高,功耗更低等特点。 辅助存储器的特点:容量大,速度慢,价格低,可脱机保存 信息,“非易失性”。 存储器与 CPU 的连线:将若干存储器芯片连在一起组成足够 容量的存储器称为存储容量的扩展,有位扩展和字扩展之分 存储器与 CPU 的连接:1、地址线的连接:CPU 的地址线比存 储芯片的地址线多,通常只是将 CPU 地址线的地位与存储芯 片的地址线相连(例如 CPU 地址线为 16 位,A15-A0,1K×4 位 的芯片仅有 10 根地址线 A9-A0,可将 CPU 地位地址 A9-A0 与存储芯片地址线 A9-A0 相连)。2、数据线的连接:CPU 的 数据线数和存储芯片的数据线数不一定相等, 必须对存储芯 片扩位,使其数据位数与 CPU 的数据线数相等.3、读写命令 线的连接:CPU 读写命令线一般可直接与存储芯片的读写控 制端相连,通常高电平为读,低电平为写。 有些 CPU 的读写命 令线是分开的,此时 CPU 的读写命令线应与存储芯片的允许 读控制器相连,写命令线与允许写控制端相连。4、片选线的 连接,5、合理选择存储芯片。 提高访寸速度的措施:除了寻找高速元件和采用层次结构外, 调整主存的结构也可提高仿存速度(单体多字系统,多体并行 系统,高性能存储芯片)。 可以对运算方法加以改进,如进位链,两位乘除法;对于存 储器,可以采用 cache-主存层次的设计和管理提高整机的速 度;对于控制器,可以通过指令流水或超标量设计技术提高 整机速度;对于 I/O 系统,可以运用 DMA 技术来减少 CPU 对外设访问的干预。 高速缓冲存储器:通常用”命中率”来衡量 Cache 的效率。 命中 率是指 CPU 要访问的信息已在 cache 内的比率.命中率等于 访问 cache 的总命中次数除以访问 cache 和主存的总次数。 访问效率等于访问 cache 的时间除以平均访问时间乘以 100%。 cache-主存地址映射: 分有直接映射,全相联映射和组相联映 射。1、直接相联映射:每个主存块只与一个缓存块相对应, 映射公式为:i=j mod C,其中 i 为缓冲块号,j 为主存块号, C为 缓存数,格式:主存字块标记+cache 字块凳子+字块内地址。 优点是实现简单,只需利用贮存地址的某些位直接判断,即 可确定所需字块是否在缓存中。缺点是不够灵活。2、全相 联映射:允许主存中每一字块映射到 cache 中的任何一块位 置上,映射方式可以从已被占满的 cache 中替换出一旧字块。 优点:方式灵活,命中率也更高,缩小了块冲突率。与直接映射 相比,它的主存地址块标记从 T 位增加到 T+C 位。 缺点:所需 的逻辑电路多,成本较高。3、组相联映射:把 cache 分为 Q 组,i=j mod Q ,格式: 主存字块标记+组地址+字块内地址。假 设 C=5,q=4,则 r=c-q=1。 实际含义是:cache 共有 12 的 C 次幂, 共分为 2 的 q 次=16 组,每组包含数量 2 的 1 次的分组。组 内 2 块的组相联映射称为 2 路组相联。 组内 4 块的组相联映 射称为称为四路组相联。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
1、硬件:输入输出设备,控制器,存储器,运算器。
2、计算机技术指标:机器字长、存储容量、运算速度。
3、多总线结构的原理:双总线结构特点是将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来,形成主存总线和I/O总线分开的结构。
三总线1由主存总线用于CPU与主存之间的传输,I/O总线供CPU与各类I/O 设备之间传递信息,DMA总线用于高速IO设备与主存之间直接交换信息,任意时刻只能用一种总线,主存总线与DMA总线不能同时对主存进行存取。
三总线2CPU与Cache之间构成局部总线,而且还直接连到系统总线上,cache可通过系统总线与主存传输信息,还有一条扩展总线可以连接IO设备。
四总线由局部总线,系统总线,告诉总线,扩展总线构成。
4、总线判优分为集中式和分布式两种,集中式分为链式查询、计数器定时查询、独立请求方式(排队器)
5、总线通信控制的四种方式:同步通信,异步通信,半同步通信,分离式通信。
6、波特率是每秒传输的位数,比特率是每秒传输的有效数据位数(bps)
7、存储器技术指标:存储速度,存储容量和位价。
8、存储器分为主存,闪存,辅存和缓存。
9、分层原因:1缓存-主存层解决CPU与主存速度不匹配问题;2主存-辅存层解决系统存储容量的问题。
10、主存的技术指标:存储容量,存储速度(存取时间和存取周期表示)。
11、存储器带宽的计算方法:如存取周期为500ns,每个存取周期可访问16位,则带宽为32M位/秒。
带宽是衡量数据传输率的重要技术指标。
12、动态RAM的刷新方式:集中刷新(是在规定的一个刷新周期内,对全部存储单元集中一段时间逐行进行刷新,此刻必须停止读写操作‘死时间’)分散刷新(指对每行存储单元的刷新分散到每个存取周期内完成。
不存在死时间,整个系统速度降低)异步刷新(前两种方式的结合,即可缩短死时间,又充分利用最大刷新间隔为2ms的特点)。
13、动态RAM集成度远高于静态RAM;动态RAM行列地址按先后顺序输送,减少了芯片引脚,封装尺寸也减少;动态RAM功耗比静态RAM小;动态RAM的价格比静态RAM便宜;由于使用动态元件,因此速度比静态RAM低;动态RAM需要再生,需配置再生电路,也需要消耗一部分功率。
14、汉明码具有一位纠错能力,所谓编码最小距离,是指在一种编码系统中,任意两组合法代码之间的最少二进制位数的差异。
15、汉明码C1检测1、3、5、7、9;C2检测2、3、6、7、10;C4检测4、5、6、7、12配偶配奇。
纠错逆向求回即可,重复位为错误位置。
16、提高访存速度的措施:单体多字系统(前提是指令和数据在主存内是连续存放的)多体并行系统(采用多体模块组成的存储器,每个模块有相同的容量和存取速度,能并行操作,又能交叉工作。
高位交叉垂直排列,低位交叉水平排列。
)
17、引入cache的原因和作用:IO设备向主存请求的级别高于CPU访存,出现了CPU等待IO设备访存的现象,致使CPU空等一段时间;cache使CPU可以不直接访问主存,而与告诉cache交换信息。
18、程序访问的局限性原理:指令和数据在主存的地址分布不是随机的,而是相对的簇聚,使得CPU 在执行程序时,访存具有相对的局部性。
19、命中率H=总命中次数/总访存次数。
20、Cache的读写操作:写直达法(写操作时数据既写入cache又写入主存),写回法(写操作时只把数据写入cache而不写入主存,当cache数据被替换出去时才写回主存)
21、超前控制(指令预取)是指当前指令执行过程尚未结束时就提前将下一条准备执行的指令取出。
22、
23、Cache与主存地址的映射:直接映射(实现简单,利用率低)、全相联映射(命中率高,逻辑电路多)、组相联映射。
24、
25、替换策略:先进先出算法、近期最少使用算法、随机法
26、
27、磁表面记录方法:归零制、不归零制(NRZ)、见1就翻的不归零制(NRZ1)、调相制(PM)、调频制(FM)、改进型调频制(MFM)。
28、Crc校验
29、
30、IO设备与主机信息传送的控制方式:程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、IO通道方式、IO处理机方式。
31、IO总线包括数据线,设备选择线,命令线和状态线。
32、接口的功能:选址功能、传送命令的功能、传送数据的功能、反应IO设备工作状态的功能。
33、
34、程序中断的流程:保护现场(保护程序断电,保存通用寄存器和状态寄存器的内容)、中断服务、恢复现场、中断返回。
35、DMA与主存交换数据时采用的三种方法:停止CPU访问主存、周期挪用、DMA与CPU交替访问(适用于CPU的工作周期比主存存取周期长的情况,不需要总线使用权的申请,建立和归还过程,总线使用权是通过C1和C2分别控制的)。
36、DMA传送过程:预处理、数据传送、后处理。
37、DMA接口与系统的连接方式:具有公共请求线的DMA请求,独立的DMA请求。
38、
39、计算机中规定浮点数的尾数用纯小数形式。
40、与CISC相比,RISC机的主要优点:充分利用VLSI芯片的面积、提高计算机运算速度(RISC机的指令数、寻址方式和指令格式种类较少,而且指令的编码很有规律,因此RISC指令译码更快;RISC 通用寄存器多,减少了访存次数,可加快运行速度;RISC机采用寄存器窗口重叠技术,程序嵌套时不必将寄存器内容保存到存储器中;RISC机采用组合逻辑控制,比采用微程序控制的CISC机延迟小,缩短了CPU的周期;RISC机选用精简指令系统,适合于流水线工作,大多数指令在一个时钟周期内完成)、便于设计可降低成本提高可靠性、有效支持高级语言程序。
41、CPU功能是取指令、分析指令、执行指令
42、
43、三种相关对流水线工作的影响:结构相关、数据相关、控制相关
44、流水线性能指标:吞吐率、加速比和效率
45、微操作的节拍安排注意三点:有些微操作的次序是不容改变的;凡是被控制对象不同的微操作,若能在一个节拍内执行,应尽可能安排在同一个节拍,以节省时间;如果有些微操作所占的时间不长,应该将他们安排在一个节拍内完成,并且允许这些微操作有先后次序。
46、组合逻辑设计步骤:列出微操作命令的操作时间表、写出微操作命令的最简逻辑表达式、画出微操作命令的逻辑图
47、组合逻辑设计方法的优缺点:采用组合逻辑设计方法设计控制单元,思路清晰,简单明了,但因为每一个微操作命令都对应一个逻辑电路,因此一旦设计完毕便会发现,这种控制单元的线路结构十分庞杂,也不规范。
而且指令系统功能越全,微操作命令就越多,线路也越复杂,调试更加困难。
48、
49、微指令格式分为水平型微指令和垂直型微指令。
50、水平型微指令和垂直型微指令的比较:水平型微指令比垂直型微指令并行操作能力强,效率高,灵活性强;水平执行一条机器指令所需的微指令数目少,因此速度比垂直的速度快;水平用较短的微程序结构换取较长的微指令结构,垂直正好相反,它以较长的微程序结构换取较短的微指令结构;水平型微指令与机器指令差别较大,垂直型微指令与机器指令相似。
河北科技大学计算机L094————闫宇。