计算机组成原理笔记【全-408统考】【附思维导图】

组原

思维导图

总结

408考察的审题和仔细

KMG，表示速率是10的次方，容量大小为2^10。。有些题计算次数为4k，按需转换为 10，或者2^10

内存中二进制数以补码存放

计算二进制时注意⚠️第i位是2^i-1

异步通信

• 串行

  • 起始位，数据位（任意）校验位，停止位

    • 2016年

• 并行

计算机系统概述

计算机系统的层次结构

• 硬件的基本组成

  • 存储器

    • 主存储器

      • 工作方式：

        按存储单元的地址进行存取（按地址存取方式）

      • 基本组成

        • 存储体

          存放二进制信息

        • 地址寄存器MAR

          存放访存地址，经过地址译码后找到所选的存储单元

          • 用于寻址，其位数代表存储单元的个数，反映最大寻址范围（最大寻址范围不等于实际寻址范围）

        • 数据寄存器MDR

          暂存要从存储器中读或写的信息

          • 位数和存储字长相等。若32位。存储容量为32x64k.64k=2^16(Mar的位数。)

        • 时序控制逻辑

          昌盛存储器操作所需的各种时序信号

    • 辅助存储器

      必须被调入主存后，才能为CPU访问

  • 运算器

    • 用于

      • 算术运算、逻辑运算

    • 算数逻辑单元

    • 若干通用寄存器

      • 累加器ACC

      • 乘商寄存器MQ

      • 操作数寄存器X

      • 变址寄存器IX

      • 基址寄存器BR

      • 程序状态寄存器PSW

        • 保留运算结果产生的各种状态信息，溢出，符号，进位等

  • 控制器

    • 组成

      • 程序计数器 PC

        PC用来存放当前欲执行指令（下一条）的地址，可以自动加1以形成下一条指令的地址，它与主存的AR之间有一条直接通路。

        • 存放指令地址，告诉CPU下一条指令在哪
        • 区别mar：存放欲访问的存储单元地址。ir是当前执行指令

      • 指令寄存器 IR

        IR用来存放当前的指令，其内容来自主存的MDR。指令中的操作码OP（IR送至CU，析指令并发出各种微操作命令序列：而地址码AdR）送往MAR，用以取操作数。

        • 存放指令内容，供译码器电路解析

      • 控制单元 CU

      • 指令译码器

        • 对指令操作码进行译码

          • 区分，cpu中没有地址译码器

      • 程序地址寄存器

        • 存放访存地址

      • 程序数据寄存器

        • 存要从存储器读或写的信息

          • 操作数地址

  • CPU和主存之间通过总线相连。

    • 地址

      MAR中的地址信息会直接送到地址线上，用于指向读/写操作的主存存储单元

    • 控制

      控制线中有读/写信号线，指出数据是从CPU写入主存还是从主存读出到CPU，根据是读操作还是写操作来控制将MDR中的数据是直接送到数据线上还是将数据线上的数据接收到MDR中指

    • 数据

• 系统和硬件的关系

• 计算机系统工作的过程

计算机的性能指标

• 单位时间内处理请求大数量

  • 是评价计算机系统性能的综合参数。而浮点运算是衡量用欲科学计算的计算机性能

• 响应时间

  • 发出一个请求，计算机作出响应，并返回结果的等待时间

• cpu时钟周期

  • 主频的倒数，cpu最小的时间单位，每次执行都最少需要一个周期

    • 主频1.03Ghz，即是每秒有1.03*10^9个时钟周期

• CPI

  • 一条指令所需要的时钟周期

• cpu执行时间=cpu时钟周期数/主频=（指令条数*cpi）/主频

• 计算能力

  • mips

    • 每秒执行多少百万条指令=主频/CPI

      • 例如：1.2ghz=1200mhz. MIPS=1200/CPI

  • mfflops,gflops ,，每秒执行多少百万次浮点运算

    • 浮点操作次数/（执行时间*10^6）9,12,

易混

• 机器字长

  • 一次整数运算所能处理的二进制数，通常等于内部寄存器的大小

• 指令字长

  • 一个指令字中包含的二进制码的位数

    • 指令字长通常取存储字长的整数倍

      • 存储周期就是机器周期的二倍

• 存储字长

  • 一个存储单元存储的二进制代码数

• 决定性字长取决于

  • 程序计数器的位数

    • 存储器的容量

  • 指令寄存器的位数

    • 指令字长

  • CPU中通用寄存器的位数

    • 机器字长

  • 操作系统的位数

    • 操作系统可寻址的位数

  • n位的cpu的位数

    • 数据总线线数

  • 地址总线线数（MAR位数）

    • 可寻址的范围。即存储器最大存储范围

      • PC的位数一般与他相同

  • 数据总线线数

    • 一次可取数据的位数

      • MDR的位数

  • 控制总线线数

    • 一次可并行传送的控制信息位数

  • I/O线数

    • 与外设 通信的程度

  • 指令寄存器

    • 指令字长

• 字长

  • 指令字长等于存储字长的时候取指周期等于机器周期

• 透明

  • 透明的

    • CPU内部

      • Ir,mar,mdr

    • 微程序的结构和功能

  • 非

    • 指令数据格式，运算

• 存储器交换

  • 主存和cache之间数据调动是硬件完成的，对所有程序员透明
  • 主存和辅存之间的数据调动是由操作系统完成的，对应用程序猿是透明的

• 子主题 9

• 可不可见

  • 用户可见（可编程）

    • 通用寄存器组

    • 程序状态寄存器

    • PC

      • 汇编程序员可见

  • 不可见（透明的）

    • 存储器地址寄存器
    • 存储器数据寄存器
    • 指令寄存器

补充

• 速度：寄存器》cache(sram)〉内存(dram)
• 兼容是指计算机软件或硬件的通用性，通常在同一系列的不同型号的计算机间
• 描述速率、频率时k,m用10的幂次表示，在描述存储容量时用2的幂次表示

2 数据的表示和运算

数制与编码

• 进制转换

  • 二进制到八/十六进制

    • 二进制的3/4位编为一组

  • 八进制转为十六进制

    • 先转换为2进制

  • 任意进制到10进制

  • 十进制到任意进制

    • 整数部分：除基取余法

    • 小数部分：乘基取余法

      • 并不是每个小数都能用二表示

• BCD码

  • 8421码
  • 余3码
  • 2421码

• 字符与字符串

  • ASCII码

    • 7位二进制

  • 字符的大端小端模式

    • 大端模式：先存高字节到高地址单元，小端相反

      • 最低有效字节LSB,最高有效字节MSB

    • 注意：大都是按照字节进行排的。两个字符算一个单位

  • 汉字编码

    • 每个编码用两个字节表示

• 校验码

  • 码距>2,码距越大，检错，纠错能力越大

  • 奇偶校验码

    • 1个数为奇数或偶数
    • 仅能发现奇数个错误，且不能纠错和发现偶数个错误

  • 汉明校验码

    • 不仅可以发现错误，还能指出错误的位置

    • 先求k,然后排序2^i-1，分组，异或运算

    • 检验原理

      • 能发现两位错误，并纠错一位

  • 循环冗余校验码

    • 信息码补n位0，除多项式，模2除法。不借位（）
    • 发现并纠错一位或者多位

定点数的表示与运算

• 定点数的表示

  • 无符号数

  • 真值与机器数

  • 有符号数

    • 原码表示法

    • 补码表示法

      • -128=10000000

        • 求比较的时候，负数越大越接近于10000

    • 反码表示法

    • 移码表示法

      • +2^(n-1)
      • 0的表示唯一。可用来比较大小

  • 不同机器数之间的转换

• 定点数的运算

  • 移位运算

    • 移位符号位不变，移位后相当于对真值补0

    • 算术移位

      • 正数补0

      • 负数

        • 原码补0，反码补1

          • 补码，左移补0，右移补1

    • 逻辑移位

      • 视为无符号数，补0

    • 循环位移

      • 带进位的
      • 不带进位的

  • 加减运算

  • 溢出判断

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