计算机组成原理-优快云博客

本文详细介绍了计算机系统的基础，包括二进制数据表示、CPU运算、存储系统、指令格式和中央处理器的工作原理。讨论了进位计数制、ASCII码、校验码以及浮点数表示和运算。此外，还涵盖了内存结构如DRAM和SRAM，以及输入输出系统中的中断和DMA方式。文章深入探讨了计算机硬件和软件的交互，解析了指令执行过程和数据在系统中的流动。

第一章计算机系统概述

在这里插入图片描述
计算机硬件能识别的数据—二进制0/1
用低/高电平分别表示0/1，通过电信号传递数据
通过很多电路可以传递多个二进制数位，每个二进制数位成为1bit（比特）
数字，文字，图像如何用二进制表示呢？
CPU如何对二进制数进行加减乘除运算呢？
如何存储这些二进制数据呢？
如何从内存中取出想要的数据呢？
CPU如何识别和执行我们写的程序呢？

什么是计算机系统
计算机系统等于硬件（计算机实体，如主机，外设等）加软件（由具有各类特殊功能的程序组成）
计算机性能的好坏取决于软硬件功能的总和
在这里插入图片描述

计算机应将的基本组成

在计算机系统中，软件和硬件在逻辑上是等效的
对于乘法运算，可以设计一个专门的硬件电路来实现乘法运算，也可以用软件的方式，执行多次加法运算来实现

各个硬件的工作原理
主存储器的基本组成
在这里插入图片描述

此处注意MQ和X中存放的操作数的种类不同，MQ中存放的是乘数，乘积低位（MQ寄存器中的乘数和X寄存器中的被乘数相乘以后乘积较大时会发生溢出，此时ACC中存放乘积高位，MQ中存放乘积低位），商（X寄存器中的除数除以ACC累加器中的被除数时余数存放在ACC中，商存放在MQ中）
在这里插入图片描述

M（MAR）表示主存通过数据总线将MAR所指单元的内容送到MDR，OP（IR）是存在IR中的取数指令的操作码，如MOV就是操作码，Ad（IR）是操作数的地址

计算机系统的多级层次结构

计算机性能指标
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

第二章数据的表示和运算

进位计数制
在这里插入图片描述

BCD码

ASCII码

此处注意在存储单元中存放的只能是二进制代码

奇偶校验码

在这里插入图片描述

海明校验码

被校验数据位的海明号等于校验该数据位的各校验位海明号之和

CRC循环冗余校验码

此处注意摸二除法是怎样工作的，

在这里插入图片描述
此处注意摸二除法是怎样工作的
二进制下的除法，模2除法与算术除法类似，但每一位除的结果不影响其它位，即不向上一位借位，所以实际上就是异或

定点数表示

无符号数：整个机器字长的全部二进制位均为数值位，没有符号位，相当于数的绝对值，通常只有无符号整数，没有无符号小数，n位无符号数的表示范围为0到2的n次方减一，
在这里插入图片描述

各种码的作用

移位运算

加减运算和溢出判断

不要只记得取反加一，正数的原码，反码，补码都是本身

定点数
原码乘法运算
在这里插入图片描述

补码乘法运算
在这里插入图片描述

补码一位乘法难以理解，需要是手动实现，难点，难点

定点数原码除法

强制类型转换

数据的存储和排列

浮点数表示
在在这里插入图片描述
这里插入图片描述

浮点数的运算

此处要注意格式转换时5D表示十进制下的5，101B表示二进制下的5，同时本题中的浮点数格式要注意，此题中阶符取两位，

浮点数标准IEEE754
在这里插入图片描述

算数逻辑单元

电路基本原理，加法器设计

加法器，ALU的改进

第三章存储系统

在这里插入图片描述

1.半导体存储器，2.磁表面存储器，3.光存储器

1.RAM，2.SAM，3.DAM

主存储器的基本组成
DRAM

DRAM和SRAM

只读存储器ROM

主存与CPU的连接

双端ROM和多模块存储器

在这里插入图片描述

cache基本原理和基本概念

cache和主存的映射方式

cache替换算法

cache写策略

页式存储器

在这里插入图片描述
虚拟存储器

第四章指令格式

在这里插入图片描述

扩展操作吗指令格式

指令寻址

数据寻址

数据寻址-偏移寻址

数据寻址-堆栈寻址

CIRC和RISC

第五章中央处理器

在这里插入图片描述

CPU的功能和基本结构

用户（所有程序员）可见：PSW、通用寄存器、PC
用户（所有程序员）透明：MAR、MDR、IR、Cache、微程序的结构和功能
应用程序员透明：暂存寄存器、虚拟存储器
汇编程序员可见：PC
系统程序员可见：虚拟存储器

指令周期的数据流
在这里插入图片描述

数据通路-单总线结构

数据通路-专用数据通路

硬布线控制器设计

电路设计不会考略

微程序控制器的基本原理

在这里插入图片描述
微程序控制单元设计

微程序设计分类

指令流水线

指令流水线的影响因素和分类
五段MIPS架构是考研常考的内容

在该题中数据旁路技术的使用就是使用额外的部件r2加r3的结果直接输出打sub的r1输入端，以解决add指令和sub指令数据相关的问题
在这里插入图片描述

五段式指令流水线