计算机组成原理期末复习总结

计算机组成原理期末复习总结

冯·诺依曼计算机的特点：

1. 五大部件：运算器，存储器，控制器，输入设备，输出设备；

2. 机器以运算器为中心（现代的机器以存储器为中心）；

现代计算机：

1. 可由三部分组成：CPU,I/O设备及主存储器组成；

2. 主机：CPU与主存储器（内存）；

3. I/O设备：外部设备（外存，输入设备，输出设备）；

ALU(算术逻辑单元）
ACC(累加器）
MAR(存储器地址寄存器）
MDR(存储器数据寄存器）

控制器（PC IR CU)
PC(程序将计数器）存放预执行的指令的地址
IR(指令寄存器） 存放预执行的指令
CU（控制单元）

存储单元：存放一串二进制代码；
存储字：存储单元中二进制代码的组合；
存储字长：存储单元中二进制代码的位数，每个存储单元赋予一个地址号；

中小规模集成电路第三代计算机

单总线结构：

双总线结构：
三总线结构：

总线分类：

• 片内总线

• 系统总线：

1. 数据总线；

2. 地址总线；

3. 控制总线；

• 通信总线；

总线特性：

• 机器特性；
• 电气特性；
• 功能特性；
• 时间特性；

总线复用：地址总线和数据总线共用一组物理线路；

总线标准：ISA,EISA,VESA,PCI,AGP,RS-232C（串行通信总线标准），USB

总线判优控制可分为集中式和分布式

链式查询：（电路故障敏感）

计数器定时查询：

独立请求方式：响应速度快

总线周期：

• 申请分配阶段—》寻址阶段----》传数阶段-----》结束阶段

总线通信控制方式：

• 同步通信；
• 异步通信；{
  应答方式：不互锁，半互锁，全互锁；
  }
• 半同步通信；
• 分离式通信；

存储器

RAM(随机存储器）
ROM(只读存储器）

地址线是单向输入的；
数据线是双向输入的；

译码驱动方式：线选法和重合法；

再生或刷新： 恢复一次原状态的过程；

动态RAM的刷新：

1. 集中刷新；
2. 分散刷新；
3. 异步刷新；

掩模ROM（用户无法改变原始状态）
PROM（一次性编程的只读存储器）
EPROM（可擦除可编程只读存储器）

书本（计算机组成原理第二版）例题4.1

存储器的校验：
已知接收到的汉明码为0110101（按配偶原则配置），发送的信息是？

二进制序号	1 2 3 4 5 6 7
汉明码	0 1 1 0 1 0 1

p1=1异或3异或5异或7=1
p2=2异或3异或6异或7=1
p4=4异或5异或6异或7=0

p4p2p1=011 ,第011（3）位错误，改正为0100101,发送的信息是：0101；

地址映射：

• 直接映射：
• 全相联映射:

• 组相联映射：

通道指令是通道自身的指令；
I/O指令是CPU指令系统的异一部分；

I/O设备编址方式： 统一编址（无专用的I/O指令） 和 不统一编址（专用的I/O指令）

程序查询方式：（踏步等待，CPU和I/O串行工作）
程序中断方式：（没踏步等待，中断现行程序）
DMA方式：

窃取或挪用：CPU总是将总线占有权让给DMA

中断触发器EINT为“1”，触发器可用开中断指令（开中断）
也可用关中断指令或硬件自动复位（关中断）

中断时间： 指令执行阶段的结束时刻

中断处理过程：
中断请求—》中断判优—》中断响应----》中断服务—》中断返回

中断服务程序流程：

1. 保护现场

2. 中断服务

3. 恢复现场

4. 中断返回

DMA传送过程：预处理，数据传送，后处理

程序中断方式是靠程序传送的，DMA方式是靠硬件传送；

程序中断方式是在一条指令执行结束时响应，DMA方式是指令周期内任一存取周期结束时响应；

计算机的计算方法：
数值为正数：原码，反码，补码都一样；符号位为“0”
数值为负数：反码为原码的“每位求反”，补码“取反加1”；符号位为“1”

设浮点数字长为16位，其中阶码位5位（含1位阶符），尾数11位（含1位数符）；将十进制 +（13）/（128）写成定点数和浮点数，并分别写出它在定点机和浮点机中的机器数形式。
+（13）/（128） = + （13） / （ 2^7) = 0, 0001101
二进制形式： x = 0.0001101000 (尾数11位（含1位数符）)
定点数： x=0.0001101000
浮点数规格化： x =0.1101000000x(2^-11) (二进制：-11（-3））
定点机： [x]原=[x]反=[x]补

阶码位5位（含1位阶符）
浮点机中：
[x]原 = 1，0011：0.1101000000
[x]反 = 1，1100：0.1101000000
[x]补 = 1，1101：0.1101000000

已知x=-0.1110,y=-0.1101,求[xy]原*
[x]原=1.1110 x*=0.1110(绝对值） x0=1（符号位）
[y]原=1.1101 y*=0.1101(绝对值） y0=1（符号位）
符号位 x0异或y0 = 0
x* x y* = 0.10110110
[x*y]原 = 0.10110110

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指令系统

指令是由 操作码 和 数据码 组成的

指令字长 = 操作码的长度 + 操作数地址的长度 + 操作数地址的个数

寄存器的位数可反应机器字长

指令寻址：
数据寻址：

1. 立即寻址
2. 直接寻址
3. 隐含寻址
4. 间接寻址
5. 寄存器寻址
6. 寄存器间接寻址
7. 基址寻址
8. 变址寻址
9. 相对寻址

RISC ：精简指令系统计算机
CISC ：复杂指令系统计算机

指令周期：

• 取指周期
• 【间址周期】
• 执行周期
• 【中断周期】

中断判优可用硬件实现，或软件实现；

保护程序断点就是要将当前程序计数器PC的内容保存在存储器中；

中断隐指令是硬件自动完成的；

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设CPU内部采用非总线结构；

（1）取指周期的全部微操作
PC->MAR
1-R
M(MAR)->MDR
MDR->IR
OP(IR)->CU
(PC)+1->PC
(2)  取数指令“LDA M"操作：
Ad(IR) -> MAR
1->R
M(MAR)->MDR
MDR->ACC
(3）存数指令"STA M"操作
Ad(IR)->MAR
1->W
ACC->MDR
MDR->M(MAR)
(3）加法指令"ADD M”操作
Ad(IR)->MAR
1-R
M(MAR)->MDR
(ACC)+(MDR)->ACC
(4)  指令为间接寻址时，需要添加间址周期操作
Ad(IR)->MAR
1-R
M(MAR)->MDR
进入执行周期，3条指令的第一个微操作均为MDR->MAR，其余操作不变；
(5)  无条件转移指令"JMP Y"
Ad(IR) - >PC
结果为零的移指令“ＢＡＺ  Y"
Z*Ad(IR)->PC***  

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指令周期 包含若干个 机器周期
机器周期 包含若干个 时钟周期

一条机器指令对应一条微程序

微指令格式：

操作控制	顺序控制

分为

水平型微指令	垂直型微指令

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某微程序控制器中，采用水平型直接控制（编码）方式的微指令格式，后续微指令地址由微指令的下地址字段给出。已知机器共有28个微命令，6个互斥的可判定的外部条件，控制储器的容量为512X40位。设计微指令格式，说明理由；

操作控制	判断	下地址
28位	3位	9位

采用直接编码方式，操作控制字段的位数等于微命令数，为28位；

后续微指令地址由微指令的下地址字段给出，下地址字段的位数可根据存储器容量（512X40位）,2^9=512,可定为9位；

6个互斥的可判定的外部条件，可编译 2^3 > 6 ,可以编译成3位状态位；

[参考文档]计算机组成原理第二版