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计组基础

6/18/2021

# 计算机系统

# 第一章 理论

# 计算机硬件

  • 根据冯诺依曼的存储程序控制原理，五大部件：运算器，控制器，存储器，输入设备输出设备

  • 存储程序：将编号的程序和原始数据存入存储器，再启动计算机工作

  • 计算机系统：硬件系统+软件系统

  • 硬件系统

    • 主机：中央处理器+主存储器
      • 中央处理器（cpu） ：运算器+控制器
      • 存储器
        • 高速缓冲存储器（Cache）：用来存放当前正在执行的程序中的活跃部分（副本）
        • 主存
        • 辅存：cpu不能直接访问辅存
      • 运算器
        • 核心是算术逻辑运算部件ALU
    • 内存储器：DDR2，DDR3
    • 外设

  • 软件系统

    • 软件系统，应用软件

  • 总线

    • 概念：总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路，它能分时地发送与接收各部件的信息。
    • 总线特点：分时，共享
    • 地址总线
    • 数据总线
    • 控制总线

# 第二章

# 计算（这章靠自己学不总结了orz）

  • 补码运算
  • 短浮点数计算
  • 奇偶校验码

# 第三章 指令系统

# 机器指令的基本格式

  • 操作码+地址码
  • 操作数地址是隐含的，参加运算的操作数和结果放在堆栈中
  • 堆栈是用来暂存中断端点，子程序调用时的返回地址，状态标志及现场信息等
  • 指令的操作码字段应当具有足够的位数
    • 规整型
    • 非规整型
      • 操作码字段的位数不固定，且分散放在指令字的不同位置
      • 分单字长、两字长、三字长

# 寻址技术

  • 概念 包括编址方式和寻址方式，指寻找操作数的地址or下一条指令地址

  • 数据寻址

    • 寻找操作数地址
    • 取指令时，操作码和操作数同时被取出，操作数是指令的一部分

  • 指令寻址

    • 寻找下一条指令地址
    • 可以顺序进行，也可以跳转

  • 寄存器寻址

    • 指定的寄存器中存放着操作数
    • 寄存器存取速度比主存快
    • 地址码字段比主存单元的地址字段短

  • 直接寻址（绝对寻址方式）

    • 指令中地址码字段给出的地址A就是操作数的有效地址：EA=A

  • 间接寻址

    • 指令中给出的地址A是存放操作数地址的地址：EA=(A)
    • 优点
      1. 扩大寻址范围
      2. 地址更改时不必修改指令，只需要修改存放有效地址的主存单元内容

  • 寄存器间接寻址

    • 指令中的地址码给出某一通用寄存器的编号
    • 指令较短，切取值只需一次访问主存

  • 页面寻址

    • 将整个主存空间分成若干个大小相同的区
    • 分页面地址和页内地址，通过简单拼接就可以得到有效地址
    • 页面地址
      • 基页寻址 EA=0//A (//:简单拼接)
      • 当前页寻址 EA=(PC)h//A
      • 页寄存器寻址 EA=(页寄存器)//A

  • 速度比较

    立即寻址 >寄存器寻址 >直接寻址 >寄存器间接寻址 >页面寻址 >变址寻址（基址寻址、相对寻址） >一级间接寻址 >多级间接寻址

# 输入输出指令

  • I/O指令
    • 独立编址方式
      • 把外设端口和主存单元分别独立编址，有专门IN/OUT指令
    • 统一编址方式
      • 把外设寄存器和主存单元统一编址，没有专门io指令

# 指令系统（复杂 CISC）

  • 二八定律，有20%的指令，在各种程序中出现频度80%
  • 精简指令系统计算机RISC

# 第四章 数值的机器运算（这章也靠自己学orz）

  • 原码加减
  • 补码加减
  • 定点加减 [-Y]补=[[Y]补]变补
  • 变形补码 01正溢 10负溢
  • 带符号数的移位
  • 浮点数加减
  • ALU核心：并行加法器

# 第五章 存储系统和结构

# 存储器

  • 概念 说白了就是内存

  • 按作用

    • 高速缓冲存储器（Cache）
      • 放正在执行的程序段和数据
      • Cache存储系统是为解决主存速度不足提出来的
    • 主存储器
      • 放计算机运行需要的程序和数据
    • 辅助存储器
      • 放暂不参与运行的数据，cpu不能直接访问

  • 按存取方式

    • 随机存取存储器RAM，存取时间相同
    • 只读存储器ROM，内容随机读出，不能写入
    • 顺序存取存储器SAM，存取时间与信息在存储体上的物理位置有关
    • 直接存取存储器DAM，分区存取和读写

  • 按存储介质

    • 磁芯，半导体，磁表面，光存储器

  • 按信息可保存性

    • 断电猴存储信息消失的，叫易失性存储器。反之叫非易失性

# 存储系统

  • 虚拟存储系统是为解决主存容量不足 foo

  • 层次结构

    • 速度由快到慢，容量由小到大，价格由高到低：寄存器>缓存>主存>磁盘>光盘>磁带
    • 速度用缓存-主存层次（最常用），容量用主存-辅存层次

# RAM芯片

  • RAM芯片计算地址线和数据线
  • 芯片地址计算（十六进制减法）

# 第六章CPU

  • cpu是整个计算机系统的核心

# 运算器

  • 运算器ALU功能
    • 执行算术运算
    • 执行逻辑运算

# 控制器

  • 是计算机系统的指挥中心
  • 功能：
    • 取指令
    • 分析指令
    • 执行指令
    • 控制程序输出and结果输出
    • 总线管理
    • 处理异常情况和特殊请求

# 寄存器

  • 程序计数器：放正在执行的指令or将要执行的下条指令
  • 指令寄存器：放葱存储器中取出的指令
  • 数据寄存器：暂存由主存读出or存入的一条指令or一个数据字
  • 地址寄存器：保存当前cpu访问的主存单元地址

# 指令执行

  • 三个阶段：取指令阶段、分析取数阶段、执行阶段
  • 取指周期
    • PC->MAR->地址线
    • 1->R
    • M(MAR)->IR
    • OP(IR)->CU
    • (PC)+1->PC
  • 指令流水原理
  • 流水线性能
    • foo
    • foo
    • m为m段流水线

# 保护和恢复现场

  • 保护现场

    • 断点，中断隐指令完成
    • 寄存器 内容 中断服务程序完成

  • 恢复现场 中断服务程序完成

  • 中断服务程序

    • 保护现场 push
    • 其他服务程序
    • 恢复现场 pop
    • 中断返回 IRET

  • 多重中断条件

    • 提前设置开中断指令
    • 优先级别高的中断源有券中断低的
    • 屏蔽字

# 第八章 外部设备

# 磁介质存储器

  • 记录密度分道密度（横向密度）和位密度（纵向密度）

# 平均存取时间

  • 由于不同磁道等待不同记录块的时间不同，所以取平均值
  • 平均存取时间
  • foo
  • 圆柱面
    • 引入圆柱面是为了提高硬盘的存储速度
    • 4片就有8个面
    • 存入文件时，应尽可能放在同一圆柱面中
    • 磁盘地址组成： 驱动器号、圆柱面号、记录号、扇区号
Last Updated: 10/17/2021, 8:21:50 PM