计组知识点

淡淡的烟草味﹌ 2021-12-17 04:13 252阅读 0赞

### 计组知识点 ###

*  数的表示方法
 *  存储器
 *  指令系统
 *  控制器
 *  I/O系统

# 数的表示方法 #

*  在冯·诺依曼计算机中，指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是指令周期的不同阶段
 *  CPU通常在当前机器周期结束后，响应DMAC提出的总线请求。
 *  补码的右移规则：  
    符号位不变，数值位各位向右移位，高位移空位置补与符号位相同的代码。
 *  补码的左移规则：  
    连同符号位同时左移，低位移空位置补0。如果移位后符号位与移位前符号位不一致，说明移位出错，将有效位移出了
 *  原码的移位规则:  
    符号位不变，数值部分左移或右移，移出的空位填“0”。
 *  补码表示的规格化数:  
    \-1<=x<1/2和1/2<=x<1，则满足和的数为规格化数。

# 存储器 #

*  动态存储器芯片的刷新均是按行刷新。
 *  磁盘存储器由驱动器、控制器和盘片三部分组成。
 *  磁盘信息的地址格式为：

*  平均寻址时间＝平均磁道定位时间＋平均旋转等待时间＋读写操作时间＋控制延时时间

# 指令系统 #

*  指令：控制计算机执行某种操作的命令。
 *  指令系统是计算机体系结构的核心
 *  基址寻址是面向系统的，主要用于逻辑地址到物理地址的变换，用以解决程序定位问题。基址寄存器由系统程序通过特权指令使用，对用户是透明的。基址寄存器的内容一般不进行自动增量和减量。
 *  变址寻址是面向用户的，主要用于访问数组、向量、字符串等成批数据，用以解决程序的循环控制问题。变址寄存器的内容可以进行自动增量和减量。
 *  位操作指令分为算术移位、逻辑移位和循环移位三种
    
     *  算术移位：对带符号数的移位，移位过程中必须保持操作数的符号不变。
     *  逻辑移位：把移位的操作数当作无符号数，左移、右移的空出位都补0。
     *  循环移位：移出位又移入最高（最低）位。
 *  CISC指令系统的特点 ：  
    (1) 指令系统复杂庞大，指令数目一般多达200～300条。  
    (2) 指令格式多，指令字长不固定，使用多种不同的寻址方式。  
    (3) 可访存指令不受限制。  
    (4) 各种指令的执行时间和使用频率相差很大。  
    (5) 大多数采用微程序控制器。
 *  RISC指令系统的主要特点  
    (1)选取使用频率高的简单指令以及很有用但又不复杂的指令组成指令系统。  
    (2)指令数目较少，指令长度固定，指令格式少，寻址方式种类少。  
    (3)采用流水线技术，大多数指令可在一个时钟周期内完成；特别是在采用了超标量和超流水技术后，可使指令的平均执行时间小于一个时钟周期。  
    (4)使用较多的通用寄存器以减少访存。  
    (5) 以寄存器 — 寄存器方式工作，只有取数/存数(LOAD/STORE)指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器之间进行。  
    (6) 控制器以组合逻辑控制为主，不用或少用微程序控制。  
    (7) 采用优化编译技术，力求高效率支持高级语言的实现。

# 控制器 #

*  组合逻辑：  
    优点：速度快。巨型机和RISC机为了追求高速度采用组合逻辑控制器。  
    缺点：微操作信号发生器结构不规整，设计、调试、维修较困难，难以实现设计自动化。一旦控制部件构成之后，要想增加新的控制功能是不可能的。
 *  微程序：  
    优点：设计规整，调试、维修便利，更改、扩充指令方便，易于实现自动化设计。  
    缺点：由于增加了一级控制存储器，所以指令的执行速度比组合逻辑控制器慢。
 *  微程序设计的实质:  
    用程序设计的思想方法来组织操作控制逻辑，用规整的存储逻辑代替繁杂的组合逻辑。
 *  微程序控制器与组合逻辑控制器的主要区别：  
    微操作控制信号形成部件的不同。  
    ① 组合逻辑控制器中的复杂组合逻辑网络在微程序控制器被规整的存储逻辑所替代。  
    ② 存储逻辑中包含了存放微程序的控制存储器。
 *  字段直接编码法的子字段的划分原则：  
    ① 把互斥的微命令（即不允许同时出现的微命令）划分在同一字段内，相容的微命令（即允许同时出现的微命令）划分在不同字段内。  
    ② 字段的划分应与数据通路结构相适应。  
    ③ 一般每个子字段应留出一个状态，表示本字段不发任何微命令。  
    ④ 每个子字段所定义的微命令数不宜太多，否则将使微命令译码复杂。
 *  水平型微指令：一次能定义并执行多个操作微命令的微指令。  
    格式：
    
    <table> 
     <thead> 
      <tr> 
       <th>控制字段</th> 
       <th>判别测试字段</th> 
       <th>下地址字段</th> 
      </tr> 
     </thead> 
     <tbody></tbody> 
    </table>
 *  特点：
    
     *  微指令字较长，定义的微命令较多
     *  微指令中微操作并行能力强
     *  微指令编码简单。一般采用直接控制方式和字段直接编码法，微命令与数据通路各控制点之间有比较直接的对应关系。
     *  编制的微程序短，效率高，微程序的执行速度快。
     *  所需控制存储器的纵向容量小。
     *  微指令字比较长，增加了控制存储器的横向容量。
     *  微指令长，定义的微命令多，使微程序编制困难、复杂，也不易实现设计自动化。
 *  垂直型微指令的特点：  
    ① 微指令字短。  
    ② 微指令直观、规整、易于编制微程序，易于实现设计自动化。  
    ③ 微指令字的微操作并行能力弱，一条微指令定义的微操作少，编制的微程序长，要求控存的纵向容量大。  
    ④ 微指令编码复杂。

# I/O系统 #

*  I/O系统的组成：  
    扩展总线、I/O设备接口控制器、I/O设备、相关控制软件。
 *  I/O信息传送的控制方式
    
     *  程序直接程序控制方式
     *  程序中断传送方式
     *  直接存储器存取（DMA）方式
     *  I/O通道控制方式
     *  I/O处理机控制方式
 *  CPU响应中断应具备的条件：  
    (1) 有中断源请求中断。  
    (2) CPU允许响应中断，即处于开中断状态。  
    (3) 现行指令不是停机指令  
    (4) 一条指令执行结束。
 *  DMA方式的特点  
    ⑴ 以响应随机请求的方式，实现主存与I/O设备间的快速数据传送。  
    ⑵ 采用DMA方式控制数据传送时，仅需占用系统总线，不切换程序，不存在保存断点、保护现场、恢复现场、恢复断点等操作。因此DMA传送的插入不影响CPU的程序执行状态，除了访问主存的冲突外，CPU可以继续执行自己的程序，提高了CPU的利用率。  
    ⑶ DMA方式只能处理简单的数据传送，难以识别与处理复杂的情况。
 *  比较

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>程序中断</th> 
   <th>DMA方式</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>以CPU为中心，采用软硬结合，以软件为主的方式，控制设备与主机之间的数据传送。</td> 
   <td>以主存为中心，采用硬件手段，控制设备与主存间直接进行数据传送。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>因为需要程序切换，所以需要保护与恢复现场。</td> 
   <td>由DMA控制器直接控制数据传送。在数据传送期间，不需要CPU干预，不需保护与恢复现场。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>适合于慢速外设</td> 
   <td>适合于快速外设。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>必须在一条指令执行结束后才能响应。</td> 
   <td>在一个访存周期结束后即可响应。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>可实现多种处理功能</td> 
   <td>仅用于数据传送</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>