天津理工大学计算机组成原理期末知识点总结

分手后的思念是犯贱 2023-07-15 05:54 36阅读 0赞

1，冯诺依曼计算机组成：运算器，存储器，控制器，输入设备，输出设备

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2，总线是如何分类的：按部件不同，总线可以分为

片内总线：芯片内部的总线

系统总线：CPU，主存，I/O设备各大部件间的信息传输线

数据总线：传输各个部件中的数据信息，双向传输，其位数和机器字长，存储字长有关

地址总线：指出数据总线上目的数据在主存单元的地址，单向传输

控制总线：发出信号使各个部件可以在不同时刻占用总线的使用权

通信总线：用于计算机系统与计算机系统，计算机系统与其他系统间的通信

串行通信：数据在1位宽的传输线上，一位一位地传输，适用于远距离传送

并行通信：将串行通信并列执行，适用于30m内的传输

3，为什么要设置总线的判优控制（仲裁）：解决多个部件同时申请时的使用权分配问题

主设备：对总线有控制权

从设备：对总线没有控制权，只能响应主设备发来的总线命令

4，常见的总线集中式控制有那些：有三种，

链式查询：只需要很少的几根线就能按一定优先次序实现总线控制，并且很容易扩充设备，但对电路敏感，级低的设备很难获得请求（连线简单，易于扩充，对电路故障敏感）

计数器定时查询：多了一组设备线，少了一组总线同意线，优先级设置比较灵活，对故障不敏感，连线及其控制过程复杂

独立请求查询：速度最快，但硬件器件大，连线多，成本较高

5，通信的控制方式

总线的周期：

申请分配阶段：多个主设备申请总线使用权，总线仲裁绝对给其中的一个设备使用

寻址阶段：主设备发出地址信号，唤醒参与活动的从设备

传数阶段：主设备和从设备进行数据交换，数据流入目的设备

结束阶段：主设备的有关信息从总线上撤销，让出总线的使用权

同步通信：通信双方由统一时标控制数据传送

优点：规定明确，统一，模块间的配合简单一致

缺点：主从模块时间配合属于强制性同步，必须在规定时间内完成规定要求

例题：P61（总线的数据传输率=总线的宽度/总线的传输周期

一个传输周期可能包含多个时钟周期，1字=4字节=32位）

异步通信：主模块发出请求后，一直等待从模块反馈回来的响应信号后，才开始通信

不互锁方式：主模块发出请求，一段时间后确认从模块收到，撤销信号。从模块接到请求后，根据条件发出响应，一段时间后，确定主模块接收回答信号后，撤销信号

半互锁方式：主模块发出请求，必须接到从模块的回答信号后，才撤销请求信号，从模块一段时间后自动撤销信号

全互锁方式：主模块发出请求，必须接到从模块的回答信号后，才撤销请求信号，从模块等待知道主模块请求信号已撤销后，才撤回回答信号

半同步通信：同步异步结合，适用于系统工作不高，但又包含了由许多工作差异较大的各类设备组成的简单系统

分离式通信：充分挖掘系统总线每瞬间的潜能，

1主模块申请占用总线，使用完放弃总线的使用权

2从模块申请占用总线，将各种信息传送到主总线

6，总线带宽：总线数据传输速率=总线的宽度/总线的传输周期

7，画图说明异步穿行传输方式P63

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1，为什么要加Cache：主存用来存放数据，其速度与CPU数据差距过大，为了让他们的速度很好的匹配，加入缓存

2， 缓存——主存：解决CPU和主存速度不匹配问题

主存——缓存：解决存储系统的容量问题

3，主存各个存储单元的空间位置是由单元地址号来表示的，而地址总线是用来指出存储单元地址号的，根据该地址号，可以读出或写入一个存储字

4，存储器的性能指标P74：

存储容量=存储单元个数 \* 存储字长（位） 存储容量=存储单元个数 \* 存储字长/8（字节）

例如：机器主存量为256M，它按字节存储的地址线位数对应28

存储速度：由存储时间和存取周期表示

存储器带宽：单位时间从存储器进出的信息最大数量

计算：如存储周期为500ns，每个周期可以访问16位，带宽=16/500ns=32M位/s

提高的措施：

1，缩短存储周期

2，增加存储的字长，使得每个存储周期可以读写更多的位数

3，增加存储体

5，存储器芯片：

存储器芯片通过地址总线，数据总线和控制总线和外部 连接

地址线是单向输入的，位数和芯片的容量有关

数据线是双向的，位数和芯片可以读写的数据位数有关

例如：地址线10根，数据线4根——》芯片容量为2^14=4k

片选线CS,CE 读写控制线WE(低写，高读）OE(允许读）WE(允许写）

片选线有效，芯片才工作

半导体存储芯片译码驱动方式：线选法，重合法

6，动态RAM的刷新P86：

什么是刷新：对DRAM定期进行的全部重写的过程

刷新的过程：实质上是将原信息读出，再有刷新放大器形成原信息并重新希尔的再生过程

为什么要刷新：电容上的电荷只能存活1~2s，由于存储单元的访问是随机的，有可能某些存储单元长期得不到访问，其存储单元内的原信息就会慢慢消失，因此需要在一定时间内对RAM的全部基本单元电路进行刷新，一般时间取2ms(再生周期）。刷新是一行一行进行的

集中刷新：在规定的一个刷新周期内，对全部存储单元集中一段时间进行刷新，此时必须停止读写操作，如对28\*128矩阵的 存储芯片进行刷新，存取周期为0.5us，刷新周期为2ms=2000us。

对128行集中刷新需要128\*0.5us=64us（死时间），2000us-64us=1936us用来读写，维持信息。

死时间率=64us/2000us=3.2%

分散刷新：对每行存储单元的刷新分散到每个存储周期内完成（在每个读写周期后插入一个刷新周期)。如对28\*128矩阵的 存储芯片进行刷新，读写周期为0.5us，存取周期为1us。128行，每行1us

128us后完成刷新——》不存在操作死时间，存储周期变长了

异步刷新：集中式和分散式的折中，既缩短了死时间，又充分利用最大刷新间隔为2ms的特点

如对28\*128矩阵的 存储芯片进行刷新，刷新最大周期为2ms=2000us。可采取在2ms内对128行，进行刷新，2000us/128=15.6us刷新一行，每行刷新时间为0.5us。死时间为0.5us

7，动态RAM和静态RAM的比较：

![20200315162847835.png][]

8，存储器与CPU连接

位扩展：增加存储字长（房间的大小）CS,WE一样

例如 2片1k\*4位——》1片1k\*8位：图P92

字扩展：增加存储器字的数量（房间的数量）WE一样，CS反向

例如 2片1k\*4位——》2k\*4位：图P93

字，位扩展：既增加存储字长，又增加存储字的数量

例如 8片1k\*4位——》4k\*8位：图P93

例题P95

9，分级存储的目的：解决存储容量，价格和存储速度之间的矛盾

10，Cache做在CPU芯片内的好处：

提高外部总线的利用率，CPU访问cache不需要占用外部总线

增强了系统的整体效率

提高存储速度

11，将指令Cache和数据Cache分开的好处：

可以支持超前控制和流水线控制

指令Cache可用ROM实现，提高指令存取的可靠性

数据Cache对不同数据类型的支持更加灵活

13，循环冗余码P144

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1，计算机中参与运算的数有：

无符号数：寄存器的位数反应无符号数的范围（机器字长16，无：0~65535）

有符号数：机器数的真值（-32768~+32768）

2，原码：把+看成0，-看成1

\+1110——》0,1110

\-1110——》1,1110

反码：（正）与原码一致 （负）符号位不变，数值位取反

0,1110——》0,1110

1,1110——》1,0001

补码：（正）与原码一致 （负）符号位不变，数值位取反，加一

0,1110——》0,1110

1,1110——》1,0010

3，已知【Y】补 求【-Y】补

将【Y】补的所有位取反，末位加一

4，因为补码很难在形式上比较大小，所以出现了移码

【x】移=2^n+x

两个数的减法：A-B= A+\[-B\]= \[A\]补+\[-B\]补（mod2^n+1)

两个数的加法：A+B= A+\[B\]= \[A\]补+\[B\]补（mod2^n+1)

5，

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1，寻址方式：确定本条指令的数据地址，以及下一条要执行的指令地址的方法

立即寻址：形式地址A里面是操作数x

直接寻址：A存的是x在主存中的地址

隐含寻址：形式地址A里面是操作数x1，加上ACC中的x2——操作数x

间接寻址：形式地址A里面是操作数地址EA，EA指向操作数x

寄存器地址：A中存的是寄存器编号（里面有操作数x)

基址寻址：A中的值加上BR寄存器中的值——地址EA——>x

变址寻址：基址寻址

相对寻址：A中存的值加上PC寄存器的值——地址EA——>x

堆栈寻址：

2，机器指令的格式：

需要考虑的因素：

操作类型：包括指令数及其操作的难易程度

数据类型：确定哪些数据类型参与操作

指令格式：包括指令字长，操作码位数，地址个数，寻址方式类型，指令字长，操作码的位数是否可变

寻址方式：。。。

寄存器个数：。。。

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CPU的组成：

寄存器：用于存放当前指令的地址，存放操作数

CU：可以发出各种操作命令序列的控制部件

ALU：负责算术运算，逻辑运算（只对CPU寄存器的操作数进行操作）

中断系统：处理异常情况和特殊请求

流水线性能：

1，吞吐率：单位时间内流水线完成指令的数量，最大吞吐率T(max)=1/t

例如流水线完成n条指令，对于m级的流水线，每一段的处理时间为t

实际吞吐率：n/(mt+(n-1)t)

2，加速比：指m段流水线的速度与等功能非流水线速度之比

流水线各段完成时间为t，完成n条指令在m段流水线上的时间T1=mt+(n-1)t

非流水线上时间T2=nmt

加速比S=nm/m+n-1

3，效率：流水线中各功能段的利用率

流水线各段完成时间为t，完成n条指令在m段流水线上的时间区T1=m(mt+(n-1)t)

非流水线上时间区T2=nmt

效率E=T1/T2=n/(m+n-1)=S/m

中断隐指令：不再机器指令系统中，由CPU在中断周期内由硬件完成的一条指令

1，中断周期：

保护程序断点：把当前程序中寄存器的操作数保存起来

寻找中断服务程序的入口地址：找到下一条要执行指令的地址保存起来

关中断：确保CPU之后的响应不受中断请求影响

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CU控制方式：同步控制，异步控制，联合控制，人工控制

多级时序系统：由节拍和机器周期组成

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微指令格式：P412例题

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