计算机组成原理课本重点整理

一。冯。诺依曼型计算机的主要设计思想：存储程序、程序控制
工作原理：存储程序并按地址顺序执行，也是cpu自动工作的关键。
五个组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量。
利用率:在给定的时间间隔内系统被实际使用的时间所占的比率，用百分比表示。；
运算器的主要功能：进行加、减、乘、除等算术运算，还可以进行逻辑运算因此称为ALU（核心部件）。
存储器是由许多储存单元组成的。每个存储单元都有编号，称为单元地址。
存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
如果某字代表要处理的数据叫数据字；如果某字为一条指令叫指令字；
每一个基本操作就叫作一条指令，而结算某一问题的一串指令序列，叫做该问题的计算程序，简称为程序。
指令的内容由两部分组成，即操作的性质和操作数的地址，前者称为操作码，后者称为地址码。
将解题的程序（指令序列）存放到存储器中称为存储程序，而控制器依据存储的程序来控制全机协调地完成计算任务叫做程序控制。
通常把取指令的一段时间叫做取指周期，而把执行指令的一段时间叫做执行周期。
早期的计算机术语中，把运算器和控制器合在一起称为中央处理器。
取指周期中从内存读出的信息流式指令流，它流向控制器；而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流，它由内存流向运算器。
系统总线是构成计算机系统的骨架，是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路。
计算机软件分为两大类：一类叫系统程序，一类叫应用程序。
系统程序用来简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能及用途。它包括以下四类：1.各种服务性程序2.语言程序3.操作系统4.数据库管理系统
应用程序是用户利用计算机来解决某些问题而编制的程序。如工程设计程序

二。为了提高数据的表示精度，当尾数的值不为0时，尾数域的最高有效位应为1，这称为浮点数的规格化表示。
总线分为内部总线和外部总线；内部指CPU内部各部件的连线；外部指系统总线，即CPU与存储器、I/O系统之间的连线。

三。既能读出又能写入的半导体存储器，称为随机读写存储器。与信息存储物理位置，读出时间无关。
如果存储器中任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间和存取单元物理位置无关，称为随机存储器。
存储器要求容量大、速度大、成本低。
CPU课直接访问主存、cache不能访问外存。
存储容量

：指一个存储器中可以容纳的存储单元总数。
存储时间：又称存储器访问时间，是指一次读操作命令发出到该操作完成，将数据读出到数据总线上所经历的时间。
存储周期：指连续启动两次读操作所需间隔的最小时间。
存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量，通常以位/秒或字节/秒做度量单位。
并行存储器：双端口存储器和多体交叉存储器，前者采用空间并行技术，后者采用时间并行技术。
替换策略1.最不经常使用（LFU）算法
2.近期最少使用（LRU）算法
3.随即替换
cache为解决CPU与主存之间速度不匹配而采用的一项重要硬件技术，一种高速缓冲存储器。
cache的命中率：h=Nc/Nc+Nm Ta=hTc+(1-h)Tm
e=Tc/Ta=Tc/hTc+(1-h)Tm=1/h+(1-h)r=1/r+(1-r)h
地址的映射方式有全相联、直接方式和组相联映射方式。
cache的写操作侧略
1.写回法 -----------
2.全写法
3.写一次法

四、一台计算机中所有指令的集合，称为指令系统。
完善的指令系统满足四个要求：完备性，有效性，规整性，兼容性。
指令的寻址方式有顺序寻址方式和跳跃寻址方式。
操作数的寻址方式：隐含寻址、立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、偏移寻址（相对、基址、变址）

五。CPU的四项功能：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。
组成：控制器、运算器、cache
控制器包括程序计算器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器；
运算器包括算术逻辑单元、通用寄存器、数据缓冲寄存器DR和状态条件寄存器PSW；
指令周期是取出一条指令并执行这条指令的时间。
控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，通常把这种命令叫做微命令，而执行部件接受微命令后所进行的操作，叫做微操作。
所谓相容性的微操作，是指在同时或同一个CPU周期内可以并行执行的微操作。
所谓相斥性的微操作，是指不能在同时或不能在同一个CPU周期内并行执行的微操作。
一组实现一定操作功能的微命令的组合，构成一条微指令。
一条机器指令的功能是用许多条微指令组成的序列来实现的，这个微指令序列通常叫做微程序。
机器指令与微指令的关系：
1.一条机器指令对应一个微程序，这个微指令是由若干条微指令序列组成的；
2.从指令与微指令，程序与微程序，地址与微地址的一一对应关系来看，前者与内存储器有关，后者与控制存储器有关；
3.每一个CPU周期就对应一条微指令。

微命令编码：
1.直接表示法：特点是操作控制字段中的每一位代表一个微命令。优点是简单直观，输出直接用于控制。缺点是微指令

字较长，因而使控制存储器容量较大。
2.编码表示法
3.混合表示法

微指令格式
1.水平型微指令 一次能定义并执行多个并行操作微命令的微指令，叫做水平型微指令。
水平型微指令又分为三种：（1）全水平型（不译法）微指令（2）字段译码法水平型微指令（3）直接和译码相混合的水平型微指令
2.垂直型微指令 微指令中设置微操作码字段，采用微操作码编译法，有微操作码规定微指令的功能，称为垂直型微指令。

并行性有着两种含义：一是同时性，指两个以上事件在同一时刻发生；二是并发性，指两个以上事件在同一时间间隔内发生。
计算机并行处理技术分为三种：
1.时间并行 指时间重叠，在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上错开，轮流重叠的使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。
2.空间并行 指资源重复，在并行性概念中引入空间因素，以“数量取胜”为原则来大幅度提高计算机的处理速度。
3.时间并行+空间并行 指时间重叠和资源重复的综合应用，即采用时间并行性又采用空间并行性。

指令流水线 指指令步骤的并行。将指令流的处理过程划分为取指令、译码、取操作数、执行、写回等几个并行处理的过程段。

六。仲裁总线包括总线请求线和总线授权线。
仲裁为解决多个主设备同时竞争总线控制权的问题，必须具有总线仲裁部件，以某种方式选择其中一个主设备作为总线的下一次主方。
集中式仲裁中每个功能模块有两条线连结到总线控制器;一条是送往仲裁器的总线请求信号线BR,一条是仲裁器送出的总线授权信号线BG。
1.链式查询方式主要特点是：总线授权信号BG串行的从一个I/O接口传送到下一个I/O接口。
优点是：只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线仲裁，并且这种链式结构很容易扩充设备。
缺点是：对询问链的电路故障很敏感。
2.计数器定时查询方式
3.独立请求方式
优点:响应时间快