考研计算机组成原理笔记
《计算机组成原理》唐朔飞第二版_笔记
《计算机组成原理》唐朔飞第⼆版_笔记第1章概论1，计算机系统的软硬件概念1）硬件：计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电⼦元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外部设备等。
2）软件：由⼈们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成，分为系统软件和应⽤软件。
①系统软件⼜称为系统程序，主要⽤来管理整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理的调度，⾼效运⾏。
它包括：标准程序库、语⾔处理程序（编译程序）、操作系统、、服务程序（如诊断、调试、连接程序）、数据库管理系统、⽹络软件等。
②应⽤软件⼜称应⽤程序，它是⽤户根据任务需要所编制的各种程序，如科学计算程序、数据处理程序、过程控制程序、实物管理程序。
2、计算机系统的层次结构：1）硬联逻辑级：第零级是硬联逻辑级，这是计算机的内核，由门，触发器等逻辑电路组成。
2）微程序级：第⼀级是微程序级。
这级的机器语⾔是微指令集，程序员⽤微指令编写的微程序，⼀般是直接由硬件执⾏的。
3）传统机器级：第⼆级是传统机器级，这级的机器语⾔是该机的指令集，程序员⽤机器指令编写的程序可以由微程序进⾏解释。
操作4）系统级：第三级是操作系统级，从操作系统的基本功能来看，⼀⽅⾯它要直接管理传统机器中的软硬件资源，另⼀⽅⾯它⼜是传统机器的延伸。
5）汇编语⾔级：第四级是汇编语⾔级，这级的机器语⾔是汇编语⾔，完成汇编语⾔翻译的程序叫做汇编程序。
6）⾼级语⾔级：第五级是⾼级语⾔级，这级的机器语⾔就是各种⾼级语⾔，通常⽤编译程序来完成⾼级语⾔翻译的⼯作。
7）应⽤语⾔级：第六级是应⽤语⾔级，这⼀级是为了使计算机满⾜某种⽤途⽽专门设计的，因此这⼀级语⾔就是各种⾯向问题的应⽤语⾔。
把计算机系统按功能分为多级层次结构，就是有利于正确理解计算机系统的⼯作过程，明确软件，硬件在计算机系统中的地位和作⽤。
3、计算机组成和计算机体系结构1）计算机体系结构：是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性。
408考试笔记
408考试笔记一、计算机组成原理1. 冯诺依曼体系结构可不能忘呀。
计算机的五大部件：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
就像一个小团队一样，各自有着明确的分工呢。
运算器负责计算数据，控制器就像个小指挥家，指挥着整个计算机系统的运行。
存储器用来存储数据和程序，输入设备把外部信息送进计算机，输出设备把计算机处理的结果输出出去。
2. 数据的表示和运算也很重要哦。
原码、反码、补码的概念得清楚。
原码就是符号位加上真值的绝对值，反码是原码除符号位外按位取反，补码是反码加1。
在做加减法运算的时候，补码可是很方便的呢。
3. 存储系统也有很多要记的。
主存的组成结构，什么存储单元、存储字、存储字长之类的。
还有高速缓冲存储器（Cache），它就像一个小助手，能够提高CPU访问数据的速度，原理是基于程序的局部性原理哦。
二、操作系统1. 操作系统的功能可多啦。
处理机管理，进程和线程是重点。
进程是资源分配的基本单位，线程是独立调度的基本单位。
进程有它的生命周期，创建、就绪、运行、阻塞、终止这些状态得牢记。
2. 内存管理也不简单。
分区存储管理、分页存储管理、分段存储管理都各有特点。
分页存储管理是把主存分成大小相等的块，程序也分成大小相等的页，通过页表来实现地址映射。
分段存储管理则是按照程序的逻辑段来划分内存，有段表来进行地址转换。
3. 文件系统方面，文件的逻辑结构和物理结构要分清。
逻辑结构有有结构文件（如顺序文件、索引文件等）和无结构文件（流式文件）。
物理结构有连续分配、链接分配（包括隐式链接和显式链接）、索引分配等。
三、计算机网络1. 网络体系结构的分层可不能搞混哦。
OSI七层模型（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层）和TCP/IP四层模型（网络接口层、网络层、传输层、应用层）。
每一层都有自己的功能和协议。
2. IP地址相关知识很关键。
IPv4地址是32位的，有A、B、C、D、E五类地址。
子网掩码的作用是用来划分网络号和主机号的。
终于有人把＇计算机组成原理学习笔记＇整理出来了
终于有人把＇计算机组成原理学习笔记＇整理出来了1. 计算机组成原理概论计算机：数字电子计算机组成：计算机硬件系统的逻辑实现原理：不以具体机型为依托的，基本实现原理。
计算机组成原理：掌握如何实现的具体细节。
1.1 计算机系统简介计算机系统由两大部分组成：硬件和软件。
软件又包括系统软件和应用软件。
系统软件可以管理整个计算机系统：•语言处理程序（将高级语言转换为机器可以懂得指令）•操作系统•服务性程序（比如数学库、MPI服务程序进行并行之间的通信）•数据库管理系统•网络软件应用软件是按照任务需要编制成的程序。
可以简单将软件看作一个层次结构，硬件为软件提供接口，系统软件又为应用软件形成接口，来完成不同的程序。
对于计算机的物理结构层次，我们这门课主要研究逻辑层和微电路层的具体实现方式。
计算机系统的指令层次如下图所示操作系统可以管理软硬件的资源。
计算机系统结构定义了系统软硬件的交界面，定义了哪些功能由软件实现，哪些功能由硬件实现，定义为==程序员所见到的计算机系统的属性概念性的结构与功能特性==。
（指令系统，数据类型，寻址技术，I/O机理），即程序员需要理解的东西。
计算机组成：实现计算机体系结构所体现的属性，即具体指令的实现。
1.2 计算机的基本组成1.2.1 冯诺依曼结构上图实线表示数据流动，虚线表示控制反馈。
•计算机结构由五大部件组成：存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备。
•以运算器为中心，==程序存储在存储器中==。
•指令和数据以同等地位保存在存储器中，可以按照地址寻找。
•指令和数据由二进制表示，指令由操作码和地址码组成，操作码指明指令要干什么，地址码指明操作数的地址。
冯诺依曼结构以运算器为中心，容易形成瓶颈。
我们可以使用存储器作为中心来进行优化，但是还不够。
1.2.2 现代计算机硬件框图指令和数据都是保存在存储器中的。
1.2.3 存储器的基本组成MAR是存储器地址寄存器，保存了存储单元的地址和编号，长度反映存储单元的个数。
计算机组成原理笔记
计算机组成原理笔记
1. 计算机组成原理是研究计算机硬件和软件组成及其相互关系的学科领域。
2. 计算机由中央处理器（CPU）、存储器和输入输出设备组成，其中CPU是计算机的控制中心。
3. CPU由控制单元和算术逻辑单元组成，控制单元负责指令
的解析和执行，算术逻辑单元负责数据的运算。
4. 存储器用于存储计算机运行时所需的数据和指令，其中包括主存储器和辅助存储器。
5. 输入输出设备用于与外部世界进行信息交互，例如键盘、鼠标、显示器和打印机等。
6. 计算机执行程序时，先从辅助存储器中将程序加载到主存储器，然后由CPU依次执行指令。
7. 指令由操作码和操作数组成，操作码表示指令的类型，操作数表示指令所操作的数据。
8. 指令在执行过程中通过执行周期来完成，包括取指令、分析指令、执行指令和写回数据等阶段。
9. 计算机的性能可以通过时钟频率、指令执行速度和吞吐量等指标进行衡量。
10. 计算机的内部结构可以采用冯·诺依曼结构或哈佛结构，冯·诺依曼结构中指令和数据存储在同一存储器中，而哈佛结
构中指令和数据存储在不同的存储器中。
11. 计算机的指令集架构可以分为精简指令集（RISC）和复杂
指令集（CISC）两种类型。
12. 硬件和软件之间通过接口进行通信，例如操作系统作为硬
件和应用软件之间的接口。
13. 并行计算可以提高计算机的性能，包括并行指令和并行处理等技术。
14. 计算机组成原理还涉及到虚拟内存、缓存和流水线等重要概念和技术。
15. 计算机组成原理的研究对于理解计算机的工作原理和优化计算机性能具有重要意义。
计算机组成原理(考研期末)知识点总结
计算机组成原理（考研期末）知识点总结(一)存储系统1.存储器的基本概念●分类●作用（层次）：CACHE 主存辅存●存储介质：磁半导体光●存取方式●随机存取：RAM ROM●串行访问●顺序存取：磁带●直接存取：磁盘●信息可保存性－－易失性破坏性读出非●性能指标●存储容量字●单位成本每位成本●存储速度（数据传输率主存带宽）●层次化结构●Cache－主存层次：硬件实现，解决速度不匹配问题●主存－辅存层次：硬件+操作系统实现，解决容量问题，逐渐形成虚拟存储系统2.半导体存储器●存储器芯片的基本结构●译码驱动电路(译码器：扩充容量)●存储矩阵●读写电路●地址线，数据线，片选线，读写控制线●半导体存储器RAM（易失性存储器）●SRAM：触发器存储信息，速度快成本高集成度低，用于高速缓存●DRAM：电容存储信息，需要刷新，速度慢成本低，集成度高，用于主存SDRAM●DRAM的刷新：集中刷新，分散刷新，●异步刷新●不需要CPU控制●行为单位，仅需要行地址●存储器中所有芯片同时刷新●RAM的读写周期●ROM（非易失性存储器）●特点：结构简单，位密度比RAM高，非易失性，可靠性高●类型：MROM，PROM，EPPROM，FLASH MEMORY，SSD3.存储器与CPU的协同工作（提高存储系统的工作速度）●主存与CPU的连接●字扩展●位扩展●线选法●译码片选法●译码器的使用●分析地址空间●字位同时扩展●选择存储器芯片●与CPU进行连接●双口RAM和多模块存储器●多模块存储器●单体多字●多体并行●低位交叉编址●高位交叉编址●双端口RAM●高速缓冲存储器●CACHE局部性原理和性能分析●局部性原理●空间局部性●时间局部性●性能分析●命中率和失效率●CACHE----主存体系的平均访问时间●CACHE工作原理●地址映射方式●全相联●直接相联●组相联●替换算法●RAND随机●FIFO先入先出●LRU最近最少使用●LFU最不经常使用●写策略●命中●全写法●写回法●不命中●写分配法●非写分配法●虚拟存储器（主存和辅存共同构成）（增加存储系统的容量）●基本概念：虚地址（逻辑地址）映射到实地址（物理地址）●解决问题：进程并发问题和内存不够用问题●类型●页式●段式●段页式●虚实地址转换（提高速度）●快表TLB●慢表Page(二)指令系统1.指令格式●操作码和地址码组成一条指令●操作码●定长操作码和扩展操作码●操作码类型2.指令寻址方式●指令寻址（通过PC）●顺序寻址●跳跃寻址●数据寻址●隐含寻址●立即寻址：给寄存器赋初值●直接寻址●间接寻址：扩大寻址范围，便于编制程序●寄存器寻址：指令执行速度更快●寄存器间接寻址●偏移寻址（各寄存器内容+形式地址）：基址寻址，变址寻址（处理数组，编制循环程序），相对寻址●堆栈寻址3.CISC和RISC●CISC复杂指令系统计算机（用微程序控制器）●更多更复杂，一般为微程序控制，用于计算机系统●RISC精简指令系统计算机（用硬布线控制器）●指令数目少，字长固定，寻址方式少，寄存器数量多，一般为组合逻辑控制，用于手机(三)中央处理器1.CPU的功能和基本结构●CPU的功能：指令控制，操作控制，时间控制，数据加工，中断处理●运算器●功能：对数据进行加工●基本结构：●算术逻辑单元ALU●暂存寄存器●通用寄存器组●累加寄存器ACC●程序状态字寄存器PSW●移位器，计数器●控制器●功能：取指令，分析指令，执行指令●控制器的基本结构●程序计数器PC●指令寄存器IR●指令译码器，时序系统，微操作信号发生器●存储器地址寄存器MAR●存储器数据寄存器MDR●数据通路的基本结构●专用通路●内部总线2.指令执行过程●指令周期●构成：机器周期、CPU周期——CPU时钟周期、节拍●类型：取指周期，间址周期，执行周期，中短周期●标志触发器FE,IND,EX,INT：区别工作周期●数据流●取指周期：根据PC取出指令代码存放在IR●间址周期：根据IR中指令地址码取出操作数的有效地址●执行周期：根据指令字的操作码和操作数进行相应操作●中断周期：保存断点，送中断向量，处理中断请求●执行方案●单指令周期：串行，指令相同执行时间●多指令周期：串行，指令不同执行时间●流水线方案：隔一段时间启动一条指令，多条指令处于不同阶段，同事并行处理3.数据通路的功能和基本结构（连接路径）●CPU内部总线●单总线●多总线●专用数据通路：多路选择器和三态门●了解各阶段微操作序列和控制信号4.控制器的功能和工作原理●控制器的结构和功能●计算机硬件系统连接关系●控制器的功能：取指令，分析指令，执行指令●控制器的输入和输出●硬布线控制器●硬布线控制单元图：组合逻辑电路+触发器●设计步骤（了解）●分析每个阶段的微操作序列●选择CPU的控制方式●安排微操作序列●电路设计●微程序控制器●基本结构●微地址形成部件●微地址寄存器CMAR●控制存储器CM●微指令寄存器CMDR●微指令的格式●水平型：并行操作●字段直接编码方式●直接编码方式●字段间接编码方式●垂直型：类似机器指令●微指令的地址形成方式●下地址字段指出：断定方式●根据机器指令的操作码形成●基本概念●微命令和微操作●微指令和微周期●主存储器和控制存储器●程序和微程序●寄存器：MAR和CMAR，IR和CMDR●硬布线和微程序的比较（微操作控制信号的实现形式）5.指令流水线●指令流水线的概念●指令执行过程划分为不同阶段，占用不同的资源，就能使多条指令同时执行●表示方法●指令流程图：分析影响流水线的因素●时空图：分析性能●性能指标●吞吐率TP●加速比S●效率E●影响流水线的因素●结构相关（资源冲突）●数据相关（数据冲突）●控制相关（控制冲突）●流水线的分类●按使用级别：部件功能级，处理机级，处理机间●按完成功能：单功能，多功能●按连接方式：动态，静态●按有无反馈信号：线性，非线性●多发技术●超标量流水线技术●超流水线技术●超长指令字技术(四)总线1.总线概念和分类●定义：一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路●分类●按数据传输格式●串行，并行●按功能●片内总线●系统总线●数据总线，地址总线，控制总线●通信总线●按时序控制方式●同步，异步●总线结构●单总线结构——系统总线●双总线结构（通道）●主存总线●IO总线●三总线结构●主存总线●IO总线●DMA总线2.总线的性能指标●总线传输周期（总线周期）●总线带宽●总线宽度（位宽）●总线复用：一种信号线传输不同信息3.总线仲裁●集中仲裁方式●链式查询方式●计数器定时查询方式●独立请求方式●分布仲裁方式4.总线操作和定时●总线传输的四个阶段●申请分配阶段●传输请求●总线仲裁●寻址阶段●传输阶段●结束阶段●定时●同步定时方式（同步通信）●异步定时方式（异步通信）●不互锁●半互锁●全互锁●半同步通信●分离式通信5.总线标准(五)IO系统1.IO系统基本概念●演变过程●早期：分散连接，CUP与IO串行，程序查询方式●接口模块和DMA阶段：总线连接，cpu与io并行，中断方式及DMA方式●具有IO通信结构的阶段●具有IO处理机的阶段●IO系统的基本组成●IO软件——IO指令和通道指令●IO硬件——外设，设备控制器和接口，IO总线等●IO方式简介●程序查询方式：IO与CPU串行，CPU有“踏步等待”现象（由程序控制）●程序中断方式：IO准备数据时CPU继续工作，在指令执行结束时响应中断（由程序控制）●DMA方式：主存与IO交换信息时由DMA控制器控制，在存取周期结束时响应DMA请求（由硬件控制）●通道方式：通过IO指令启动通道，通道程序放在主存中（由硬件控制）2.外部设备●输入设备——键盘，鼠标●输出设备●显示器●分类●阴极射线管（CRT）●液晶（LCD）●发光二极管（LED）●参数●屏幕大小，分辨率，灰度级，刷新频率●显示存储器（VRAM）●容量=分辨率*灰度级位数●带宽=容量*帧频●打印机●外存储器●磁盘存储器●组成●存储区域：磁头，柱面，扇区●硬盘存储器：磁盘驱动器，磁盘控制器，盘片●工作过程：寻址，读盘，写盘对应的控制字，串行读写●性能指标●容量●记录密度●平均存取时间●数据传输率●磁盘阵列RAID——利用磁盘廉价的特点提高存储性能，可靠性和安全性●光盘存储器●固态硬盘SSD——采用FLASH Memory记录数据3.IO接口●主要功能●设备选址功能：地址译码和设备选择●传送命令●传送数据：实现数据缓冲和格式转换●反应IO设备的工作状态●基本结构●设备选择电路，命令寄存器和命令译码器，数据缓冲寄存器DBR，设备状态标记，控制逻辑电路●内部接口和外部接口●编址●统一编址——与存储器共用地址，用访存命令访问IO设备●独立编址：单独使用一套地址，有专门的IO指令●分类●数据传送方式：并行接口，串行接口●主机访问IO设备的控制方式●程序查询接口●中断接口●DMA接口●功能选择的灵活性●可编程接口●不可编程接口4.IO方式●程序查询方式：CPU与IO串行工作，鼠标，键盘●程序中断方式●中断系统●中断的基本概念●工作流程●中断请求●分类●中断请求标记触发器INTR●中断响应●中断响应的条件●中断判优●软件：查询程序●硬件：排队器●优先级的设置●中断处理●中断隐指令●关中断●保存断点PC●引出中断服务程序●中断服务程序●单重中断与多重中断●中断服务程序的具体步骤●中断屏蔽技术●屏蔽字●程序执行轨迹●程序中断方式●工作流程●CPU占用情况●中断响应（隐指令）●中断服务程序●DMA方式●DMA控制器●组成●主存地址计数器：存放要交换数据的主存地址●传送长度计数器：记录传送数据的长度●数据缓冲寄存器：暂存每次传送的数据●DMA请求触发器：设备准备好数据后将其置位●控制/状态逻辑：由控制和时序电路及状态标志组成●中断机构：数据传送完毕后触发中断机构，提出中断请求●主要功能●传送前：接受外设的DMA请求，向CPU发出总线请求，接管总线控制权●传送时：管理总线，控制数据传送，确定主存单元地址及长度，能自动修改对应参数●传送后: 向CPU报告DMA操作的结束●传送过程●预处理：CPU完成寄存器初值设置等准备工作●数据传送：CPU继续执行主程序，DMA控制器完成数据传送●后处理：CPU执行中断服务程序做DMA结束处理。
计算机组成原理知识点笔记
计算机组成原理知识点笔记第一课时1、指令分为操作码和地址码，操作码指明了操作类型，地址码指明了对哪两个数进行操作。
2、CPU的时钟频率也即是CPU的主频。
3计算机系统结构：概念性结构和功能特性。
是指硬件子系统的概念性结构和功能特性。
由指令系统所规定的所有属性，所以也称指令集体系结构。
主要研究计算机系统软件和硬件的功能分配，以及如何最佳地实现分配给硬件的功能。
例如：指令系统中是否包括乘法指令？4、计算机组织：也称计算机组成：计算机主要部件的类型、数量、组成方式、控制方式和信息流动方式以及相互连接而构成的而系统。
主要研究数据和指令的组织，数据的存取、传送和加工处理。
数据流和指令流的控制方式基本运算的算法例如：如何实现乘法指令？5计算机实现：计算机功能的物理实现。
6、加法指令执行速度因为加法指令能反映乘除等运算，而其他指令的执行时间也大体与加法指令相当。
7、CPI，执行一条指令所需时钟周期数，是主频的倒数。
8、等效指令速度法9存储器不仅能存放数据，而且也能存放指令，两者在形式上没有区别，但计算机应能区分数据还是指令。
10 有时我们说某个特定的功能是由硬件实现的，但并不是说不要编写程序，如乘法功能可由乘法器这个硬件实现，但要启动这个硬件（乘法器）工作，必须先执行程序中的乘法指令。
11 指令译码器是译指令的操作码。
而是在读出之前就知道将要读的信息是数据还是指令了12 在计算机领域中，站在某一类用户的角度，如果感觉不到某个事物或属性的存在，即“看”不到某个事物或属性，则称为“对xxxx用户而言，某个事物或属性是透明的”。
13程序控制器：（PC）是执行指令的机器。
14 机器字长定义为CPU中在同一时间内一次能够处理的二进制数的位数，实际上就是CPU中数据通路的位数15 浮点运算器的数据通路要宽得多。
16所以一般把定点运算器的数据通路宽度定为机器字长。
因为机器字长与内存单元的地址位数有关，而地址计算是在定点运算器中进行的。
江科大-计算机组成原理考研复习笔记
考查目标计算机学科专业基础综合考试涵盖数据机构、计算机组成原理、操作系统和计算机网络等学科专业基础课程。
要求考生比较系统地掌握上述专业基础课程的概念、基本原理和方法，能够运用所学的基本原理和基本方法分析、判断和解决有关理论问题和实际问题。
考试形式和试卷结构一、 试卷满分及考试时间本试卷满分为150分，考试时间为180分钟二、 答题方式答题方式为闭卷、笔试三、 试卷内容结构数据结构 45分计算机组成原理 45分操作系统 35分计算机网络 25分四、 试卷题型结构单项选择题 80分（40小题，每小题2分）综合应用题 70分计算机组成原理【考查目标】1. 理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念。
2. 理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。
3. 能够运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。
一、 计算机系统概述（一） 计算机发展历程第一台电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）诞生于1946年的美国宾夕法尼亚大学。
ENIAC用了18000电子管、1500继电器、重30吨、占地170m3、耗电140kw、每秒计算5000次加法。
冯•诺依曼（VanNeumann）首次提出存储程序的概念，将数据和程序一起放在存储器中，使得编程更加方便。
50多年来，虽然对冯•诺依曼机进行了很多改革，但结构变化不大，仍然称为冯•诺依曼机。
一般把计算机的发展分为四个阶段：第一代（1946-50‘s后期）：电子管计算机时代；第二代（50‘s中期-60’s后期）：晶体管计算机时代；第三代（60‘s中期-70’s前期）：集成电路计算机时代；第四代（70‘s初-）：大规模集成电路计算机时代。
考研：计算机组成原理考点总结
考研：计算机组成原理考点总结●1 计算机系统和概述●历程●硬件●电子管●晶体管●集成电路●大规模集成电路●摩尔定律●软件●系列机体系结构相同●兼容机器语言兼容●可移植性●固件●结构●硬件●冯诺依曼计算机●同时存储数据和程序●五大部件●输入●输出●存储器●寄存器●通用●专用●mar●mdr●pc●ir●psw●cache●主存●辅存●运算器●算术逻辑单元●寄存器●acc●mq乘商●x操作数●ix变址寄存器●br基址寄存器●控制器●ir●pc●cu●信息存储相同解释不同●指令组成●软件●软件功能●系统软件●os●dbms●应用软件●语言●机器语言(可以被硬件直接执行)●汇编语言●汇编器●高级语言●编译器●解释器●软硬件逻辑功能一致性●层次结构●高级语言虚拟机●汇编语言虚拟机●操作系统虚拟机●机器语言●微程序机器●性能指标●名词●字长●数据通路带宽●空间●时间●吞吐量●处理请求数量ps●响应时间●总时间●主频和CPU时钟周期 T=1/f●CPI●执行一条指令所需的时钟周期数●CPU执行时间●时间=(指令条数xCPI)/主频●MIPS=指令条数/(执行时间x10⁶)=主频/CPI●MFLOPS每秒执行多少百万次浮点运算●基准程序●2 数据的表示和运算●数制与编码●进位及转换●计算机中一切数据都用二进制表示●表示简单●逻辑真假对应●规则简单●数制●二进制●十进制●八进制●十六进制●数制转换●B2O3位转●B2H4位转●X2D权相加●D2X整数：除基取余法小数：乘积取整法●值的编码●各种码制及其关系●原码：用机器数的最高位表示数的符号，其余各位表示数的绝对值。
（计算麻烦）●反码：正数正常表示，负数各位取反●补码：反码末位加1●优势●0的补码唯一●多表示一个数●运算简单●模4补码（双符号位小数）●与真值转换●大于等于0，相等●小于0，逐位取反，末位加一●移码：真值加偏置值●Bias的值●Bias = 2^{k-1}-1，IN IEEE 754●Bias = 2^{k-1}时，移码等于补码的符号位取反●全0最小，全1最大●BCD码：2->10的快速转换●8421●余3●2421●码制的关系●补码、移码在数轴不对称●原码，反码在数轴对称（有2个0）●负数的反码补码越靠近0真值越大●值的表示●整数：定点数●U整数：原码●S整数：补码●小数：IEEE 754 浮点数●阶码：移码●尾数：原码●不考虑字长整数可以精确表示，浮点数不可以精确表示●数的运算●加减运算●运算部件●一位全加器●输出●进位：C_{out} = A_iB_i+ (A_i\oplus B_i)C_i●值：S_n=C_{i}\oplus A_i\oplus B_i（奇数校验）●图●串行进位加法器●把n个全加器相连可得到n位加法器●逻辑图●信号逐级形成，速度慢●并行进位加法器●原理：每个C_i形成条件在最初均已经获得->先行进位●空间换时间●一般采用四位并行●并行加法器的串联与并联●标志位●ZF=\neg(S_{n-1}+...+S_0)0标志，判断结果是否为0●OF=C_{out}\oplus C_{n-1}溢出标志，判断有符号数的结果是否溢出●CF=C_{out}\oplus C_{in}进位标志，判断无符号数是否溢出●SF=S_{n-1}符号标志●补码的加减运算●公式●[A+B]_补=([A]_补+[B]_补)mod\space 2^{n}●[A-B]_补=([A]_补+[-B]_补)mod\space 2^{n}●规则●符号位参与运算●高位截断●电路●减法时作用于取反器与加法器的C0达到求B的补码的效果（减法->加法）●溢出判别●正数相加小于0，负数相加大于0●单符号位：(A_sB_s)\oplus S_s●双符号位：S_{s1}\oplus S_{s2}●标志位：OF●原码的加减运算●加法直接相加●减法取反相加●高位截断●溢出看CF●乘法运算●原码一位乘法●过程●绝对值参与运算，符号位结果为A_{s}\oplus B_{s}●乘数MQ，ACC置空，Cn置为字长值●为1累加，为0不操作●逻辑右移●LOOP●电路●C寄存进位（采用带进位的右移）●Cn存储字长为处置●MQ最低位送至控制器，判断是否加●补码一位乘法（Booth算法）●原理●[x\times y]_补=[x]_补\times (-b_{w-1}\times 2^{w-1}+\sum\limits^{n-2}\limits_{i=0}b_i\times 2^i)●=[x]补\times[2^{n-1}\times(b_{n-2}-b_{n-1})+2^{n-2}\times(b_{n-3}-b_{n-2})+...+2^{0}\times(b_{-1}-b_{0})+b_{-1}]●=[x]补\times[\sum\limits^{n-1}\limits_{i=0}2^{i}\times(b_{i-1}-b_{i})+b_{-1}]●=[x]补\times\sum\limits^{n-1}\limits_{i=0}2^{i}\times(b_{i-1}-b_{i})\space\space (let\space b_{-1}=0)●规则●双符号位，符号参与运算●末位加一位初值为0●根据b_{i-1}-b_i判断●-1加[-x]_补●1加[x]_补●0不变●算数右移●n次移位，最后移位完成再运算一遍●电路●无需C进行右移（符号位参与运算）●除法运算●原码除法●符号Q_s=x_s\oplus y_s●商的值|Q|=|X|/|Y|●恢复余数●步骤●默认商1，小于0则加回来●左移●LOOP●不恢复余数●原理●商多加A，左移，减A\Rightarrow (+A)\times 2-A=+A●商完与除数为负，商0，左移加除数●步骤●余数正商1，左移，减除数●余数负商0，左移，加除数●n次后商0，恢复余数●补码除法●规则●符号参与运算，除数、被除数、商、余数均用补码●除数被除数同号则减，异号则加●余数除数同号上1，左移减除数●余数除数异号上0，右移加除数●LOOP●末尾置1●电路●移位运算●算术移位（针对有符号数）●逻辑移位（无符号数）●循环移位●带进位位●不带进位位●浮点数表示和运算●浮点数表示●V = (−1)^s × M × r^E（r是基数，E是阶码，M称为尾数）●规格化●有效位越多，精度越高●尾数最高位为有效值●IEEE 754●V = (−1)^s × M × 2^E●类型●单精度●1+8+23●双精度●1+11+52●Bias=2^{k-1}-1●E=2^{exp}-Bias●三种类型●Case 1 Normalized Values●Exp is neither all zeros (numeric value 0) nor all ones●E = e − Bias, Bias = 2^{k-1}-1●The significand is defined to be M = 1+ f●M is in the range 1≤M<2● An implied leading 1 representation, getting an additional bit of precision for free●Case 2 Denormalized Values●exponent field is all zeros●E = 1− Bias●M = f●WHY?●Provide a way to represent numeric value 0●+0.0 has a bit pattern of all zeros●when the sign bit is 1, but the other fields are all zeros, we get the value −0.0●Represent numbers that are very close to 0.0●gradual underflow in which possible numeric values are spaced evenly near 0.0.●Case 3: Special Values●the exponent field is all ones●∞ : When the fraction field is all zeros●Overflow●NaN : When the fraction field is nonzero●Result cannot be given as a real number or as infinity● Representing uninitialized data●运算●加减●向大数对阶（损失精度更小）●尾数加减●规格化●舍入●Round-to-even(default mode)●The least significant digit of the result is even●Attempts to find a closest match●It will round upward about 50% of the time and round downward about 50% of thetime.●Round-toward-zero●Positive numbers downward and negative numbers upward●Round-down（截断）●Round-up●溢出判断●右规，exp全1●左规，exp全0●数据存储与转换●数据存储●按“边界对齐”方式存储●一次访存取出●空白填充●空间换时间●数据排列IEEE 754已规范，不影响●Little endian●least significant byte to most●Big endian●from most to least●0x01234567 in Machine●数据转换●C中转换情况●most numbers are signed by default●情况●标明转换●隐含转换●U和S运算均转换到U●同样字长整数转换--- Based on a bit-level perspective●The numeric values might change, But the bit patterns do not●T2U●Conversion from two’s complement to unsigned●Conversion from two’s complement to unsigned.●U2T●Unsigned to two’s-complement conversion●Conv ersion from unsigned to two’s complement●整数向大整数数转换●To convert an unsigned number to a larger data type ------ simply add leading zeros to therepresentation●To convert two’s-complement number to a larger data type------ perform a sign extension●Examples of sign extension●The proof of Expansion of a two’s-complement number by sign extension (by 1 bit)●When converting from short to unsigned, the program first changes the size and then the type.●整数向小整数转换●bit位截断●Truncation of an unsigned number●Truncation of a two’s-complement number●整数与浮点数的转换● int to float●the number cannot overflow●but it may be rounded●int or float to double● exact numeric value can be preserved (because double has both greater range)●greater precision can be preserved● double to float●the value can overflow to +∞ or −∞, since the range is smaller.●Otherwise, it may be rounded, because the precision is smaller.●float or double to int●value may be rounded toward zero●the value may overflow●Intel-compatible microprocessors designate the bit pattern [10 ... 00] (TMin_w forword size w)as an integer indefinite value.●3 存储系统●存储技术●SRAM●双稳态触发器●速度最快●易失性（断电后）●集成度低●Cache、Register File●DRAM●电容●速度快●易失性（2ms）●刷新●分类●集中刷新●固定时间一起刷新，有死区●分散刷新●读完刷新，没有死区，但降低了速度●异步刷新●缩短了死区，提高了效率，可在无请求时刷新●特点●透明●行刷新●破坏性读出●结构●存储体●二维阵列（引脚复用---时间换空间）●控制信号●译码器●片选控制●访存控制●读写控制●Memory●ROM●MROM●直接写入●PROM●一次可编程●EPROM●可擦除可编程●Flash闪存存储器●固态硬盘#ssd●页为单位读写●重写需要擦除整块 ------ 读比写快●随机访问●磁盘驱动器（磁盘）#disk●直接存取存储器●组成●磁盘●扇面●磁道●扇区●柱面●（不同盘面同一磁道）●性能指标●记录密度●磁盘容量●平均存取时间●寻道时间●平均旋转延迟（1/2TMAX）●传输时间●数据传输率●单位时间传输字节数●阵列●RAID0●无校验●无冗余●RAID1●镜像●海明纠错码●RAID2●RAID3●位交叉奇偶校验●RAID4●块交叉奇偶校验●RAID5●无独立校验阵列●光盘●串行读写●性能指标●容量●成本●速度●存取时间●启动存储器至完成操作时间●存取周期●存取时间+恢复时间●带宽●单位时间传输信息量●层次结构●原理●良好的程序符合局部性原理●高层充当下一层的高速缓存●层次●主存●存储技术：DRAM●编址方式●字节编址●容量及速度扩展●容量扩展●位扩展●无需片选●地址线相同●数据线不同●字节扩展●低位地址线相同●高位地址线做片选信号●字位扩展●多模块存储体●单体多字●一个存储单元放多字，速度提高●顺序存取●多体并行●高位交叉编址●顺序存取●地址空间增加，速度不变●低位交叉编址●交叉存放，并行读写●地址空间增加，速度提高●片选信号●线选●译码片选●主存选择与连接●与CPU有直连通道●数据总线●地址总线●决定访存空间●控制总线●读写●片选●选择芯片●ROM存放系统程序、标准子程序●RAM存放用户数据、代码●芯片尽量简化连线●地址线选择低位相连，高位译码●数据线连接●位扩展相连●片选线连接●访存●读写●高位地址线●Cache●存储技术：SRAM●组成●块（传送单元）●组●组中行●映射方式●直接映射●每个组一行●过程●组选择●标志位匹配及有效位检查●字选择●特点●简单●冲突大●组相联●每个组若干行●过程●组选择●每一行同时匹配及有效位检查●字选择●特点●增加硬件成本●冲突降低●全相联●只有一个组●过程●每一行的标志位匹配及有效位检查●字选择●特点●冲突最低●速度最快●硬件价格最高●适用●TLB●数据查找●分类●Miss->Memory●同步，Hit后取消访存●基本过程●组选择●行匹配●字选择●缓存不命中●分类●冷缓存●冲突不命中（放置策略）●容量不命中（容量大小）●替换算法●随机●FIFO●LRU（多维护位1位）●命中：低的加一●不命中有空闲，全体加一●不命中无空闲，最大出，全体加一●抖动●不断加载驱逐相同组●填充解决●写策略●写命中●写直达●写回（多修改位一位）●维护修改位●适用传送时间长●写不命中●非写分配●写分配●分配Cache空间，进Cache写，一般与写回搭配●系统中的Cache●分级Cache●数据、指令Cache●辅存●磁盘存储器#disk●固态硬盘 #ssd●映射关系●Cache—主存（速度）●虚拟存储器------主存—磁盘（容量、进程管理、空间保护）●段式虚拟存储器●页式虚拟存储器●段页式虚拟存储器●用户程序->虚拟地址（段）●用户●过程●段基址（USER）●段首址（SEGMENT）->段虚拟地址●段虚拟地址首地址+段内偏移->虚拟地址●虚拟地址->物理地址（页）●操作系统及硬件●页表●页命中（硬件）●地址翻译●缺页（OS+硬件）●磁盘调页●地址翻译●TLB（快表）●全相联●多级页表●思想●一级空表项无需创建二级页表●主存只需保存一级页表，二级页表随进程调入调出●前表项是后表基址，各个表比较标志位，直至找到物理页号●步骤●接收虚拟地址●MMU生成PTE请求●查询TLB●查询主存中多级页表●页面已加载？●已加载●读取PTE地址●MMU生成PA●未加载●触发异常●寻找牺牲页，若已修改则写回●调入新页面，更新内存●返回原先进程，重新执行指令●4 指令系统●指令系统●所有指令的集合●位于软硬件交界面●指令格式●组成●操作码●操作、功能●识别指令，了解指令功能与组成●地址码●被操作信息●分类●零地址指令●一地址指令●二地址指令●三地址指令●四地址指令●长度●与操作码与地址码长度有关，与机器字长无直接联系●分类●定长操作码●速度快●简化硬件，控制简单●变长操作码●有限字长，丰富功能●扩展操作码●操作码的位数随地址减少而增加●一，二，三地址可以组合●指令种类●数据传送●数据运算●转移●输入输出●寻址方式●指令寻址●顺序●跳跃●PC relative●They encode the difference between the address of the target instruction and the address ofthe instruction immediately following the jump●Give an “absolute” address●数据寻址●类型●隐含寻址●缩短字长●增加硬件●立即数寻址●位数限制●直接寻址●位数限制●间接寻址●扩大寻址范围●多次访存●寄存器寻址●寄存器直接寻址●快●寄存器数目少●寄存器间接寻址●快●访存●相对寻址（PC）●They encode the difference between the address of the target instruction and theaddress of the instruction immediately following the jump●基址寻址●面向操作系统●R中值不可修改●有利于多道程序设计，可用于编制浮动程序●变址寻址●面向用户●R中值可修改●主要用于处理数组问题●基址变址寻址●[BP]+[DI]+disp●比较●汇编指令●寄存器●格式●AT&T●movl $2, 8(%edx, %eax, 3)●Intel●mov long ptr [ebx+eax*3+8], 2●常用指令●数据传输●mov●lea●push●pop●数据运算●add/sub●cmp●inc/dec●mul/imul●div/idiv●被除数隐含在edx:eax●余数edx●and/or/Xor●text●not●neg●shl/shr●转移●jmp●jxx●call/ret●调用过程●存寄存器，存参数●call●存寄存器●。
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微机原理用书<微型计算机原理及接口技术>第二版裘雪红李伯成西电出版社专题一一微机的组成P15 图1.21 cpu的特点: 8086 (重点)1> cpu内有6直接指令预取队列BIU (总线接口单元)读内存存入预取队列EU (指令执行单元)读预取队列执行2> 内部有四个段寄存器(20位---1M)3> 多种模式(最大,最小) 8086可接入另外的cpu二8086的引线最小模式P19 图2.1 (重点这个必须熟悉每个引脚什么作用必须知道)三内部寄存器(重点必须记住其中一些指令才能读懂程序)P26 图2.4四内存组织安字节编址没一地址存放1字节程序地址=ES*16+IP堆栈地址=SS*16+SP数据地址=DS/ES*16+EA五时序P31 图2.8六总线形成(知道最小模式)P33 图2.11专题二寻址方式和指令系统一寻址方式1 决定操作数地址(知道)1> 立即MOV AL, 05H2> 直接MOV AL, [2000H]MOV [2000H],AL3> 寄存器MOV AX,BXMOV DS,DX4> 寄存器间接(稍注意)MOV BX,1000HMOV DS,BXMOV SI,2000HMOV AL,[SI]5> 寄存器相对MOV AL,[SI+3]6> 基址,变址偏移地址=基址地址(BX,BP)+变址地址(SI,OI) MOV AL,[SI+BX]7> 基址,变址,相对MOV AX,-1[SI+BX]MOV [BX],BX8> 隐含寻址二指令系统(重点编程序读程序)1 传送MOV AL,RXYTMOV AX,SEG RXYT(把RXYT所在段地址给AX)MOV SI,OFFSET RXYT(偏移地址给SI)MOV DS,AXMOV AL,[SI]堆栈地址POSH AX MOV AX,1000HPOSH BX MOV SS,AXMOV SP,2000HPOSH AX 1> SP-1→SP2> AH→MSP3> SP-1→SP4> AL→SPPOP BX2 算术要背的: ADD ADC SUB SBB MUL DIV知道的: CMP INC DEC DAA DAS BCD3 逻辑移位循环指令(以下写出来的必须会用!)1> AND OR XOR NOT TEST NEGMOV BL,45HMOV AL,0FHAND BL,AC2> SAL SHL(逻辑左移相当于乘2)MOV DX,0400HSHL DX,1 (0800)SHL DX,1 (1600)若定义MOV CL,4 (移位次数一定放在CL)则SHL DX,CL (移位4次)SHR(逻辑右移)MOV DL,40HSHR DL,1 (20)SHR DL,1 (10H)SHR DL,1 (08H)SAR(算术右移)MOV DL,0C0H (11000000 -64)SAR DL, 1 (11100000 -32)3> 循环(大概知道)ROL ROR RCL RCR4 串操作指令(不考!)5 程序控制指令(重点)JMP(无条件转移不必深究只要知道转移到哪就行)无符号数JC JNC JP/JPE JNP/JPO JA.JNBE JAE.TMB JB.TNAE JBE.JNA(不知道问题不大)有符号数JS JNS JO JNO JG.JNLE JGE.JNL JL.JNGE JLE.JNG(不知道问题不大)常用的有JX/TE JNZ重点LOOP CALL(子程序调用) RET(子程序返回)6 cpu控制指令(不太重要)CLC STC SLI STI大概知道HLT WAIT NOP就行了7 I/O(重要) 只有两条IN AL,75H (直接寻址接口只有一个字节就是8位从00H到FFH 一用256个)OUT 3EH,AL (把AL输出到3E接口)常用寄存器间接寻址OUT DX,AL注意读入和把一个写出都要走AL指令到此位置汇编不做要求统计里面从80000H以下100个地址里有多少个负数START: MOV DX,80000HMOV DS,DXMOV SI,0000HMOV BX,0(计数器)GOON: MOV AL,[SI]AND AL,80H(用”与”操作看最高位)JZ NEXTADD BL,1NEXT: INC SIINC BHCNP BH,100JNZ GOONHLT(停机指令)从48000H开始有150个ASCII码分别取出ASCII码加入偶校验再放回第一位为检验位START: MOV BX,40000HMOV DS,BXMOV SI,8000HMOV CL,150GOON: MOV AL,[SI]AND AL,AL(或AND AL.0FFH)JP NEXTADD AL,80HNEXT: MOV [SI].AL(放回)INC SI(地址加一)DEC CLTNZ GOON写出程序要你读START: MOV AL.DA TABMOV CL,4MOV AH,0(AH消0)MOV CH,10DIV CH,(AH除以10,余1)MOV BL,AH(个位数AH放入BL)MOV AH,0DIV CHMOV BH,ALSHL AH,CL(逻辑左移)OR BL,AHMOV RSUT.BXHLT放入RSUT和他的下一个地址里专题三存储器一SRAM1 8088 CPU是八位机2 8086 CPU是十六位机8088系统总线(重点)这里是重中之重大家可以去看看往年的题目几乎都有这样的题但是这里的图我实在是不懂画大家见谅大家要掌握的就是给出地址和作出连接图之间怎么转化大家把树上这部分连接的图好好看看还有就是要能解决不是顺序存储的情况比如32k不顺序(84000H~8BFFH) 注意下38译码器其他的译码器不要求二动态存储器不看只要知道”动态”是什么含义就行三只读存储器(大概了解)EPROM连接大多同SRAM 只有一个线不同编程: 用紫外光擦干净每个单元都是F 或每一位都是高电平即干净编程方: 按标准编程(50正负5ms)EEPROM 引线和SRAM没有区别:在线编程系统运行重即可编程)分为按字节编程(几百到几十毫秒)和页编程(300毫秒)(一定要知道这2个用的时间)专题四I/0技术(没说道的不考)一无条件传送方式大家看看P255 图6.14二查询逐个外设查询CPU效率低P260 图6.18三中断1 P261 图6.202 分类内部中断外部中断3 一般过程1> 请求INTR NMI优先级从高到低: 复位HOLD 内部中断NMI INTA 单步中断STI IRET执行完后步响应中断必须再执行一条指令2> 承认3> 保护4> 中断类型码(向量码)5> 服务6> 返回4 8086P267 图6.245 中断优先级控制6 PIO 8259(可编程中断控制器1> 可工作再8位机和16位机上2> 8259中断优先级控制包括I 一般全嵌套苦丁优先级IR0 IR1 …IR1II 自动循环(刚服务结束的最低)III 一次制定某一个最低屏蔽不考3> 结束: 自动结束命令结束一般命令结束: 结束优先级最高的程序制定命令结束: 用在特殊屏蔽里不考8259级联: 最多可级联8个从属控制器所以最大有64个中断请求输入端四DMA(重中之重)1 引线P285 图6.422 特点1> M→I/O I/0→M (这里4通道均可)M→M(这里只能是CH0,CH1)2> 优先级固定0,1,2,3自动循环:刚结束最低下一个最高3> 级联4> DMA传送一字节需要4个体压缩的只要2个体2T 系统时钟5M →200ns 400ns→2.5MB/s3 描述传送过程(重重重)注意这么一个细节: DMAC是16位的如果而总线是20位的所以需要一个锁存器锁存4位地址.专题五芯片及应用一简单应用二可编程并行接口PPI 82551 引线P3002 工作方式(知道方式0就足够)输出有锁存输入(如外设输入)不能锁存所以外设的信号要一直加在输入端A B口没有单根定义功能C口可以四根四根定义方式1 2 不要求P309 图7.15START: MOV DX,8001HMOV AL,00HOUT DX,ALCALL TIMEISMOV AL,71HOUT DX,ALCALL TIMEISTMP START这个程序是一个八字LED灯显示F 亮一秒暗一秒无限循环三8253 可编程定时器1 引线P313 图7.192 工作方式P315开始所以方式0,1,2,3,4,5 记住工作方式特点方式2 ,3 OUT能源源不断出现周期性波形四串行接口(只要知道收发是怎么作的)在课的最后老李非常突兀的说了下面3个点意思是什么不言而喻了吧1 采样定理采样频率位信号最高频率两倍以上熵没有损失(就是说可以无损还原回来)比如一幸好是10KHz的那么AD 转换器速度转换一个要sμ100≤2 光电隔离器件隔离的目的:消除打功率外设和微机共地的影响(消除地的干扰)3 DMA三种传送类型M→I/O 内存到接口I/O→M 接口到内存M→M 内存到内存Made by 一砣煤里面没有画图但是重点的地方给大家说出来了可以说是老李课上的板书除了图都有了这样大家也不用拿着四百多页的书没有头绪的下手了有很多不考的地方老李第一节课就说了"我说到的不一定考到但是我没说道的一定不考" 这是原话。