计算机硬件基础知识（二）

1 计算机硬件组成           运算器、控制器、存储器、输入输出设备

         运算器和控制器 组成中央处理器 CPU     

         运算器负责完成算术、逻辑运算 通常又ALU（算术/逻辑单元）、寄存器、多路转换器、数据总线组成

         控制器 负责依次访问程序指令，进行指令移码，并协调其他设备

          控制器通常有 程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器、微操作信号发生器组成

2  基础指令

    指令的基本格式       操作码+地址码

       操作码指出要完成什么操作（即要做什么） 地址码提供原始数据

    编码分类          定长编码  变长编码

 

3 寻址方式

         在指令系统中 如何来确定提供操作数和提供操作上地址的方式称为 寻址方式和编址方式。

1.  隐含寻址方式   ： 在指令中不明显的给出隐含操作数的地址 通过操作数的地址再次寻址找到操作数
2. 立即寻址方式    ： 指令的地址字段指出的不是操作数的地址，而是操作数本身。      最快
3. 直接寻址方式    ： 指令的地址中直接指出操作数所在的内存地址
4. 间接寻址方式    ： 指令地址中的形式地址不是操作数的真正地址，而是操作数地址的指示器
5. 寄存器寻址方式 ： 当操作数不放在内存中，而是放在CPU通用的寄存器中时，采用此方式，此时指令中给出的操作地址不是内存的地址单元号，而实通用寄存器的编号。
6. 相对寻址方式    ： 相对寻址 即相对于当前指令地址而言的 此时地址通常为偏移量，其值可正可负，相对于当前指令地址进行浮动
7. 基址寻址方式     ：  指令中地址为CPU中基址寄存器的内容加速指令格式中的形式地址而形成的操作数的有效地址                                              因为位数较长  可以在较大的存储控件中寻址
8. 变址寻址方式      ：  与基址寻址方式类似，将CPU中某个变址寄存器的内存与偏移量相加形成操作数的有效地址。主要在                                   于实现程序块的规律变化

4 CISC与RISC

     复杂指令集计算机CISC   指令集较大、

      精简指令集计算机 RISC      提高计算机性能

计算机执行程序所需时间P 有3方面的因素决定  编译后产生的机器指令数I、执行每条指令所需的平均周期数CPI已经每个机器周期的时间T。  计算方式为  P=I*CPI*T   

     RISC 通过简化指令集 减少了指令执行周期数，提高运算速度

     CISC 虽然编译后产生的指令数增多了，但是指令所需的周期数和每个周期的时间都减少了

 

5 流水线

 流水线是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术

  所需时间计算方式为   Nt+（k-1）t   其中N是子任务个数，t为每个子任务完成所需时间 k为任务总个数

  若每个子任务所需时间不同  则其速度取决于执行最慢的那个

影响流水线的主要因素 ：

   转移指令   前面转移指令还没有完成，流水线无法确定下一条指令的地址

  共享资源访问冲突             最后一条指令所需要使用的数据与前一条指令发生冲突，或者相邻的指令使用了相同的寄存器 

  响应中断   当有中断请求时，流水线也会停止。