计算机组成原理期末总复习（1）

计算机组成原理期末总复习（1）
第四章  数值的机器运算
4.1 基本算术运算的实现
计算机最基本的算术运算为加法运算，最基本的运算部件为加法器。
加法器由全加器再配以其它必要的逻辑电路组成。
全加器：最基本的加法单元，有三个输入量：Ai,Bi，低位传来的进位Ci，两个输出量，本位一和Si,向高位的进位Ci。
串行加法器：只有一个全加器。器件少，成本低，但速度过慢。
提高并行加法器速度的关键是：加快进位产生和传递的速度。
串行进位的并行加法器的总延迟时间与字长成正比，字长越长，总延迟时间就越长。
分组并行进位方式：单级先行进位方式（组内并行，组间串行）。
多级先行进位方式（组内并行，组间并行）
如果采用三级先行进位结构设计64位加法器，这种加法器的字长对加法时间影响甚小。但造价高。
4.2  定点加减运算
补码加减运算实现较为简单，原码过于复杂，不讨论。
两个补码表示的数相加，符号位参与运算，且【x+y]补=x补+y补
补码的溢出判断与检测方法。
字长为n+1位的定点整数，其中一位为符号位，采用补码表示，当运算结果大于，产生溢出。
溢出检测方法。
采用一个符号位，
采用进位位
采用双符号位。
计算补码加减。
4.3带符号位的移入与舍入操作
对原码而言，不论正数还是负数，在左移或右移时，符号位均不变，空出位一律以0补入。
补码：正数不论左移右移一律以0补入，负数，左移补0，右移补1.
4.4定点乘法运算
原码一位乘法
规则：参加运算的操作数取其绝对值，令乘数的最低位为判断位，若为1，加被乘数，若为0，不加被乘数。
累加后的部分积以及乘数右移一位。
重复，符号位单独处理。
乘法运算需要三个寄存器，被乘数存放在B中，乘数存在C中，A中用来存放最后积与的高位部分。
补码一位税法
规则：参加运算的两个数用补码表示。符号位参加运算。
乘数最低位后面增加一位附加位，初值为0.
由于每求一次部分积要右移一位，所以乘数的最低两位决定了应该执行的去处 。
浮点数加减运算步骤。
 

第五章   存储系统和结构
存储器分类：
按存储器在计算机系统中的作用：高速缓存，主存，辅助存储器。
按存取方式：
随机存取存储器：主要用作主存
只读存储器
顺序存取存储器
直接存取存储直接存取存储
按存储介质分类：磁芯存储器，半导体存储器，磁表面存储器，光存储器。
半导体RAM断电后信息即消失，断电后的保存信息的有：ROM，磁芯存储器，光存储器。
存储系统层次结构：
由高速缓存，主存，辅存构成的三级存储器可分为两个层次，高速缓存和主存间，主存和辅存间。Cache存储系统为解决主存速度不足。虚拟存储系统为解决主存容量不足。
5.2  主存储器的组织
主存储器是整个存储系统的核心，由：存储体，地址译码驱动电路，I/O和读写电路组成。存储体是主存储器的核心。
一个二进制数由若干位成，当这个二进制数作为一个整体存入和取出时，称为存储体，存放存储字或存储字节的主存空间称为存储单元或主存单元，一个存单元可能存放一个字也可能存放一个字节。
存储单元是CPU对主存可访问操作的最小存储单元。
主存储器的的技术指标：
存储容量：对于字节编址的计算机，以字节数表示存储容量，对于字编址，以字数与字长的乘积表示存储容量。
存取速度：存取时间：启动一次操作到完成的时间。
存取周期：连续两次访问存储器操作之间所需要的最短时间。
主存带宽：每秒从主机进出信息的最大数量，为提高主存带宽，可采取：缩短存取周期，增加存储字长，增加存储体。
可靠性
功耗
5.3 半导体随机存储器和只读存储器
通常把存放一个二进制位的物理器件称为记忆单元，地址码相同的多个记忆单元构成一个存储单元。
记忆单元最常见的是由MOS电路组成。
Ram可以分为静态RAM，动态RAM。
静态RAM存取速度快，但集成度低，功耗较大，一般用来组成高速缓冲存储器和小容量主存。
动态RAM存取速度慢，集成度高，功耗低，用来组成大容量主存系统，需不断刷新。
DRAM的刷新：
一般选定的最大刷新间隔为２ms或4ms甚至更大。
刷新方式有：集中式，分散式，异步式三种。
RAM芯片的地址译码方式：
RAM芯片的地址译码电路可以把地址线传来的地址信号翻译成对应存储单元的选择信号，地址译码方式有单译码和双译码两种。
单译码方式又称为字选法，所对应的存储器是字结构的，字结构的优点是结构简单，缺点是使用的外围电路多，成本昂贵，只适用于容量不大的存储器。
双译码方式又称为重合法，其所对应的存储器芯片结构可以是位结构的也可以是字段结构的。双译码方式与单译码方式相比，减少了选择线数目和驱动器数目。
ROM的类型：
掩模式，一次可编程，可擦除可编程，闪存储器。
主存容量的扩展：
要组成一个主存，首先要考虑选片的问题，然后就是如何把芯片连接起来的问题。
若存储器容量为。
将多片组合起来常采用位扩展法，字扩展法，字和位同时扩展法。
高速缓冲存储器的工作原理：程序的局部性原理。
地址映像有哪三种？
全相联映像，直接映像，组相联映像。
第六章
CPU的主要寄存器：CPU中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程的中间结果。最终结果以及控制，状态信息的可以分为通用寄存器和专用寄 存器。
通用寄 存器：可用来存放原始数据和运算结果。累加寄 存器ACC也是一个通用寄存器，它用来暂时存放ALU运算结果信息。
专用寄存器：至少要有五个专用寄存器，即：程序计数器，指令寄存器，存储器地址寄存器，存储器数据寄存器，状态标志寄存器。
6.3 时序系统与控制方式 
时序系统是控制器的心脏，其功能是为指令的执行提供各种定时信号。
多级时序系统有三级：为机器周期，节拍，工作脉冲。
CPU的控制方式可以分为三种：
同步控制方式，单步控制方式，联合控制方式。
6.4 微程序控制原理
微命令与微操作：一条机器指令可以分解成一个微操作序列，这些微操作是计算机中最基本的。不可再分解的操作。大微程序控制的计算机中，将控制部件向执行部件发出的各种命令叫作微命令，它是构成控制序列的最小单位。是控制计算机各部件完成某个基本微操作的命令，微命令和微操作是一一对应的，微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程。微命令有兼容性和互斥性之分。兼容性微命令是指那些可以同时产生，共同完成某一些微操作的微命令。而互斥性微命令是指在计算机中不允许同时出现的命令。
微指令与微地址：
微指令是指控制存储器中的一个单元的内容，即控制字是若干个微命令的集合，存放控制字的控制存储器的单元地址就称为微地址。
一条微指令通常包含两大部分信息，操作控制字段，顺序控制字段。
微指令有垂直型和水平型之分，垂直型微指令只能完成一个基本微操作，水平型微指令具有很好的并行性，每次可以完成较多的微操作。
微周期：从控制存储器中读取一条微指令并执行相应的微命令所需的全部时间。
微程序：一系列微程序的有序集合就是微程序。
6.6 流水线技术
对于指令的执行：可以有几种控制方式，顺序方式，重叠方式，先行控制及流流水线控制方式。
流水线处理技术是在重叠，先行控制方式的基础上发展起来的，它基于重叠的原理，却是在更高程序上的重叠，流水线是将一个较复杂的处理过程分成m个复杂程序相当，处理时间大致相等的子过程，每个子过程由一个独立的功能部件完成。
RISC的特点：
指令总数较少
基本寻址方式种类少
指令格式少而且长度一致，
除取数和存数指令外，大部分指令在单周期内完成。
只有取数和存数指令才访问存储器，其余指令的操作只限于在计算机内完成，
CPU中通用寄存器的数目应相当多。
绝大多数采用硬连接技术，力求以简单的方式支持高级语言。
第七章  外部设备
磁介质存储器的技术标准：
1.记录密度：又称为存储密度，是指磁介质存储器上，单位长度或单位面积所存储的二进制信息量，通常以道密度和位密度表示，也可用两者的乘积面密度表示。
道密度又叫横向密度是指垂直于磁道方向上单位长度中的磁道数目，位密度双叫纵向密度是指沿磁道方向上单位长度中所记录的二进制信息的位数。
存储容量：指整个磁介质存储器所能存储的二进制信息的总量，有非格式化容量与格式化容量两种指示，非格式化容量是磁记录介质上全部的磁化单元数。格式化容量是指实际可以使用的存储容量。规格化容量一般约为非规格化容量的一半多。
平均存取时间：寻道时间，等待时间，读写操作时间
数据传输率
误码率
硬盘存储器的基本结构与分类
硬盘存储器具有存储容量大，使用寿命长，存取速度较快的特点，硬盘存储器的硬件包括硬件控制器，硬盘驱动器以及连接电缆，硬盘控制器对硬盘进行管理并在主机和硬盘之间传送数据。硬盘驱动器中有盘片，磁头等。
根据头盘是不是一个密封的整体，硬盘存储器可分为温彻斯特盘和非温彻斯特盘两类。
根据磁头是否可移动，硬盘存储器可分为固定头硬盘和活动头硬盘。
硬盘参数的计算
激光打印机工作原理
感光鼓是激光打印机的核心，激光打印机的六个步骤：充电，扫描曝光，显影，转印，定影，消除残像即：充电，扫描曝光，显影，转印，定影，消除残像。
CRT显示的技术指标：VRAM的容量由分辨率和灰度级决定，分辨率越高，灰度级越高。VRAM的容量就越大。
显卡性能三要素：显示芯片，显存带宽，显存容量。
字符显示器的控制电路的核心是点计数器，字计数器，行计数器，排计数器， 控制显示器的每点，字，行，屏幕的刷新显示。
第八章
接口的功能
实现主机和外设的通信联络控制
进行地址译码和设备选择
实现数据缓冲
数据格式的变换
传递控制命令和状态信息
接口的组成
接口与端口是两个不同的概念，端口是指接口电路中可以被CPU直接访问的寄存器，若干个端口加上相应的控制逻辑电路才组成接口。
通常，一个接口中包含有数据端口，命令端口和状态端口，存放数据信息的寄存器称为数据端口，存放控制命令的寄存器称为命令端口，存放状态信息的寄存器称为状态中。对状态商品只能读，对命令商品只能写。
接口的类型
按数据传送方式分类有串行接口和并行接口
按主机访问：程序查询式接口，程序中断接口，DMA接口。
按功能选择的灵活性：可编程性接口，不可编程接口。
按通用性分通用接口，专用接口。
按输入输出的信号分类：数字接口和模拟接口。
按应用分：运行辅助接口，用户交互接口，传感接口，控制接口。
端口地址编址方式：独立编址，统一编址。
输入输出信息传送控制方式：程序查询方式，程序中断方式，直接存储器存取方式，I/O通道控制方式。
中断的基本类型：
内中断和外中断：内中断是由于CPU内部硬件或软件原因引起的中断，单步中断，溢出中断，外中断，掉电，主存读写校验错。I/O设备的数据传送。
向量中断是指那些中断服务程序的入口地址是由中断事件自己提供的中断。
非向量中断的中断事件不能直接提供中断提供中断服务程序的入口地址。
CPU响应中断的条件
CPU接收到中断请求信号
CPU允许中断
一条指令执行完
在一条指令执行完毕且没有更紧追的任务时才能响应中断请求。
中断嵌套：越在里层的中断请求越急，优先级越高，因此优先得到CPU服务。
CPU进入某一个中断服务后，系统必须处于开中断。
使用堆栈。
中断屏蔽字的另一个作用是可以改变中断优先级，将原级别较低的中断源变成较高的级别。中断升级，
中断全过程：中断请求，中断判优，中断响应，中断处理。中断返回。
DMA方式是为了在主存与外设之间实现高速指数据交换而实现的。
DMa方式的数据传送直接领先硬件实现
DMA方式特点：
它使主存与CPU的固定联通系脱钩，主存即可被CPU访问，双可被外设访问。
在数据块传送时，主存地址的确定，传送数据的计数等都由硬件电路直接实现。
主存中要开辟专用缓冲区，及时供给和接收外设数据。
DMa传送速度快，CPU和外设并行工作，提高了系统效率国。
DMA在传送开始前要通过程序进行预处理，结束后要通过中断方式进行后处理。
DMA与中断区别：
中断方式是程序切换，需要保护和恢复现场，而DMA方式除了开始和结尾外，不占用CPU任何资源，对中断请求的响应时间只能发生在每条指令执行完毕时，而对DMA请求的响应时间可以发生在每个机器周期结束时。
中断传送过程需要CPU的干预，而DMA不需要，帮数据传输率高。
DMA请求的优先级高于中断请求。
中断方式具有对异常事件的处理能力，DMA方式仅局限于完成传送数据块的Ｉ／Ｏ操作。
传送方法：停止访问主存法，存储器分时法，援用法。
传送过程：预处理，数据传送。后处理。
通道类型：按通道独立于主机的程序，结合型通道和独立型通道。
按照输入输出信息的传送方式：了节多路通道，选择通道，数组多路通道。