计算机组成原理期末复习知识点

1.计算机发展的四个阶段：
第一代电子管计算机
第二代晶体管计算机
第三代集成电路计算机
第四代大规模集成电路、超大规模集成电路计算机
2.8086与8088
8086:16位，地址20位，采用6个字节指令队列。指令系统与8088完全兼容
8088：字长16位（外部8位），又称准16位，地址20位，采用4个字节指令队列。被IBM首台微型计算机（IBM PC）使用。
3.冯诺依曼
（1）计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部分组成（2）指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻址；（3）指令和数据均可采用二进制数表示；（4）指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；（5）指令在存储器中按顺序存放（核心思想——存储程序）；（6）机器以运算器为核心。
4.总线的概念：总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。
计算机系统的五大部件之间的互连方式有两种，一种是各部件之间使用单独的连线，称为分散连接；另一种是将各部件连到一组公共信息传输线上，称为总线连接。
5.总线控制（包括总线判优控制和通信控制）
（1）总线判优控制或称仲裁逻辑
总线上所连接的各类设备，按其对总线有无控制功能可分为主设备（模块）和从设备（模块）两种。主设备对总线有控制权，从设备只能响应从主设备发来的总线命令，对总线没有控制权。
集中式（将控制逻辑集中在一处）优先仲裁方式
链式查询：离总线控制部件最近的设备优先级最高。
计数器定时查询：设备使用总线的优先级相等，是一 种循环方法，优先次序可以改变，电路复杂。
总线判优控制 独立请求方式：响应速度快，优先次序控制灵活， 总线控制更复杂
分布式（将控制逻辑分散在与总线连接的各个部件或设备上）

6.I/O与CPU的连接方式
（1）程序查询方式：由CPU通过程序不断查询I/O设备是否已做好准备，从而控制I/O设备与主机交换信息。这种方式CPU工作效率不高。
（2）程序中断方式：倘若CPU在启动I/O设备后，不查询设备是否已准备就绪，继续执行自身程序，只是当I/O设备准备就绪并向CPU发出中断请求后才予以响应，这将大大提高CPU的工作效率。不仅在硬件需求方面需增加相应的电路，而且在软件方面还必须编制中断服务程序。
（3）DMA方式：直接存储器存取方式。主存与I/O设备之间有一条数据通路，主存与I/O设备交换信息时，无须调用中断服务程序。若出现DMA和CPU同时访问主存，CPU总是将总线占有权让给DMA，通常把DMA的这种占有称为窃取或挪用。窃取时间一般为一个存取周期。与程序查询方式和程序中断方式相比，DMA进一步提高了CPU的资源利用率。当然也需要增加必要的DMA接口电路。
7.总线的传输速率：

8.地址线、数据线的计算：
地址线是单向输入的，其位数与芯片容量有关。数据线是双向的。其位数与芯片可读出或写入的数据位数有关。数据线的位数与芯片容量有关。地址线和数据线的位数共同反映存储芯片的容量。
例题:计算机组成原理（第二版）（唐朔飞）P.94 例4.1
9.I/O接口的功能
I/O接口的功能：选址功能：这种功能可通过接口内的设备选择电路来实现；传送命令功能：命令寄存器用来存放I/O指令中的命令码，它受设备选中信号控制。传送数据的功能、反映I/O设备工作状态的功能
组成：数据线：I/O设备与主机之间数据代码的传送线，其根数一般等于存储字长的位数或字符的位数，它通常是双向的，也可以是单向的。
设备选择线：用来传送设备码的，它的根数取决于I/O指令中设备码的位数。
命令线：主要用以传输CPU向设备发出的各种命令信号。
状态线：是将I/O设备的状态向主机报告的信号线。
10.数制之间的转换
11.物理地址、偏移地址的计算
P.120 例4.8 4.9
12.影响指令流水线的三个因素：（P.348）
结构相关：当指令在重叠执行过程中，不同指令争用同一功能部件产生资源冲突时产生的，故又有资源相关之称。
数据相关：是流水线的各条指令因重叠操作，可能改变对操作数的读写访问顺序，从而导致了数据相关冲突。
控制相关：控制相关主要是由转移指令引起的。
13.Cache地址映射的三种方式：
直接映射：优点实现简单，只需用主存地址的某些位直接判断，即可确定所需字块是否在缓存中。缺点是不够灵活，因每个主存块只能固定地对应某个缓存块。
全相联映射：允许主存中每一个字块 映射到Cache中的任何一块位置上。这种方式灵活，命中率也更高，缩小了块冲突率。缺点是成本较高，所需逻辑电路甚多。
组相联映射：对直接映射和全相联映射的一种折中。
14.总线的通信控制：
总线的周期为完成一次总线操作的时间，划分为申请分配阶段、寻址阶段、传数阶段、结束阶段。
总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及通信双方如何协调如何配合。通常用四种方式：
同步通信：通信双方由统一时标控制数据传送称为同步通信。一般用于总线长度较短、各部件存取时间比较一致的场合。在同步通信的总线传输系统中，总线传输周期越短、数据线的位数越多，将直接影响总线的数据传送率。
异步通信：克服了同步通信的缺点，允许各模块速度的不一致性，给设计者充分的灵活性和选择余地。异步通信的应答方式可以分为：不互锁、半互锁和全互锁。异步串行通信的数据速率用波特率来衡量。
半同步通信：保留了同步通信的基本特点，比异步通信方式简单，可靠性高，同步结构方便。缺点是对系统时钟频率不能要求太高。
分离式通信：以上三种通信方式都是从主模块发出地址和读写命令开始，直到数据传输结束。为了克服和利用这种消极等待，充分发掘系统总线每瞬间的潜力，对提高系统性能起到极大作用。
15.关于命中率的计算。
P.111 例题4.7
16.关于波特率和比特率的计算
P.62 例3.2 3.3 3.4
17.内存的连接
存储器与CPU的连接
存储容量的扩展：位扩展（增加存储字长）、字扩展（增加存储器字的数量）、字位扩展 （既增加存储字的数量，又增加存储字长）
存储器与CPU的连接:地址线的连接；数据线的连接；读/写命令线的连接；合理选择存储芯片。
18.存储器的分类
（1）介质：半导体存储器（存储器元件由半导体器件组成的存储器分为（TTL）双极型半导体存储器MOS半导体存储器，前者具有高速的特点，后者具有高集成度的特点，并且制造简单，成本低廉，功耗小）；磁表面存储器（具有非易失的特点）；磁芯存储器（不易失的永久记忆存储器，目前几乎已不被采用）；光盘存储器（记录密度高，耐用性好，可靠性高和可互换性强等特点）
（2）存取方式：随机存储器(RAM，存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取，而且存取时间与存储单元的物理地址无关)；只读存储器（ROM，对其存储的内容只能读出，而不能对其重新写入。用于操作系统的固化，，与RAM共同构成主存的一部分）；串行访问存储器（对存储单元进行读写操作时，需按其物理位置的先后顺序寻找地址）；
（3）作用分类：主存储器；辅助存储器；缓冲存储器。

19.存储器的译码方法
半导体存储芯片的译码驱动方式：线选法和重合法。
线选法特点是用一根字选择线，直接选中一个存储单元的各位。这种结构比较简单，但只适于容量不大的存储芯片。
重合法适合大容量的存储芯片。
20.片选的设计
P.95 例题4.2