组成原理
1. 8421码：
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2. 原码—>补码： 正数不变，负数符号位不变，数值位取反加1
补码—>补码的相反数： 连同符号位一起取反加1
3. 原码、反码、补码相互转换：
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4. 移码： 等于补码的符号（第一位数字）位取反。
移码和补码的关系： 同一数值的移码与补码符号位相反，其它各位相同。
5. 定点数移位规则：
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6. 十进制负数转换成二进制：
例：-32转成二进制
1.（十进制）32=（二进制）00100000
2.（二进制）00100000逐位取反为：11011111
3. 二进制数+1得：11100000
7. 溢出判断：
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8. 原码一位乘法：
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9. RAM： 随机存取存储器，通常用作内存
ROM： 只读存储器，通常用作硬盘
10. 半导体存储芯片的基本结构及存取周期：
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n位地址 → 2 n \rightarrow 2^n →2n个存储单元 总容量 = 存储单元个数 × \times × 存储字长 = 2 n × 2^n \times 2n× mByte
n对应地址线数目，m对应数据线数目
读写控制线：低电平写，高电平读
11. 主存储器：
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12. 大端方式和小端方式：
例：数据为 12345678H
大端方式：12 34 56 78
小端方式：78 56 34 12
13. 半导体随机存储器：
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14. DRAM的异步刷新： 是集中刷新和分散刷新的结合，一般刷新周期为2ms，在2ms内产生128次刷新请求，所以每隔15.6us内有0.5us的“死时间”
15. 存储器的存取周期是指： 存储器进行连续读或写操作所允许的最短时间间隔
16. Cache/主存系统命中率、平均访问时间问题:
若 t c 表 示 命 中 时 的 c a c h e 访 问 时 间 ， t m 表 示 未 命 中 时 的 主 存 访 问 时 间 ， 1 − h 表 示 未 命 中 率 ， 则 c a c h e / 主 存 系 统 的 平 均 访 问 时 间 t a 为 ： 若t_c表示命中时的cache访问时间，t_m表示未命中时的主存访问时间，1-h表示未命中率，则cache/主存系统的平均访问时间t_a为： 若tc表示命中时的cache访问时间，tm表示未命中时的主存访问时间，1−h表示未命中率，则cache/主存系统的平均访问时间ta为：
t a = h t c + ( 1 − h ) t m t_a = ht_c + (1-h)t_m ta=htc+(1−h)tm
设 r = t m / t c 表 示 主 存 慢 于 c a c h e 的 倍 率 ， e 表 示 访 问 效 率 ， 则 有 ： 设r = t_m / t_c表示主存慢于cache的倍率，e表示访问效率，则有： 设r=tm/tc表示主存慢于cache的倍率，e表示访问效率，则有：
e = t c h t c = 1 h + ( 1 − h ) r e = \frac{t_c}{ht_c} = \frac{1}{h+(1-h)r} e=htctc=h+(1−h)r1
17. 主存储器
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18. MAR与MDR
MAR：主存数据寄存器
MDR：主存地址寄存器
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19. 寻址方式
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20. CISC和RISC
CISC :
设计思路：一条指令完成一个复杂的基本功能
代表：×86架构，主要用于笔记本、台式机等
RISC：
设计思路：一条指令完成一个基本的“动作”，多条指令组合完成一个复杂的基本功能
代表：ARM架构，主要用于手机、平板
21. CPU的基本结构
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22. 指令周期的数据流
（1）取指周期
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（2）间址周期
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（3）中断周期
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23. 流水线的性能指标
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（1）吞吐率： 单位时间内流水线所完成的任务数量，或是输出结果的数量
实 际 吞 吐 率 = n ( k + n − 1 ) Δ t 最 大 吞 吐 率 = 1 Δ t 实际吞吐率=\frac{n}{(k+n-1)\Delta t} 最大吞吐率=\frac{1}{\Delta t} 实际吞吐率=(k+n−1)Δtn 最大吞吐率=Δt1
（2）加速比： 完成同样一批任务，不使用流水线所用的时间与使用流水线所用的时间之比。
设 T 0 T_0 T0表示不使用流水线时的执行时间，即顺序执行所用的时间，则 T 0 = n k Δ t T_0=nk\Delta t T0=nkΔt
T k T_k Tk表示使用流水线时的执行时间，则 T k = ( k + n − 1 ) Δ t T_k=(k+n-1)\Delta t Tk=(k+n−1)Δt
实 际 加 速 比 = k n k + n − 1 最 大 加 速 比 = k 实际加速比 = \frac{kn}{k+n-1} 最大加速比=k 实际加速比=k+n−1kn 最大加速比=k
（3）效率： 流水线的设备利用率称为流水线的效率
效 率 = n k + n − 1 效率=\frac{n}{k+n-1} 效率=k+n−1n
24. 影响流水线的因素
（1）结构相关(资源冲突)： 由于多条指令在同一时刻争用同一资源而形成的冲突称为结构相关。
解决办法:
1. 后一相关指令暂停一周期
2. 资源重复配置：数据存储器和指令存储器分开
（2）数据相关(数据冲突)： 在一个程序中，存在必须等前一条指令执行完才能执行后一条指令的情况，则这两条指令即为数据相关。
解决办法:
1. 后推法
2. 数据旁路技术
3. 编译优化
数据的基本操作：读（R）、写（W）
冲突的基本类型：写后读（RAW）、读后写（WAR）、写后写（WAW）
（3）控制相关(控制冲突)： 当流水线遇到转移指令和其他改变PC值的指令而造成断流时，会引起控制相关。
解决办法:
1. 尽早判断转移，尽早生成转移目标
2. 预取两个方向的目标指令
3. 加快和提前形成条件码
4. 提高转移方向的猜准率
24. 地址映射的三种方式
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25. I/O接口的基本结构
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26. 接口与端口
接 口 I n t e r f a c e { 端 口 P o r t { 数 据 端 口 读 & 写 控 制 端 口 读 状 态 端 口 写 逻 辑 控 制 接口Interface \begin{cases}端口Port \begin{cases} 数据端口 读\&写 \\ 控制端口 读 \\ 状态端口 写 \\ \end{cases} \\ 逻辑控制 \\ \end{cases} 接口Interface⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧端口Port⎩⎪⎨⎪⎧数据端口 读&写控制端口 读状态端口 写逻辑控制
I/O端口是指接口电路中可以被CPU直接访问的寄存器。
- I/O方式简介
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28. 中断服务程序
中断服务程序的流程：
（1）保护现场：保存寄存器的内容，可以使用堆栈，也可以使用特定存储单元来进行保存
（2）中断服务（设备服务）：对不同的I/O设备进行不同内容的设备服务
（3）恢复现场：通过出栈指令或取数指令把之前保存的信息送回寄存器中
（4）开中断
（5）中断返回：通过中断返回指令回到原程序断点处
单重中断：执行中断服务程序时不响应新的中断请求。
多重中断：又称中断嵌套，执行中断服务程序时可响应新的中断请求。
中断隐指令：
（1）关中断
（2）保存断点（PC）
（3）引出中断服务程序