一只不吃老鼠的猫
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王道计算机考研——计算机组成原理笔记

计算机组成原理

    • 1.计算机系统概述
      • 1. 计算机发展历程
      • 2.计算机系统的组成
      • 3.存储器
      • 4.运算器
      • 5. 控制器
      • 6. 计算机的工作过程（重点）
      • 7. 计算机的层次结构
      • 8.计算机的性能指标
        • 1. 存储器
        • 2. CPU
        • 3.系统整体的性能指标
        • 4. 思考
    • 2. 数据的表示和运算
      • 1.进位计数制
      • 2.BCD码
      • 3. 字符与字符串
      • 4.奇偶校验码
      • 5.海明码
      • 6. 循环冗余校验码（CRC码）
      • 7. 定点数的表示
      • 8.移位运算
      • 9. 溢出判断
      • 10.原码乘法运算
      • 11.补码乘法运算
      • 12.原码除法运算
      • 13.补码除法运算
      • 14.强制类型转换
      • 15.数据的存储和排列
      • 16. 浮点数的表示
      • 17. IEEE 754 浮点数标准
      • 18.浮点数的运算
      • 19. 电路的基本原理
    • 3.存储系统
      • 1. 主存简单模型和寻址概念
      • 2.存储器RAM
      • 3.ROM(只读存储器)
      • 4.存储器基本概念
      • 5. 主存与CPU的连接
      • 6.主存与CPU的连接（例题）
      • 7.双端口RAM和多模块存储器
      • 8.局部性原理及性能分析
      • 9. Cache 地址映射
      • 10.cache替换算法及写策略
      • 11. 虚拟存储器
    • 4.指令系统
      • 1.指令格式
      • 2.指令寻址
      • 3.数据寻址1
      • 4.数据寻址2——偏移寻址
      • 5. 数据寻址——堆栈寻址
      • 6.CISC和RISC
    • 5.中央处理器
      • 1.CPU功能和基本结构
      • 2.指令周期的数据流
      • 3. 数据通路1——CPU内部单总线通路
      • 4. 数据通路2——专用数据通路
      • 5. 控制器1——硬布线
      • 6.控制器2——微程序
      • 7.指令流水线的概念及性能指标
      • 8.影响流水线的因素及分类
    • 6.总线
      • 1.总线的概念和分类
      • 2.性能指标
      • 3. 总线仲裁
      • 4. 总线操作和定时
      • 5. 总线标准
    • 7. 输入输出系统
      • 1. IO系统基本概念
      • 2. 输入输出
      • 3. 外存储器
      • 4. IO接口
      • 5. 程序查询方式
      • 6. 中断系统
      • 7. 程序中断方式
      • 8. DMA方式

1.计算机系统概述

1. 计算机发展历程

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2.计算机系统的组成

  • 冯诺依曼体系结构：以运算器为核心

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  • 冯诺依曼体系结构的特点

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  • 现在计算机体系结构：以内存为核心

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  • CPU，主机，外设

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3.存储器

  • 主存储器由存储体，MAR，MDR组成
  • 和右边的图进行类比，MAR存储CPU想要获取数据的地址，在存储体中找到后放在MDR中，CPU从MDR中把数据取走。

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  • 存储体是由一个个存储单元组成的

  • 存储字：存储单元中二进制代码的集合

  • 存储字长：存储单元中二进制代码的位数

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4.运算器

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5. 控制器

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6. 计算机的工作过程（重点）

  • 程序被编译成二进制存储在主存中

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工作过程

  • （MAR）：表示MAR里边的值为0

  • M(MAR) ：主存储器所指向的存储单元里边的值

  • OP（IR）：取操作码

  • Ad（IR）：取地址码

7. 计算机的层次结构

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  • 注意编译程序和解释程序的区别

编译程序:将高级语言编写的源程序全部语句一次全部翻译成机器语言程序，而后再执行机器语言程序（只需翻译一次)

解释程序将源程序的一条语句翻译成对应于机器语言的语句，并立即执行。紧接着再翻译下一句(每次执行都要翻译)

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8.计算机的性能指标

1. 存储器

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2. CPU

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3.系统整体的性能指标

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4. 思考

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2. 数据的表示和运算

1.进位计数制

  • 其他进制转十进制

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  • 二进制<——> 八进制，十六进制 (注意：小数部分也是从右往左算)

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  • 十进制——>任意进制（整数部分）

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  • 十进制——>任意进制（小数部分）

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  • 十进制转二进制（拼凑法，适用于十进制数不是很大的情况）

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  • 真值和机器数

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2.BCD码

  • 概念

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  • 8421码

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  • 8421码相加
  1. 可以转换成十进制相加后，再转换成8421码
  2. 机算方法：不在范围内，加6。如图所示

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  • 其他表示方式

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3. 字符与字符串

  • ASCII码

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  • 汉字的表示和编码

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  • 字符串的表示形式

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  • 知识回顾

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4.奇偶校验码

  • 校验原理

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  • 奇偶校验码

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  • 硬件实现

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5.海明码

  • 设计思想

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  • 求解步骤

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  • 全校验
  1. 海明码只能纠错一位（一个数据传错时，可以纠正）
  2. 可以检错两位

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6. 循环冗余校验码（CRC码）

  • 基本思想

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  • 例题

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-TxXHrXvO-1644306008648)(C:\Users\86155\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20220126201152982.png)]

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  • CRC校验码计算过程

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7. 定点数的表示

  • 定点数和浮点数的概念

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  • 无符号数

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  • 原码

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  • 反码

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  • 补码(高频考点)

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  • 移码

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  • 技巧

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  • 补码的作用（注意：执行加法运算时，符号位一起参加运算）

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8.移位运算

  • 原码的算数移位

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  • 反码的算数移位

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  • 补码的算数移位

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  • 总结

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  • 逻辑移位

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9. 溢出判断

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  • 符号扩展

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10.原码乘法运算

  • 机器实现（视频 P18节）

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11.补码乘法运算

  • 机器实现

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  • 手算步骤

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12.原码除法运算

  • 机器运算过程

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  • 恢复余数法

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  • 加减交替法

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13.补码除法运算

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14.强制类型转换

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15.数据的存储和排列

  • 大小端模式

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  • 边界对齐

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16. 浮点数的表示

  • 浮点数的表示

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  • 尾数的规格化

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17. IEEE 754 浮点数标准

  • 标准

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  • 示例（十进制转换为浮点数）

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  • 示例（浮点数转换为十进制数）

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  • 单精度浮点数表示的最大值，最小值

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  • 特殊数值

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18.浮点数的运算

  • 和十进制的科学计数法进行类比

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  • 浮点数加减法（P26）

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  • 舍入

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  • 强制类型转换

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19. 电路的基本原理

  • 基本的逻辑运算

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  • 复合逻辑

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3.存储系统

1. 主存简单模型和寻址概念

  • 存储器芯片的基本结构

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  • 寻址

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2.存储器RAM

  • 两种RAM的比较

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  • DRAM的刷新王道计算机考研——计算机组成原理笔记_第83张图片

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3.ROM(只读存储器)

  • 为什么需要ROM？

因为RAM里面的数据容易丢失。

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4.存储器基本概念

  • 存储器的分类

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  • 性能指标

数据的宽度：在一个存储周期中存储的位数

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  • 层次化结构

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5. 主存与CPU的连接

  • CS：片选线（决定主存是否工作）这种写法是高电平有效
  • WE：读写控制线
  • A0~A13：地址线
  • D0~D7：数据线

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  • 译码器

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  • 线选法和译码线选法的区别

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6.主存与CPU的连接（例题）

  • 分析

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  • 图解

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7.双端口RAM和多模块存储器

  • 双端口RAM

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  • 多模块存储器

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  • 高位交叉编址和低位交叉编址

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  • 流水线问题

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8.局部性原理及性能分析

  • 局部性原理

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  • 性能分析

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  • 例题（蓝色字体为答案）

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9. Cache 地址映射

  • Cache的工作原理

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  • 地址映射——全相连映射

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  • 地址映射——直接映射

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  • 地址映射——组相连映射

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10.cache替换算法及写策略

  • 替换算法

LRU侧重于近期表现，LFU侧重于全局表现

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  • 例题

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  • 命中时的写策略
  1. 写回法

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  1. 全写法

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  • 未命中时的写策略
  1. 写分配法

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  1. 非写分配法

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11. 虚拟存储器

  • 概念

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  • 页式虚拟存储器

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  • 段式虚拟存储器

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  • 段页式虚拟存储器

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  • 快表

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4.指令系统

1.指令格式

  • 指令的含义

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  • 指令的格式

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  • 地址码

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  • 扩展操作码举例

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  • 扩展操作码的规范

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  • 指令操作码

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  • 操作类型

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2.指令寻址

  • 数据存放

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  • 指令寻址

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3.数据寻址1

  • 操作数类型

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  • 地址码的构成

寻址特征：采用哪一种方式进行寻址

通过寻址特征和形式地址求出有效地址

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  • 立即寻址

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  • 直接寻址

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  • 间接寻址

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  • 寄存器寻址

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  • 寄存器间接寻址

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  • 隐含寻址

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  • 总结

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4.数据寻址2——偏移寻址

  • 基址寻址

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  • 变址寻址

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  • 相对寻址

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  • 相对寻址举例

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  • 总结

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5. 数据寻址——堆栈寻址

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6.CISC和RISC

  • 基本含义

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  • 特点

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5.中央处理器

1.CPU功能和基本结构

  • CPU的功能

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  • 运算器和控制器的功能

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  • 运算器的基本结构

  • 控制器的基本结构

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  • CPU的基本结构

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2.指令周期的数据流

  • 指令周期

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  • 指令周期流程

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  • 取指周期

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  • 间址周期

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  • 中断周期

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  • 指令执行方案

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3. 数据通路1——CPU内部单总线通路

  • 数据通路

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  • CPU内部单总线方式

在介绍这个之前，首先区别一下系统总线和内部总线。

内部总线是指同一部件，如CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线;

系统总线是指同一台计算机系统的各部件，如CPU、内存、通道和各类l/o接口间互相连接的总线。

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  • 例题

取指周期

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间址周期

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执行周期

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4. 数据通路2——专用数据通路

  • 取指周期

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  • 例题

第一问

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第二问

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第三问

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第四问

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第五问

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第六问

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5. 控制器1——硬布线

  • 控制器的结构和功能

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  • 控制单元的输入和输出

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  • CPU的控制方式

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6.控制器2——微程序

  • 控制器的设计思路

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  • 微程序的基本思想

  • 微程序控制器的基本结构

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  • 控制存储器

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  • 微指令的格式

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  • 微指令的编码方式

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  • 微指令的地址形成方式

前两种理解，后四种了解（不重要）

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  • 下地址方式例题

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  • 一些易混淆的概念

指令=微程序

微程序由多个微指令组成

微指令由多个微命令组成

微命令是微操作的控制信号

微操作是微命令的执行过程

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7.指令流水线的概念及性能指标

  • 指令流水的定义

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  • 流水线的表示方法

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  • 流水线的性能指标
  1. 吞吐率

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  1. 加速比

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  1. 效率

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8.影响流水线的因素及分类

  • 机器周期的设置

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  • 影响流水线的因素
  1. 结构相关

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  1. 数据相关

  • 例题

  • 数据相关的一些概念

RAW（read after write）：写后读

另外两个同上

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  1. 控制相关

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  • 总结

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  • 流水线的分类

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  • 流水新的多发技术
  1. 超标量技术

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  1. 超流水技术

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  1. 超长指令字

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6.总线

1.总线的概念和分类

  • 总线的特点

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  • 总线特性

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  • 总线的分类

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  • 串行总线与并行总线

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  • 按总线功能

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  • 系统总线的结构
  1. 单总线结构

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  1. 双总线结构

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  1. 三总线结构

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2.性能指标

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  • 带宽例题

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  • 上节遗留问题：串行总线和并行总线哪个速度更快

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  • 总结

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3. 总线仲裁

  • 基本特点

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  • 集中仲裁方式（重要）
  1. 链式查询方式

  1. 计数器查询方式

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  1. 独立请求方式

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  • 三种方式总结

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  • 分布仲裁方式（了解即可）

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4. 总线操作和定时

  • 总线传输的四个阶段

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  • 同步定时方式

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  • 异步定时方式

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  • 例题（数据传输率）

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  • 半同步通信（扩展）

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  • 分离式通信（拓展）

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5. 总线标准

  • 基本特点

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7. 输入输出系统

1. IO系统基本概念

  • 演变过程

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  • IO系统基本组成

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  • IO方式简介

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2. 输入输出

  • 外部设备

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  • 显示器

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3. 外存储器

  • 基本概念

  • 磁盘存储器
  1. 磁盘设备的组成

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  1. 性能指标

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  1. 存取时间计算过程

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  1. 磁盘地址和磁盘的工作过程

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4. IO接口

  • 功能

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  • 基本结构

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  • 接口与端口

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  • IO端口及其编址

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  • IO接口的类型

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5. 程序查询方式

  • 程序查询方式流程图

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  • 接口结构

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  • 例题

  • 总结

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6. 中断系统

  • 基本概念

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  • 分类

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  • 中断请求标记

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  • 中断判优

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  • 优先级设置

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  • 中断处理过程

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  • 中断隐指令

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  • 中断服务程序

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  • 单重中断和多重中断

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  • 中断屏蔽技术

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  • 中断屏蔽技术 例题（重要，需掌握）

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7. 程序中断方式

  • 程序中断方式过程

恢复现场即算做下一次启动

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  • 例题 第一问

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  • 例题 第二问 （重要）

CPI：执行一条指令所需要的时钟周期

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8. DMA方式

  • DMA 控制器

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  • 结构

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  • DMA传送方式

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  • DMA方式的特点

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  • DMA方式与中断方式对比

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  • CPU占用情况 中断方式

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  • CPU占用情况 DMA方式

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  • 总结

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