计算机组成原理复习重要知识点

第一部分

冯·诺依曼计算机的特点

计算机由 五大部件 组成

指令和数据以同等地位存于 存储器 ，可按地址寻访

指令和数据用二进制表示

指令由操作码和地址码组成

存储程序

以 运算器 为中心

存储器的基本组成

几个基本概念

存储器 ： 是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。

存储元 ： 存储器的最小组成单位，用以存储 1位二进制代码。

存储单元 ： 是 CPU访问存储器基本单位，由若干个具有相同操作属性的存储元组成。

单元地址 ： 在存储器中用以标识存储单元的唯一编号， CPU通过该编号访问相应的存储单元。

字存储单元 ： 存放一个字的存储单元，相应的单元地址叫字地址。

字节存储单元 ： 存放一个字节的存储单元，相应的单元地址叫字节地址

存储体 ： 存储单元的集合，是存放二进制信息的地方

MAR： 存储器地址寄存器 反映 存储单元的个数

MDR：存储器数据寄存器反映存储字长

计算机工作全过程

• 将指令和数据，通过键盘输入到主存的 0 号至 12 号单元中；并置 PC 的初值为 0 （程序的首地址为 0）；

• 启动机器，计算机自动按存储器中所存放的指令顺序执行（取指令 - 分析指令 -执行指令）；

• 直至执行到程序的最后一条指令为止。

计算机硬件的主要技术指标

位 ：这是计算机中所表示的最基本、最小的数据单元。

字节（ Byte ）： 是计算机中通用的基本单元，由 8 个二进制位组成。

字 ：是计算机内部进行数据处理的基本单位。

存储容量：是存储器可以容纳的二进制信息量.                                                                                        以字节（byte简写为B）为单位。常用的单位还有KB、MB、GB等。 1Byte＝8bit；1KB=1024B；1MB=1024KB ；1GB=1024MB；1TB=1024GB                                                                                   

指令执行时间：是指取指令和执行指令所花时间的总和。                                                                 

可靠性：指计算机在规定时间和条件下正常工作不发生故障的概率。                         

兼容性：指计算机硬件设备和软件程序可用于其他多种系统的性能。                                               

性能价格比：是衡量计算机产品优劣的综合性指标。

第二部分系统总线

总线：连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。

1）当两个或两个以上部件同时向总线发送信息，将导致信号冲突，传输无效。

{在某一时刻，只允许一个部件向总线发送信息}

2）多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。

3）总线实际上是由许多传输线或通路组成。

为什么需要总线（分散链接）？
因为现代计算机中需要互相连接的部件非常多，如果使各部件单独相连，难度太大，成本太高，不易实现，所以需要引入一条公共通路来实现各部件的连接功能，这条通路类似于生活中的公交车所起到的作用，所以总线的英文为BUS。

分散连接：各部件之间使用单独的连线

例：总线工作频率为33MHZ，总线宽度为32位。则总线带宽为：

33M*（ 32 /8）=132 MBps      每秒传输的最大字节数（MBps）

总线标准

 单总线结构性能下降的原因

总线上连接的设备越多，传输延迟越大。

总线上挂接设备速度差异越大，效率越差。

CPU 只能挂接在这个单一的总线上，不能从数据传送操作中解放出来。

多总线结构可根据数据传输的不同要求进行分层次互连，且可以多个总线并行传输。

总线传输周期

一般来说，总线上完成一次数据传输要经历4个阶段：

1.申请占用总线阶段

需要使用总线的主设备(如CPU或DMA)，向总线仲裁机构提出占有总线控制权的申请。总线仲裁机构判别确定后，把下一个总线传输周期的总线控制权授给申请者。

2. 寻址阶段

获得总线控制权的主设备，通过地址总线发出本次打算访问的从设备（如存储器或I/O接口）的地址。通过译码使被访问的从设备被选中，而开始启动工作。

3. 传数阶段

主设备与从设备进行数据交换。数据由源设备发出经数据总线流入目的设备。对于读传送，源设备是存储器或I/O接口等从设备，而目的设备是主设备如CPU等；对于写传送，则源设备是主设备（如CPU），而目的设备是存储器或I/O接口等从设备。

4. 结束阶段

主、从设备的有关信息均从总线上撤除，让出总线，以便其它设备能继续使用总线。

总线判优控制

总线同一时刻只允许在一对模块之间进行通信。当多个主模块同时要求使用总线时，总线控制机构中的判优和仲裁逻辑按一定的判优原则，来决定由哪个模块优先使用总线。只有获得了总线使用权的模块，才能开始传送数据。

总线是多个模块的共享部件，为了正确实现多个模块之间的通信，必须对总线资源进行合理的分配和管理。

总线通信的四种方式

同步通信、异步通信、半同步通信、分离式通信

1.同步通信：

在同步方式下，通信双方由统一的时钟控制数据的传送，时钟通常是由CPU发出的，并送到总线上的所有部件。经过一段固定时间，本次总线传送周期结束，开始下一个新的总线传送周期

例： 假设总线的时钟频率为100MHZ，总线的传输周期为4个时钟周期，总线的宽度为32位，试求总线的数据传输率。若想提高一倍的数据传输率，可采取什么措施？

1个时钟周期＝1/100MHZ=0.01µs

总线传输周期为0.01µsX4＝0.04µs

32位＝4Byte

总线的数据传输率为4Byte/(0.04µs)=100MBps

提高的办法：1.  64位     2.200MHZ

2.异步通信

         利用数据发送部件和接收部件之间的相互‘握手’信号来实现总线数据传送的方式称作异步通信方式。       在异步通信方式下，发送部件将数据放到总线上后经过一定的时间延迟后，在控制线上发出“数据准备好’信号、而接收部件则应发‘数据接收’信号来响应，送此信号到发送部件，并接收数据。发送部件收到这个响应信号后，去除原数据至此结束本次传送。       异步通信方式便于实现不同速度部件之间的数据传送。

例 在异步串行传输系统中，假设每秒传输120个数据帧，其字符格式规定包含1个起始位、7个数据位、1个奇校验位、1个终止位，试计算波特率。  波特率：单位时间内传送二进制数据的位数。 bps(位/秒)

1帧＝1＋7＋1＋1＝10位

波特率＝10X120＝1200bps=1200波特

例 在异步串行传输系统中，若字符格式为：1位起始位、8位数据位、1位奇校验位、1位终止位。假设波特率为1200bps,求这时的比特率。  比特率：单位时间内传送二进制有效数据的位数。 bps(位/秒)

  1200 X（8/11)=872.72bps

3.半同步通信（同步、异步结合）

半同步通信 适用于速度不高但又包含许多工作速度差异较大的各类设备组成的简单系统中。

半同步通信 控制比异步通信简单，各模块间在统一的系统时钟下同步工作，可靠性较高

缺点：对系统时钟频率不能要求太高，故系统工作的速度还不是很高。

4. 分离式通信

充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力，充分提高了总线的有效占用，此种控制方式比较复杂，很少采用

特点

1. 各模块有权申请占用总线

2. 采用同步方式通信，不等对方回答

3. 各模块准备数据时，不占用总线

4. 总线被占用时，无空闲