计算机组成原理

他妈的怎么有这么难的东西。去死，

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硬件的基本组成

计算机系统层次结构

计算机性能指标

数据信息

D十进制 B二进制 O八进制

定点数的表示

定点数就是说小数点的位置固定。
浮点数就是小数点的位置不固定。

无符号数

原反补

原码

反码

补码

移码

加减运算和溢出判断

补位

加减运算

浮点数加减法

1. 对阶：小阶对大阶；浮点数中用来保存尾数的存储空间是固定的
   只有阶码相同的数，其尾数位的真正权值才相同，才能让尾数直接加减，因此，两浮点数加减时，必须将它们的阶码调整得一样大，这个过程称为对阶，这是浮点加诚中关键的一步。
   对阶的基本规则是: 阶码小的数向阶码大的数对齐。换句话说，以大的阶码为基准，把小的阶码变大，即小阶向大阶对齐。
   当调整阶码时，尾数应同步地移位，才能保持浮点数的值不变。如果阶码以 2 为底，则每当阶码增1时尾数应右移1 位，舍去低位时有可能会带来误差。小阶码向大阶码对齐，相对误差会更小一些。如果大阶向小阶对齐，则尾数会因左移而舍去高位代码，会造成很大误差。
2. 尾数相加/减：当两数的阶码对齐后，相当于
   

CPU

计算机系统由主机和外围设备构成，其中主机又包括主存和cpu，外围设备包括硬盘、鼠标和显示器等

3.1 CPU概述

CPU由哪些部件组成

1. 运算部件（ALU）
2. 缓存部件
3. 寄存器组
4. 微命令产生部件(控制部件)
5. 时序系统
6. 数据/控制通路
   这些部件通过 6. CPU内部总线连接，实现数据和控制信息的交换。

运算部件 ALU

1. 输入逻辑
   每次运算最多只能对两个数据进行操作，所以运算部件设置了两个输入逻辑，它们可以是选择器或者寄存器，两者的主要作用是分别选择两个操作数，以便进行后续运算。
2. 算术逻辑运算单元（ALU）
   alu是运算部件的核心
3. 输出逻辑
   运算结果可以直接送往接收部件，也可以经左移或右移（实现快速乘除运算）后再送往接收部件。因此输出逻辑往往具有移位功能，常采用移位门（多路选择器），通过移位传送实现左移，右移或者字节交换等操作。

缓存部件

因为在运行过程中，cpu需要不断地从主存中读取指令和数据，并将运算结果写回到主存，为了提高cpu的访存效率，通常需要在cpu内部集成多级缓存部件。

主存的热点数据被部分缓存到l3，然后l3的热点数据被部分缓存到l2，l2到l1，然后cpu的内核则直接与l1交互。

寄存器组

1. 通用寄存器组 GR
   多个寄存器组成，可存放操作数或地址信息。
   使用时对寄存器进行编号，按寄存器号进行访问。
   功能通用、位数（字长）、构成、可编程等
2. 暂存器
   用于暂存某些中间过程所产生的信息,能避免覆盖通用寄存器的内容
   不可被CPU直接编程访问
   暂存器的使用对用户是透明的
3. 指令寄存器IR
   保存当前正在执行的指令。
   它的输出包括操作码信息、地址信息等，是产生微命令的主要逻辑依据指令寄存器中操作码字段输出作为指令译码器的输入，经译码转换为具体操作信号。
   为了提高指令之间的衔接速度，支持流水线操作，大多数计算机将IR扩充为指令队列（或称指令栈），允许取若干条指令
   
4. 程序计数器PC
   也成为指令计数器或者指令指针，用来指示指令在存储器中的存放位置。当程序顺序执行时，每从主存中取出一条指令，pc内容就增量计数，指向下一条指令的地址。增量值取决于现行指令所占的存储单元数，如果现行指令只占一个存储单元，那么就pc+1；如果占四个，就pc+4，以此类推。当程序要转移时，就把转移地址打入pc，使pc指向下一条指令的地址。所以，当现行指令执行完时，pc中存放的就是后续指令的地址，将该地址送往主存的地址寄存器，便可以从主存储器中读取到下一条指令。
5. 程序状态字寄存器 PSW
   主要用来记录现行程序的运行状态和指令程序的工作方式等。主要包含

• 特征位（标志位、条件码） 用来反映当前程序的执行状态。一条指令执行后，cpu根据执行结果设置相应特征位，作为决定程序流向的判断依据。
  • 进位标志（C）–运算过程如果产生进位/借位，将c置为1，否则c=0
  • 溢出标志（V） 如果溢出
  • 结果为零标志（Z）
  • 负标志（N）
  • 奇偶位（p）
• 编程设定位

6. 地址寄存器 MAR
   用于保存当前 CPU 所访问的内存单元地址。
7. 数据缓冲寄存器 MDR
   暂存由CPU与内存之间传送的数据信息
   

控制器及控制方式

各部件之间如何交换信息
CPU如何与外部连接
CPU如何根据指令形成微命令，控制各部件的执行

时序系统

时序信号的作用：按一定的时间序列产生一系列脉冲与电位信号，控
制器根据电位和定时脉冲的顺序和间隔指挥机器运作。

3.2指令系统

3.2.1指令格式与寻址方式

按照地址个数可以将地址分为四地址指令、三地址指令。。。
显地址数多，指令长，所需存储空间大，读取时间长；显地址数少，地址选择受限制

3.2.2寻址方式

立即数寻址方式特点

• 不需再次访存，速度快
• 操作数固定，无法修改
  特别注意
• 只能用于源操作数字段
  MOV AX, 0102H; 源操作数0102H，目的操作数AX。禁止在目的操作数字段使用立即数寻址方式。

3.3运算器(含实验)

3.4指令流程-X86模型机实例

3.5控制器

存储器