计算机组成原理笔记

只总结了文字类的知识点，题需要看书

计算机的分类

1. 电子模拟计算机
2. 电子数字计算机

计算机性能指标

• 吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔能够处理的信息量
• 处理机字长：指处理机运算器中一次能够完成的二进制数运算的位数，如32位，64位
• 存储器容量：存储器中所有的存储单元的总数目，通常用KB、MB、GB、TB来表示

计算机五大部件

1. 运算器
2. 存储器
3. 控制器
4. 输入设备
5. 输出设备

ALU（算术逻辑运算部件）

计算机软件分为两大类

1. 系统程序
2. 应用程序

程序的局部性原理

在某一段时间内，频繁访问某一局部性的存储器地址空间，而对此范围以外的地址空间很少访问的现象。

多级存储系统组成

1. 外存
2. 内存
3. CPU

SRAM用锁存器（触发器）作为存储单元

存储容量的扩展

1. 位扩展：给定的芯片字数（地址数）符合要求，但位数比较短，不满足设计要求的存储器字长，需要进行位扩展
2. 字扩展：给定芯片存储容量较小（字数少），不满足设计要求的存储容量，则需要进行字扩展
3. 字位扩展：给定的芯片的字数和位数均不符合要求，需要先进行位扩展，再进行字扩展

DRAM（动态随机存储器）的刷新操作

1. 集中式刷新策略
2. 分散式刷新策略

cache

cache是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPU和主存之间速度不匹配而采用的一项重要技术

主存与cache的地址映射

1. 全相联映射方式（多对一，cache多，主存一）
2. 直接映射方式（多对一，cache一，主存多），优点：硬件简单，成本低，地址变换速度快
3. 组相联映射方式（多对多）

指令

• 指令：是要计算机执行某种操作的命令。
• CISC：复杂指令系统计算机
• RISC：精简指令系统计算机
• 指令格式：操作码字段OP 地址码字段A
• 指令字长度：一个指令包含二进制代码的位数
• 机器字长：是指计算机能直接处理二进制数据的位数

指令和数据的寻址方式

寻址方式：当采用地址指定方式时，形成操作数或指令地址的方式

指令的寻址方式：

1. 顺序寻址方式
2. 跳跃寻址方式

操作数基本寻址方式

1. 隐含寻址
2. 立即寻址
3. 间接寻址
4. 寄存器寻址
5. 寄存器间接寻址
6. 相对寻址：隐含引用的专用寄存器是程序计数器（PC），EA=A+(PC)
7. 基址寻址：EA=(RB)+A
8. 变址寻址：EA=(RX)+A
   

指令的分类

一个较完善的指令系统，应当有数据处理、数据存储、数据传送、程序控制四大类指令

输入输出指令主要是用来启动外围设备，检测外围设备的工作状态

CPU中的主要寄存器

1. 数据缓冲寄存器（DR）。作用：①作为ALU运算结果和通用寄存器之间信息传送中时间上的缓冲；②补偿CPU内存、外围设备之间在操作速度上的差别
2. 指令寄存器（IR）。用来保存当前正在执行的一条指令
3. 程序计数器（PC）又称为指令计数器
4. 数据地址寄存器（AR）。用来保存当前CPU所访问的数据存储器（简称数存）单元地址
5. 通用寄存器（R0~R3）。功能：当算术逻辑单元（ALU）执行算数或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区
6. 程序状态字寄存器（PSWR）又称状态条件寄存机。

操作控制器与时序产生器

指令周期

微程序控制器

• 微程序控制器的思想：就是仿照通常的解题程序的方法，把操作控制信号编成所谓的“微指令”，存放到一个只读存储器里。
• 微命令：控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，通产把这种控制命令称为微命令
• 微操作：执行部件接受微命令后所进行的操作
• 微指令：在机器的一个CPU周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合，构成一条微指令
• 微程序：一条机器指令的功能是由许多条微指令组成的序列来实现的，这个微指令序列通常称为微程序

控制存储器：只读存储器

硬布线控制器

硬布线控制器：逻辑电路是一种有门电路和触发器构成的复杂树形逻辑网络

总线仲裁

• 为了解决多个主设备同时竞争总线控制全的问题，必须具有总线仲裁部件，以某种方式选择其中一个主设备作为总线的下一次主方。

• 按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为：集中式仲裁和分布式仲裁

集中式仲裁：
①链接查询方式；优点：只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线仲裁
②计数器定时查询
③独立请求方式；优点：响应时间快

总线的定时

1. 同步总线定时协定
2. 异步总线定时协定
3. 半同步总线定时协定

外围设备

CPU与I/O接口之间的数据传送

1. 无条件传送方式（简单I/O方式）
2. 程序查询（轮询）方式
3. 程序中断方式
4. 回家诶内存访问（DMA）方式
5. 通道和输入/输出处理器

中断的基本概念：中断是一种程序随机切换的方式，有时也统称为异常

通道类型

• 选择通道 又称高速通道
• 多路通道 又称多路转换通道