计算机组成原理
- 计算机体系结构与计算机组成
- 计算机体系结构:程序员所看见的计算机系统的属性,概念性的结构与功能特性(有无乘法指令)
- 计算机组成:实现计算机体系结构所体现的属性(如何实现乘法指令)
- 冯诺依曼计算机系统及特点
- 计算机由五大部件组成运算器,存储器,控制器,输入设备,输出设备
- 指令和数据以同等地位存于存储器中,可按地址寻访
- 指令和数据均用二进制表示
- 指定由操作码和地址码组成
- 指令在存储器内按顺序存放
- 以运算器为中心
- 硬件功能
- 运算器(ALU):算术运算,逻辑运算
- 存储器:存放数据和程序
- 输入设备:将信息转化为机器识别的形式
- 输出设备:将结果转化为人们熟悉的形式
- 控制器(CU):指挥程序的运行
- MAR:地址寄存器,保存地址信息,反映存储单元个数
- MDR:暂存要处理的数据,反映存储字长
- 控制器基本组成
- 取指令:PC (存放当前欲执行指令的地址,具有计数功能PC+1=PC)
- 分析指令:IR (存放当前欲执行的指令)
- 执行指令CU
- 技术指标
- 机器字长:CPU处理数据的位数,与CPU寄存器位数有关
- 主频:CPU的时钟频率
- 主存容量:(用来运行程序)
- 存储单元个数×存储字长 MAR:10 × MDR:8 = 1K×8位
- 字节数 2的13次方=1KB
- RAM:主存,运行数据的零时存储介质.
- ROM:手机刷机的镜像
- 总线
- 总线是连接各个部件的信息传输线,是各个部件共享的传输介质,通过总线,计算机的各个部件间进行各种数据和命令的传送
- 总线的分类
- 片内总线
- 芯片内部 的总线。它位于微处理器芯片内部，故称为芯片内部总线。用于微处理器内部ALU和各种寄存器等部件间的互连及信息传送。
- 系统总线
- 地址总线:单方向的多根信号线组成,用于CPU向主存,外设传输地址信息,与存储单元地址,I/O地址有关.
- 数据总线DB:由双方向的多根信号线组成,传输数据,与机器字长,存储字长有关.
- 机器字长:CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
- 存储字长:存储器中一个存储单元(存储地址)所存储的二进制代码的位数，即存储器中的MDR的位数。
- 控制总线CB:传输控制信息,包括CPU送出的控制命令和主存/外设反馈给CPU的状态信号,中断请求,总线请求.
- 片内总线
- 概念:
- 字节
- 一个字节由8位二进制数组成，通常用“B”表示。一个字符占一个字节，一个汉字占两个字节。
- 字
- 是指在计算机中作为一个整体被存取、传送、处理的一组二进制数。一个字的位数（即字长）是计算机系统结构中的一个重要特性。字长是由CPU的类型所决定，不同的计算机系统的字长是不同的，常见的有8位、16位、32位、64位等，字长越长，计算机一次处理的信息位就越多，精度就越高，字长是计算机性能的一个重要指标，目前主流微机正在由32位机向64位机转变。
- 字节
- 总线特性
- 机械特性
- 总线在机械连接方面的性能,引脚个数,形状
- 电气特性
- 传输方向和有效的电平范围
- 功能特性
- 每根传输线的功能
- 地址
- 数据
- 控制
- 每根传输线的功能
- 时间特性
- 信号的时序关系:总线在什么时候有效
- 机械特性
- 总线性能指标
- 总线宽度:数据线的根数
- 标准传输率:每秒传输的最大字节数
- 时钟 同步/异步
- 总线复用:地址线与数据线复用
- 信号线数:地址线,数据线和控制线的总和
- 总线控制方式:并发,自动,仲裁,逻辑,计数
- 其他指标:负载能力
- 总线结构
- 单总线结构
- 多总线结构
- 总线判优控制
- 主设备 对总线由控制权
- 从设备 响应从设备发来的总线命令
- 总线判优控制
- 集中式
- 链式查询
- 优先级固定：离“总线控制部件”最近的优先级最高，最远的优先级最低。故优先级通过物理上的排队电路来实现的。
- 设计简单：采用很少的几根线，就可按一定的优先级实现总线仲裁。易于扩充设备。
- 若第J个设备中的接口电路出现故障，则第J个之后的都无法正常工作。即对电路故障很敏感。
- 若优先级高的设备频繁发出请求，则优先级低的设备可能很长时间都无法得到总线控制权。
- 计数器定时查询
- 每个设备接口都有一个“设备地址判别电路”，当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时，该设备将BS线置为1，获得了总线的使用权，此时中止计数查询。
- 若从0开始，各个设备的优先级次序同“链式查询法”相同，此时优先级的顺序是固定的。（谁的地址小，谁的优先级就最高）
- 若从中止点开始，则每个设备的优先级相等。
- 可通过程序来设置计数器初值，动态来改变其优先级。即可编程。
- 独立请求方式
- 链式查询
- 分布式
- 集中式
- 总线通信控制
- 目的:解决通信双方协调配合问题
- 总线传输周期
- 申请分配阶段 主模块申请,总线仲裁决定
- 寻址阶段 主模块向从模块给出地址和命令
- 传数阶段 主模块和从模块 交换数据
- 结束阶段 主模块撤销有关信息
- 总线通信的四种方式
- 同步通信 由统一时标控制数据传送
- 异步通信 采用应答方式,没有公共时钟标准
- 半同步通信 同步,异步结合
- 分离式通信 充分挖掘系统总线瞬间的潜力
- 存储器
- 用来存放程序和数据，是计算机中的记忆设备
- 存储系统的层次结构
- 速度（缓存与主存）
- 容量（主存与辅存）
- 主存中存储单元地址的分配
- 主存对存储单元按照字节编址；寻址可按字节寻址，也可以按照存储字寻址。
- 例如：IBM 370 机是字长32位的计算机，主存按字节编址，每一个存储字包含4个单独编址的存储字节
- 主存对存储单元按照字节编址；寻址可按字节寻址，也可以按照存储字寻址。
- 各类存储器的技术指标
- 半导体存储器芯片的外特性以及与cpu的连接
- 如何提高访存的速度
- 理解不同存储芯片的读写电路
- 各种存储芯片与CPU的连接关系
- 不同的catch。。。