計算機組成原理（期末復習知識點）

計算機組成原理

 

• 計算機體系結構與計算機組成
  • 計算機體系結構:程序員所看見的計算機系統的屬性,概念性的結構與功能特性(有無乘法指令)
  • 計算機組成:實現計算機體系結構所體現的屬性(如何實現乘法指令)
• 馮諾依曼計算機系統及特點
  • 計算機由五大部件組成運算器,存儲器,控制器,輸入設備,輸出設備
  • 指令和數據以同等地位存於存儲器中,可按地址尋訪
  • 指令和數據均用二進制表示
  • 指定由操作碼和地址碼組成
  • 指令在存儲器內按順序存放
  • 以運算器為中心
• 硬件功能
  • 運算器(ALU):算術運算,邏輯運算
  • 存儲器:存放數據和程序
  • 輸入設備:將信息轉化為機器識別的形式
  • 輸出設備:將結果轉化為人們熟悉的形式
  • 控制器(CU):指揮程序的運行
• MAR:地址寄存器,保存地址信息,反映存儲單元個數
• MDR:暫存要處理的數據,反映存儲字長
• 控制器基本組成
  • 取指令:PC (存放當前欲執行指令的地址,具有計數功能PC+1=PC)
  • 分析指令:IR (存放當前欲執行的指令)
  • 執行指令CU
• 技術指標
  • 機器字長:CPU處理數據的位數,與CPU寄存器位數有關
  • 主頻:CPU的時鍾頻率
  • 主存容量:(用來運行程序)
    • 存儲單元個數×存儲字長 MAR:10 × MDR:8 = 1K×8位
    • 字節數 2的13次方=1KB
  • RAM:主存,運行數據的零時存儲介質.
  • ROM:手機刷機的鏡像
• 總線
  • 總線是連接各個部件的信息傳輸線,是各個部件共享的傳輸介質,通過總線,計算機的各個部件間進行各種數據和命令的傳送
• 總線的分類
  • 片內總線
    • 芯片內部 的總線。它位於微處理器芯片內部，故稱為芯片內部總線。用於微處理器內部ALU和各種寄存器等部件間的互連及信息傳送。
  • 系統總線
    • 地址總線:單方向的多根信號線組成,用於CPU向主存,外設傳輸地址信息,與存儲單元地址,I/O地址有關.
    • 數據總線DB:由雙方向的多根信號線組成,傳輸數據,與機器字長,存儲字長有關.
      • 機器字長:CPU一次能處理數據的位數，通常與CPU的寄存器位數有關。
      • 存儲字長:存儲器中一個存儲單元(存儲地址)所存儲的二進制代碼的位數，即存儲器中的MDR的位數。
    • 控制總線CB:傳輸控制信息,包括CPU送出的控制命令和主存/外設反饋給CPU的狀態信號,中斷請求,總線請求.
• 概念:
  • 字節
    • 一個字節由8位二進制數組成，通常用“B”表示。一個字符占一個字節，一個漢字占兩個字節。
  • 字
    • 是指在計算機中作為一個整體被存取、傳送、處理的一組二進制數。一個字的位數（即字長）是計算機系統結構中的一個重要特性。字長是由CPU的類型所決定，不同的計算機系統的字長是不同的，常見的有8位、16位、32位、64位等，字長越長，計算機一次處理的信息位就越多，精度就越高，字長是計算機性能的一個重要指標，目前主流微機正在由32位機向64位機轉變。
• 總線特性
  • 機械特性
    • 總線在機械連接方面的性能,引腳個數,形狀
  • 電氣特性
    • 傳輸方向和有效的電平范圍
  • 功能特性
    • 每根傳輸線的功能
      • 地址
      • 數據
      • 控制
  • 時間特性
    • 信號的時序關系:總線在什么時候有效
• 總線性能指標
  • 總線寬度:數據線的根數
  • 標准傳輸率:每秒傳輸的最大字節數
  • 時鍾 同步/異步
  • 總線復用:地址線與數據線復用
  • 信號線數:地址線,數據線和控制線的總和
  • 總線控制方式:並發,自動,仲裁,邏輯,計數
  • 其他指標:負載能力
• 總線結構
  • 單總線結構
  • 多總線結構
• 總線判優控制
  • 主設備 對總線由控制權
  • 從設備 響應從設備發來的總線命令
  • 總線判優控制
    • 集中式
      • 鏈式查詢
        • 優先級固定：離“總線控制部件”最近的優先級最高，最遠的優先級最低。故優先級通過物理上的排隊電路來實現的。
        • 設計簡單：采用很少的幾根線，就可按一定的優先級實現總線仲裁。易於擴充設備。
        • 若第J個設備中的接口電路出現故障，則第J個之后的都無法正常工作。即對電路故障很敏感。
        • 若優先級高的設備頻繁發出請求，則優先級低的設備可能很長時間都無法得到總線控制權。
      • 計數器定時查詢
        • 每個設備接口都有一個“設備地址判別電路”，當地址線上的計數值與請求總線的設備地址相一致時，該設備將BS線置為1，獲得了總線的使用權，此時中止計數查詢。
        • 若從0開始，各個設備的優先級次序同“鏈式查詢法”相同，此時優先級的順序是固定的。（誰的地址小，誰的優先級就最高）
        • 若從中止點開始，則每個設備的優先級相等。
        • 可通過程序來設置計數器初值，動態來改變其優先級。即可編程。
      • 獨立請求方式
    • 分布式
• 總線通信控制
  • 目的:解決通信雙方協調配合問題
  • 總線傳輸周期
    • 申請分配階段 主模塊申請,總線仲裁決定
    • 尋址階段 主模塊向從模塊給出地址和命令
    • 傳數階段 主模塊和從模塊 交換數據
    • 結束階段 主模塊撤銷有關信息
• 總線通信的四種方式
  • 同步通信 由統一時標控制數據傳送
  • 異步通信 采用應答方式,沒有公共時鍾標准
  • 半同步通信 同步,異步結合
  • 分離式通信 充分挖掘系統總線瞬間的潛力
• 存儲器
  • 用來存放程序和數據，是計算機中的記憶設備
• 存儲系統的層次結構
  • 速度（緩存與主存）
  • 容量（主存與輔存）
• 主存中存儲單元地址的分配
  • 主存對存儲單元按照字節編址；尋址可按字節尋址，也可以按照存儲字尋址。
    • 例如：IBM 370 機是字長32位的計算機，主存按字節編址，每一個存儲字包含4個單獨編址的存儲字節
• 各類存儲器的技術指標
• 半導體存儲器芯片的外特性以及與cpu的連接
• 如何提高訪存的速度
• 理解不同存儲芯片的讀寫電路
• 各種存儲芯片與CPU的連接關系
• 不同的catch。。。