2023年計算機組成原理考點整理

408-計算機組成原理考點整理一.計算機系統(tǒng)概述發(fā)展歷史?電子管?晶體管?中小規(guī)模集成電路?超大規(guī)模集成電路摩爾定理馮?諾伊曼結(jié)構(gòu)特點?采用“存儲程序”的工作方式，控制流驅(qū)動方式，按地址訪問并順序執(zhí)行指令?計算機硬件系統(tǒng)由輸入輸出設(shè)備、存儲器、運算器、控制器5大部件組成?指令和數(shù)據(jù)以同等地位存儲?指令和數(shù)據(jù)均為二進制碼?指令由操作碼和地址碼組成計算機功能部件?輸入設(shè)備?輸出設(shè)備?存儲器?主存儲器（內(nèi)存儲器）?按地址存取方式?組成?地址寄存器MAR?存放訪存地址?位數(shù)對應(yīng)存儲單元個數(shù)?數(shù)據(jù)寄存器MDR?暫存要讀寫的信息?與存儲字長相等?時序控制邏輯?產(chǎn)生存儲器操作所需的各種時序信號?輔助存儲器（外存儲器）?運算器?核心?算術(shù)邏輯單元ALU?必備寄存器?累加器ACC?乘商寄存器MQ?操作數(shù)寄存器X?控制器?組成?控制單元CUControlUnit?程序計數(shù)器PCProgramCounter?存放當前欲執(zhí)行指令?指令寄存器IRInstrumentRegister?存放當前正在執(zhí)行的指令CPU?ALU?通用寄存器組GPRs?標志寄存器?控制器?指令寄存器IR?程序計數(shù)器PC?存儲器地址寄存器MAR?存儲器數(shù)據(jù)寄存器MDR計算機軟件?系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件?系統(tǒng)軟件?基礎(chǔ)軟件?作為系統(tǒng)資源提供給用戶使用?主要有?操作系統(tǒng)OS?數(shù)據(jù)庫管理軟件DBMS?語言處理程序?分布式軟件系統(tǒng)?網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)?標準庫程序?服務(wù)性程序?應(yīng)用軟件

?用戶為解決某個應(yīng)用領(lǐng)域中的各類問題而編制的程序、?三個級別的語言?機器語言?二進制代碼語言?計算機唯一可以直接識別和執(zhí)行的語言?匯編語言?助記符?高級語言?翻譯程序?匯編程序?將匯編程序匯編成機器程序?解釋程序?不生成目標語言代媽，同聲傳譯?編譯程序?生成目標語言代碼，筆譯?軟件和硬件的邏輯等價性?某一功能，既可用軟件實現(xiàn)，又可用硬件實現(xiàn)層次結(jié)構(gòu)虛擬機器M4

虛擬機器M4

E級語言扒器》用編譯程序翻許

成匯編語古.程序由擬機器M3

由擬機器M3

（匯編語言機暑）用匯發(fā)程序ftl譯

成機器誥立程序虛楸機部虛楸機部M2

（棧作系統(tǒng)機器）用機器語言解粹舞作系統(tǒng)軟,硬件交界而軟,硬件交界而佬統(tǒng)機滯Ml佬統(tǒng)機滯Ml（用機器語m的機器）用徹程序解釋機器指含（湖樣統(tǒng)）由硬件宜接如mg圖13計算機系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)?下層是上層的基礎(chǔ)，上層是下層的擴展計算機的性能指標?機器字長、指令字長和存儲字長?字長也稱機器字長是計算機進行一次整數(shù)運算(即定點整數(shù)運算)所能處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)?指令字長是一個指令字中包含的二進制代碼的位數(shù)?存儲字長是一個存儲單元存儲的二進制代碼的長度?字長越長，數(shù)的表示范圍越大，計算精度越高?數(shù)據(jù)通路帶寬?數(shù)據(jù)總線一次所能并行傳送信息的位數(shù)?主存容量?主存儲器所能存儲信息的最大容量?運算速度?呑吐量?響應(yīng)時間CPU時鐘周期?主頻CPICPU執(zhí)行時間MIPSMFLOPS.GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS、EFLOPS、ZFLOPS?基準程序?對于不同的應(yīng)用場景選擇不同的基準程序?不一定準確系列機?基本特性：指令系統(tǒng)向后兼容兼容?計算機軟件或硬件之冋的通用性?向前兼容(ForwardCompatibility):指老的版本的軟/硬件可以使用新版本的軟/硬件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)?！癋orward"—詞在這里有“未來”的意思，我認為翻譯成“向未來”更加形象一些，不知是哪位先人翻譯成了“向前”，很多時候漢語中這個“向前”是指“從前”還是“之后”是有歧義的。?向上兼容(UpwardCompatibility):與向前兼容相同。?向后兼容(BackwardCompatibility):指新的版本的軟./硬件可以使用老版本的軟/硬件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。?向下兼容(DownwardCompatibility):與向后兼容相同。軟件的可移植性?不同系列計算機之間軟件通用的可能?高級語言具有較好的可移植性12.固件?程序固化在ROM中的組成的部件?執(zhí)行速度快于軟件，靈活性高于硬件二.數(shù)值的表示與運算數(shù)制與編碼?進位之間的相互轉(zhuǎn)換?基數(shù)?每個數(shù)位所用到的不同數(shù)碼的個數(shù)?除基取余法（整數(shù)部分）?乘基取余法（小數(shù)部分）京基取整0.6875x21.3750 1 鼓髙位0.37500.75(? 0x二05000x21.0000I嚴低位?真值?自然語言中的數(shù)字?機器數(shù)?真值在機器中的存儲形式?BCD碼8421碼?余3碼2421碼?定點數(shù)的編碼表示?定點小數(shù)?純小數(shù)?約定小數(shù)點位置在符號位之后?定點整數(shù)?純整數(shù)?約定小數(shù)點位豈在最低有效位之后?原碼?符號位+數(shù)的絕對值?反碼?整數(shù)與原碼相同?負數(shù)原碼的數(shù)值位取反，符號位不變?補碼?整數(shù)與原碼相同?負數(shù)反碼數(shù)值位+1?移碼?只能表示整數(shù)?補碼符號位取反?便于兩個數(shù)之間的比較?定點補媽整數(shù)表示整數(shù)，定點原碼小數(shù)表示浮點數(shù)的尾數(shù)部分，移碼表示浮點數(shù)的階碼部分?原、反、補、移碼之間的轉(zhuǎn)換原、反、補、移碼的轉(zhuǎn)換?各種碼基本特性各種碼的基本待性總姑和.：的合法表示苑圍完全相同.都有兩沖方法表示H債0補風的合法衣不苑用比原納專Hfi-WA法表示ntflo傳仍的介iA衣示蒞IM比Kil*}Z卜0故.只有抻方汶友示Rtrto?定點小數(shù)和定點整數(shù)的表示范圍Jt點小BlO??tt定點小竅VSJt點小BlO??tt定點小竅VS定點整教運算方法與運算電路?基礎(chǔ)運算部件?一位全加器?本位、進位全加?(FA)見量基本的加法単元，有次數(shù)A,.2nftB,與低位傳來的進位CM共三個輸入.IT本位”品與角髙位的地位C,共兩個■岀,全加H的邏繊裏達式如F.?1衰払式：S,?4Q8,?CiS、B?G?，中有奇數(shù)個I時，S.-1,杏*￡?0)域位表達式，q-4A*(-4,?ftKr.?串行進位加法器?并行進位加法器?全先行進位加法器?兩級或多級先行進位加法器?移位運算?算術(shù)移位?操作對象為有符號數(shù)

碼制添樸代碼正數(shù)MW.補碼、反瑪0負敷原碼0補碼左??0右移，反碼1左移相當JX2：右移相當于＞2由于位數(shù)有限.因此有時候無法用食數(shù)祥位精確地等效乗除法?邏輯移位?操作對象為無符號數(shù)邏輯右移邏輯左移邏輯右移：高位補0,低位舍棄。邏輯左移$低位補0?高位舍棄?可以把邏輯移位看作是對“無符號數(shù)”依算數(shù)移位J8高位?循環(huán)移位J8高位JR低R.(b)常進位位的紙開右陸16低位(a)不佑進傳位的JR低R.(b)常進位位的紙開右陸16低位(0不帯遺3“的懈孫4：移?加減運算?原碼的加減運算後匹-Wj 的?W?u下.*?*<??先判符號&?ffwn.則徳野値相m,億果網(wǎng)號位不變I若不同?BMt隸法，飽対值大的數(shù)補去絶肘<B小的數(shù),站果符號位與絶明偵大的敷梢胃.兩個原碼表示的敗WM.著先爲女數(shù)符號取反，然后將KM*與符號取反后的K敏按厳碼加法避行運耳.itS.娘算時邊食機B字恭，占左墳值由貝■由》L將縄*掉.?補碼的加減運算?和無符號數(shù)運算規(guī)則相同，電路實現(xiàn)相同?電路實現(xiàn)?溢出判別方法?一位符號位設(shè)4的符號為4.8的箝號為8“ 的竺為&,則滋出遑?表達式為—4宴?糖§若V?o?表示無溢出；後示有溢出.?雙符號位符號位XlS口的各種情況如下8?StlSa=00：表示結(jié)果為正數(shù)，無溢出。S“S口=01；表示結(jié)果正溢出.^=10：表示結(jié)果負溢出.?^=11:表示結(jié)果為負數(shù)，無溢出??存儲時只用存儲一個符號位?一位符號位根據(jù)數(shù)據(jù)位的進位判斷著符號位的進位G與■高數(shù)位的it位G相同.出，否圍衰示岀.讖岀UMVr表達式"Gg,?K-0.表示無發(fā)岀，V-\.衷示有滋出??乘法運算?原碼一位乘法?邏輯右移?符號位不參加運算?累加-右移?例【例2.7】?x—O.HOI,尸0.1011,釆用原碼一位乗法求x?y.解：M=00.1i0LM=00.1011,原碼一位乘法的求解過程如下.（髙堂畛況）（係位齡切栗釦說卵00.0000211：丟失位JKMrtt況*1x1oanoi11/r=lW*?oanoi111右移oaoiio? IK>1;I右移部分根和亀散*1(XL11011101.001111 111^1!右移oaiooi-右傳部分枳和栗數(shù)-0oooooo??則仰00.1001?1右移00.0100-—llllpll?1右移部分枳和京數(shù)*kl(OIIOI必?|,則屮ciocni11右移00.1000? )111:1011右修部分枳和県數(shù)癸敢仝RS移出飴阪的繪対債第分?補碼一位乘法Booth算法?算術(shù)右移?符號位參與運算?被乘數(shù)一般取雙符號位?部分積取雙符號位?成熟取單符號位?例

【例24】ttx--0.1101.y-0.10ll.釆用Booth鼻法求x?y.解：[xh-11.0011, -00.1101,W^-0.1011.Booth算法的求解過程如下.(爲的00.0000004101右移>000.1101oaono00.0000(爲的00.0000004101右移>000.1101oaono00.0000OOX>1IOMMll?gnoonil.011011.1011?t?h?00.1101g.c?1000OOJIIOO 11.0011（HQ侈分利果《OO.IOI1SQ*欠位owoiionoHLF?we?waaj^n-n.為*0.右移部分枳Iflfltflt力為Qi.r>74-i.1H>I?分枳和乘數(shù)>650.為6=1.Mir】*兀/rO】，片力■】,所以(x?>?]..-1.01110001,^x?/--0.l0001ll!.?除法運算?原碼除法運算?恢復余數(shù)法I符號位I符嶺位。敝依佃分開處押設(shè)機號字長為S位（含IQ禱》1位，I）.X-O10IL>-01101.栗用庫碼鐵復余數(shù)法旳K-Qion.LM-o.iioi.（Mi^.noi.I符號位I符嶺位。敝依佃分開處押設(shè)機號字長為S位（含IQ禱》1位，I）.X-O10IL>-01101.栗用庫碼鐵復余數(shù)法旳K-Qion.LM-o.iioi.（Mi^.noi.[-mjeooii,c0.1011?（佃*10011I傾，原Kawn1.011十IMkIooil絶對偵左0100110.010!宅爾1.不用01011余數(shù)為負,RBA0.并恢復余數(shù)Hi左移?不恢復余數(shù)法囂誌iT詫EMT 問"一：加減交曾法Y又名：不恢符號位與數(shù)值位分開處理段機3字長為5位（含I位符號位，戶4）.x=oion,r-anoi.釆用爆碼iwt女■除法求珈kMiioii.M-ojioi.（Mk-onoi.[-m?-i.ooii 0-*<板-0?0~0Wxv-^.noi

知0：llX2‘被除tt/余歡rc0.1011giki.ooiII11101.110)0.110101001I.00IH1.0011001010.I0I*I00111.1101左修?(-?]?n余敬為，.ffAO.#f左移 1.1010?<M]m o.iioinnm?符號和值分開運算Oil1mo.余數(shù)-?1.余■右j'1WA-HttOlw^weiJ；011001101?補碼除法運算苜書與其拏鉤聲羅褻?￥鄉(xiāng)*挫*企田/義愈DSIX咚首K繼勞s舞鳳驟?以爭信并油呼右群油上學的胡'品蓄鉤回芬1?那事游距?回軻射回專?敏七寫尊孝宙鉤鶉比'吾*?隼缶孕七圭*?卄好?施叫器"4?畫?否硝妙辛舞號吾判辭轡?熟孝魅、卩?呼Y8濰Y導秘?料咽動宰舞孝砂璽辭蜂?將殳驟'?險搟與劉孝翎辭瞽?（0解導身以日）哥堅母解邛堤我’會辟哥可移’卸乎七￥早講貌斗出中?'輕甞去、卩#講針學士￥?射鐘風回N肆潘決七晝比?茬察￥鄉(xiāng)鈣車而頁夠卻'茬比鄭啊殳巻髯供?射斜啊肆名母￥呼韓4■封單?射轉(zhuǎn)面蓄*再濫尊弄翎小皂象。?星擊麝制附專導N ?[?Na攀料外寰尊鈕W<a*為湖也眄5WJ滑碧N 3Z*N『XNs暴身21WIWMWkaw亀泡*w-mta?M?尋対???IWM?r寫籌四&以咨注攀明歸回斯賞菖也于胡fOTOTntoooniooo 1010Itnuu??B8>1?'■?1Kt>?.y04,otf?:，孫Q&um専OWIOotoowtootooOIOOIO|>"|商0X010otiniomii?latJTH*'.KH00inntnunS岑IP?，円?*!關(guān)關(guān)專1010IIoioroo*f4UCOXOOOTOTOOaswoimtmm”AiMfM*￡ibimsfWKlMW0：(X?totooo1010(X1lioion仆]?"000OTOTtToioru心-omWfiUnn(?w?,??/????a^^scjfAti?loanronn1011IIooooo0001001010IIDOOIOO*Uk'MM。我ow■擋、瀏s?Uxill'i"-*l'?IOI-,,l"lIIOK?-"W-1010ll",,l'1?(X?IOO^"I?IW7??M^J?IWhH?i-：<?lioro-*'-0001O*-??(i 加弭斗￡催頂。?表示格式浮點致的表示rilM.K.K..)，入-X."r"4Kn-|XrB_,+?*Kixra+K,Mr'?Koxr,\-r'.K <V_,■?Si'AS；Si'AS；ttnd'RoioiiinnsKiiiio所救的九血，、酒?U XltIitlMi>302657264526=?，W10險叫的?. .ll-iww反m數(shù)的衰示■■及i?&■,-的實際&i隗散M的S分的位ftnFil?；f，‘&的I?度.-個小敏.吩糾JBXir小散點袞向N/iMS#地幾位.?階數(shù)指數(shù)的幕?基數(shù)指數(shù)的底數(shù)?尾數(shù)精度?規(guī)格化浮點數(shù)駆數(shù)的規(guī)格化規(guī)格化浮點數(shù)：《s定宅數(shù)的煥烏數(shù)值位會栄隹?個有效值.左貌；，汗點數(shù)爲。的姉果為u觀桃化weia行艘Mt化姓用?MKttWtkAHW.??t■浮點數(shù)切/的蚌，累健tk出現(xiàn)也出H.WKCtltlk右―一位.wrR2l)l.例:a=010:00.1100.b=010:00.1000.4ca*b■=22XOO.UOO.b=22xOO.lOOO“?b?22x00.1100?22x00.100022x(00.1100-004000)22x01.0100-4H|-23x00.1010 01101010n,jRhi-anntt-.%a>出龍二時.更髙的椅7位!a正■仞播導傳規(guī)格化序點數(shù)的特點I用物m的心tin■岫化：iitt*joIxxx的",共nmm為。iiL縫仲偵所ios幃的&価!"eAMI-2-1.kit的的刑mvifawsTzB2.用 WttibittMixxx的形式.l> 100.?€ttW/cI-?>li/2<A<Si-2Tfitt>jioxxx的WA.大/As為15l> ?也&不為i<x)o.峨散的 ?廠，-. , eg>若某甩散用片M衣華.JU??tei?ZK".]tBW卩&_ 0110：1.1110100tDHmf*化？■火統(tǒng)l? tti MI4?h0i 離佗M4.?IEEE754標準

IEEE7S4標準HoatI?? *fI?>1(11(>?<>?*?*IdoubleI I?IEEE7S4標準HoatI?? *fI?>1(11(>?<>?*?*IdoubleI I?- i-???-:IJI(<h?! 現(xiàn)格化的（-iyxu/xy-|X7IEEE754標準■tt部分片I巻藏,,.故七如：I E [ M ]衣示斌數(shù)l.MI' v 'J b nft?? 階碼部分.用序碼表示 尾款抵值位例：圧EE754的單.精度浮點數(shù)C0A00000H的值時多少.COA00000H-?11000000101000000000000000000000數(shù)符"地個仇敬尾數(shù)部分*)100..(隱臺最高位1)今岫數(shù)移碼=10000001.:, .. 129D單精度浮點型偏移fft=127D階碼負(ft=移碼-偏移金*10000001-1111111=(00000010),=(2)10今浮點也衣位?S.01),X2，?1.25X2、-5.0IEEE754標準*??<>?用―毋率I?*?：. .'、】，“頃M直E754單《|反沛火中花衣小的IM'ffiNffL?大提7（&姓％夕T?小他，“頃M直E754單《|反沛火中花衣小的IM'ffiNffL?大提7（&姓％夕T?小他M陽岫歓全為0.WHMttld'-lM.W^H4WB?00000001此時堅體的Rffi>i(1.0hX?m只有ISE32S4X.ftffl=(-irx|.WX2*當酬6%個為0.當階碼作為0.KHM4&制明.R/jcII KO.xx-.jihxr**KtlM全為OH.表±0當階FiE金力1.-1階靴仝為1.?浮點數(shù)加減運算足數(shù)M金為81.表示無身大r-兄UM4,令皿.衣小Hl?，W?r（Not?NuE5）?對階?尾數(shù)加減?規(guī)格化?舍入若被舍棄位是1,則尾數(shù)+1,重新舍入?恒置1?恒置0?判斷溢出?例浮點敷的加被運算例：-W56.1=+59/1024.験遇浮點運?SlWi十m-y.結(jié)果用二《初表示，浮點瞄式始下:階符取2位.Bft因取血.岫功位.鳳數(shù)取她川沖円上小階碼和/散0SO=101B.1/2S6=2>X=?101X2_,=-0.101x2-5=-ttlOlXZ-101590=111011B.1/1024=2~l°->Y=?111011X2~10=?aillOllx2~*=*aillOllx2_,0°x,iion.ii.oilooooooy.inoo.oo.inonoooL。節(jié)傳沔卜數(shù)的階斜種$.小階向大貽若布.IgfiW/.W位.吩碼加Ia.求Wr.竺：(Afl-=iioii*ooi(x^inii.加m=-ix：：1-:::Ionoor.o-v?11100,11ir:：-?*>■?X=-OJ)W1x2_,°?2、-Vi11100.1100030100010110001000nloiiooooo■110001010003?(-0.0101x2-,eeK*0111011X2-|t0?3*t峪化iaiioQoiooo?(?0.01010.1110111x2_,0°S11100,10110001000-MlilOLllDl1000100?1.001111x2-**；5舍入無念入MIA■雄碼?r^-lX(M)1(X)1l|l|j?0.1001111x2"?n?類型轉(zhuǎn)換強制類型轉(zhuǎn)換1類型*6位機家32位機胃char888short161616int163232long323264InnglongMMMfloat163232double646464char今int今Ions今doublefloat->doublefloat■int,可能溢出及拘史綃度范圍、精度從小到大.轉(zhuǎn)換過程沒有損失32位int：發(fā)示整數(shù)，范有效數(shù)字32位float,表示禁敬及小tt. 2??X（2-2-?M.“效?l?23*l-24f7.三.存儲系統(tǒng)1.概述?分類?計算機中作用（層次）分類?主存儲器?CPU可直接進行訪問?輔助存儲器?高速緩沖存儲器cache?位于CPU和主存之間?存儲介質(zhì)?磁表面存儲器?磁盤、磁帶?磁芯存儲器?半導體存儲器MOS型存儲器、雙極型存儲器?光存儲器?光盤?存取方式?隨機存儲器RAM?隨機存取SRAM?cache?六晶體管DRAM?主存?柵極電容?只讀存儲器ROM?隨機存取?串行訪問存儲器?順序存取存儲器?只能按照某種順序存取?磁帶?直接存取存儲器?先隨機查找到某一片區(qū)域，然后順序查找相關(guān)內(nèi)容?磁盤、光盤?信息的可保存性?易失性存儲器RAM?非易失性存儲器ROM?破壞性讀出?非破壞性讀出?性能指標?存儲容量?存儲容量=存儲字數(shù)X字長?單位成本?每位價格=總成本/總?cè)萘?存儲速度?存取時間?啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間?分為讀出時間和寫入時間?存取周期?又稱讀寫周期或訪問周期?連續(xù)兩次獨立訪問存儲器操作（讀或?qū)懖僮鳎┲g所需的最小時間間隔?主存帶寬?義稱數(shù)據(jù)傳輸率?存取時間與存取周期（存儲周期）之間的關(guān)系啟動存取 存取完 下次存取TOC\o"1-5"\h\zG h h\ 八 ）Y V存取時冋 恢31時間t _ 丿存取周期?多級層次的存儲系統(tǒng)?目的?為了解決存儲系統(tǒng)大容量、高速度和低成本3個相互制約的矛盾?上一層存儲器作為低一層存儲器的高速緩存?主存和cache之間的數(shù)據(jù)調(diào)動由硬件自動完成，對所有程序員透明?主存和輔存之間的數(shù)據(jù)調(diào)到由硬件和操作系統(tǒng)共同完成，對應(yīng)用程序員透明2.主存儲器?SRAMv.s.DRAM

DRAMv.sSRAMStaticRandomAccessMemoryDynamicRandomAccessMenwykvnaSRAM（的卷RAM）DRAM（，力由RAM）nttvia'UW破陣性讀出是it出后編耍?寫？（可生）不用需要UtrJtrt快1***??ftA發(fā)烤■大小A低H火（岫電能火〉?不富憂??送問時送millHOche分四次送常川件\it?DRAM?柵極電容?電容上的電荷一般只能維持?電容上的電荷一般只能維持l~2ms,通常取2ms作為一個刷新周期?刷新DRAM的崛新8*，8*，今亀郵存atxiJiiaitosus＜（澱附間專門用于耕斯.ZiM何〃i??。勾說。.憂K?e??,?2im^WtiW?tUtWnr今2（m內(nèi)■trfxawrtBi請求t?l?2（ns/12S<lUus?次Wliemisfiasmtt?WHM-?集中刷新?在一個刷新周期內(nèi)，利用一端固定的時間一次對存儲器的所有行進行逐一再生?這段時間被稱為“死時間"，又稱訪存“死區(qū)"?優(yōu)點?讀寫操作時不受刷新工作的影響?缺點?集中刷新期間（死區(qū)）不能訪問存儲器?分散刷新?將每行的刷新分散到各個工作周期中?優(yōu)點?沒有死區(qū)?缺點?加長了系統(tǒng)的存取周期，降低了整機速度?異步刷新?將刷新時間2ms除以行數(shù)，分散刷新?優(yōu)點?避免CPU連續(xù)等待過長時間?減少了刷新次數(shù)，提高了整機的工作效率?刷新對CPU是透明的?動態(tài)RAM刷新單位是行?刷新時不需要選片，整個存儲器中的所有芯片同汙被刷新?ROM?結(jié)構(gòu)簡單，位密度比RAM高?非易失性，可靠性高?分類?掩模式只讀存儲器MROM?廠家寫入后不可再寫，只能讀出一次可編程只讀存儲器PROM?可擦除可編程只讀存儲器EPROMFlash存儲器?固態(tài)成盤SSD?多模塊存儲器?單體多字存儲器?存儲器中只有一個存儲體，每個存儲單元存儲m個字一次并行讀出m個字，顯然提高了工作速度?缺點?指令和數(shù)據(jù)在主存內(nèi)必須連續(xù)存放，一旦遇到轉(zhuǎn)移指令，或操作數(shù)不能連續(xù)存放，則效果不明顯?多體并行存儲器?由多個存儲模塊構(gòu)成，每個模塊都有獨立的讀寫控制電路、地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器?高位交叉編址（順序方式）?低位交叉編址（交叉方式）?高位與低位的比較

?低位交叉編址存儲器應(yīng)幾個體并行（流水線相關(guān)）位該取幾個-*??bW以貝MH掠SI為單ffWSIRJfT.OttHM為了.為了住浪水續(xù)不何?.峭fliif模決牧9J6孔 f S M，000 ~；ooo gm COO1 M|ooo MH001 2 Jooi CO" IH010 jOlO 010! ^MoioIJ[，wm<T/rMr■M)rdI悻用Iwvq001 00的/休0f??心ga*nnte?rJMUCSCAOYAHCC3.主存儲器與CPU的連接MDRj-數(shù)據(jù)總線主存中包

含右塊存

儲芯片CPUMAR地址忌線?主存容量的擴展?位擴展増加主存的存儲字長?位擴展?字擴展?線選法增加主存的存儲字敷?字擴展A”CS8<x?W回000000000000101111111111111aArZi為//憶加皿10_R?ft 岫011olooooooooocoonMAttkhOMlHiHUUn?優(yōu)點是線路簡單，缺點是地址空間不連續(xù)?譯碼片選法主存容量擴展牛擴展?字位擴展主存容量擴展?字位同時擴展1100000000000000^-1111111111H111164Km8<000000000000000001000000000000001CQQ000000000000connnninin-oinmimiiinionnnnnnil外部存儲器?磁盤存儲器?由磁盤驅(qū)動器、磁盤控制器和盤片組成?存儲區(qū)域?磁頭數(shù)（記錄面數(shù)）?柱面數(shù)?扇區(qū)數(shù)?塊焼BL*有若于個記錄IM.■個祂彖?51分為若■禮.分為?++*?.?R（由隊塊）遷?@誼馬的■小亀僅.*midA*?.&小雑少個■貝.MMIIit?/MAankIMM—W.feait?一 HflQ?Cylinden)表示《u?一u新上<r”HM?■也"E嬢nr的號 的詔tiiailQi*?個■推??HflQ?Cylinden)ai<? &護■?iiiixiettfrniiB?o?fi??fcninwinan. 劇人區(qū)堆■片iwtflioMiB.?性能指標?記錄密度?道密度、位密度、而密度每個磁道記錄的數(shù)據(jù)大小是相等的?磁盤的容量?非格式化容量磁盤物理上可存儲的容量?格式化容量磁盤留有一定容量用作壞區(qū)替代，少于非格式化容量?平均存取時間?尋道時間+旋轉(zhuǎn)延遲時間+傳輸時間

時間，樓lid*到所企*■>?H?BJM 花密nstM)aanids|￡四aanids|￡四?數(shù)據(jù)傳輸率?數(shù)據(jù)傳輸率=磁盤轉(zhuǎn)速x磁道容量?磁盤地址LwwttLJffl.aHP.量1_.上班.L.萼量.」> ?—■?fl— ——角”?磁盤陣列RAID0無冗余和無校驗的磁盤陣列RAID1鏡像磁盤陣列RAID2采用糾錯的海明碼的磁盤陣列RAID3位交叉的奇偶校驗的磁盤陣列RA1D4塊交叉的奇偶校驗的磁盤陣列RAID5無獨立校驗的奇偶校驗磁盤陣列?固態(tài)硬盤SSD?基于閃存技術(shù)的存儲器，本質(zhì)上仍是ROM?閃存翻譯層相當于磁盤控制器的角色?數(shù)據(jù)以頁為單位讀?只有一個塊被擦除，塊中的每個頁都可以直接再寫一次?一個塊約可進行十萬次重復寫?平均磨損邏輯使每個塊被擦除的次數(shù)盡量均為的算法?寫操作比讀操作慢因為寫操作涉及到塊的擦除和頁的轉(zhuǎn)移?可隨機訪問、抗震性好、價格貴高速緩沖存儲器cache?局部性原理?時間局部性?循環(huán)?空間局部性

?數(shù)組等線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?工作原理?映射方式?直接映射?地址結(jié)構(gòu)—標記| Cache行號 |塊內(nèi)地址?優(yōu)點?實現(xiàn)簡單?缺點?不夠靈活?塊沖突率最高?空間利用率最低?全相聯(lián)映射?地址結(jié)構(gòu)標記塊內(nèi)地址標記?優(yōu)點?比較靈活?塊沖突率低?空間利用率高?命中率高?缺點?標記比較速度較慢?組相聯(lián)映射?地址結(jié)構(gòu)標記塊內(nèi)地址竺標記塊內(nèi)地址?路數(shù)越大相聯(lián)比較電路越復雜?優(yōu)點?成本接近直接映射，性能接近全相聯(lián)映射?比較?直接映射命中率最低，全相聯(lián)映射命中率最高?直接映射判斷開銷最小、所需時間最短，全相聯(lián)映射的判斷最大、所需時間最長?直接映射標記所占的額外空間開銷最少，全相聯(lián)映射標記所占的額外空間開銷最大?替換算法?隨機替換RAND?先進先出FIFO?最近最少使用LRU近期?少使用。法(IRU).-?u31 一一煩)個Ciche缺*冒-個”計Ik宴??拜F記斌H個3k塊已ftftf久&帔訪何了. 拱“計敷H?■大韻tCKMMt. CnitHIK^W.WtiKWKI<L2.S.4.LL5.tIK-51tt*ilEBEBSHnKIBDBKHSDDBI^HQflCacheBO1 11111111115Cache?1 22222222222Cache” il)15$SS44Cache0) 444444>>)CadxBR?fi&6S否西It會酉墾it是中IW.所?中的行的計給at沛牛.ttHtt的計畋—L衛(wèi)滿命中Ri￡有釗HfW.■MXMhftittBtO.Kftt9Mtf*toh/(HAU大協(xié)”的伯息塊?於|火.?Kh的姚的itaaio.?最不經(jīng)常使用LFU景不及常使用算法(LFU〉綴木徑常ft母BiX(IFU,Le*FrequentlyUxd：——為師卜Cxhe埃設(shè)置-個'ilttiS-.用Jid栗彼訪何過JI次.\Cach?滴ViH撿tt-MYj4個Cich?快.初..代《ch?為主.(1.2.14,1,2.5,1.2.X<.5?0rHA.的填汁政JJ9. -*tte(a.l.X9HM.?抖動：當集中訪問的存儲區(qū)超過cache組的大小時，命中率會變得很低，需要頻繁替換塊的現(xiàn)象?寫策略cache命中時?全寫法（寫直通法）?主存和cache都寫?可以隨時保持主存數(shù)據(jù)的正確性，開銷較大?寫緩沖單獨設(shè)置一個硬件負責寫入主存，減少CPU訪問主存的次數(shù)?回寫法（寫回法）?先寫入cache塊中，待cache塊被替換時，寫回主存?需設(shè)置臟位?有一定概率數(shù)據(jù)不一致cache沒有命中時?寫分配法?將主存塊調(diào)入cache塊寫入?試圖利用程序的空間局部性?通常與回寫法合用?非寫分配法?直接寫入主存?通常與全寫法合用?指令cache和數(shù)據(jù)cache分開設(shè)計，減少因取指發(fā)生的沖突?多級cache結(jié)構(gòu)?虛擬存儲器（具體見操作系統(tǒng)）四.指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是計算機的主要屬性，位于硬件和軟件的交界而上指令格式?指令是指示計算機執(zhí)行某種操作的命令?所有指令的集合是指令集?操作碼?地址碼操作數(shù)據(jù)的地址?根據(jù)指令字長分類?半字長指令?單字長指令?雙字長指令?根據(jù)操作數(shù)地址碼的數(shù)目分類

?零地址指令?一地址指令?二地址指令?三地址指令?四地址指令?定長指令字?簡化計算機硬件設(shè)計，提高指令譯碼和識別速度?當計算機字長為32位或更長時，是常規(guī)用法?變長指令字?在指令字長有限的前提下保持豐富的指令種類?擴展操作碼WJHH!?MlIlli<??▲?1IH?M-制，II” .擴展IWJHH!?MlIlli<??▲?1IH?M-制，II” .rtMtftWK. 的招。.的li住料：HftIIIH'??imimimimiim?短碼不允許是長碼的前綴?操作碼不可重復?操作類型?數(shù)據(jù)傳送movloadstore?算術(shù)和邏輯運算addsubmuldivxorandornotincdec?移位操作?算術(shù)移位、邏輯移位、循環(huán)移位?轉(zhuǎn)移操作?無條件跳轉(zhuǎn)、條件跳轉(zhuǎn)、調(diào)用call、返回ret、陷俳trap?輸入輸出操作指令的尋址方式?指令尋址?順序?qū)ぶ?/p>

?PC+T1指1個指令字長?跳躍尋址?通過跳轉(zhuǎn)語句?數(shù)據(jù)尋址?隱含尋址?優(yōu)點：有利于縮短指令字長?缺點：需增加存儲操作數(shù)或隱含地址的硬件?立即（數(shù)）尋址?#為立即尋址特征?優(yōu)點：執(zhí)行時間最短?缺點：操作數(shù)位數(shù)限制了立即數(shù)的范圍?直接尋址尋址勞征尋址勞征?優(yōu)點：簡單?缺點：操作數(shù)的位數(shù)決定了尋址范圍，且操作數(shù)的地址不易修改?間接尋址間船，址將M位OPVAtIOP兩次間址間船，址將M位OPVAtIOP兩次間址1A\-1~I)EA0...011\:M-?優(yōu)點：擴大尋址范圍，便于編制程序?缺點：執(zhí)行階段需要多次訪存?寄存器尋址

尋址特征?優(yōu)點：指令字短且執(zhí)行速度塊?缺點：寄存器價格貴、數(shù)量少?寄存器間接尋址?修改PC?便于程序浮動?廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)移指令?相對尋址?基址尋址基址尋址HR為鼻M簾作＜STips：叫對比操作?as-?s?節(jié)學習.os鼻中約-盧延位與。ST機是-MMiJg?面向操作系統(tǒng)?優(yōu)點：利于多道程序設(shè)計、便于程序浮動?缺點：偏移量的位數(shù)較短?變址尋址變址尋址ill!IX—IndexrooHW變址尋址；4效地址”導r指令字中的形式電址A與殳址為＜f8a^內(nèi)容糊加之W.即S?(DQ，》.其中X\勺,＞{,■:＜：，‘I.?.AJMu'：- --I ；-?:.丄變址僉。密是Bl肉用戶的.在程変址■春?的內(nèi)?？捎捎脩舾膯蕂r*raU^＞.彩心UM不變方某焙址)?面向用戶?主要用來處理數(shù)組問題?堆棧尋址?硬堆桟?成本較高，不適合做大容量的堆棧.?軟堆棧?合算且常用?尋址方式、有效地址及訪存次數(shù)的對比有牧蟾址仍ff次敢（fii令執(zhí)行期何）。含尋址&序15定0址Aimeitnft0fA?A1次側(cè)接尋址2尋址0fA-<W1IA?(PCM1基址尋址1-交址J址tt-l.j±EA=(IXhA14.程序的機器級代碼表示?看王道書5.CISC和RISC的比較CISC和RISCosc?USCIS令奈統(tǒng)Uft.醫(yī)大R*.?ra?*?nWKJJOO*WM100*SK可訪存指令不如限制Mg/Store指0相IMS大絕Atttftt?IW內(nèi)充成^mwfrv&aIt少n標代碼?以用優(yōu)化M4us*a的■兌代ntt'i衆(zhòng)用優(yōu)化的，澤廈小.生成代碼牧為島救HWjA弟大多數(shù)為i?程序控制絕大可以iati-言方式安觀 ME ?RISC一定采用流水線技術(shù)五.中央處理器1.功能和基本結(jié)構(gòu)?由運算器和控制器組成?功能?指令控制完成取指令、分析指令和執(zhí)行指令的操作，即程序的順序控制?操作控制一條指令的功能往往由若干操作信號的組合來實現(xiàn)。CPU管理并產(chǎn)生由內(nèi)存取出的每條指令的操作信號，把各種操作信號送往相應(yīng)的部件，從而控制這些部件按指令的要求進行動作?中斷處理對計算機運行過程中出現(xiàn)的異常情況和特殊請求進行處理?時間控制對各種操作加以時間上的控制。時間控制要為每條指令按時間順序提供應(yīng)有的控制信號?數(shù)據(jù)加工對數(shù)據(jù)進行算術(shù)和邏輯運算?控制器?負責協(xié)調(diào)并控制計算機各部件執(zhí)行程序的指令序列?組成程序計數(shù)器：用于指出下一條指令在主存中的存放地址。CPU就是根據(jù)PC的內(nèi)容去主存中取指令的。因程序中指令（通常）足順序執(zhí)行的，所以PC有自増功能。指令寄存器：用于保存當前正在執(zhí)行的那條指令。指令譯碼器：僅對操作碼字段進行譯碼，向控制器提供特定的操作信號。微操作信號發(fā)生器：根據(jù)IR的內(nèi)容（指令）、PSW的內(nèi)容（狀態(tài)信息）及時序信號，產(chǎn)生控制整個計算機系統(tǒng)所需的各種控制信號，其結(jié)構(gòu)有組合邏輯型和存儲邏輯型兩種。時序系統(tǒng)：用于產(chǎn)生各種時序信號，它們都是由統(tǒng)一時鐘（CLOCK）分頻得到。存儲器地址寄存器：用于存放所要訪問的主存單元的地址。存儲器數(shù)據(jù)寄存器：用于存放向主存寫入的信息或從主存中讀出的信息。?運算器?對數(shù)據(jù)進行加工?組成1.算術(shù)邏輯単元：主要功能是進行算術(shù)/邏輯運算。通用寄存器組：如AX、BX、CX、DX、SP等，用于存放操作數(shù)（包括源操作數(shù)、目的操作數(shù)及中間結(jié)果）和各種地址信息等。SP是堆棧指針，用于指示棧頂?shù)牡刂贰捍婕拇嫫鳎河糜跁捍鎻闹鞔孀x來的數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)不能存放在通用寄存器中，否則會破壞其原有內(nèi)容。察加寄存器：它是一個通用寄存器，用于暫時存放ALU運算的結(jié)果信息，用于實現(xiàn)加法運算。程序狀態(tài)字寄存器：保留由算術(shù)邏輯運算指令或測試指令的結(jié)果而建立的各種狀態(tài)信息，如溢出標志（0P）、符號標志（SF）、零標志（ZF）、進位標志（CF）等。PSW中的這些位參與并決定微操作的形成。移位器：對運算結(jié)果進行移位運算。計數(shù)器：控制乘除運算的操作步數(shù)。2.指令執(zhí)行過程?時鐘周期

節(jié)拍或T周期，CPU操作最基本單位?機器周期由若干個時鐘周期表示。存儲器進行一次讀或者寫操作所需的時間稱為存儲器的訪問時間，而連續(xù)啟動兩次讀或?qū)懖僮魉璧淖疃虝r間稱為存取周期。機器周期通常由存取周期決定?指令周期由若干個機器周期表示?指令周期流程指令周期流程1—IND1—EX四的冃的不冃.取拘周明為丨取指令..取引?效蟻址?執(zhí)行周期中wnm'..保存用序1—IND1—EX?指令周期的數(shù)據(jù)流?取值周期片.讀術(shù)號?w.I-?R將片.讀術(shù)號?w.I-?R將mm所指主&中的內(nèi)存點數(shù)JR益線4HMOUf的內(nèi)入悄.I中拒令的址址糾ilEU?I中拒令的址址糾ilEU??記?,MIIR)-?MAU?取操作數(shù)有效地址5CuWajRMttM.?.<bKHr??>!：?：(PCHWPC?根據(jù)PC中的內(nèi)容從主存中取出指令代碼并存放在IR中?間址周期指令周期的敗無流?間址周期l<A<HMOR?-?MA*KUXlHItWMM.。禎1機?■■作g1-?RwinII.ktttiM(MM|-?MOR

為寮啓景辭洛?￥纟景麼爵驟出辛?￥纟瀚貿(mào)名倨WBdD*塲譽MW'別譽第利'玄回酔竊?￥鄉(xiāng)駐黃吉歯Mn<o?解罵氣鞏?卻卷翱若攀T規(guī)愈辭魅井/'列寮啊榮鈔回N剎源■那缶"辭律?軼巖*鞏叫翦8翎麻甌辨聲?￡互琳身甘回。舞?潺纟濕沖孥?烏酢身蟲回寺群?滯年烏浙例田/田華專衆(zhòng)例再羊回比耗?饌問。群幺?攻蒙互賣風物*力善妙卻君?物移?窮貧務(wù)田次酉矛瀚實’回判身樣例切件功*薯回輕我昭丄華濰附團屯群?互琳;糸回寺群?中老旅偵軻鳥供翱倒辟田家躲S肆址坦?解闡。肆玄?/果堀4,辭再'罕堀市孝巻/果堀4,辭再'罕堀市孝巻?WWll￥WiiM<t??-|.ltfWWr)?-TBQX|-TBQX|? ]空?句瓦1L

_TW叫|Dd|?MawYS(?MM)V?l*?fM?-1■?!W〉>!g?AWHl，m，O2Z??#??**?*?'?ai?w-*<ww??#U&!M JWtHWI*-US),??eI-ldS)-B?*r?YS!UWCB'<W1*?【*<?#謔&2I■?Y4*Bwm，*}稍MmYNimVBMWM。?'-M.H*神時皓Qv?>/?*!?Klhfl*ffaan'：-itj)nu,.h^^^.-!?'l'赤凱県中?察関旗耕寺IV首染我築*'肆切潞沖?皓留身琳?

?執(zhí)行算術(shù)或邏輯運算4.控制器?由復雜的組合邏輯門電路和一些觸發(fā)器構(gòu)成，因此又禰組合邏輯控制器?適用于RISC?硬布線控制單元?輸入信號?經(jīng)指令譯碼器譯碼產(chǎn)生的指令信息?時序系統(tǒng)產(chǎn)生的機器周期信號和節(jié)拍信號?來自執(zhí)行單元的反饋信息即標志?系統(tǒng)總線（控制總線）的控制信號?時序系統(tǒng)?時鐘周期?機器周期?指令周期?微操作命令分析?控制方式?同步控制方式?整個系統(tǒng)使用一個統(tǒng)一的時鐘?通常以最長的微操作序列和最繁瑣的微操作作為標準?控制電路簡單，運行速度慢?異步控制方式?各部件按自身固有速度工作，通過應(yīng)答方式聯(lián)絡(luò)?運行速度塊，控制電路復雜?聯(lián)合控制方式?以上兩種折中?設(shè)計步驟?列出微操作命令的操作時間表?進行微操作信號綜合?畫出微操作命令的邏輯圖?微程序控制器?設(shè)計思想將每條機器指令編寫成一個微程序，每條微程序包含若干微指令，每條微指令對應(yīng)一個或多個微操作命令?表語?徹命令與微操作微命令是微操作的控制信號，微操作是微命令的執(zhí)行過程?微操作?計算機中最基本、不可再分解的操作?相容性可以同時產(chǎn)生、共同完成某一些操作的微命令?互斥性不允許同時出現(xiàn)的微命令?微指令與微周期?微指令是若干微命令的集合?微指令至少包括兩大部分信息?操作控制字段微操作碼，用于產(chǎn)生操作控制信號?順序控制字段微地址碼，用于控制產(chǎn)生下一條要執(zhí)行的微指令地址?主存儲器與控制存儲器CM?控制存儲器用于存放微程序，ROM?程序與微程序?程序是指令的集合，微程序是微指令的集合?微程序?qū)嶋H上是機器指令的實時解釋器，對程序員透明?地址寄存器CMAR與微地址寄存器CMAR或卩PC?指令寄存器IR與微指令寄存器CMDR或卩IR?組成?控制存儲器CMcontrolmemory?徹指令寄存囂CMDR?微指令地址形成部件?微地址寄存器CMAR?工作過程?執(zhí)行取微指令公共操作?將機器指令的操作碼字段通過微指令地址形成部件產(chǎn)生該機器指令的所對應(yīng)的微程序的入口地址，并送入CMAR?從CM中逐條取出并執(zhí)行?執(zhí)行完對應(yīng)與一條機器指令的一個微程序后，取下一條機器指令繼續(xù)執(zhí)行?微指令的編媽方式?又稱微指令的控制方式?直接編碼丄一判「丄| 「IIIIIIJ_I丨I下順■ ?魂作技制— ?丨?一位表示一個微命令?優(yōu)點：簡單、直觀，執(zhí)行速度快，操作并行性好?缺點：微指令字長過長，n個微命令就要求微指令的操作字段有n位,造成控制存儲器容量極大?字段直接編碼方式控制信號ItIII…1tt?t

I譯碼II譯碼II譯碼I操作控制操作控制?微指令的微操作碼字段分為若干小段，每個字段獨立編碼，每種編碼代表一個微命令?微操作碼字段分段原則?互斥性微操作分在同一段，相容性微操作分在不同段?每個小段中包含的信息位不能太多，否則將增加譯碼線路的復雜性和譯碼時間?一般每個小段要留出一個狀態(tài)表示本字段不發(fā)出任何微操作，一般為全0?字段間接編碼方式?一些字段的某些徹操作需要由另一個字段中的某些微操作解釋?可進一步縮短微指令字長，但削弱了微指令的并行控制能力，常作為字段直接編碼方式的一種輔助手段?微指令的地址形成方式?斷定方式直接由微指令的下地址字段指出?下地址字段位數(shù)由微指令個數(shù)決定?根據(jù)機器指令的操作碼形成?增量計數(shù)器CMAR每取一條匂動+1,適用于微指令地址連續(xù)的情況?跳轉(zhuǎn)微指令?通過測試網(wǎng)絡(luò)徹指令地址I非■試地址hI渕試地址I-.ME牛3 ~\測試渾[口-[[*"CMDR| |H|L-|~操作控制一| 順序控制 1?硬件直接產(chǎn)生電源加電后，第一條微指令的地址可由專門的硬件電路產(chǎn)生，也可由外部直接向CMAR輸入微指令的地址，這個地址即為取值周期微程序的入口地址?微指令的格式?水平型微指令?從編碼方式看，直接編碼、字段直接編碼、字段間接編碼和混合編碼都屬于水平型?一條水平型指令定義并執(zhí)行幾種并行的基本操作?優(yōu)點：微程序短，執(zhí)行速度快?缺點：微指令長，編寫微程序較麻煩?垂直型微指令?-條垂直型微指令只能定義并執(zhí)行-種基本操作?優(yōu)點：微指令短、簡單、規(guī)整，便于編寫微程序?缺點：微程序長，執(zhí)行速度慢，工作效率低?混合型微指令?在垂直型的基礎(chǔ)上加一些不太復雜的并行操作?水平型與垂直型的對比4）水平82徹指令和星直型微指令的比0如下,水平型微指令并行操作能力強、效率髙、靈活性強：垂直型嫩指令礴較差.水平型徹指令執(zhí)行一條指令的時間蝮IfiH中徹指今抜行的時閶長.由水平型*指令解#指令的微程序.貝有微指兮字校長但權(quán)程序短的帝點I微指令則與之相反.其微指令字較短而微程序長.?水平中橄指令用戶是以掌握.而垂貢型徹指令與指令比較相似.梱對容島掌握??微程序控制單元的設(shè)計步驟?寫出對應(yīng)機器指令的微操作命令及節(jié)拍安排?確定微指令格式?編寫微指令碼點?動態(tài)微程序設(shè)計微程序可根據(jù)用戶要求動態(tài)改變，使用可擦除可編程只讀存儲器（EPROM）?毫微程序設(shè)計?硬布線和微程序控制器比較類別時比方藉、7微程序控制器曜布線揑制器工作取畀俶操件控制偽q以微粗序的形式“故在拍紀存儲器中，執(zhí)汀指令時讀出即可微找作電拓根揖當沛的指令碼、狀杰和畸序.即時產(chǎn)生執(zhí)行速度怏規(guī)整性岐規(guī)整不廈整應(yīng)用場臺CtSCCPURISCCPU柘擴充性蜻擴充修改困雄?指令流水線?并行性?時間上的并行技術(shù)同一時間段執(zhí)行多個任務(wù)?空間上的并行技術(shù)在一個處理機內(nèi)設(shè)置多個執(zhí)行相同任務(wù)的功能部件，并讓這些功能部件并行工作。這種處理機稱為超標量處理機?定義?取指IF?譯碼/讀寄存器ID?執(zhí)行/計算地址EX?訪存MEM?寫回WB?設(shè)計原則?指令流水段個數(shù)以最復雜指令所用功能段個數(shù)為準?流水段的長度以最復雜的操作所花時間為準?為了利于實現(xiàn)流水線，指令集應(yīng)具有特征?指令長度盡量一致?指令格式盡量規(guī)整?采用Load/Store指令?“對齊”存放?分類?按流水線使用級別?部件功能級流水?處理機級流水?處理機間流水?按流水線可以完成的功能?單功能流水?多功能流水?按同一時間內(nèi)各段之間的連接方式?靜態(tài)流水線?動態(tài)流水線?按各個功能段之間是否有反饋信號?線性流水線?非線性流水線?表示方法--時空圖圖5.17—個5段指令流水線時空圖?基本實現(xiàn)?數(shù)據(jù)通路?流水寄存器（鎖存器）鎖存前段處理加工完成的數(shù)據(jù)和控制信號，為下一段的功能部件提供數(shù)據(jù)輸入?控制信號?執(zhí)行過程?冒險與處理?結(jié)構(gòu)冒險（資源沖突）?原因?由于多條指令在同一時刻爭用同一資源?解決措施?前一指令訪存時，使后一條相關(guān)指令（以及其后續(xù)指令）暫停一個時鐘周期?單獨設(shè)置數(shù)據(jù)存儲器和指令存儲器，使取教和取指在不同寄存器中進行?數(shù)據(jù)冒險?原因?下一條指令會用到當前指令計算出的結(jié)果?分類?寫后讀RAW?按序執(zhí)行的流水線只會出現(xiàn)寫后讀數(shù)據(jù)相關(guān)?讀后寫WAR?寫后寫WAW?解決措施?硬件阻塞stall和軟件插入nop?設(shè)置相關(guān)專用通路(數(shù)據(jù)旁路技術(shù))直接把前一指令執(zhí)行階段的結(jié)果傳入下條括令譯碼階段的鎖存器中?編譯優(yōu)化在不改變結(jié)果的前提下改變指令執(zhí)行順序?控制冒險?原因?條件跳轉(zhuǎn)等控制語句改變PC值，造成流水線斷流?解決措施?分支預測?預取轉(zhuǎn)移成功和不成功兩個控制流上的目林指令?加快和提前形成條件碼?提高轉(zhuǎn)移方向的猜準率?性能指標?吞吐率?任務(wù)量與所用時間的比值?加速比?串行和使用流水線所用時間的比值\frac{kn){k+n-1)?高級流水線技術(shù)?超標量流水線技術(shù)

?超長指令字技術(shù)?超流水線技術(shù)?多處理器?SISDSIMDMIMD?單指令流單數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)SISD?采用多模塊交叉方式組織存儲器?單指令流多數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)SIMD?數(shù)據(jù)級并行技術(shù)?多指令流單數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)M1SD?多指令流多數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)MIMD?線程及線程以上級并行?按照每個計算機結(jié)點是否具有獨立存儲空間分為?多計算機系統(tǒng)（消息傳遞MIMD）?多處理器系統(tǒng)（共享存儲多處理器SMP）?硬件多線程硬件多線程(SMT)ItX9MMKKttOWIWI只■ gTklMMJUwramtM?.MJUMAS?ton.時鐘 CPUxwn程a的指令j、riHHCPU吸射煥抻A的捕為?Zj+3.i?wnwAM*^j.j*iHI發(fā)JJlCuchcmasHI發(fā)射絞程H的k*li+2絞程Mitt,UAWMWBi*2tWnWAM?>j*2.P3i+3的指。\xi泠3ftMMB的播*2、k*324發(fā)射ttffiBfi?B4k*2.好3（?）MM度多餛*V示例（b）|fi機度多蝕程示例時*CPUi發(fā)9m?A的指句?j?i, i?的is。、k*iHI???WA的折令j?2.mWB的指0k?2.tRWC的IR，nH2發(fā)射線程A的指令j,3,線程C的指令m”?細粒度多線程?每個時鐘周期切換線程?粗粒度多線程?當線程出現(xiàn)較大開銷時切換線程?同時多線程以上兩種的變體，指令級并行的同時，實現(xiàn)線罹級并行，即，在同一個時鐘周期內(nèi)，發(fā)射多個不同線程中的多條指令執(zhí)行?超線程（同時多線程SMT）一個單處理器或單個核中設(shè)置了兩套線程狀態(tài)部件，共享高速緩存和功能部件?一體兩面?不共享cache的雙核處理器

CacheCache內(nèi)存共享內(nèi)存多處理器SMP?CacheCache內(nèi)存共享內(nèi)存多處理器SMP?具有共享的單一物理地址空間的多處理器?根據(jù)訪問時冋是否有差異分類早期的計算機?內(nèi)存控CPU.訪存操作需要蛻H北橋&片（集成了內(nèi)存校MS.并與內(nèi)存相連〉.CPU通過計場忌統(tǒng)和北橋芯片相連，這就是訪問（UMA）構(gòu)?.??CPUnftft升由提高主頻轉(zhuǎn)印?加CPU數(shù)量（多核、多CPU）.ttSEtt多的CPU對的9用使為了消除UMA架枸的鶏強，非統(tǒng)一祥偉訪何（NUMA）WKttt生.內(nèi)畀控制屈檢集成到CPU內(nèi)■.每個CPU都有獨立的內(nèi)存桎制B.每個CPU都獨立連接?-?分內(nèi)存.CPU宜連的這部分內(nèi)存被稱為本地內(nèi)存.CPU之間通過QPI忌ttffiiS.CPU可以it過QP1&9t訪問其他CPU的話程內(nèi)存.與UMA架構(gòu)不同的是.?NUMA架構(gòu)下，內(nèi)存的訪何出現(xiàn)了本ItfQisH的區(qū)別，訪內(nèi)存明顯要快于訪問遠反內(nèi)存??統(tǒng)一存儲訪問UMA?非統(tǒng)一存儲訪問NUMA?本地內(nèi)存?遠程內(nèi)存六.總線1.概述六.總線1.概述?定義概述?定義一組能為多個部件分時共享的公共信息傳送線路?特點?分時和共享?設(shè)備?主設(shè)備獲取總線控制權(quán)的設(shè)備?從設(shè)備被主設(shè)備訪問的設(shè)備?特性?機械特性尺寸、形狀?電氣特性傳輸方向和有效電平范圍?功能特性每根傳輸線的功能?時冋特性信號和時序的關(guān)系分類?按功能劃分?片內(nèi)總線CPU芯片內(nèi)部寄存器與寄存器之間、寄存器與ALU之間的公共連接線?系統(tǒng)總線計算機系統(tǒng)內(nèi)各功能部件（CPU、主存、I/O接口）之間相互連接的總線?I/O總線主要用于連接中低速I/O設(shè)備?通信總線（外部總線）計算機系統(tǒng)之間或計算機系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間傳送信息的總線?按傳輸信息內(nèi)容劃分?數(shù)據(jù)總線?地址總線?控制總線?按時序控制方式劃分?同步總線?異步總線?按數(shù)據(jù)傳輸格式劃分?并行總線?串行總線結(jié)構(gòu)?單總線結(jié)構(gòu)

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XI設(shè)備11...設(shè)備n注：單總線井中是指只有一根信號線，按仏詆信貝的不冋，，j以細分為址妣總銭、故據(jù)總錢和控制&淺.-結(jié)樸CPU.主存、DO設(shè)備，通過I/O接口）套連接在Tfl總線k.允許1/0設(shè)備n注：單總線井中是指只有一根信號線，按仏詆信貝的不冋，，j以細分為址妣總銭、故據(jù)總錢和控制&淺.?優(yōu)點：-簞.成本低，導于接入新的遷備.-缺點，帶賣低.◎個部。只能爭用》?的以儺，"不支持并發(fā)傳送W.?雙總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)有的條總稅，-條是主存總線.用于CPU、生存和通道之回進汀數(shù)據(jù)另糸.1/0儀經(jīng)弔于若個外部設(shè)備、通道之間道行敦括傳送，H較H的l/Oftflr從單驊上分亀出來. 。 r?.篙費塩加通道等硬件汶答??三總線姑構(gòu)?姑構(gòu)； '計算:機系統(tǒng)名部件之何采用3條;們I往S的金線來構(gòu)成信息通輜.這3條怠線分?主稱總線.l/O^flifl接內(nèi)行i.JDMA,色線?優(yōu)點：！北％「1/0.0儕的性絶.便箕更快地響應(yīng)?令，提壽泵，吞吐量.?缺點，fiWr.fl效率較低.性能指標?總線傳輸周期一次總線操作所需的時間，包括申請階段、尋址階段、傳輸階段和結(jié)束階段?總線時鐘周期機器的時鐘周期?總線工作頻率機器的時鐘頻率，即時鐘周期的倒數(shù)?總線寬度又稱總線位寬，是總線上同時能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，通常指數(shù)據(jù)總線的根數(shù)

?總線帶寬總線的最大數(shù)據(jù)傳輸率，即單位時間內(nèi)總線上最多可傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù);總線帶寬=總線寬度X總線工作頻率?總線復用?信號線數(shù)地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線3種總線數(shù)的總和總線仲裁?集中仲裁方式?鏈式查詢集中仲兌方式工作呻I.I.!!，，個 孔仲**的優(yōu)赤専個1 用0的a?A*RMiunt??r離Kita?A*RMiunt??r離Kit冷?卷帽的?ft.K?IXIV河旭.KA：釐KG?力心t所? ￡文尤次怦WU?■充。格u，，可*忤電跡丁食—B.HHtttA-%?anfjiwn44ttiiicrw.?計數(shù)器查詢Ife中仲裁方式蝕誘京宙號，?■xmp佩吋?Ife中仲裁方式蝕誘京宙號，?■xmp佩吋?n<hi?-it"次各地址VWNitten.址一?M.點@各俠ff?總稅片MK.4.中止卄改器的HaAeti.BW9/S：、.?於法〃；|，臨?。?.所叫鮭式會會今式EL，： 它?HUB一lUWUMtt.<u.iitawM-iuatttfttt*<u.iitawM-iuatttfttt*--<rJKi.設(shè)，的KUSSKmrFIBH.MtitftWut—件療.殲（ft.ftMQlttW”數(shù)矗脩機nil可u山—沒■MA*I?iDTI??a??￡iocMiV2?ttiwrtr枝纖《Rt比■式奮臼m珅宣豪?獨立請求集中仲裁方式m優(yōu)咒次庠決定jftitK<*anrj?w.?iR叫.集中仲裁方式m優(yōu)咒次庠決定jftitK<*anrj?w.?iR叫.^atttnKftscttrafitttt.徑&自的aonHrM■怖叭.優(yōu)州t.?wm?.aa/c????不叢&設(shè)務(wù)胃件溝或者査詢.2. 先&序HKMlfl^ilflt.?AiIKU'-i?jBsn.用十位簿認御，。反Hi!料堡的正任—ff.2.AttmfFMffMViDK*?小結(jié)\tttt方式對比項嘗、\饕式査詢計數(shù)器定時査詢獨立譴求控制蟆致3怠線請求：】也找允許：1總銭忙，1Flogznl+2總線請求：1總焼允許：riog2nl總art12n?:莒線請求：n也淺允許：n忌級忙，1優(yōu)點優(yōu)先級同定結(jié)構(gòu)簡單.擴充容時優(yōu)先級較靈活響應(yīng)速度快優(yōu)先飲靈活缺點對電路故障敏感優(yōu)先級不靈活控制絞較多控制相時項雜控制線多控利頂雜?分布仲裁方式軸點，不需要中央?yún)s緞器.M個根塊?！白约旱拟缈v混和伸MT.&個的*H?0發(fā)送鉀共享的仲緘尊嫩上，從件殘以線kWfl的件檢己的忡找號垠。比W,丁米仲俄總線上的號優(yōu)充級島，MEfflfittifi未不F響它?ffffltfi它的停綻號；■后，茹胖老的V9保ftl住仲財埃上?總線事務(wù)?細分?請求階段?仲裁階段?尋址階段?傳輸階段?釋放階段?傳輸階段一般只能傳輸一個字長的數(shù)據(jù)?突發(fā)（猝發(fā)）能夠進行連續(xù)成組數(shù)據(jù)的傳送，在尋址階段發(fā)送的是連續(xù)數(shù)據(jù)單元的首地址，在傳輸階段傳送多個連續(xù)單元的數(shù)據(jù)，每個時鐘周期可以傳送一個字長的信息定時?同步定時方式

系統(tǒng)采用一個統(tǒng)一的時鐘信號來協(xié)調(diào)主從設(shè)備?優(yōu)點：傳送速度快，具有與較高的傳輸速率；總線控制邏輯簡單?缺點：主從設(shè)備屬于強制性同步；不能及時進行數(shù)據(jù)通信的有效性檢驗，可靠性較差?適合總線長度較短及總線所接部件的存取時間比較搓近的系統(tǒng)?異步定時方式?優(yōu)點：總線周期可變，能保證兩個工作速度相差很大的部件或設(shè)備之間可靠地進行信息交換，自動適應(yīng)時間的配合?缺點：實現(xiàn)復雜，速度較慢?根據(jù)“請求'‘和“回答"信號的撤銷是否互鎖界步定時方式MB_Xl_?不互鎖方式?半互鎖方式?全互鎖方式MB_Xl_?不互鎖方式?半互鎖方式?全互鎖方式而故il冬在桜到C!號后.及出-BW仁弓.并捋過aww. 雙力林在互Ml關(guān)成?2>fAMU. Vi”is.-?*"uu.千義改備任接到(2號后.發(fā)出-a?-eq.(H不必導估祛!cr設(shè)備的-amt話ibea段可何后n動Mn-mwm??}.fftfl勺徑於■.■方式"F敬備找出-?*- 億策H從設(shè)備-MWn.才《HAua*?m-ra?-ia*j.Eietiffffirfi*?■求-伯？己!■wti.-ms*u?tw/jffft'nr?&?半同步通信半同步通信同步小用系統(tǒng)I,，「發(fā)信號E用系統(tǒng) 判斷、識別異步允許不同速次的模塊和鑿I:作半同步通信：統(tǒng)一時鐘的基礎(chǔ)I-.,增加一個WAIT半同步通信：統(tǒng)一時鐘的基礎(chǔ)I-.,增加一個WAIT壊址'夜讀.令WAIT???分離式通信分離式通值上述渺通信的共同點?個慈絞傳憐劇購（以輸入敬據(jù)為例）?主模塊發(fā)地址、命令?從模塊準備也據(jù)-從模塊向I恢煥發(fā)也農(nóng)分離式通信的一個忌絞傳輸周期特點，塊均有權(quán)屮詢占用@性采用同步方式通信.不將村方同答各模塊準備數(shù)據(jù)時，不占用總煥總特點，塊均有權(quán)屮詢占用@性采用同步方式通信.不將村方同答各模塊準備數(shù)據(jù)時，不占用總煥總謎利用子周期2g塊申"用E，將各神信息送至力技1七.輸入/輸出系統(tǒng)基本概念?輸入/輸出以主機為中心，將信息從外部設(shè)備傳送到助記稱為輸入，反之稱為輸出?外部設(shè)備包括輸入/輸出設(shè)備及通過輸入/輸出接口才能訪問的外存儲設(shè)備?輸入設(shè)備?輸出設(shè)備?外存設(shè)備如：硬磁盤、光盤I/O軟件包括驅(qū)動程序、用戶程序、管理程序、升級補丁等。通常采用I/O指令和通道指令實現(xiàn)CPU與I/O設(shè)備的信息交換I/O硬件包括外部設(shè)備、設(shè)備控制器和接口、I/O總線等。通過設(shè)備控制器來控制I/O設(shè)備的具體動作；通過I/O接口與主機（總線）相連外部設(shè)備?輸入設(shè)備?鼠標?鍵盤?輸出設(shè)備?顯示器?主要參數(shù)?屏幕大小?分辨率?灰度級?刷新?刷新頻率?顯示存儲器（VRAM）VRAM容量=分辨率x灰度級位數(shù)VRAM帶寬=分辨率x灰度級位數(shù)x幀頻?打印機?按工作方式分類?針式打印機?噴墨式打印機?激光打印機?按打字原理分類?擊打式打印機?非擊打式打印機?外部存儲器（輔存）?磁表面存儲器?固態(tài)硬盤?光盤存儲器3.1/0接口

又稱I/O控制器、設(shè)備控制器，負責協(xié)調(diào)主機與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸?功能?進行地址譯碼和設(shè)備選擇?實現(xiàn)主機和外設(shè)的通信聯(lián)絡(luò)控制I/O操作的控制與定時?實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖?信號格式的轉(zhuǎn)換?傳送控制命令和狀態(tài)信息反映I/O設(shè)備工作狀態(tài)：錯誤或狀態(tài)監(jiān)測?基本結(jié)構(gòu)I/O又稱I/O控制器、設(shè)備控制器，負責協(xié)調(diào)主機與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸?功能?進行地址譯碼和設(shè)備選擇?實現(xiàn)主機和外設(shè)的通信聯(lián)絡(luò)控制I/O操作的控制與定時?實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖?信號格式的轉(zhuǎn)換?傳送控制命令和狀態(tài)信息反映I/O設(shè)備工作狀態(tài)：錯誤或狀態(tài)監(jiān)測?基本結(jié)構(gòu)I/O接口RMin.wrwir.aaoti偌"?炙nr優(yōu)與內(nèi)。.cpvm1做站的仕。EM5。內(nèi)g宀長綬?佳ina?碧偵相什的rt??I/O按口的工作i?