计算机组成原理
2018-03-11 13:20:46 0 举报AI智能生成
计算机组成原理初步复习
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大纲/内容
机器码及其运算
转换
补码加减
变形补码的加减，判断上下溢出
正常加减
符号位出现01表示上溢出
符号位出现10表示下溢出
不恢复余数发做除法
右移补符号位
初始减，负加正减
补码直接乘法
先不考虑符号位直接算补码乘法
符号位为1，最高位1变成符号位
符号位为0，补符号位0
浮点加减法运算
指令
地址码
形式地址
寻址方式特征位
寻址方式
隐含寻址
立即寻址
直接寻址
I=0
间接寻址
I=1
寄存器寻址方式
寄存器间接寻址方式
偏移寻址
指令格式分析
1、X字长X地址指令
字长数行数
地址数地址数
2、操作码OP位数，可以指定操作数
3、二地址类型
根据操作数的物理位置
SS:存储器-存储器
RR:寄存器-寄存器
RS:寄存器-存储器
CPU
构成
运算器、控制器、Cache
CPU的主要功能
1、指令控制
首要任务
2、操作控制
3、时间控制
4、数据加工
根本任务
CPU的主要寄存器
1、数据缓冲寄存器DR
ALU
2、指令寄存器IR
微操作信号发生器
3、程序计数器PC
+1
4、数据地址寄存器AR
5、通用寄存器
6、状态字寄存器PSW
指令从主存取到控制器的过程
PC的内容送到AR
通过译码选中主存一个单元
发出对主存读的命令
被选中单元的内容送到指令寄存器IR
PC内容+1
微程序控制器
组成
控制存储器
存放实现全部指令系统的微程序
微指令寄存器
存放由控制存储器读出的一条微指令信息
地址转移逻辑
需要转移时，根据 指令的操作码和状态条件及P字段 实现对uAR的修改
指令操作码
状态条件
P字段
微命令编码方式
直接控制
1:1
译码
x : (2^x)-1
给定比例
控制存储器容量
周期
指令周期
CPU取出并执行一条指令所需的时间
机器周期(CPU周期)
由内存中读取一个指令字的最短时间
时钟周期(节拍脉冲或T周期)
处理操作的最基本单位
微指令格式设计
流水CPU
主要问题
资源相关
数据相关
RAW
WAR
WAW
控制相关
磁盘存储器
存储密度
道密度
位密度
面密度
存储容量
格式化容量
非格式容量
数据传输率
Dr=n*N
每秒n转，每条磁道容量为N个字节
Dr=D*v
位密度D，v为磁盘旋转的线速度
平均存取时间
旋转一周时间的一半
冯.诺依曼
存储程序
程序控制
冯爷的设计思想：存储程序并按地址顺序执行
冯爷结构
指令和数据放在同一个存储器
哈佛结构
指令和数据分别放在两个存储器
存储器
设计原理
容量、速度、成本
分级
高速缓冲存储器Cache
主存储器
外存储器
刷新
刷新操作以行为单位进行
刷新方式
集中式刷新
一个刷新周期分两份，前正常读写，后集中刷新
优点
对存储器的平均读写时间影响不大，适用于Cache
缺点
死时间：集中刷新时不能进行存取访问
分散式刷新
一个存储系统周期分两份，前正常读写，后集中刷新
优点
不存在死时间
缺点
刷新过于频繁，影响系统速度
异步式刷新
前两种方法结合
存储器的扩充
画存储器的组成逻辑图
Cache
命中率
h=Nc/N
因素
程序的行为
Cache的容量
组织方式
块大小
程序的行为
Cache的容量
平均存取时间
ta=h*tc+(1-h)*tm
效率的计算
e=tc/ta=1/(h+(1-h)r)
主存到Cache的地址映射
全相联映射方式
cache里的行号记录主存的块号
优点
灵活，冲突概率小，Cache利用率高
缺点
难以设计和实现
需要访问速度很快，代价高的相联存储器
适用于小容量cache
直接映射方式
组相联映射方式
总线
集中式仲裁
1、链式查询方式
2、计数器定时查询方式
3、独立请求方式
定时
同步定时
异步定时
总线的一次信息数据传送
1、请求总线
2、总线仲裁
3、寻址
4、信息传送
5、错误报告
中断
职业：本科
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