第十三章 计算机组成原理自学笔记.doc

计算机组成原理 计算机分类：电子模拟计算机、电子数字计算机（电脑） 数字计算机：专用计算机、通用计算机 通用计算机：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、单片机 通用计算机：超级计算机、大型机、服务器、工作站、微型机、单片机 计算机的硬件 存储单元：保存一个数的16个寄存器为一个存储单元 指令形式：操作码+地址码 控制器的取指周期、执行周期 字节：8个位 字：一个以上字节，字节的整数倍，常见的有2个字节的，其长度称为字长 计算机的发展：电子管、晶体管、小规模集成电路、大型集成电路、举行集成电路19世纪开始 计算机软件 计算机程序：系统程序、应用程序 系统程序：各种服务性程序、语言程序、操作系统、数据库管理系统 计算机程序：目的程序、汇编程序、源程序 源程序翻译系统：编译系统、解释系统 操作系统：批处理、分时、网络、实时 计算机系统多级：微程序设计级、一般机器、操作系统级、汇编语言级、高级语言级 运算方法和运算器 数据表示：定点格式、浮点格式 浮点数=阶符+阶码+数符+尾数 整数转二进制除2，小数转二进制乘2 十进制数串：字符串形式、压缩十进制数串形式 另外还可以自定义数据：标识符数据表示、描述符数据表示 标识符数据=标识符+数据 描述符数据=描述符标识+特征标记+数据块长度+数据块起始地址 机器码：原码、补码、反码、移码 原码有+0和-0之分 ，即0000 和1000 0的补码只有一种形式 反码也有+0和-0之分，即0000和1111 移码的符号位与前三种相反，0表示负，1表示正 主要采用补码，移码主要用来表示阶码 ASII码由七位加一位偶校验码组成 汉字的编码： 汉字输入编码：数字编码、拼音编码、字形编码 汉字内部处理：内码 汉字输出：字模码 从[ｙ]补求[－ｙ]补的法则是：对[ｙ]补包括符号位“求反且最末位加1”,即可得到 [－ｙ]补 补码乘法器是含有负1的，有四类全加法器FA 补码除法：余数恢复法，交替加减法 可控加法/减法单元CAS 不恢复余数除法：加减交替进行，注意负数的右移 逻辑加表示或，逻辑乘表示与 总线分内部总线和外部总线， 运算器包括ALU、阵列乘法器、寄存器、多路开关、三态缓冲器、数据总线等逻辑部件 运算器类型：单总线结构的运算器、双总线结构的运算器、三总线结构的运算器 双总线结构需要设置输出或输出缓冲寄存器 三总线结构有总线旁路器，把不需要修改的操作数直接输出 浮点数加法减法步骤：0操作数检查、比较阶码大小完成对阶、尾数进行加减运算、规格化处理并舍入 溢出条件是阶码的最高符号位为1。 此时,当两位符号位为 10时,表明上溢,为11时,表明下溢。当最高符号位为0时,表明没有溢出；两位符号位为01时,结果为正；为 00 时,结果为负。 地址总线的宽度决定了存储器的存储容量，数据总线的宽度决定了存储器的字长。CPU与cache之间的数据交换是以字为单位，而cache与主存之间的数据交换是以块为单位。地址映射即是应用某种方法把主存地址定位到cache中。址映射方式有全相联方式、直接方式和组相联方式三种Cache的替换策略：最不经常使用算法（LFU）、近期最少使用算法（LRU）、随机替换 Cache的写入策略：写回法、全写法、写一次法 L2级cache的内容是主存的子集，而L1级cache又是L2级cache的子集。L2负责整个系统的cache/主存一致性，L1负责响应L2，与L2一起维护L1/L2两个cache的一致性，保证三级存储系统的一致性。 主存-外存层次的基本信息传送单位可采用几种不同的方案：段、页或段页。页式虚拟存储系统中，虚拟空间分成页，称为逻辑页；主存空间也分成同样大小的页，称为物理页。在虚拟存储系统中，通常采用页表保护、段表保护和键式保护方法。从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令之分。 　　微指令：微程序级的命令，它属于硬件； 　　宏指令：由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件； 　　机器指令（指令）：介于微指令与宏指令之间，每条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算。 指令系统：一台计算机中所有机器指令的集合，它是表征一台计算机性能的重要因素，其格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围。 规整性包括指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数据格式的一致性。低级语言分机器语言（二进制语言）和汇编语言（符号语言），这两种语言都是面向机器的语言，和具体机器的指令系统密切相关。指令格式则是指令字用二进制代码表示的结构形式，由操作码字段和地址码字段组成。指令字长度：一个指令字中包含二进制代码的位数。 机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数，它决定了计算机的运算精度。为了便于书写和阅读程序，每条指令通常用3个或4个