組成原理小抄 給力的複習

2022-09-10 10:57:08 字數 4813 閱讀 8492

儲存器位址: 儲存器是由許多儲存單元組成,每個儲存單元的編號,稱為位址。

儲存單元: 由多個觸發器構成的儲存位,稱為乙個儲存單元,通常由8個組成。

儲存位: 儲存的是0或1表示的二進位制**。儲存容量: 儲存器所有儲存單元的總數。

計算程式:每乙個基本操作就叫做一條指令,而解算某一問題的一串指令序列,叫做該問題的計算程式,簡稱為程式。

控制器的基本任務,就是按照計算程式所排的指令序列,先從儲存器取出一條指令放到控制器中,對該指令的操作碼由解碼器進行分析判別,然後根據指令性質,執行這條指令,進行相應的操作。

計算機軟體分類:一類叫系統程式,一類叫應用程式

系統程式用來簡化程式設計及使用方法,提高計算機的使用效率,發揮和擴大計算機的功能及用途。它包括以下四類:各種服務性程式;語言程式;作業系統;資料庫管理系統。

應用程式是使用者利用計算機來解決某些問題所編制的程式。

多級組成的計算機系統

1. 微程式設計級2. 一般機器級3. 作業系統級4. 組合語言級5. 高階語言級

對於某一功能採用硬體方案還是軟體方案,取決於器件**、速度、可靠性、儲存容量、變更週期等因素。

馮·諾依曼思想:1)採用二進位制形式表示資料和指令。2)儲存程式和程式控制。

3)由運算器,控制器,儲存器,輸入裝置,輸出裝置五大部分組成。

馮·諾依曼型計算機的工作原理:儲存程式並按照位址順序執行。

浮點數規格化:使尾數的絕對值大於等於0.5

機器碼(數):符號位和數值位一起來進行編碼的數值編碼方法,如原碼、反碼、補碼、移碼等。正數的補碼與原碼、反碼相同;負數的補碼為反碼末位加1。

為此要解決漢字的輸入編碼、漢字內碼、字膜碼等三種不同用途的編碼。

機器字長:計算機能直接處理的二進位制資料的位數,它決定了計算機的運算精度。

最簡單且廣泛應用的檢錯碼是採用一位校驗位的奇偶校驗。

奇校驗:使校驗位為1或0,以便使1的個數為奇數

偶校驗:使校驗位為1或0,以便使1的個數為偶數

補碼加法:[x]補+[y]補=[x+y]補補碼減法:[x]補-[y]補=[x]補+[-y]補

溢位的判斷方法:① 雙符號位法(變形補碼,模4補碼)② 單符號位法

計算機中的邏輯運算,主要是指邏輯非、邏輯加、邏輯乘、邏輯異四種基本運算。

多功能算術/邏輯運算單元:具有先行進製功能的4位74ls181多功能alu晶元。

將4片74ls181的p和g送到74ls182先行進製晶元,可實現晶元之間的先行進製。

內部匯流排:cpu內各部件之間的連線單向傳送匯流排:資訊只能向乙個方向傳送

雙向傳送匯流排:資訊可以向兩個方向傳送

運算器結構形式:單匯流排結構的運算器;雙匯流排結構的運算器;三匯流排結構的運算器。

浮點加減運算的操作步驟:(1). 0 運算元的檢查;(2).

比較階碼大小並完成對階;(3). 尾數進行加或減運算;(4). 結果規格化並進行捨入處理。

(5) 捨入處理(6) 溢位處理

儲存器分類:按儲存介質分:半導體儲存器;磁表面儲存器。

按儲存方式分:隨機儲存器;順序儲存器。

按儲存器的讀寫功能分 :唯讀儲存器(rom);隨機讀寫儲存器(ram)。

按資訊的可儲存性分 :非永久記憶的儲存器;永久記憶性儲存器。

按在計算機系統中的作用分:主儲存器、輔助儲存器、高速緩衝儲存器、控制儲存器等。

高速緩衝儲存器、主儲存器和外儲存器比較:

高速緩衝儲存器簡稱:cache,特點:高速訪問指令和資料,訪問速度快,但儲存容量小

主儲存器,簡稱:主存,特點:存放計算機執行期間的大量程式和資料,訪問速度較快,儲存容量不大

外儲存器簡稱:外存,特點:存放系統程式和大型資料檔案及資料庫,儲存容量大,位成本低

主儲存器的效能指標主要是:儲存容量,訪問時間,儲存週期,儲存器頻寬。

對儲存器進行擴充套件主要方法有:位擴充套件法;字擴充套件法;字位同時擴充套件法。

dram的重新整理:動態mos儲存器採用「讀出」方式進行重新整理。從上一次對整個儲存器重新整理結束到下一次對整個儲存器全部重新整理一遍為止,這一段時間間隔叫重新整理周期。

常用的重新整理方式有三種:集中式,分布式,非同步式。

dram儲存器控制電路:dram儲存器的重新整理需要有硬體電路的支援,包括重新整理計數器、重新整理/訪存裁決、重新整理控制邏輯等。這些控制線路形成dram控制器,它將cpu的訊號變換成適合dram**的訊號。

(1)位址多路開關(2)重新整理定時器(3)重新整理位址計數器(4)仲裁電路(5)定時發生器。

相聯儲存器:按內容訪問(也有按位址訪問的能力,因此具有位址解碼電路)。

引入cache的目的:為了解決cpu與主存之間速度不匹配而採用的一項重要技術。

cache的功能與基本原理:cache是介於cpu和主存之間的小容量儲存器,訪問速度比主存快。它能高速地向cpu提供指令和資料,加快程式的執行速度。

cpu與cache之間的資料交換是以字為單位,而cache與主存之間的資料交換是以塊為單位。

主存與cache的位址對映方法:全相聯對映方式;直接對映方式;組相聯對映方式 。

引入虛擬儲存器目的:引入虛擬儲存器主要是為了解決記憶體空間不足的問題,在學習時應了解虛擬儲存器是如何擴充記憶體容量的,為什麼一次性和駐留性並非是程式執行所必需的條件,或者說,為什麼只需將部分程式和資料裝入記憶體,便能完成整個程式的執行。

虛擬儲存器的基本概念:虛擬儲存器只是乙個容量非常大的儲存器的邏輯模型,不是任何實際的物理儲存器。它借助於磁碟等輔助儲存器來擴大主存容量,使之為更大或更多的程式所使用。

虛擬儲存器指的是主存~外存層次。它以透明的方式給使用者提供了乙個比實際主存空間大得多的程式位址空間。此時程式的邏輯位址稱為虛擬位址(虛位址)。

兩種儲存系統的主要區別在於:在虛擬儲存器中未命中的效能損失要遠大於cache系統中未命中的損失。

段式、頁式、段頁式虛擬儲存器各自特點:

主存-外存層次的基本資訊傳送單位可採用幾種不同的方案:段、頁或段頁。

1)段是按照程式的邏輯結構劃分成的多個相對獨立部分,作為獨立的邏輯單位。

優點是段的邏輯獨立性使它易於編譯、管理、修改和保護,也便於多道程式共享;某些型別的段具有動態可變長度,允許自由排程以便有效利用主存空間。

缺點是因為段的長度各不相同,起點和終點不定,給主存空間分配帶來麻煩,而且容易在段間留下許多空餘的零碎儲存空間,造成浪費。

2)頁是主存物理空間中劃分出來的等長的固定區域。

優點是頁面的起點和終點位址是固定的,方便造頁表,新頁調入主存也很容易掌握,比段式空間浪費小。

缺點是處理、保護和共享都不及段式來得方便。

3)段頁式管理採用分段和分頁結合的方法。

段頁式虛擬儲存器是段式虛擬儲存器和頁式虛擬儲存器的結合。

它把程式按邏輯單位分段以後,再把每段分成固定大小的頁。

程式對主存的調入調出是按頁面進行的,但它又可以按段實現共享和保護,兼備頁式和段式的優點。缺點是在映象過程中需要多次查表。

指令系統效能要求:完備性,有效性,規整性,相容性。

指令字(簡稱指令)即表示一條指令的機器字。

指令格式則是指令字用二進位制**表示的結構形式,由操作碼欄位和位址碼字段組成。

操作碼字段表徵指令的操作特性與功能;位址碼字段通常指定參與操作的運算元的位址。

分類:儲存器-儲存器(ss)型指令;暫存器-暫存器(rr)型指令;暫存器-儲存器(rs)型指令。

定址方式分為兩類,既指令定址方式和資料定址方式。指令的定址方式有兩種,一種是順序定址方式,另一種是跳躍定址方式。運算元定址方式有10種:

1.隱含定址2.立即定址3.

直接定址4.間接定址5.暫存器定址方式和暫存器間接定址方式6.

相對定址方式7.基址定址方式8.變址定址方式9.

塊定址方式10.段定址方式

堆疊是一組能儲存和取出資料的暫時儲存單元。堆疊和其他形式的儲存器之間的差別就在於,它們對資料的訪問方法或定址方法有所不同。

堆疊優點:⑴堆疊能夠具有程式設計師要求的任意長度;⑵只要程式設計師喜歡,願意建立多少堆疊,就能建立多少堆疊;⑶可以用對儲存器定址的任何一條指令來對堆疊中的資料進行定址。

進棧操作可描述如下:(a)→msp ,(sp)-1→sp

其中(a)表示通用暫存器a的內容,sp表示堆疊指示器,msp 表示堆疊指示的儲存器棧頂單元。

出棧操作描述如下:(sp)+1→sp,(msp)→a

儲存器堆疊中,進棧時先存入資料,後修改堆疊指示器;出棧時,先修改堆疊指示器,然後取出資料。

複雜指令系統計算機(cisc)。便於vlsi技術實現的精簡指令系統計算機(risc)。

risc指令系統是cisc指令系統的改進,它的最大特點是:⑴指令條數少;⑵指令長度固定,指令格式和定址種類少;⑶只有取數/存數指令訪問儲存器,其餘指令的操作均在暫存器之間進行。

**處理器(cpu)的功能和組成一旦把程式裝入記憶體儲器,就可以由計算機來自動完成取出指令和執行指令的任務。專門用來完成此項工作的計算機部件稱為**處理器,通常簡稱cpu。cpu具有如下四方面的基本功能:

指令控制+操作控制+時間控制+資料加工。

cpu的基本部分由運算器、cache和控制器三大部分組成。

控制器 :由程式計數器、指令暫存器、指令解碼器、時序產生器和操作控制器組成,它是發布命令的「決策機構」,即完成協調和指揮整個計算機系統的操作。它的主要功能有:

(1) 從記憶體中取出一條指令,並指出下一條指令在記憶體中的位置; (2) 對指令進行解碼或測試,並產生相應的操作控制訊號,以便啟動規定的動作;(3) 指揮並控制cpu、記憶體和輸入/輸出裝置之間資料流動的方向。

運算器:由算術邏輯單元(alu)、累加暫存器、資料緩衝暫存器和狀態條件暫存器組成,它是資料加工處理部件。相對控制器而言,運算器接受控制器的命令而進行動作 ,即運算器所進行的全部操作都是由控制器發出的控制訊號來指揮的,所以它是執行部件。

運算器有兩個主要功能:(1) 執行所有的算術運算;(2) 執行所有的邏輯運算,並進行邏輯測試。

cpu的主要暫存器:1. 資料緩衝暫存器(dr)2. 指令暫存器(ir)3. 程式計數器(pc)

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