電子計算機(jī)分為兩大類

1、第一章電子計算機(jī)分為兩大類：電子模擬計算機(jī) 電子數(shù)字計算機(jī)通用計算機(jī)可分為 超級計算機(jī) 大型機(jī) 服務(wù)器 工作站 微型機(jī) 和單片機(jī)六類1965年摩爾觀察到芯片上的晶體管數(shù)量每年翻一番，1970年這種態(tài)勢減慢成每18個月翻一番，這就是人們所稱的摩爾定律計算機(jī)的性能指標(biāo)吞吐量：表征一臺計算機(jī)在某一時間間隔內(nèi)能夠處理的信息量。響應(yīng)時間：表征從輸入有效到系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)之前的時間度量，用時間單位來度量。利用率：在給定的時間間隔內(nèi)系統(tǒng)被實際實際使用的時間所占的比率，用百分比表示。處理機(jī)字長：指處理機(jī)運算其中一次能夠完成二進(jìn)制數(shù)運算的位數(shù)，例32位，64位。總線寬度：一般指CPU中運算器與存儲器之間進(jìn)行互連的內(nèi)

2、部總線二進(jìn)制位數(shù)。存儲器容量：存儲器中所有存儲單元的總數(shù)目。存儲器帶寬：單位時間內(nèi)從存儲器讀出的二進(jìn)制數(shù)信息量，一般用字節(jié)數(shù)/秒表示。主頻/時鐘周期：CPU的工作節(jié)拍受主時鐘控制，主時鐘不斷產(chǎn)生固定頻率的時鐘主時鐘的頻率叫CPU的主頻。CPU執(zhí)行時間：表示CPU執(zhí)行一般程序所占用的CPU時間。數(shù)字計算機(jī)的主要組成結(jié)構(gòu)：存儲器 運算器 控制器 適配器 輸入/輸出設(shè)備存儲器是有許多存儲單元組成的。每個存儲單元都有編號，稱為地址。運算器的每一個基本操作就叫做一條指令，而結(jié)算某一問題的一串指令序列，叫做該問題的計算程序，簡稱為程序。指令的形式：操作碼 地址碼 操作碼指出指令所進(jìn)行的操作，如加，減，乘，

3、除，取數(shù)，存數(shù)等。地址碼表示參加運算的數(shù)據(jù)應(yīng)從存儲器的哪個單元中取出，或運算的結(jié)果應(yīng)該存到哪個單元中去。將解題的的程序（指令序列）存放到存儲器中稱為存儲程序，而控制器依據(jù)存儲的程序來控制全機(jī)協(xié)調(diào)地完成計算任務(wù)叫做程序控制。存儲程序并按地址順序執(zhí)行，這就是馮諾依曼型計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。把指令的一段時間叫做指令周期，而把執(zhí)行指令的一段時間叫做執(zhí)行周期。早起的計算機(jī)術(shù)語中，把運算器和控制器和在一起稱為中央處理器，簡稱CPU。當(dāng)CPU向存儲器送入或從存儲器取出信息時，不能存取單個的“位”。通常把組成一個字的二進(jìn)制位數(shù)叫做字長。某計算機(jī)的字代表要處理的數(shù)據(jù)，則稱為數(shù)據(jù)字；如果某字為一條指令，則稱為指令字。

4、取指周期中從內(nèi)存讀出的信息流是指令流，它流向控制器；而在執(zhí)行周期中從內(nèi)存讀出的信息流是數(shù)據(jù)流，它由內(nèi)存流向運算器。外圍設(shè)備是通過適配器部件與主機(jī)相連系。系統(tǒng)總線是構(gòu)成計算機(jī)系統(tǒng)的骨架。計算機(jī)軟件分為兩大類：系統(tǒng)程序（比較通用） 應(yīng)用程序（針對性強）系統(tǒng)程序包括：各種服務(wù)性程序 語言程序 操作系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。目的程序即人們用機(jī)器語言編寫的程序。匯編語言即用一些約定的文字，符號和數(shù)字按規(guī)定的格式來表示各種不同的命令，然后再用這些特殊符號表示的指令來編寫程序。匯編程序作用即自動的把符號語言表示的程序（匯編源程序）翻譯成用機(jī)器語言表示的目的程序。用算法語言編寫的程序成為源程序。把源程序翻譯為機(jī)器

5、語言，采用兩種方法：編譯系統(tǒng)（編譯程序和運行系統(tǒng)的合稱） 解釋系統(tǒng)。軟件與硬件的邏輯等價性是什么？ 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和軟件硬化的趨勢，計算機(jī)系統(tǒng)的軟，硬件界限已經(jīng)變得模糊了。因為任何操作可以由軟件來實現(xiàn)，也可以由硬件來實現(xiàn)；任何指令執(zhí)行可以由硬件完成，也可以由軟件來完成。第二章在選擇計算機(jī)的數(shù)的表示方式時，考慮的幾個因素：1)要表示的數(shù)的類型.2)可能遇到的數(shù)值范圍.3)數(shù)值精確度.4)數(shù)據(jù)存儲和處理所需要的硬件代價.數(shù)據(jù)表示格式有兩種:1)定點格式.2)浮點格式為了提高數(shù)據(jù)的表示精度，當(dāng)尾數(shù)的值不為0時，尾數(shù)域的最高有效位應(yīng)為1，這稱為浮點數(shù)的規(guī)格化表示。十進(jìn)制數(shù)串在計算機(jī)內(nèi)主要

6、有兩種表示形式：1）字符串形式。2）壓縮的十進(jìn)制數(shù)串形式。漢字的輸入編碼主要有三類：1）數(shù)字編碼 優(yōu)點是：無重碼2）拼音碼3）字形編碼第三章 內(nèi)部存儲器存儲單元：目前主要采用半導(dǎo)體器件和磁性材料，一個雙穩(wěn)態(tài)半導(dǎo)體電路或是一個CMOS晶體管或磁性材料的存儲單元，均可以存儲一位二進(jìn)制代碼。這個二進(jìn)制代碼位是存儲器中最小的存儲單位,稱為存儲位元.由若干個存儲位元組成一個存儲單元。根據(jù)存儲材料的性能及使用方法不同,存儲器有各種不同的分類方法。 1、根據(jù)存儲介質(zhì) 可分為半導(dǎo)體存儲器 和磁表面存儲器2、根據(jù)存取方式 可分為隨機(jī)存儲器 和順序存儲器存儲3、根據(jù)內(nèi)容可變性 可分為只讀存儲器(ROM)和隨機(jī)讀寫

7、存儲器(RAM)主存儲器的性能指標(biāo)主要是存儲容量、存取時間、存儲周期和存儲器帶寬。存儲容量 ：指一個存儲器中可以容納的存儲單元總數(shù)。存儲時間 ： 又稱為存儲器訪問時間,是指一次讀操作命令發(fā)出到該操作完成,將數(shù)據(jù)讀出到數(shù)據(jù)總路線上所經(jīng)歷的時間.通常取寫操作時間等于讀操作時間,故稱為存儲器存取時間。存儲周期 ： 指連續(xù)啟動兩次讀操作所需間隔最小的時間.通常,存周期略大于存儲時間,其時間單位為ns。存儲器帶寬：單位時間里存儲器所存取的信息量，通常以位/秒或字節(jié)/秒做度量單位。帶寬是衡量數(shù)據(jù)傳輸速率的重要技術(shù)指標(biāo)。任何一個SRAM，都有三組信號線與外部打交道：1、地址線 2、數(shù)據(jù)線 3、控制線為什么R

8、AM要刷新？答：因為讀的過程對電容放電，如果不刷新數(shù)據(jù)將會丟失。刷新操作有二種方式：集中式刷新方式散式刷新方式。、只讀存儲器ROM分為掩模ROM和可編程ROM兩類?？删幊蘎OM又分為PROM、EPROM和E2PROMCache的功能 是為了解決CPU和主存之間速度不匹配而采用的五項重要技術(shù)。CPU與cache之間的數(shù)據(jù)交換是以字節(jié)為單位，而cache與主存之間的數(shù)據(jù)交換是以塊為單位。一個塊由若干字組成，是定長的。地址映射： 為了把主存塊放到cache中，必須應(yīng)用某種方法把主存地址定位到cache中，稱做地址映射。地址映射方式有全相聯(lián)方式、直接方式和組相聯(lián)方式三種。硬件實現(xiàn)的常用算法主要有以下三

9、種：最不經(jīng)常用的LFU算法 近期最少使用的LRU算法 隨機(jī)替換Cache的寫操作策略：可選用如下三種寫操作策略。1.寫回法2,全寫法 3.寫一次法 第四章計算機(jī)的指令有微指令，機(jī)器指令和宏指令之分。一臺計算機(jī)中所有機(jī)器指令集合，稱為這臺計算機(jī)的指令系統(tǒng)。系列計算機(jī)，是指基本指令系統(tǒng)相同，基本體系結(jié)構(gòu)相同的一系列計算機(jī)。指令系統(tǒng)應(yīng)滿足如下四方面要求：完備性，有效性，規(guī)整性，兼容性一個指令字中包含二進(jìn)制代碼的位數(shù)，稱為指令字長度。機(jī)器字長是指計算機(jī)能直接處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它決定了計算機(jī)的運算精度。數(shù)據(jù)通常分為四類：地址數(shù)據(jù)，數(shù)值數(shù)據(jù)，字符數(shù)據(jù)，邏輯數(shù)據(jù)當(dāng)采用地址指定方式時，形成操作數(shù)或指令地

10、址的方式，稱為尋址方式。分為指令尋址和數(shù)據(jù)尋址方式。指令的尋址方式有兩種：順序?qū)ぶ贩绞?跳躍尋址方式。常用的三種偏移尋址：相對尋址 基址尋址 變址尋址。第五章CPU的基本部分變成了運算器，cache，控制器三大部分。CPU模型 128頁CPU中的重要寄存器：數(shù)據(jù)緩沖寄存器 指令寄存器 程序計數(shù)器 數(shù)據(jù)地址寄存器 通用寄存器 狀態(tài)字寄存器 操作控制器可分為時序邏輯型和存儲邏輯型兩種（按設(shè)計方法不同）。第一種稱為硬布線控制器，它是采用時序邏輯技術(shù)來實現(xiàn)的；第二種稱為微程序控制器，它是采用存儲邏輯來實現(xiàn)的。 指令周期是取出一條指令并執(zhí)行這條指令的時間。 一個CPU周期時間又包含有若干個時鐘周期。 取

11、出和執(zhí)行任何一條指令所需的最短時為兩個CPU周期。 任何一條指令，它的指令周期至少需要兩個CPU周期。 指令周期之間的關(guān)系 131頁 （圖5.3） 取指周期和執(zhí)行周期如何工作流程 132頁 （圖5.4）MOV指令的指令周期：取指周期：1.程序計數(shù)器PC中裝入第一條指令地址101。2.PC的內(nèi)容被放到指令地址總線ABUS上，對指存進(jìn)行譯碼，并啟動讀命令。3.從101號地址讀出的MOV指令通過指令總線IBUS裝入指令寄存器IR。4.程序計數(shù)器內(nèi)容加1，變成102，為取下一條指令做好準(zhǔn)備。5.指令寄存器中的操作碼（OP）被譯碼。6.CPU識別出是MOV指令，至此，取指周期即告結(jié)束。執(zhí)行周期：1.操作

12、控制器（OC）送出控制信號到通用寄存器，選擇R1（10）作源寄存器，選擇R0作目標(biāo)寄存器。2.OC送出控制信號到ALU，指定ALU做傳送操作。3.OC送出控制信號，打開ALU輸出三態(tài)門，將ALU輸出送到數(shù)據(jù)總線DBUS上注意，任何時候DBUS上只能有一個數(shù)據(jù)。4.OC送出控制信號，將DBUS上的數(shù)據(jù)打入到數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR（10）。5.OC送出控制信號，將DR中的數(shù)據(jù)10打入到目標(biāo)寄存器R0，R0的內(nèi)容由00變?yōu)?0。至此，指令執(zhí)行結(jié)束。LAD指令的指令周期：取指周期： 在LAD指令的取指周期中，CPU的動作完全與MOV指令取指周期中一樣，只是PC提供的指令地址為102，按此地址從指令存儲器讀

13、出“LDA R1，6”指令放入IR中，然后將PC+1，使PC內(nèi)容變成103，為取下條ADD指令做好準(zhǔn)備。執(zhí)行周期：1.操作控制器OC發(fā)出控制命令打開IR輸出三態(tài)門，將指令中的直接地址碼6放到數(shù)據(jù)總線DBUS上。2.OC發(fā)出操作命令，將地址碼6裝入數(shù)存地址寄存器AR。 3.OC發(fā)出讀命令，將數(shù)存6號單元中的數(shù)100讀出到DBUS上 4.OC發(fā)出命令，將上的數(shù)據(jù)100裝入緩沖寄存器DR。5.OC發(fā)出命令，將DR中的數(shù)100裝入通用寄存器R1，原來R1中的數(shù)10 被沖掉。至此，LAD指令執(zhí)行周期結(jié)束。注意：數(shù)據(jù)總線上分時進(jìn)行了地址傳送和數(shù)據(jù)傳送所以需要2個CPU周期。JMP指令的指令周期：執(zhí)行周期：

14、1.OC發(fā)生操作控制命令，打開指令寄存器IR的輸出三態(tài)門，將IR中的地址碼101發(fā)送到DBUS上。2.OC發(fā)出操作控制命令，將DBUS上的地址碼101打入到程序計數(shù)器PC中，PC中的原先內(nèi)容106被更換。于是下一條指令不是從106號單元取出，而是轉(zhuǎn)移到101號單元取出。至此JMP指令執(zhí)行周期結(jié)束。在微程序控制器中，時序信號比較簡單，一般采用節(jié)拍點位節(jié)拍脈沖二級體制。時序信號產(chǎn)生器是由時鐘源，環(huán)形脈沖發(fā)生器，節(jié)拍脈沖和讀寫時序譯碼邏輯，啟?？刂七壿嫷炔糠纸M成?？刂品绞接型娇刂?，異步控制，聯(lián)合控制三種方式。微程序控制的基本思想，就是仿照通常的解題程序的方法，把操作控制信息編程所謂的“微指令”，存

15、放到一個只讀存儲器里?？刂撇考ㄟ^控制線向執(zhí)行部件發(fā)出各種控制命令，通常把這種控制命令叫做微命令，而執(zhí)行部件受微命令后所進(jìn)行的操作，叫做微操作。產(chǎn)生后繼微地址有兩種方法：計數(shù)器方式 多路轉(zhuǎn)移方式微指令格式分為兩類：水平型微命令 垂直型微命令并行處理技術(shù)： 時間并行 空間并行時間并行：指時間重疊，在并行性概念中引入時間因素，讓多個處理過程在時間上相互錯開，輪流重疊的使用同一套硬件設(shè)備的各個部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度。空間并行：指資源重復(fù)，在并行性概念中引入空間因素，以“數(shù)量取勝”為原則來大幅度提高計算機(jī)的處理速度。由于流水過程中會出現(xiàn)三中相關(guān)沖突：資源相關(guān) 數(shù)據(jù)相關(guān) 控制相關(guān)資源相關(guān)：是指多

16、條指令進(jìn)入流水線后在同一機(jī)器時鐘周期內(nèi)爭用同一個功能部件所發(fā)生的沖突。數(shù)據(jù)相關(guān)：在一個程序中，如果必須等前一條指令執(zhí)行完畢后，才能執(zhí)行后一條指令，那么這兩條指令就是數(shù)據(jù)相關(guān)的?？刂葡嚓P(guān)：控制相關(guān)沖突是由轉(zhuǎn)移指令引起的。為了減小轉(zhuǎn)移指令對流水線性能的影響，有兩種轉(zhuǎn)移處理技術(shù)：延遲轉(zhuǎn)移法 轉(zhuǎn)移預(yù)測法第六章 總線系統(tǒng)總線是構(gòu)成計算機(jī)系統(tǒng)的互聯(lián)機(jī)構(gòu),是多個系統(tǒng)功能部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。一個單處理器系統(tǒng)中的總線,大致分為三類：1. CPU內(nèi)部連接各寄存器及運算部件之間的總線,稱為內(nèi)部總線。2. CPU同計算機(jī)系統(tǒng)的其他高速功能部件,如存儲器,通道等互聯(lián)連接的總線,稱為系統(tǒng)總線。3. 中,低速I

17、/O設(shè)備之間互相連接的總線,稱為I/O總線。外圍設(shè)備是通過適配器與計算機(jī)連接起來的，通過適配器可以實現(xiàn)高速CPU與低速外設(shè)之間工作速度上的匹配和同步，并完成計算機(jī)和外設(shè)之間的所有數(shù)據(jù)傳送和控制。適配器通常簡稱為接口?？偩€分成如下四部分：數(shù)據(jù)傳送總線 、仲裁總線、中斷和同步總線和分用線。集中式仲裁可分為：鏈?zhǔn)讲樵兎绞?、計?shù)器定時查詢方式和獨立請求方式。課后題：14、PCI是一個與處理器無關(guān)的（D）。它采用（C）時序協(xié)議和（A）式仲裁策略，并有（B）能力。A 集中 B 自動配置 C 同步 D 高速外圍總線15、PCI總線的基本傳輸機(jī)制是猝發(fā)式傳送。利用（）可以實現(xiàn) 總線間的（）傳送，使所有的存取都

18、按CPU的需要出現(xiàn)在總線上。PCI允許（）總線（）工作。 A 橋 B 猝發(fā)式 C 并行 D 較大規(guī)模16、InfiniBand是一個高性能的（A）標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)（B），它可連接（C）臺服務(wù)器，適合于高成本的（D）計算機(jī)的系統(tǒng)。A I/O B 30GB/S C 64000 D 較大規(guī)模第七章 外圍設(shè)備外圍設(shè)備：除了CPU和主存外,計算機(jī)系統(tǒng)的每一部分都可作為一個外圍攻設(shè)備來看待。溫徹斯特磁盤機(jī) 溫徹斯特磁盤機(jī)簡稱溫盤。它是一種密封組合式的硬磁盤，即磁頭、盤片、電機(jī)等驅(qū)動部件乃至讀寫電路等組裝成一個不可隨意拆卸的整體。工件時，高速旋轉(zhuǎn)在盤面上形成的氣墊磁頭平穩(wěn)浮起。磁盤地址是由記錄面號（也稱磁

19、頭號）、磁道號和扇區(qū)號三部分組成。格式化容量是指按照某種特定的記錄格式所能存儲信息的總量，也就是用戶可以真正使用的容量。平均存取時間 找道時間、等待時間、數(shù)據(jù)傳送時間第八章 輸入輸出系統(tǒng)信息交換方式可分為程序查詢方式、程序中斷方式、直接內(nèi)存訪問（DMA）方式、通道方式。計算題：例1 若浮點數(shù)x的754標(biāo)準(zhǔn)存儲格式為(41360000)16，求其浮點數(shù)的十進(jìn)制數(shù)值。 解：將16進(jìn)制數(shù)展開后，可得二制數(shù)格式為     0 100 00010011 0110 0000 0000 0000 0000 S 階碼(8位) 尾數(shù)(23位)指數(shù)e=階碼-127=10000010-01111111=00000011=(3)10 包括隱藏位1的尾數(shù)1.M=1.011 0110 0000 0000 0000 0000=1.011011 于是有   x=(-1)S×1.M×2e=+(1.011011)×23=+1011.011=(11.375)10例2將數(shù)(20.59375)10轉(zhuǎn)換成754標(biāo)準(zhǔn)的32位浮點數(shù)的二進(jìn)制存儲格式。解：首先分別將整數(shù)