2021考研408計(jì)算機(jī)組成原理知識點(diǎn)整理匯總（參考王道書、唐朔飛教材）不斷更新完善中

2021考研408計(jì)算機(jī)組成原理知識點(diǎn)整理匯總（參考王道書、唐朔飛教材）【不斷更新完善中...Principle-of-Computer-Composition計(jì)算機(jī)組成原理思維導(dǎo)圖計(jì)算機(jī)組成第?章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論馮諾依曼型計(jì)算機(jī)特點(diǎn)1.計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器，控制器，存儲器，輸?和輸出設(shè)備5部分組成2.采?存儲程序的?式，程序和數(shù)據(jù)放在同?個存儲器中，并以?進(jìn)制表?。3.指令由操作碼和地址碼組成4.指令在存儲器中按執(zhí)?順序存放，由指令計(jì)數(shù)器(即程序計(jì)數(shù)器PC)指明要執(zhí)?的指令所在的儲存單元地址，?般按順序遞增，但可按運(yùn)算結(jié)果或外界條件?改變5.機(jī)器以運(yùn)算器為中?，輸?輸出設(shè)備與存儲器間的數(shù)據(jù)傳送都通過運(yùn)算器區(qū)別以運(yùn)算器為中?的計(jì)算機(jī)還是存儲器的?法看輸?設(shè)備能否直接與存儲器相連，是的話就是以存儲器為中?計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主機(jī)cpuALU運(yùn)算器CU控制器存儲器主存輔存I/O輸?設(shè)備輸出設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)機(jī)器字長CPU?次能處理的數(shù)據(jù)位數(shù)存儲容量存儲容量＝存儲單元個數(shù)×存儲字長運(yùn)算速度單位時間執(zhí)?指令的平均條數(shù)，MIPS軟件系統(tǒng)軟件?來管理整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)語?處理程序操作系統(tǒng)服務(wù)性程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)?絡(luò)軟件應(yīng)?軟件按任務(wù)需要編制成的各種程序第三章運(yùn)算?法和運(yùn)算部件數(shù)據(jù)的表??法和轉(zhuǎn)換機(jī)器數(shù)正0負(fù)1符號數(shù)值化的帶符號?進(jìn)制數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)。真值:符號位加絕對值余三碼:在8421碼的基礎(chǔ)上，把每個編碼都加上0011當(dāng)兩個余三碼想加不產(chǎn)?進(jìn)位時，應(yīng)從結(jié)果中減去0011;產(chǎn)?進(jìn)位時，應(yīng)將進(jìn)位信號送??位，本位加0011格雷碼:任何兩個相鄰編碼只有1個?進(jìn)制位不同，?其余3個?進(jìn)制位相同8421碼權(quán)值從?到低為8、4、2、1算術(shù)運(yùn)算時，需對運(yùn)算結(jié)果進(jìn)?修正。?法：如果?于、等于(1001)2，不需要修正；否則加6修正帶符號的?進(jìn)制數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表??法及加減法運(yùn)算原碼定義最?位為符號位0/1+數(shù)值的絕對值形式特點(diǎn)（1）值+0，-0的原碼分別為00000、10000，形式不唯?；（2）正數(shù)的原碼碼值隨著真值增長?增長負(fù)數(shù)的原碼碼值隨著真值增長?減少（3）n+1位原碼表?定點(diǎn)整數(shù)范圍－(2n－1)——2n－1n+1位原碼表?定點(diǎn)?數(shù)范圍－(1－2－n)——1－2－n運(yùn)算絕對值相加減，由數(shù)值??決定運(yùn)算結(jié)果符號補(bǔ)碼定義，特點(diǎn)和運(yùn)算運(yùn)算:結(jié)果不超過機(jī)器所能表?范圍時，[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)減法運(yùn)算:[X–Y]補(bǔ)=[X+(–Y)]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[–Y]補(bǔ)結(jié)論負(fù)數(shù)的補(bǔ)數(shù)＝模＋負(fù)數(shù)互為補(bǔ)數(shù)的絕對值相加＝模在補(bǔ)數(shù)中，減法運(yùn)算即加法運(yùn)算定義定義法，即[X]補(bǔ)=2·符號位+X（MOD2）X為正數(shù)，則符號0+X的絕對值；X為負(fù)數(shù)，則X的絕對值取反+1。特點(diǎn)數(shù)值零的補(bǔ)碼表?唯?正數(shù)補(bǔ)碼碼值隨著真值增??增?，負(fù)數(shù)補(bǔ)碼碼值隨著真值增??增?n+1位補(bǔ)碼所表?定點(diǎn)整數(shù)范圍－2n——2n－1，n+1位補(bǔ)碼所表?定點(diǎn)?數(shù)范圍－1——1－2－n加法運(yùn)算邏輯事例過程加減法運(yùn)算的溢出處理溢出定義當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出機(jī)器數(shù)所能表?的范圍加減中，可能產(chǎn)?溢出的情況可能出現(xiàn)溢出同號數(shù)相加異號數(shù)相減不可能出現(xiàn)溢出異號數(shù)相加同號數(shù)相減同號數(shù)相減判斷溢出的?法法?：當(dāng)符號相同兩數(shù)相加，結(jié)果符號和加數(shù)（或被加數(shù)）不相同，則溢出fa,fb表?兩操作數(shù)（A,B）的符號位,fs為結(jié)果的符號位法?：任意符號相加，如果C=Cf，則結(jié)果正確，否則溢出；C為數(shù)值最?位的進(jìn)位，Cf為符號位的進(jìn)位法三：采?雙符號相加，如果fs1=fs2，則結(jié)果正確，否則溢出；運(yùn)算結(jié)果的符號位為fs2；多符號位的補(bǔ)碼，叫做變形補(bǔ)碼；如果采?雙符號位，當(dāng)數(shù)為?數(shù)時，模m=4;當(dāng)數(shù)為整數(shù)時，模m=2的n+2次?反碼定義a.定義法，即[X]反=(2-2-n)·符號位+X(MOD2-2-n)b.X是正數(shù)，[X]反=[X]原；X是負(fù)數(shù)，符號+數(shù)值取反。特點(diǎn)數(shù)值零的反碼表?不唯?正數(shù)反碼碼值隨著真值增??增?，負(fù)數(shù)反碼碼值隨著真值增??增?n+1位反碼所表?定點(diǎn)整數(shù)范圍－(2n－1)——2n－1，n+1位反碼所表?定點(diǎn)?數(shù)范圍－(1－2－n)——1－2－n加減運(yùn)算特點(diǎn)在機(jī)器數(shù)范圍內(nèi)，反碼運(yùn)算滿?[X+Y]反=[X]反+[Y]反，[X－Y]反=[X]反+[－Y]反反碼運(yùn)算在最?位有進(jìn)位時，要在最低位+1，此時要多進(jìn)??次加法運(yùn)算，增加了復(fù)雜性，?影響了速度，因此很少采?由于反碼運(yùn)算是以2-2的-次?為模，所以，當(dāng)最?位有進(jìn)位?丟掉進(jìn)位(即2)時，要在最低位+/-1移碼由來及竅門為了從碼值直接判斷對應(yīng)真值的??，所以引進(jìn)移碼[X]補(bǔ)的符號位取反，即得[X]移特點(diǎn)最?位是符號位，1表?正，0表?負(fù)數(shù)據(jù)0有唯?的編碼移碼碼值隨著真值增??增?n+1位移碼所表?定點(diǎn)整數(shù)范圍－2n——2n－1，n+1位移碼所表?定點(diǎn)?數(shù)范圍－1——1－2－n計(jì)算機(jī)中，移碼常?于表?階碼，故只執(zhí)?加、減運(yùn)算計(jì)算機(jī)中，移碼運(yùn)算公式需要對結(jié)果進(jìn)?修正浮點(diǎn)數(shù)的階碼運(yùn)算移碼定義:[X]移=2的n次?+X補(bǔ)碼定義:[X]補(bǔ)=2的n+1次?+Y階碼求和公式[X]移+[Y]補(bǔ)=[X+Y]移mod2的n+1次?[X]移+[-Y]補(bǔ)=[X-Y]移判溢?法雙符號位參加運(yùn)算，最?符號位恒置0當(dāng)結(jié)果最?符號位=1則溢出低位符號=0，則上溢；低位符號=1，則下溢；當(dāng)結(jié)果最?符號位=0則未溢出低位符號=0，負(fù)數(shù)；低位符號=1，正數(shù)說明:如果階碼運(yùn)算的結(jié)果溢出，上述條件不成?。此時，使?雙符號位的階碼加法器，并規(guī)定移碼的第?個符號位，即最?符號位恒?0參加加減運(yùn)算，則溢出條件是結(jié)果的最?符號位為1。此時低位符號為0時，表明結(jié)果上溢;為1時，表明結(jié)果下溢。當(dāng)最?符號位為0時，表明沒有溢出，低位符號位為1，表明結(jié)果為正;為0時表明結(jié)果為負(fù)。補(bǔ)，反，原，移碼的相互轉(zhuǎn)換反碼-》原碼?法：符號位不變，正數(shù)不變，負(fù)數(shù)數(shù)值部分取反。補(bǔ)碼-》原碼?法1：正數(shù)不變，負(fù)數(shù)數(shù)值部分求反加1。?法2：串?轉(zhuǎn)換從最后開始數(shù)，遇到第?個“1”，除第?個“1”不變，前?數(shù)字分別取反移碼-》原碼?法：移碼轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼，再轉(zhuǎn)換為原碼數(shù)據(jù)從補(bǔ)碼和反碼表?形式轉(zhuǎn)換成原碼?低位開始轉(zhuǎn)換，從低位向?位，在遇到第?個1之前，保存各位的0不變，第?個1也不變，以后得各位按位取反，最后保持符號位不變，經(jīng)歷?遍后，即可得到補(bǔ)碼定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)?數(shù)點(diǎn)固定在某個位置上的數(shù)據(jù)32位定點(diǎn)?數(shù)、定點(diǎn)整數(shù)補(bǔ)碼的范圍32位定點(diǎn)?數(shù)-1～1-2-3132位定點(diǎn)整數(shù)-231～231-1浮點(diǎn)數(shù)根據(jù)IEEE754國際標(biāo)準(zhǔn)，常?的浮點(diǎn)數(shù)有兩種格式Nmax=Mmax2的EmaxNmin=Mmin2的Emax單精度(32位)=8位階碼+24位尾數(shù)單精度浮點(diǎn)數(shù)(32位)，階碼8位(含?位符號位)，尾數(shù)24(含?位符號位)，取值范圍:-2的127次?～(1-2的-23次?)*2的127次?雙精度(64位)=11位階碼+53位尾數(shù)雙精度浮點(diǎn)數(shù)(64位)，階碼11位(含?位符號位)，尾數(shù)53位(含?位符號位)，取值范圍:-2的1023次?～(1-2的-52次?)*2的1023次?為了保證數(shù)據(jù)精度，尾數(shù)通常?規(guī)格化形式表?:當(dāng)R=2，且尾數(shù)值不為0時，其絕對值應(yīng)?于或等于(0.5)10左規(guī)右規(guī)?數(shù)點(diǎn)位置可以浮動的數(shù)據(jù)。表?形式：N=M·RE計(jì)算機(jī)中存儲形式Ms+Es+E(n位)+M(m位)階碼E，?般為整數(shù)，?補(bǔ)碼或者移碼表?；尾數(shù)M，?般為規(guī)格化的定點(diǎn)?數(shù)，?補(bǔ)碼表?；?進(jìn)制乘法運(yùn)算定點(diǎn)原碼?位乘法兩個原碼數(shù)相乘，其乘積的符號為相乘兩數(shù)符號的異或值，數(shù)值則為兩數(shù)絕對值之積[X·Y]原=[X]原·[Y]原=(X0⊕Y0)|(X1X2…Xn)·(Y1Y2…Yn)?點(diǎn)結(jié)論從低到?根據(jù)乘數(shù)每位0、1決定相加被乘數(shù)還是0；相加數(shù)每次左移，最后?起求積；符號由異或決定表達(dá)式電路框架修正1.在機(jī)器內(nèi)多個數(shù)據(jù)?般不能同時相加，?次加法操作只能求出兩數(shù)之和，因此每每求得?個相加數(shù)，就與上次部分積相加2.??計(jì)算時，相加數(shù)逐次向左偏移?位，由于最后的乘積位數(shù)是乘數(shù)(或被乘數(shù))的兩倍，如按此算法在機(jī)器中運(yùn)算，加法器也需增到兩倍。觀察計(jì)算過程很容易發(fā)現(xiàn)，在求本次部分積時，前?次部分積的最低位不再參與運(yùn)算，因此可將其右移?位，相加數(shù)可直送?不必偏移，于是?N位加法器就可實(shí)現(xiàn)兩個N位數(shù)相乘部分積右移時，乘數(shù)寄存器同時右移?位，這樣可以?乘數(shù)寄存器的最低位來控制相加數(shù)(取被乘數(shù)或零)，同時乘數(shù)寄存器的最?位可接受部分積右移出來的?位，因此，完成乘法運(yùn)算后，A寄存器中保存乘積的?位部分，乘數(shù)寄存器中保存乘積低位部分例題控制流程圖定點(diǎn)補(bǔ)碼?位乘法表達(dá)式[X·Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)·(－Y0+Y1·2-1+….Yn·2-n)注意：此處為雙符號位，當(dāng)最后乘積?位為負(fù)數(shù)時，需要補(bǔ)充加上[-|x|]補(bǔ)的操作?進(jìn)制除法加減交替法當(dāng)余數(shù)為正時，商上1，求下?位商的辦法是，余數(shù)左移?位，再減去除數(shù);當(dāng)余數(shù)為負(fù)時，商上0，求下?位商的辦法是，余數(shù)左移?位，再加上除數(shù)。此?法不?恢復(fù)余數(shù)，所以?叫不恢復(fù)余數(shù)法。但若最后?次上商為0??需得到正確余數(shù)，則在這最后扔需恢復(fù)余數(shù)浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算?法浮點(diǎn)數(shù)的加減法運(yùn)算1.對階操作求出△E，再對?的進(jìn)?移位2.尾數(shù)的加減運(yùn)算3.規(guī)格化操作規(guī)則簡化是符號位和數(shù)值最?位不同，即00.1xxxx或11.0xxxx4.舍?超出表?范圍的?位為1舍?5.檢查階碼是否溢出浮點(diǎn)數(shù)的乘除法運(yùn)算1.浮點(diǎn)數(shù)階碼運(yùn)算(移碼)牢記公式[X+Y]移=[X]移+[Y]補(bǔ)[X–Y]移=[X]移+[–Y]補(bǔ)2.按照?位乘或加減交替除運(yùn)算先確定符號，在列式?計(jì)算運(yùn)算部件ABC寄存器作業(yè)定點(diǎn)運(yùn)算部件浮點(diǎn)運(yùn)算部件由階碼運(yùn)算部件和尾數(shù)運(yùn)算部件組成數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼碼距任意兩個合法碼之間不相同的?進(jìn)制位數(shù)的最?值要具有差錯能?，則碼距>1合理增?碼距，就能提?發(fā)現(xiàn)錯誤的能?鑒定?法有?差錯能?是否能合理增?碼距奇偶校驗(yàn)碼能發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)代碼中?位或奇數(shù)個位出錯情況的編碼實(shí)現(xiàn)原理是使碼距由1增加到2步驟1：在字節(jié)?位補(bǔ)充?位，即校驗(yàn)位步驟2：依據(jù)圖3.10電路形成原始數(shù)據(jù)D8…D1的校驗(yàn)位值步驟3：將9位數(shù)據(jù)寫?主存步驟4：讀出該數(shù)據(jù)時，讀取數(shù)據(jù)D8…D1通過圖3.10判定合法性電路圖結(jié)論（1）奇偶校驗(yàn)碼只能發(fā)現(xiàn)?位或奇位錯，且不能確定出錯位置（2）奇偶校驗(yàn)碼的碼距=2海明校驗(yàn)碼海明碼位號和校驗(yàn)位位號的關(guān)系Pi的位置在2的i-1次?，但是除了最?位筆記3,5,7||3,6,7||5,6,7電路圖海明碼碼距為4糾?位錯，查?位錯2∧r≥k+r+1糾?位錯，查兩位錯2∧(r–1)≥k+r循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)CRC碼可以發(fā)現(xiàn)并糾正信息存儲或傳送過程中連續(xù)出現(xiàn)的多位錯誤CRC碼?般是指k位信息碼之后拼接r位校驗(yàn)碼模2運(yùn)算模2加減模2乘除異或邏輯CRC的譯碼與糾錯更換不同的待測碼字可以證明:余數(shù)與出錯位的對應(yīng)關(guān)系是不變，只與碼制和?成多項(xiàng)式有關(guān)圖第四章主存儲器主存儲器處于全機(jī)中?低位輔助存儲器或稱為外存儲器，通常?來存放主存的副本和當(dāng)前不在運(yùn)?的程序和數(shù)據(jù)主存儲器的類型隨機(jī)存儲器RAM?易失性存儲器主存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)主存容量64×8等等計(jì)算機(jī)可尋址的最?信息單元是?個存儲字主存儲器存儲單元的總數(shù)存取速度由存儲器存取時間和存儲周期表?存儲器存取時間啟動?次存儲器操作(讀/寫)到完成該操作所經(jīng)歷的時間存儲周期連續(xù)啟動兩次獨(dú)?的存儲器操作所間隔的最?時間主存儲器的基本操作CPU通過使?AR(地址寄存器)和DR(數(shù)據(jù)寄存器)和主存進(jìn)?數(shù)據(jù)傳送若AR為K位字長，DR為n位字長，則允許主存包含2∧k個可尋址單元CPU與主存采取異步?作?式，以ready信號表??次訪存操作的結(jié)束讀/寫存儲器隨機(jī)存儲器(RAM)按存儲元件在運(yùn)?中能否長時間保存信息分為靜態(tài)存儲器和動態(tài)存儲器靜態(tài)存儲器，利?觸發(fā)器保存信息，只要不斷電，信息就不會丟失電路簡圖MOS靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)圖動態(tài)存儲器，利?MOS電容存儲電荷來保存信息，需要不斷給電容充電才能使信息來保存信息電路簡圖16K×1位動態(tài)存儲器框圖再?集中式分散式時間?于或等于2ms?讀出再??易失性半導(dǎo)體存儲器只讀存儲器ROM只讀不能寫可編程序的只讀存儲器PROM?次性寫?可擦可編程序的只讀存儲器EPROM可多次寫?、讀出可電擦可編程序只讀存儲器E2PROM可多次讀出但寫?次數(shù)有限快擦除讀寫存儲器FlashMemory重復(fù)寫?、讀出存儲器的組成與控制存儲器容量擴(kuò)展位擴(kuò)展:?多個存儲器芯?對字長進(jìn)?擴(kuò)充字?jǐn)U展:增加存儲器中字的數(shù)量，提?存儲器的尋址范圍字位擴(kuò)展，假設(shè)?個存儲器的容量為M×N位，若使?L×K位存儲器芯?，那么，這個存儲器共需要(M/L)×(N/K)個存儲器芯?多體交叉存儲器提?訪存速度的?式采??速器件采?層次結(jié)構(gòu)調(diào)整主存結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)中?容量的主存可由多個存儲體組成，每個存儲體都具有??的讀寫線路，地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器，稱為"存儲模塊"。這種多模塊存儲器可以實(shí)現(xiàn)重疊與交叉存取第i個模塊M的地址編號應(yīng)按下式給出:M×j+i連續(xù)地址分布在相鄰的不同模塊內(nèi)，?同?模塊內(nèi)的地址都是不連續(xù)的第五章:指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)的發(fā)展20世紀(jì)70年代末?們提出了便于VLSI實(shí)現(xiàn)的精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，簡稱RISC，同時將指令系統(tǒng)越來越復(fù)雜的計(jì)算機(jī)稱為復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，簡稱CISC指令格式結(jié)構(gòu)(操作碼+地址碼)操作碼操作數(shù)的地址操作結(jié)果的存儲地址下?條指令的地址地址碼零地址指令?地址指令尋址范圍224=16M2次訪存?地址指令尋址范圍212=4K4次訪存三地址指令尋址范圍28=2564次訪存多地址指令尋址范圍26=644次訪存指令字長取決因素操作碼的長度操作數(shù)地址的長度操作數(shù)地址的個數(shù)指令字長固定指令字長=存儲字長指令字長可變按字節(jié)的倍數(shù)變化對準(zhǔn)邊界存放不連續(xù)存放數(shù)據(jù)按字節(jié)編址a.半字地址最低位恒為0b.字地址最低兩位恒為0c.雙字地址的最低三位恒為0減少訪存次數(shù)，浪費(fèi)存儲空間不對準(zhǔn)邊界存放連續(xù)存放數(shù)據(jù)節(jié)約存儲器空間，但增加訪存次數(shù)，對多字節(jié)數(shù)據(jù)存在調(diào)整?低字節(jié)位置的問題尋址?式確定本條指令的數(shù)據(jù)地址下?條要執(zhí)?的指令地址的?法指令操作碼的擴(kuò)展技術(shù)指令操作碼的長度決定了指令系統(tǒng)中完成不同操作的指令數(shù)若某機(jī)器的操作碼長度固定為K位，則它最多只能有2^K條不同指令指令操作碼兩種格式固定格式優(yōu)點(diǎn):對于簡化硬件設(shè)計(jì)，減少指令譯碼時間?常有利缺點(diǎn):指令少，浪費(fèi)地址可變格式(分散地放在字的不同字段)優(yōu)點(diǎn):指令多，縮短指令平均長度，減少程序總位數(shù)，增加指令字所能表?的操作信息缺點(diǎn):譯碼復(fù)雜，控制器的設(shè)計(jì)難度增?拓展?法的?個重要原則使?頻度(即指令在程序中出現(xiàn)概率)?的指令應(yīng)分配短的操作碼，使?頻度低的指令相應(yīng)地分配較長的操作碼指令系統(tǒng)的兼容性保持系統(tǒng)向上兼容精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（RISC）——?于?型機(jī)復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（CISC）——?于?型機(jī)第六章：中央處理器計(jì)算機(jī)?作過程加電——》產(chǎn)?reset信號——》執(zhí)?程序——》停機(jī)——》停電產(chǎn)?reset信號的任務(wù)任務(wù)?：使計(jì)算機(jī)處于初始狀態(tài)任務(wù)?：從PC中取出指令地址控制器作?是協(xié)調(diào)并控制計(jì)算機(jī)各部件執(zhí)?程序的指令序列控制器的組成控制器的功能取指令發(fā)出指令地址，取出指令的內(nèi)容分析指令（1）對操作碼譯碼產(chǎn)?操作相應(yīng)部件的控制信號（2）根據(jù)尋址?式形成操作數(shù)地址執(zhí)?指令（1）根據(jù)分析指令后產(chǎn)?控制信號、操作數(shù)地址信號序列，通過CPU及輸?輸出設(shè)備的執(zhí)?實(shí)現(xiàn)每條指令的功能（2）結(jié)果回送存儲器（3）形成下條指令的地址控制程序和數(shù)據(jù)的輸?和結(jié)果輸出對異常情況和某些請求的處理異常情況的處理：例如算術(shù)運(yùn)算的溢出、數(shù)據(jù)傳送奇偶錯某些請求的處理“中斷請求”信號DMA請求信號控制器的組成程序計(jì)數(shù)器（PC）即地址寄存器，?來存放當(dāng)前正在執(zhí)?的指令地址或即將要執(zhí)?的下?條指令地址指令寄存器（IR）?以存放當(dāng)前正在執(zhí)?的指令，以便在指令執(zhí)?過程中控制完成?條指令的全部功能指令譯碼器或操作碼譯碼器對指令寄存器中的操作碼進(jìn)?分析解釋，產(chǎn)?相應(yīng)的控制信號脈沖源及啟停線路脈沖源參數(shù)?定評率的脈沖作為整個機(jī)器的時鐘脈沖，是機(jī)器周期和?作脈沖的基準(zhǔn)信號，在機(jī)器剛加電時，還應(yīng)產(chǎn)??個總清信號（reset）清信號（reset）時序控制信號形成部件當(dāng)程序啟動后，在CLK時鐘作?下，根據(jù)當(dāng)前正在執(zhí)?的指令的需要，產(chǎn)?相應(yīng)的時序控制信號，并根據(jù)被控制功能部件的反饋信號調(diào)整時序控制信號控制存儲器微指令寄存器控制字段+下址周期概念指令周期完成?條指令所需的時間，包括取指令、分析指令、執(zhí)?指令機(jī)器周期也稱為CPU周期，是CPU從內(nèi)存中讀取?個指令的時間，通常等于取指周期時鐘周期稱為節(jié)拍脈沖或T周期，是基準(zhǔn)脈沖信號三條假設(shè)程序是存放在主存中的，當(dāng)執(zhí)?完?條指令后才從主存中取下?條指令（?流?線）指令的長度是固定的，并限制了尋址?式的多樣化在程序運(yùn)?前，程序和數(shù)據(jù)都已存在主存中指令執(zhí)?過程（運(yùn)算器和控制器配合）組成控制器的基本電路記憶功能的觸發(fā)器以及由它組成的寄存器，計(jì)數(shù)器和存儲單元沒有記憶功能的門電路及由它組成的加法器，算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（ALU）和各種邏輯電路舉例加法取指令——》計(jì)算操作數(shù)地址——》取操作數(shù)——》執(zhí)?結(jié)果并運(yùn)算送結(jié)果要能看懂時序圖哪些指令在對應(yīng)的時間有效條件轉(zhuǎn)移指令取指令——》計(jì)算地址控制器的功能就是按每?條指令的要求產(chǎn)?所需的控制信號產(chǎn)?控制信號的?法微程序控制硬布線控制微程序控制計(jì)算機(jī)的基本?作原理基本概念微指令在微程序控制的計(jì)算機(jī)中，將由同時發(fā)出的控制信號所執(zhí)?的?組微操作微命令將指令分為若?條微指令，按次序執(zhí)?這些微指令。組成微指令的操作即微命令微程序計(jì)算機(jī)的程序由指令序列構(gòu)成，?計(jì)算機(jī)每條指令的功能均由微指令序列解釋完成，這些微指令序列的集合就叫做微程序控制存儲器微程序?般是存放在專門的存儲器中的，由于該存儲器主要存放控制命令（信號）與下?條執(zhí)?的微指令地址（簡稱下址）存儲單元內(nèi)容（1）微指令的控制信號——控制位（2）下條微指令的地址——下址字段存儲芯?：ROM執(zhí)??條指令實(shí)際上就是執(zhí)??段存放在控制存儲器中的微程序?qū)崿F(xiàn)微程序控制的基本原理控制信號（23條）書上P123頁為加法的過程微指令格式：控制字段+下址字段23個控制位，12個下址位——》容量為4K取址微指令的操作對所有指令都是相同的，所以是?條公?的微指令，其下址由操作碼譯碼產(chǎn)?微程序控制器時序信號及?作脈沖的形成停機(jī)和停電的區(qū)別停機(jī)電壓：穩(wěn)定存放內(nèi)容：保持重啟PC內(nèi)容：斷點(diǎn)指令地址停電電壓：消失存放內(nèi)容：RAM的內(nèi)容消失重啟PC內(nèi)容：第?條指令地址微程序設(shè)計(jì)技術(shù)如何縮短微指令字長直接控制法（容量太?）編譯?法：每?位代表?個控制信號，直接送往相應(yīng)的控制點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：控制簡單缺點(diǎn)：微指令字長過?字段直接編譯法選出互斥的微指令每個字段都要留出?個代碼，表?本段不發(fā)出任何指令（000）優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省微指令的字長缺點(diǎn)：增加了額外的硬件開銷字段間接編譯法指令之間相互聯(lián)系的情況舉例：A為0-7，B為0-3，如果是直接編譯——3+2=5，如果是間接編譯——3+1=4編碼?法：在字段直接編譯法中，譯碼輸出端要兼由另?字段中的某些微命令配合解釋優(yōu)點(diǎn)：減少了微指令長度缺點(diǎn)：可能削弱微指令的并?控制能?，同時增加硬件開銷常熟源字段E(了解)如何減少微指令長度現(xiàn)?微指令/微地址現(xiàn)?微指令：當(dāng)前正在執(zhí)?的指令現(xiàn)?微地址：存放現(xiàn)?微指令的控制器存儲單元后繼微指令/微地址后繼微指令：下?條要執(zhí)?的微指令后繼微地址：存放后繼微指令的控制器存儲單元增量與下址字段結(jié)合產(chǎn)?后繼微指令的?法下址字段分成：轉(zhuǎn)移控制字段BCF和轉(zhuǎn)移地址字段BAFBCF：控制微程序的轉(zhuǎn)移情況BAF：轉(zhuǎn)移后的微指令所在地址BAF有兩種情況與uPC的位數(shù)相等——轉(zhuǎn)移靈活，但增加微指令長度?uPC短——轉(zhuǎn)移地址收到限制，但可縮短微指令長度優(yōu)點(diǎn)微指令的下址字段很短，僅?于選擇輸?uPC計(jì)數(shù)器的某條線路有效缺點(diǎn)微程序轉(zhuǎn)移不靈活，使得微程序在控存中的物理空間分配有困難多路轉(zhuǎn)移?式?條微指令存在多個轉(zhuǎn)移分?的情況稱為多路轉(zhuǎn)移微中斷1.微中斷請求信號是由程序中斷請求信號引起的2.在完成現(xiàn)?指令的微程序后響應(yīng)該微中斷請求3.由硬件產(chǎn)?對應(yīng)微中斷處理程序在控存中的??地址如何提?微程序的執(zhí)?速度微指令格式?平型微指令——直接控制，字段編譯（直接、間接）特點(diǎn)：在?條微指令中定義并并?執(zhí)?多個微命令垂直型微指令特點(diǎn)：不強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)微指令的并?控制功能定義：采?微操作碼編譯法，由操作碼規(guī)定微指令的功能微程序控制存儲器?般采?ROM存儲器也可采?RAM，為防?斷電后內(nèi)容消失，則必須開機(jī)后將外存中存放的微程序調(diào)?控存RAM，然后才能執(zhí)?程序。當(dāng)前為了能不斷擴(kuò)展指令系統(tǒng)，通常采?ROM+RAM動態(tài)微程序設(shè)計(jì)定義：能根據(jù)?戶要求改變微程序優(yōu)點(diǎn)：是計(jì)算機(jī)能更靈活、有效的適應(yīng)于各種不同的應(yīng)??標(biāo)控制存儲器的操作（P136）串??式并??式——?串?多了微指令寄存器微周期=max(取微指令時間,執(zhí)?微指令時間)由于取微指令、執(zhí)?微指令同時進(jìn)?，故對于某些后繼微地址的產(chǎn)?根據(jù)處理結(jié)果?定的微指令，則延遲?個微周期再取微指令硬布線控制的計(jì)算機(jī)（RISC）——特點(diǎn)快形成操作控制信號的邏輯框圖（P141）操作控制信號的產(chǎn)?取值周期cy1所產(chǎn)?的信號對所有指令都是相同的，即與當(dāng)前執(zhí)?的指令?關(guān)，邏輯式得到最簡單的形式通常，同?個控制控制信號在若?條指令的某些周期（或再加上?些條件）中都需要，為此需要把它們組合起來同種類型的指令所需要的控制信號?部分是相同的，僅有少量區(qū)別在確定指令的操作碼時（即對具體指令賦予?進(jìn)制操作碼），為了便于邏輯表達(dá)式的化簡以減少邏輯電路數(shù)量，往往給予特別關(guān)注設(shè)計(jì)組合邏輯電路從?產(chǎn)?需要的控制信號的步驟1.實(shí)際邏輯2.真值3.公式化簡4.邏輯電路圖設(shè)計(jì)?標(biāo)使?最少的電路元件達(dá)到最?的操作速度流?線?作原理?點(diǎn)結(jié)論每條指令的執(zhí)?時間不變每條指令處理結(jié)果的時間縮短流?線處理速率最?時=流?線處于滿載的穩(wěn)定狀態(tài)流?線處理速率最低時=流?線未滿載狀態(tài)為了滿?在重疊時間段不同指令的機(jī)器周期能夠完成指定的操作，將時間段=操作完成的最長時間為了保證?個周期內(nèi)流?線的輸?信號不變，相鄰時間段之間必須設(shè)置鎖存器或寄存器除了指令執(zhí)?流?線，還有運(yùn)算操作流?線相關(guān)問題流?線阻塞（P163-6.15）數(shù)據(jù)相關(guān)產(chǎn)?假設(shè)第?條指令需要的操作數(shù)是第?條指令運(yùn)算的結(jié)果，那么出現(xiàn)了數(shù)據(jù)相關(guān)指令執(zhí)?時間不同產(chǎn)?程序轉(zhuǎn)移的影響異常情況響應(yīng)中斷第七章：存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)cache->主存->輔存?速緩沖存儲器cache的?作原理局部性原理主存地址和cache地址（P166圖7.2）塊長塊長?般取?個主存周期所能調(diào)出的信息長度（?般為16個字）cache的容量和塊的??是影響cache的效率的重要因素命中率CPU所要訪問的信息是否在cache中的?率，?將所要訪問的信息不在cache中的?率稱為失敗率?致性策略標(biāo)志交換?式（寫回法）通過式寫?（寫通法）寫操作直接對主存進(jìn)?，?不寫?cachecache的存取時間平均存取時間=h*tc+(1-h)(tc+tm)最好替換策略按照被替換的字塊是下?段時間最少使?的，由替換部件實(shí)現(xiàn)cache組織地址映像直接映像cache中許多空的位置被浪費(fèi)主存地址：主存字塊標(biāo)記+cache字塊地址+字塊內(nèi)地址全相聯(lián)映像成本太??不能采?主存地址：主存字塊標(biāo)記+字塊內(nèi)地址優(yōu)點(diǎn)?式靈活，縮?了塊發(fā)?沖突的概率缺點(diǎn)增加了標(biāo)識位位數(shù)增加了尋找主存塊在cache中對應(yīng)塊的時間組相聯(lián)映像直接映像和全相聯(lián)映像的折衷主存地址：主存字塊標(biāo)記+組地址+塊內(nèi)地址虛擬存儲器存儲管理部件（MMU）現(xiàn)代計(jì)算機(jī)?般都有輔助存儲器，但具有輔存的存儲系統(tǒng)不?定是虛擬存儲系統(tǒng)虛擬存儲系統(tǒng)的特點(diǎn)允許?戶程序??主存?的多的空間來訪問主存每次訪存都要進(jìn)?虛實(shí)地址的轉(zhuǎn)換第?章：輔助存儲器半導(dǎo)體存儲器可隨機(jī)訪問任?單元，?輔助存儲器?般為串?訪問存儲器輔助存儲器的種類磁表?存儲器數(shù)字式磁記錄硬盤、軟盤和磁帶模擬式磁記錄錄?、錄像設(shè)備光存儲器光盤串?存儲器順序存取存儲器直接存取存儲器輔助存儲器的技術(shù)指標(biāo)存儲密度定義：單位長度或單位?積磁層表?磁層所存儲的?進(jìn)制信息量道密度沿磁盤半徑?向單位長度的磁道數(shù)稱為道密度，單位為道/英?tpi或道/毫?tpmm位密度或線密度單位長度磁道所能記錄?進(jìn)制信息的位數(shù)叫位密度或線密度，單位為位/英?bpi或位/毫?bpmm每個磁道所存儲的信息量是?樣的存儲容量C=n×k×s尋址時間平均尋址時間Ta=平均找道時間Ts+平均等待時間Tw輔存的速度尋址時間磁頭讀寫時間數(shù)據(jù)傳輸率Dr=D×V誤碼率價格硬磁盤存儲器的類型(1)固定磁頭和移動磁頭(2)可換盤和固定盤磁盤存儲