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计算机组成原理

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2018-03-11 13:20:46   0  举报

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计算机组成原理初步复习

计算机组成原理

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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<br>

符号位出现01表示上溢出<br>

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<br>

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<br>

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<br>

ALU

2、指令寄存器IR

微操作信号发生器<br>

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<br>

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<br>

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<br>

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<br>

x : (2^x)-1<br>

给定比例<br>

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<br>

时钟周期(节拍脉冲或T周期)

处理操作的最基本单位<br>

微指令格式设计

流水CPU

主要问题<br>

资源相关<br>

数据相关

RAW

WAR<br>

WAW

控制相关

磁盘存储器

存储密度<br>

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<br>

Dr=D*v

位密度D，v为磁盘旋转的线速度

平均存取时间<br>

旋转一周时间的一半

冯.诺依曼<br>

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<br>

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<br>

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<br>

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<br>

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<br>

灵活，冲突概率小，Cache利用率高

缺点

难以设计和实现<br>

需要访问速度很快，代价高的相联存储器<br>

适用于小容量cache<br>

直接映射方式<br>

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

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