计算机组成原理
2021-12-12 17:05:04 1 举报AI智能生成
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作者其他创作
大纲/内容
硬件
语言处理程序
操作系统
服务性程序
数据库管理程序
网络软件
软件系统
应用软件
软件
计算机系统
计算机的解题过程
计算机的软硬件概念
计算机的层次结构
计算机体系结构
计算机组成
计算机体系结构和计算机组成
计算机系统简介
冯.诺依曼计算机
以存储器为中心的计算机
现代计算机
计算机硬件框图
上机前的准备
存储体
MAR
MDR
存储器的基本组成
主存储器
运算器的基本组成及操作过程
PC
IR
CU
控制器的基本组成
控制器
主机完成一条指令的过程
计算机的工作步骤
计算机的基本组成
机器字长
总线宽度
主存容量，存储带宽
CPU内核数
非时间指标
主频，周频，外频，倍频
CPI
IPC
MIPS
MFLOPS
CPU时间
时间指标
计算机系统性能评价
第一章 计算机系统概论
算筹
算盘
冈特计算尺
原始计算工具
达芬奇机械式计算机
Pascal机械加法机
莱布尼兹乘法机
自动提花机启示编程序
Babbage差分机
Ada Augusta
飞鱼牌手摇计算机
机械式计算机
赫尔曼.霍勒斯制表机
机电式计算机
真空电子二极管
真空电子三极管
ENIAC
冯.诺伊曼
图林机
年代 1946~
基础器件 电子管
运算速度 几千~几万次/s
存储器 水银延迟线，磁鼓，纸带，卡片
特征 机器语言，汇编语言
应用范围 科学计算
第一代电子管计算机时代
存储器的出现
高级语言的出现
年代 1958~
基础器件 晶体管
运算速度 几万~几万次/s
存储器 磁芯，磁盘，磁带
应用范围 科学计算，数据处理
晶体管造就第二代计算机
年代 1965~
基础器件 集成电路
运算速度 几十万~几百万次/s
存储器 半导体，磁盘
特征 软件技术，外设发展迅速小型计算机
第三代计算机
年代 1971~
基础器件 超大规模集成电路
运算速度 MIPS->GIPS->TIPS
特征 微型计算机，多机处理、网络化
第四代计算机
第一台微型计算机
Apple
PC元年
第五代 未来
外框
电子计算机
MIPS阵营--龙芯
X86阵营--兆芯（VIA），海光（AMD）
自主指令--申威（Alpha指令集扩展）
ARM阵营--飞腾，海思，展讯，松果
RISC-V阵营--阿里-平头哥
我国计算机技术的发展
计算机发展应用
输入设备input
输出设备output
存储设备memory
网络Network
运算器
存储器
输入设备
输出设备
总线
计算机五大功能部件
HOST
外围设备
硬件组成
系统软件
软件组成
固件
计算机系统组成
应用程序
高级语言(C)
汇编语言(MIPS)
指令集架构层(MIPS)
微代码层
硬件逻辑层
Software
Hardware
神威太湖之光
超算
第二章 计算机的发展及应用
概念
并行
串行
总线上信息的传输
面向CPU的双总线结构
单总线结构
以存储器为中心的双总线结构
总线结构的计算机举例
总线的基本概念
片内总线
数据总线
地址总线
控制总线
系统总线
通信总线
总线的分类
总线物理实现
机械特性
电气特性
功能特性
时间特性
总线特征
总线带宽
时钟同步/异步
总线复用
信号线数
总线控制方式
其他指标
总线的性能指标
总线标准
总线的特征及性能指标
双总线结构
三总线结构
三总线结构2
四总线结构
多总线结构
传统微型机总线结构
VL-BUS局部总线结构
PCI总线结构
多层PCI总线结构
总线结构举例
总线结构
基本概念
链式查询方式
计数器定时查询
独立请求方式
总线判优控制
目的
总线传输周期
同步式数据输入
同步式数据输出
同步通信
异步通信
半同步通信
分离式通信
总线通信的四种方式
共同点
总线通信控制
总线控制
第三章 系统总线
计算设备体积随着半导体工业发展呈指数式缩小
CPU
相互依存，逻辑等效性，协同发展
速度越来越快，体积越来越小，成本越来越低，功耗越来越低
双极型存储器（TTL)
（C）MOS存储器
半导体存储器
磁表面存储器
磁芯存储器
磁存储器
激光存储器
按存储介质分类
易失性的存储设备
非易失性的存储设备
随机存储器
顺序存储器
按存取方式分类
EROM
PROM
EPROM
EEPROM
只读存储器（ROM）
读/写存储器
按读写功能分
易失性存储器
非易失性存储器
按信息的可保存性分
静态RAM
动态RAM
RAM
MROM
ROM
辅助存储器
高速缓冲存储器（Cache）
控制存储器
按在计算机中系统的作用分类
存储器分类
存储器三个主要特性的关系
缓存-主存层次和主存-辅存层次
高位字节
低位字节
主存中存储单元地址的分配
存储时间
储存周期
储存器带宽
存储系统主要技术指标
存储系统的分层结构
概述
主存的基本组成
主存和CPU的联系
存储容量
存取时间
存储周期
存储速度
存储器的带宽
主存的技术指标
半导体存储芯片的基本结构
线选法
重合法
半导体存储芯片的译码驱动方式
静态RAM基本电路的读操作
静态RAM基本电路的写操作
静态RAM基本电路
静态RAM芯片举例
静态RAM(SRAM)
动态RAM基本单元电路
动态RAM(DRAM)
随机存取存储器（RAM）
半导体存储芯片简介
随机存取存储器
只读存储器
位扩展
字扩展
字，位扩展
存储器容量的扩展
地址线的连接
数据线的连接
读/写命令线的连接
片选线的连接
合理选择存储芯片
其他 时序，负载
存储器与CPU的连接
奇偶校验码
汉明码
储存器的校验
单体多字系统
高位交叉
低位交叉
存储器控制部件
多体并行系统
SDRAM
RDRAM
带Cache的DRAM
高性能存储芯片
提高访存速度的措施
提出问题
主存和缓存的编址
命中与未命中
Cache的命中率
Cache-主存系统的效率
Cache的工作原理
Cache的基本结构
写直达法
写回法
Cache的读写操作
单一缓存和两极缓存
统一缓存和分立缓存
Cache的改进
直接映射
全相联映射
组相联映射
Cache-主存的地址映射
先进先出（FIFO）算法
近期最少使用（LRU）算法
随机法
替换算法
高速缓冲存储器
辅助存储器的特点
记录密度
平均寻址时间
数据传输率
误码率
磁表面存储器的主要技术指标
磁记录原理
磁表面存储器的记录方式
评价记录方式的主要指标
磁记录原理和记录方式
固定磁头磁盘存储器
移动磁头磁盘存储器
按磁头的工作方式
可换盘磁盘存储器
固定盘磁盘存储器
按磁盘是否具有可换性
硬磁盘存储器类型
磁盘驱动器
磁盘控制器
盘片
硬磁盘存储器的结构
硬磁盘存储器
软盘片
软磁盘存储器
光盘的存储原理
光盘存储器
第四章 存储器
早期阶段
接口模块和DMA阶段
具有通道结构的阶段
具有I/O处理机的阶段
输入输出系统的发展概况
I/O指令
通道指令
I/O软件
I/O硬件
输入输出系统的组成
统一编址
不统一编址
I/O设备编址方式
设备选址
传送方式
立即响应方式
异步工作采用应答信号联络
同步工作采用同步时标联络
联络方式
辐射式连接
总线连接
I/O设备与主机的连接方式
I/O设备与主机的联系方式
程序查询方式
程序中断方式
DMA方式
I/O设备与主机信息传送的控制方式
将人体五官可识别的信息转换成机器可识别的信息
将人体五官可识别的信息转换成人们可识别的信息
人机交互设备
计算机信息存储设备
机-机通信设备
键盘
机械式
光电式
鼠标
电阻式
电容式
表面超声波式
扫描红外线式
压感式
触摸屏
光笔
画笔与图形板
图像输入设备
其他输入设备
显示设备
打印机
终端设备
A/D与D/A转换器
汉字处理设备
其他
多媒体技术
I/O设备
可实现I/O设备的选择
可实现数据缓冲
可实现数据串-并格式的转换
可实现电平转换
可传送控制命令
可监视设备的工作状态
数据线
设备选择线
命令线
状态线
总线连接方式的I/O接口电路
选址功能--设备选择电路
传送命令的功能--命令寄存器，命令译码器
传送数据的功能--数据缓冲寄存器（DBCR)
反映设备状态的功能--设备状态标记
接口的功能和组成
[/O接口的基本组成
并行接口
串行接口
按数据传送方式分类
可编程接口
不可编程接口
按功能选择的灵活性分类
通用接口
专用接口
按通用性分类
中断接口
DMA接口
按数据传送的控制方式分类
接口类型
I/O接口
查询流程
程序流程
程序查询流程
程序查询方式的接口电路
中断的概念
I/O中断的产生
中断请求触发器和中断屏蔽触发器
排队器
中断向量地址形成部件
程序中断方式接口电路的基本组成
程序中断方式的接口电路
CPU响应中断的条件和时间
I/O中断处理过程
保护现场
中断服务（设备服务）
恢复现场
中断返回
中断服务程序的流程
单重中断和多重中断
中断服务程序流程
DMA和程序中断两种方式的数据通路
停止CPU访问主存
CPU此时不访存
CPU正在访存
CPU与DMA同时请求访存
周期挪用/周期窃取
DMA与CPU交替访问
DMA与主存交换数据的三种方式
DMA方式的特点
向CPU申请DMA传送
处理总线控制权的转交
管理系统总线，控制数据传送
确定数据传送的首地址和长度，修正传送过程中的数据地址和长度
DMA传送结束时，给出操作完成信号
DMA接口功能
DMA接口组成
DMA接口的功能和组成
预处理
数据传送
后处理
DMA传送过程
具有公共请求线的DMA请求
独立的DMA请求
DMA接口与系统的连接方式
DMA方式与程序中断方式的比较
DMA的工作过程
选择型
链式
独立请求型
多路型
DMA接口的类型
第五章 输入输出系统
无符号数
机器数与真值
整数
小数
零
定义
原码表示法
补的概念
补码定义
求补码的快捷方式
补码表示法
反码表示法
真值范围
移码定义
移码和补码的比较
真值，补码和移码的对照表
移码的特点
移码表示法
有符号数
无符号数和有符号数
定点表示
浮点数的表示形式
浮点数的表示范围
浮点数的格式化形式
浮点数的规格化
浮点表示
机器零
IEEE754标准
数的定点表示和浮点表示
移位的意义
算术移位规则
算术移位的硬件实现
算术移位和逻辑移位的区别
移位运算
加法
减法
补码加减运算公式
单符号位溢出判断
双符号位溢出判断
溢出判断
加减法运算
笔算乘法
笔算乘法改进
原码一位乘运算规则
原码两位乘
原码两位乘和原码一位乘比较
原码乘法
乘法
Booth算法
补码一位乘运算规则
补码乘法
乘法运算
笔算除法
笔算除法与机器除法的比较
恢复余数法
不恢复余数法
原码除法
比较被除数和除数绝对值的大小
末位恒置“1”法
商值的确定
商符的形成
新余数的获得
补码除和原码除的比较
补码除法
除法运算
定点运算
求阶差
求阶原则
对阶
尾数求和
规格化数的定义
规格化数的判断
左规
右规
规格化
0舍1入法
恒置“1”法
舍入
浮点加减运算
除法
步骤
浮点运算部件
浮点乘除运算
浮点四则运算
ALU电路
并行加法器
串行进位链
单重分组跳跃进位链
双重分组跳跃进位链
双重分组跳跃进位链 大组进位分析
双重分组跳跃进位链 大组进位线路
双重分组跳跃进位链 小组进位线路
并行进位链
快速进位链
算术逻辑单元
第六章 计算机的运算方法
计算机组成原理
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