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计算机系统组成原理 (存储器 (技术指标 (容量, 速度, 周期, 带宽), Cache (基本结构 (替换机构 (先进先出, 近期最少使用,…
计算机系统组成原理
存储器
分类
按储存介质
半导体存储器
磁表面存储器
磁芯存储器
光盘存储器
按存取方式
随机存储器RAM
只读存储器ROM
串行访问存储器
按作用
主存
随机存储器RAM
静态RAM
触发器、双稳态电路
动态RAM
电容
刷新方式
集中刷新
分散刷新
异步刷新
只读存储器ROM
MROM
PROM
EPROM
EEPROM
闪速存储器Flash Memory
辅存
磁盘
磁带
光盘
缓存Cache
存储器
层次结构
缓存-主存:速度
主存-辅存:容量
技术指标
容量
速度
周期
带宽
半导体存储芯片
驱动方式
线选法
重合法
存储器与CPU连接。。。
存储器校验
汉明码
2^k<=n+k+1
C1:1,3,5,7
C2:2,4,6,7
C3:4,5,6,7
纠错过程:P101
提高访存速度
高速元件
采用层次结构
调整主存结构
单体多字
多体并行
高性能存储芯片
SDRAM
RDRAM
CDRAM
Cache
命中率
访问效率
基本结构
Cache存储体
地址映射变换机构
替换机构
先进先出
近期最少使用
随机法
Cache的读写操作
写直达法(存直达法
)
写回法(拷回法)
Cache——主存地址映射
直接映射
全相联映射
组相联映射
系统总线
分类
片内总线
系统总线
数据总线
地址总线
控制总线
通信总线
各部件共享的传输介质
特性
机械特性
电气特性
功能特性
时间特性
性能指标
总线宽度
标准传输率
时钟同步/异步
总线复用
信号线数
总线控制方式
其他
总线结构
单总线结构
多总线结构
双总线结构
三总线结构
四总线结构
总线控制
总线判优控制
集中式
链式查询
计数器定时查询
独立请求方式
分布式
总线通信控制
总线通信控制
同步通信
异步通信
不互锁方式
半互锁方式
全互锁方式
传输速率:波特率bps
半同步通信
分离式通信
指令系统
操作码
地址码
操作类型
数据传送
算术逻辑操作
移位
转移
无条件转移
条件转移
调用与返回
陷阱与陷阱指令
输入输出
寻址方式
立即寻址:最快
直接寻址
间接寻址
隐含寻址:ACC
寄存器寻址
间接寻址
寄存器间接寻址
基址寻址
变址寻址:处理数组
相对寻址:跳转指令
堆栈寻址:多重中断
RISC和CISC
CPU
功能
取指令
分析指令
执行指令
寄存器
用户可见寄存器
数据寄存器
地址寄存器
条件码寄存器
通用寄存器
控制和状态寄存器
MAR
MDR
IR
PC
中断系统
中断请求标记
中断判优逻辑
硬件排队
软件排队
中断服务程序入口地址的寻找
硬件向量法
软件查询法
中断响应
条件:EINT=1,INTR=1,MASK=0
时间:指令执行周期结束后
中断隐指令
保护程序断点
寻找中断服务程序的入口地址
关中断
保护现场和恢复现场:保存寄存器中数据
中断屏蔽技术
指令周期
控制单元
取指周期
间址周期
执行周期
中断周期
中央处理器
无符号数:寄存器位数反映无符号数范围
有符号数
原码
补码:0的正负相同。除符号位外,各位按位取反后末位加1
反码
移码:与补码的符号位相反。表示0唯一。用于浮点数阶码表示方便比较大小。
定点
加减
两位符号位溢出判断:01,xxx为正溢,10,xxx为负溢
移位:符号位不变,其他补零
乘法
原码一位乘
原码两位乘
补码BOOTH
浮点加减
对阶:delt=jx-jy
尾数求和
规格化:00.0xxx或11.1xxx时左规,01.xxx或10.xxx右规,至11.0xxx或00.1xx
舍入:0舍1入
溢出判断:j补=01,xxx为上溢,=10,xxx为下溢
概述
1.1.1软硬件
软件
系统软件
应用软件
硬件
性能指标
机器字长
存储容量
运算速度
层次结构:微指令系统->机器语言机器->汇编语言机器->高级语言机器
基本组成
CPU
运算器
ACC
ALU
X
MQ
控制器
CU
IR
PC
存储器
存储体M
MDR
MAR
I/O设备
输入输出系统
I/O设备与主机的联系方式
I/O设备编址方式
设备寻址
联络方式
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
与主机连接方式
辐射式
总线式
与主机信息传送的控制方式
程序查询方式
测试指令——传送指令——转移指令
程序中断方式
中断请求触发器INTR
中断屏蔽触发器MASK
完成触发器D
排队器
中断向量地址形成部件(设备编码器)
允许中断触发器EINT
步骤:中断请求——中断判优——中断响应——中断服务——中断返回
流程
保护现场
中断服务
恢复现场
中断返回:多重中断/单重中断:堆栈
DMA方式
I/O设备与内存直接相连,不占用CPU资源。但与CPU争抢总线使用权。CPU让出总线使用权给DMA,称作周期挪用。
过程:预处理——数据传送——后处理
访问主存方式
停止CPU访问主存
周期挪用
DMA和CPU交替访问主存
I/O接口
组成和功能
数据线:传送数据功能
设备选择线:选址功能
命令线:传输命令功能
状态线:反应工作状态功能
类型
按数据传送方式
并行接口
串行接口
按功能选择的灵活性
可编程接口
不可变成接口
按通用性
通用性接口
专用性接口
按数据传送的控制方式
程序型接口
DMA接口