计算机组成原理学习笔记

Posted 2020-09-19 希希里之海

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　一

1.计算机的软件分为两大类：系统软件和应用软件。
2.汇编语言：用符号ADD,SUB,MUL,DIV等分别表示加、减、乘、除等操作，并用符号表示指令或数据所在存储空间的地址。
3.翻译程序有两种：一种叫编译程序、另一种叫解释程序。
编译程序：将用户编写的高级语言程序（即源程序）的全部语句一次全部翻译成机器语言程序，而后再执行机器语言程序。
解释程序：翻译一次执行一次。
4.微程序机器M0可看做是对实际机器M1的分解，即用M0的微程序解释并执行M1的每一条机器指令。

**多级层次结构的计算机系统：
虚拟机器M4（高级语言机器）用编译程序翻译成汇编语言程序→虚拟机器M3（汇编语言机器）用汇编程序翻译成机器语言程序→虚拟机器M2（操作系统机器）用机器语言解释操作系统→传统机器M1（机器语言机器）用微程序解释机器指令→微程序机器M0（微指令系统）由硬件直接执行微指令）

5.计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性。
计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　二
1.冯诺依曼计算机的特点
*计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成。
*指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。
*指令和数据均用二进制码表示。
*指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数所在存储器中的位置。
*指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。
*机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器的数据传送通过运算器。

2.现代计算机可认为由三大部分组成：CPU、I/O设备及主存储器M.M。

3.ALU叫做算术逻辑运算单元用来完成算术逻辑运算。CU叫做控制单元，用来结束存储器中的指令，并发出各种操作命令来执行指令。

4.计算机的工作过程：
上机前的准备：建立数学模型、确定计算方法、编制解题程序三个步骤。

5.操作码表示机器所执行的各种操作，地址码表示参加运算的树在存储器内的位置，机器指令的操作码和地址码都采用0/1代码的组合来表示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　三
1.主存储器
主存储器（简称主存或内存）包括存储体、各种逻辑部件及控制电路等。
*一个存储单元可存储一串二进制代码，称这串二进制代码为一个存储字，这串二进制代码的个数叫做存储字长。

*赋予每个存储单元一个编号，叫做存储单元的地址号。

主存的工作方式就是按存储单元的地址号来实现对存储字各位的存、取。这种存取方式叫做按地址存取。

为了能实现按地址访问的方式，主存中还必须配置两个寄存器MAR和MDR。MAR是存储器地址寄存器，用来存放欲访问的存储单元的地址，其位数对应存储单元的个数。MDR是存储器数据寄存器，用来存放从存储体某单元取出的代码或者准备往某存储单元存入的代码，其位数与存储字长相等。

2.控制器
*指令操作的取指、分析和执行三阶段。
控制器由程序计数器PC，指令寄存器IR以及控制单元CU几部分组成。PC用来存放当前欲执行指令的地址。IR用来存放当前的指令。CU用来分析当前指令所需完成的操作。

3.I/O

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　四
计算机硬件的主要技术指标
1.机器字长：机器字长是指CPU一次能处理数据的位数。
2.存储容量：存储器的容量包括主存容量和辅存容量。
主存容量是指主存中存放二进制代码的总数。即：存储容量 = 存储单元个数 * 存储字长。
3.运算速度。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　五
##计算机硬件系统由中央处理器、存储器、I/O以及连接他们的系统总线组成。

互连方式：分散连接、总线连接。

总线连接：总某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。

总线的分类（按连接部件的不同）：
1.片内总线。
2.系统总线：
a.数据总线：双向传输总线。其位数与机器字长、存储字长有关，一般为8位、16位或32位。数据总线的条数称为数据总线宽度。
b.地址总线：单向传输。地址线的位数与存储单元的个数有关。
c.控制总线：是用来发出各种控制信号的传输线。对任一控制线而言，它的传输只能是单向的，但对于控制总线总体来说，又可认为是双向的。
3.通信总线：按传输方式分为两种：串行通信总线和并行通信总线。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　六
总线特性：
1.机械特性：机械特性是指总线在机械连接方式上的一些性能。
2.电气特性：是指总线的每一根传输线上信号的传递方向和有效的电平范围。
3.功能特性：是指总线中每根传输线的功能。
4.时间特性：是指总线中的任一根线在什么时间内有效。

总线性能指标：
1.总线宽度：它是指数据总线的根数，用bit(位)表示。
2.标准传输率：即在总线上每秒能传输的最大字节量，用MB/S（每秒多少兆字节）表示。
3.总线服用。
4.信号线数：即地址总线、数据总线和控制总线三种总线树的总和。
5.总线控制方式。
6.其他指标。

总线标准：
1.ISA总线：又称AT总线。
2.EISA总线。
3.VL-BUS总线。
4.PCI总线：它与时钟频率无关，自身采用33MHZ总线时钟，数据线为32位。PCI有多级缓冲，PCI总线上的外设与CPU可以并行工作。
*EISA和PCI都具有即插即用的功能。

总线结构：
1.单总线结构：
是将CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）都挂在一组总线上，允许I/O之间或I/O与主存之间直接交换信息。
2.多总线结构：
双总线结构的特点是将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来，形成主存总线与I/O总线分开的结构。
在三总线结构中，任意时刻只能使用一种总线。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　七
总线控制：主要包括判优控制（或称仲裁逻辑）和通信控制。

1.总线判优控制：
按其对总线有无控制功能可分为主设备和从设备两种。
总线判优控制可分集中式和分布式两种。

常见的集中控制有三种优先权仲裁方式：
1.链式查询。
2.计数器定时查询。
3.独立请求方式。

总线通信控制：
总线在完成一次传输周期时，可分为四个阶段：
1.申请分配阶段。
2.寻址阶段。
3.传数阶段。
4.结束阶段。

总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及通信双方如何协调如何配合。一般常用四种方式：同步通信、异步通信、半同步通信和分离是通信。

同步通信：通信双方由统一时标控制数据传送称为同步通信。
一般用于总线长度较短，各部件存取时间比较一致的场合。

异步通信方式可分为不互锁、半互锁和全互锁三种类型。