计算机组成事理常识点总结

第一章 打算机系统概论

电子数字打算机的分类（P1）

通用打算机（超级打算机、大型机、做事器、事情站、微型机和单片机）和专用打算机。

打算机的性能指标（P5）

数字打算机的五大部件及各自主要功能（P6）

五大部件：存储器、运算器、掌握器、输入设备、输出设备。

存储器紧张功能：保存原始数据和解题步骤。

运算器紧张功能：进行算术、逻辑运算。

掌握器紧张功能：从内存中取出解题步骤(程序)剖析，实行操作。

输入设备紧张功能：把人们所熟习的某种信息形式变换为机器内部所能吸收和识别的二进制信息形式。

输出设备紧张功能：把打算机处理的结果变换为人或其他机器所能吸收和识别的信息形式。

打算机软件（P11）

系统程序——用来管理全体打算机系统

运用程序——按任务须要体例成的各种程序

第二章 运算方法和运算器

课件+作业

第三章 内部存储器

存储器的分类（P65）

按存储介质分类：

易失落性：半导体存储器

非易失落性：磁表面存储器、磁芯存储器、光盘存储器

按存取办法分类：

存取韶光与物理地址无关（随机访问）：

随机存储器RAM——在程序的实行过程中可读可写

只读存储器ROM——在程序的实行过程中只读

存取韶光与物理地址有关（串行访问）：

顺序存取存储器 磁带

直接存取存储器 磁盘

按在打算机中的浸染分类：

主存储器：随机存储器RAM——静态RAM、动态RAM

只读存储器ROM——MROM、PROM、EPROM、EEPROM

Flash Memory

高速缓冲存储器（Cache）

赞助存储器——磁盘、磁带、光盘

存储器的分级（P66）

存储器三个紧张特性的关系：速率、容量、价格/位

多级存储器体系构造：高速缓冲存储器（cache）、主存储器、外存储器。

主存储器的技能指标（P67）

存储容量：存储单元个数M每单元位数N 　　

存取韶光：从启动读(写)操作到操作完成的韶光

存取周期：两次独立的存储器操作所需间隔的最小韶光 ，韶光单位为ns。
　　

存储器带宽：单位韶光里存储器所存取的信息量，位/秒、字节/每秒，是衡量数据传输速率的主要技能指标。
　

SRAM存储器（P67）

基本存储元：用一个锁存器(触发器)作为存储元。

基本的静态存储元阵列（P68）

双译码办法（P68）

读周期、写周期、存取周期（P70）

DRAM存储器（P70）

基本存储元：由一个MOS晶体管和电容器组成的影象电路。

存储事理：所存储的信息1或0由电容器上的电荷量来表示（充满电荷：1；没有电荷：0）。

一个DRAM存储元的写、读、刷新操作（P71）

DRAM的刷新：集中式刷新和分散式刷新（P73）

存储器容量的扩充（P73）

位扩展——增加存储字长（P73）

字扩展——增加存储字的数量（P73）

字、位扩展（P74）

例题（P73）

只读存储器ROM（P80）

掩模ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash 存储器（P80-86）

并行存储器（P86）

双端口存储器：指同一个存储用具有两组相互独立的读写掌握线路。

多模块交叉存储器：连续地址分布在相邻的不同模块内，同一个模块内的地址都是不连续的。
对连续字的成块传送可实现多模块流水式并行存取，大大提高存储器的带宽。

cache基本事理（P92）

避免 CPU“空等”征象

CPU 和主存（DRAM）的速率差异

程序访问的局部性事理

cache由高速的SRAM组成

cache的基本事理（P93）

命中、未命中、命中率（P93）

例题（P94）

cache与主存的地址映射（P94）

全相联映像：主存中的任一块可以映象到缓存中的任一块。

直接映像：每个缓存块可以和多少个主存块对应；每个主存块只能和一个缓存块对应。

组相联映像：某一主存块 j 按模 u 映射到 缓存 的第 i 组中的 任一块。

更换算法（P98）

前辈先出算法（FIFO）：把一组中最先调入cache的块更换出去，不须要随时记录各个块的利用情形，以是实现随意马虎，开销小。

近期最少利用算法（LRU）：将近期内长久未被访问过的行(块)换出。
每行设置一个计数器，cache每命中一次，命中行计数器清零，其它各行计数器增1。
当须要更换时，比较各特定行的计数值，将计数值最大的行换出。

最不常常利用（LFU）：被访问的行计数器增加1，换值小的行，不能反响近期cache的访问情形。

随机更换：从特定的行位置中随机地选取一行换出。

cache的写操作策略（P99）

写回法、全写法、写一次法（P99-100）

第四章 指令系统

指令系统（P103）

程序、高等措辞、机器措辞、指令、指令系统、繁芜指令系统打算机（CISC）、精简指令系统打算机（RISC）（P103）

指令格式（P105）

操作码：指令操作性子的二进制数代码

地址码：指令中的地址码用来指出该指令的源操作数地址(一个或两个)、结果地址及下一条指令的地址。

三地址指令、二地址指令、一地址指令、零地址指令；三种二地址指令（SS、RR、RS）（P106）

指令字长度、机器字长（P107）

例题（P110）

操作数类型（P110）

地址数据、数值数据、字符数据、逻辑数据

寻址办法（P112）

确定本条指令的操作数地址，下一条欲实行指令的指令地址

指令寻址

顺序寻址——PC+1

跳跃寻址——转移类指令

数据寻址（P112-116）

立即寻址——形式地址便是操作数

直接寻址——有效地址由形式地址直接给出

隐含寻址——操作数地址隐含在操作码中

间接寻址——有效地址由形式地址间接供应

寄存器寻址——有效地址即为寄存器编号

寄存器间接寻址——有效地址在寄存器中

基址寻址——有效地址=形式地址+基地址

变址寻址——有效地址=形式地址+变址寄存器的内容

相对寻址——有效地址=PC的内容+形式地址

堆栈寻址——栈顶指针

段寻址

例题（P118）

指令的分类（119）

数据处理、数据存储、数据传送、程序掌握

RISC技能（P121）

RISC——精简指令系统打算机

CISC——繁芜指令系统打算机

RISC指令系统的特点（P121）

第五章 中心处理器

CPU的功能（P127）

指令掌握、操作掌握、韶光掌握、数据加工

CPU的基本组成（P127）

掌握器、运算器、cache

CPU中的紧张寄存器（P128）

数据缓冲寄存器（DR）、指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）、数据地址寄存器（AR）、通用寄存器、状态字寄存器（PSW）

操作掌握器的分类（P130）

时序逻辑型：硬布线掌握器

存储逻辑型：微程序掌握器

指令周期（P131）

取出并实行一条指令所需的全部韶光。

指令周期、机器周期、时钟周期（P131）

一个指令周期含多少个机器周期

一个机器周期包含多少个时钟周期

取指周期（数据流）（P132）

实行周期（数据流）（P133—138）

时序旗子暗记的浸染和系统编制（P141）

时序旗子暗记的基本系统编制是电位—脉冲制。
数据加在触发器的电位输入端D ，打入数据的掌握旗子暗记加在触发器的时钟脉冲输入端 CP。
电位高低表示数据是1还是0，哀求打入数据的掌握旗子暗记来之前电位旗子暗记必须已稳定。

节拍电位、节拍脉冲（P142）

掌握器的掌握办法（P144）

同步掌握办法：即固定时序掌握办法，各项操作都由统一的时序旗子暗记掌握，在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和事情脉冲。

异步掌握办法：不受统一的时钟周期(节拍)的约束；各操作之间的衔接与各部件之间的信息交流采纳应答办法。

联合掌握办法：同步掌握和异步掌握相结合的办法，大部分指令在固定的周期内完成，少数难以确定的操作采取异步办法。

微程序掌握事理（P145）

微程序掌握是指运行一个微程序来实现一条机器指令的功能。
微程序掌握的基本思想：仿照打算机的解题程序，把微操作掌握旗子暗记体例成常日所说的“微指令”，再把这些微指令按时序先后排列成微程序，将其存放在一个只读存储器里，当打算机实行指令时，一条条地读出这些微指令，从而产生相应的操作掌握旗子暗记，掌握相应的部件实行规定的操作。

微程序、微指令、微命令、微操作（P145）

机器指令与微指令的关系（P150）

微命令的编码方法（P151）

直接表示法：微指令的每一位代表一个微命令，不须要译码。

编码表示法：把一组相斥性的微命令旗子暗记组成一个小组(即一个字段)，然后通过小组(字段)译码器对每一个微命令旗子暗记进行译码，译码输出作为操作掌握旗子暗记。

稠浊表示法：把直接表示法与字段编码表示法稠浊利用，以便能综合考虑微指令字长、灵巧性、速率等方面的哀求。

微指令格式（P153）

水平型微指令：是指一次能定义并能并行实行多个微命令的微指令。

垂直型微指令：微指令中设置微操作码字段，采取微操作码编译法，由微操作码规定微指令的功能，称为垂直型微指令。
垂直型微指令的构造类似于机器指令的构造。

硬连线掌握器（P155）

基本思想：通过逻辑电路直接连线而产生的，又称为组合逻辑掌握办法。
这种逻辑电路是一种由门电路和触发器构成的繁芜树形逻辑网络。

三个输入：来自指令操作码译码器的输出；来自实行部件的反馈信息；来自时序产生器的时序旗子暗记，包括节拍电位旗子暗记M和节拍脉冲旗子暗记T。

一个输出：微操作掌握旗子暗记

硬布线掌握器的基本事理：某一微操作掌握旗子暗记C用一个逻辑函数来表达。

并行处理技能（P161）

并行性的观点：问题中具有可以同时进走运算或操作的特性。

韶光并行：让多个处理过程在韶光上相互错开，轮流利用同一套硬件设备的各个部件，以加快硬件周转而赢得速率，实现办法便是采取流水处理部件。

空间并行：以数量取胜。
它能真正的表示同时性

韶光+空间并行：综合运用。
Pentium中采取了超标量流水线技能。

流水线的分类（P163）

指令流水线：指指令步骤的并行。
将指令流的处理过程划分为取指令、译码、取操作数、实行、写回等几个并行处理的过程段。

算术流水线：指运算操作步骤的并行。
如流水加法器、流水乘法器、流水除法器等。

处理机流水线：是指程序步骤的并行。
由一串级联的处理机构成流水线的各个过程段，每台处理机卖力某一特定的任务。

流水线中的紧张问题（P164）

资源干系：指多条指令进入流水线后在同一机器时钟周期内用一个功能部件所发生的冲突。

数据干系：在一个程序中，如果必须等前一条指令实行完毕后，才能实行后一条指令。
办理数据干系冲突的办法：为理解决数据干系冲突，流水CPU的运算器中特意设置多少运算结果缓冲寄存器，暂时保留运算结果，以便于后继指令直策应用，称为“向前”或定向传送技能。

掌握干系：由转移指令引起的。
办理掌握干系冲突的办法：延迟转移法、转移预测法。

例题（P165）

第六章 总线系统

总线的观点（P184）

总线是构成打算机系统的互联机构，是多个别系功能部件之间进行数据传送的公共通路。

总线的分类（P184）

内部总线——CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线。

系统总线——CPU和打算机系统中其他高速功能部件相互连接的总线。
按系统传输信息的不同，又可分为三类：数据总线，地址总线和掌握总线。

I/O总线——中、低速I/O设备之间相互连接的总线。

总线性能指标（P185）

总线宽度：指数据总线的根数。

寻址能力：取决于地址总线的根数。
PCI总线的地址总线为32位，寻址能力达4GB。

传输率：也称为总线带宽，是衡量总线性能的主要指标。

例题（P193）

总线上信息传送办法（P190）

串行传送：利用一条传输线，采取脉冲传送（有脉冲为1，无脉冲为0）。
连续几个无脉冲的处理方法：位韶光。

并行传送：每一数据位须要一条传输线，一样平常采取电位传送（电位高为1，电位低为0）。

分时传送：总线复用、共享总线的部件分时利用总线。

总线接口（P192）

I/O接口，也叫适配器，和CPU数据的交流一定是并行的办法，和外设数据的交流可以是并行的，也可以是串行的。

总线的仲裁（P193）

集中式仲裁：有统一的总线仲裁器。

链式查询办法、计数器定时查询办法、独立要求办法（P193—195）

分布式仲裁：不须要中心仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁器和仲裁号。
（P195）

总线的定时（P196）

同步定时：事宜涌如今总线上的时候由总线时钟旗子暗记来确定。

异步定时：后一事宜涌如今总线上的时候取决于前一事宜的涌现，即建立在应答式或互锁机制根本上。

PCI总线（P200）

PCI：外围设备互连，PCI总线：连接各种高速的PCI设备。
PCI是一个与处理器无关的高速外围总线，又是至关主要的层间总线。
它采取同步时序协议和集中式仲裁策略，并具有自动配置能力。
PCI总线支持无限的猝发式传送。
即插即用。

第七章 外围设备

外围设备的定义和分类（P209）

除了CPU和主存外，打算机系统的每一部分都可作为一个外围设备来看待。
外围设备可分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备和过程掌握设备几大类。

磁记录事理（P210）

打算机的外存储器又称磁表面存储设备。
所谓磁表面存储，是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息。
磁盘存储器、磁带存储器均属于磁表面存储器。

磁性材料上呈现剩磁状态的地方形成了一个磁化元或存储元，是记录一个二进制信息位的最小单位。

磁表面存储器的读写事理（P211）

在磁表面存储器中，利用一种称为磁头的装置来形成和判别磁层中的不同磁化状态。
通过电-磁变换，利用磁头写线圈中的脉冲电流，可把一位二进制代码转换成载磁体存储元的不同剩磁状态；通过磁-电变换，利用磁头读出线圈，可将由存储元的不同剩磁状态表示的二进制代码转换成电旗子暗记输出。

磁盘的组成和分类（P213）

硬磁盘是指记录介质为硬质圆形盘片的磁表面存储设备。
它紧张由磁记录介质、磁盘掌握器、磁盘驱动器三大部分组成。

温彻斯特磁盘简称温盘，是一种采取前辈技能研制的可移动磁头固定盘片的磁盘机。
它是一种密封组合式的硬磁盘，即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写电路等 组装成一个不可随意拆卸的整体。

磁盘上信息的分布（P215）

记录面、磁道、扇区（P215）

磁道编号（P215）

磁盘地址由记录面号（也称磁头号）、磁道号和扇区号三部分组成。

磁盘存储器的技能指标（P216）

存储密度：存储密度分道密度、位密度和面密度。

道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，单位道/英寸。

位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数，单位为位/英寸。

面密度：位密度和道密度的乘积，单位为位/平方英寸。

均匀存储韶光=寻道韶光+等待韶光+数据传送韶光（P216）

数据传输率（P217）

例题（P217）

磁盘cache（P218）

磁盘cache是为了填补慢速磁盘和主存之间速率上的差异。

磁盘阵列RAID（P218）

RAID：独立磁盘冗余阵列（廉价冗余磁盘阵列），或简称磁盘阵列。
大略的说， RAID 是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同办法组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而供应比单个硬盘更高的存储性能和供应数据冗余的技能。

组成磁盘阵列的不同办法成为 RAID 级别。
RAID 0 提高存储性能的事理是操纵续的数据分散到多个磁盘上存取， 这样，系统有数据要求就可以被多个磁盘并行的实行，每个磁盘实行属于它自己的那部分数据要求。
这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽，显著提高磁盘整体存取性能。

第八章 输入输出系统

外围设备的速率分级（P236）

在CPU和外设之间数据传送时加以定时：

速率极慢或大略的外设 ：CPU只须要接管或者发送数据即可。

慢速或者中速的设备 ：可以采取异步定时的办法。

高速外设 ：采取同步定时办法。

I/O和主机信息交流办法（P237）

程序查询办法、程序中断办法、直接内存访问（DMA）办法、通道办法

程序查询办法（P239）

数据在CPU和外围设备之间的传送完备靠打算机程序掌握。
当须要输入/输出时，CPU停息实行主程序，转去实行设备输入/输出的做事程序，根据做事程序中的I/O指令进行数据传送。

这是一种最大略、最经济的输入/输出办法，只须要很少的硬件。
但由于外围设备动作很慢，程序进入查询循环时将摧残浪费蹂躏CPU韶光。

中断的观点（P242）

中断是指CPU暂时中止现行程序，转去处理随机发生的紧急事宜，处理完后自动返回原程序的功能和技能。

程序中断办法的事理（P242）

在程序中断办法中，某一外设的数据准备就绪后，它“主动”向CPU发出要求中断的旗子暗记，要求CPU暂时中断目前正在实行的程序而进行数据交流。
当CPU相应这个中断时，便停息运行主程序，并自动转移到该设备的中断做事程序。
当中断做事程序结束往后，CPU又回到原来的主程序。

中断处理过程中的几个问题（P243）

CPU只有在当前一条指令实行完毕后，即转入公操作时才受理设备的中断要求。

保存现场（P243）

中断屏蔽（P243）

中断处理过程（P243）

单级中断和多级中断（P245）

单级中断系统中，所有的中断源都属于同一级，所有中断源触发器排成一行，其优先次序是离CPU近的优先权高。
当相应某一中断要求时，实行该中断源的中断做事程序。
在此过程中，不许可其他中断源再打断中断做事程序，既使优先权比它高的中断源也不能再打断。

多级中断系统是指打算机系统中有相称多的中断源，根据各中断事宜的轻重缓急程度不同而分成多少级别，每一中断级分配给一个优先权。
优先权高的中断级可以打断优先权低的中断做事程序，以程序嵌套办法事情。

一维多级中断是指每一级中断里只有一个中断源，

二维多级中断是指每一级中断里又有多个中断源。

DMA的基本观点（P253）

直接内存访问(DMA)是一种完备由硬件实行I/O交流的事情办法。
在这种办法中，DMA掌握器从CPU完备接管对总线的掌握，数据交流不经由CPU，而直接在内存和I/O设备之间进行。
DMA办法一样平常用于高速传送成组数据。

DMA办法的优点（P253）

DMA能实行的一些操作（P254）

从外围设备发出DMA要求；CPU相应要求，把CPU事情改成DMA操作办法，DMA掌握器从CPU接管总线的掌握；由DMA掌握器对内存寻址，即决定数据传送的内存单元地址及数据传送个数的计数，并实行数据传送的操作；发中断，向CPU报告DMA操作的结束。

DMA传送办法（P254）

停滞CPU访问内存、周期挪用、DMA与CPU交替访内（P254）

DMA数据传送过程（P257）

传送前预处理；正式传送；传送后处理。
（P257）

通道的基本观点（P261）

通道是一个分外功能的处理器，它有自己的指令和程序专门卖力数据输入输出的传输掌握，而CPU将“传输掌握”的功能下放给通道后只卖力“数据处理”功能。
这样，通道与CPU分时利用内存，实现了CPU内部运算与I/O设备的平行事情。

通道的功能（P253）

通道具有两种类型的总线：存储总线：承担通道与内存、CPU与内存之间的数据传输任务。
通道总线即I/O总线，承担外围设备与通道间的数据传送任务。

从逻辑构造上讲，I/O系统一样平常具有四级连接：CPU与内存通道设备掌握器外围设备

优先级别：由于大多数I/O设备的读写旗子暗记具有实时性，不及时处理会丢失数据；以是通道与CPU同时哀求访内时，通道优先权高于CPU。

CPU对通道的管理（P262）

CPU是通过实行I/O指令以及处理来自通道的中断，实现对通道的管理。

来自通道的中断有两种，一种是数据传送结束中断，另一种是故障中断。

通道对I/O模块的管理（P262）

通道通过利用通道指令掌握I/O模块进行数据传送操作，并以通道状态字吸收I/O模块反响的外围设备的状态。

通道的类型（P262）

选择通道、数组多路通道、字节多路通道（P263）

第九章 操作系统支持

虚拟存储器的观点（P282）

虚拟存储器是借助于磁盘等赞助存储器来扩大主存容量，使之为更大或更多的程序所利用。
是一个容量非常大的存储器的逻辑模型，不是任何实际的物理存储器。
它指的是主存-外存层次。
以透明的办法给用户供应了一个比实际主存空间大得多的程序地址空间。

实地址：或物理地址，打算机物理内存的访问地址，由CPU引脚送出，是用于访问主存的地址，对应的存储空间——物理存储空间或主存空间。

虚地址：或逻辑地址，在体例程序时独立编址，利用的地址，对应的存储空间——虚存空间或逻辑地址空间。

虚地址到实地址的转换过程——程序的再定位。

虚存的访问过程（P283）

虚拟存储器的用户程序以虚拟地址编址并存放在辅存中；程序运行时CPU以虚地址访问主存，由赞助硬件找出虚地址和物理地址的对应关系，判断这个虚地址指示的存储单元是否已装入主存：如果在主存，CPU就直接实行已在主存的程序；如果不在，要进行辅存向主存的调度。

虚存与cache的异同（P283）

几种虚拟存储器（P284）

段式、页式、段页式

页式虚拟存储器（P284）

页、页表：页式虚拟存储系统中，虚地址空间被分成等终年夜小的页，称为逻辑页；主存空间也被分成同样大小的页，称为物理页。
相应地，虚地址分为两个字段：高字段为逻辑页号，低字段为页内地址（偏移量）；实存地址也分两个字段：高字段为物理页号，低字段为页内地址。
通过页表可以把虚地址（逻辑地址）转换成物理地址。

页式虚存地址映射：地址变换时，用逻辑页号作为页表内的偏移地址索引页表，并找到相应物理页号，用物理页号作为实存地址的高字段，再与虚地址的页内偏移量拼接，就构成完全的物理地址。

虚页内容若没有调入主存，则打算机启动输入输出系统，把虚地址指示的一页内容从辅存调入主存，再供应CPU访问。

转换后援缓冲器（P285）

段式虚拟存储器（P286）

段式虚拟存储器，因此程序的逻辑构造所形成的段(如主程序、子程序、过程、表格等)作为主存分配单位的虚拟存储器管理办法的存储器。

每个段的大小可以不相等。
每个程序都有一个段表(映象表)，用于存放该道程序各程序段从辅存装入主存的状况信息。
段表一样平常驻留在主存中。

段式虚存地址映射（P287）

段页式虚拟存储器（P287）

把程序按逻辑单位分段往后，再把每段分成固定大小的页。
程序对主存的调入调出是按页面进行的，但它又可以按段实现共享和保护，兼备页式和段式的优点。

虚存的更换算法（P289）

虚拟存储器中的更换策略一样平常采取LRU （Least Recent1y Used）算法、LFU算法、FIFO算法，或将两种算法结合起来利用。

例题（P289）