计算机组成原理复习重点

计算机组成原理复习重点

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计组救命

指令系统

零地址指令其操作数的地址隐含在堆栈指针SP中

指令字长可变,包括单字长,双字长与多字长

操作数类型包括:地址,数字,字符与逻辑数字

为了避免多次访存,需要进行存储边界对齐

操作类型包括:数据传送,算逻运算,移位运算,转移,输入输出与其他

调用操作的返回地址存放在三处:寄存器内,子程序的入口地址内或栈顶内

寻址分为指令寻址与数据寻址

指令寻址分为顺序寻址与跳跃寻址

数据寻址需要借助寻址特征位,包括:立即寻址,直接寻址,隐含寻址,间接寻址,寄存器(直接)寻址,寄存器间接寻址,基址寻址(基址寄存器不能更改,用于扩大操作数的寻址范围,也便于多道程序的编写与运行),变址寻址(变址寄存器可以更改,通常形式地址不变,适用于数组操作),相对寻址(与PC内容相加,适用于编写浮动程序),堆栈寻址(通常用于中断)

RISC特点:
复杂指令由简单高频指令组合实现,
指令长度固定,指令格式种类少,寻址方式种类少,
只有存数与取数访问存储器,其余操作均在寄存器内完成,
CPU内有多个通用寄存器,
控制器采用组合逻辑控制,不用微程序

RISC与CISC比较:
充分利用VLSI芯片的面积,
提高计算机的运算速度,
便于设计,可降低成本,提高可靠性,
有效支持高级语言程序

CPU

用户可见寄存器包括:
通用寄存器
数据寄存器
地址寄存器
条件码寄存器

用户透明的寄存器包括:
MAR
MDR
PC
IR

完整的指令周期包括:取指周期,(间址周期),执行周期,(中断周期)(每个指令结束后响应中断)

取指周期数据流:
PC->MAR
1->R(CU发送)
M(MAR)->MDR
MDR->IR
PC+1->PC

中断周期数据流
SP-1->SP
SP->MAR(CU发送地址至MAR,通常为栈顶)
PC->MDR
1-W(CU发送)
MDR->M(MAR)
中断服务入口地址->PC

流水线三种相关:结构相关(资源相关)(同时使用同一个资源),数据相关(写后读,读后写,写后写),控制相关(转移指令导致的流水破坏)

吞吐率(条/秒)
加速比(时间之比)
效率(时空占比)

响应中断:保护程序断点->寻找终端服务程序的入口地址->关中断->响应中断服务程序->恢复现场->开中断
中断隐指令由CPU在中断周期内硬件自动完成

控制单元

控制方式分为:同步控制,异步控制,联合控制与人工控制

安排微操作节拍时注意:
注意先后顺序,
凡控制对象不同的未操作,若能在一个节拍内执行应尽量安排在一个节拍内,
若有些未操作所占时间不长,应该将他们安排在一个节拍内完成

微指令的编码方式分为:直接编码,字段直接编码,字段间接编码与混合编码

微指令序列地址的形成分为:直接由微指令的下地址字段指出,根据机器指令的操作码形成,

总结部分

冯诺依曼计算机的特点:
1.计算机有运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成
2.指令和数据以同等地位存放于存储器内。并可按地址访问。
3.指令和数据均可用二进制表示。
4.指令由操作码和地址码组成。操作码表示操作的性质、地址码表示操作数在存储器中的位置。
5.指令在存储器中按顺序存放。通常,指令时顺序执行的。在特殊情况下,可根据运算结果或指定的条件来改变运算顺序。
6.机器以运算器为中心,输入输出设备和存储器之间的数据传送通过运算器完成。

计算机字长包括:
机器字长:计算机能直接处理的二进制数据的位数。机器字长通常与主存单元的位数一致。计算机中运算器进行算术运算和逻辑运算。机器字长也就是运算器进行定点数运算的字长,通常也是CPU内部数据通路的宽度。
指令字长:一个指令字中包含二进制代码的总位数。指令字长取决于从操作码的长度、操作码地址的长度和操作码地址的个数。
存储字长:一个存储单元存储二进制代码的位数。

计算机使用补码的原因:
加减法统一成加法来运算,简化了运算与CPU结构设计的复杂程度。

DMA:
数据传输的基本单位是数据块,即在CPU与I/O设备之间,每次传送至少一个数据块;DMA方式每次申请的是总线的使用权,所传送的数据是从设备直接送入内存的,或者相反;仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时,才需CPU干预,整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。DMA响应发生在一个总线事务完成后。

周期窃取:
当I/O设备发出DMA请求时,I/O设备便挪用或窃取总线占用权1个或几个主存周期。

浮点数加减
左移右移

寻址分为指令寻址与数据寻址
指令寻址分为顺序寻址(PC+1)与跳跃寻址(JMP)
数据寻址需要借助寻址特征位,包括:立即寻址,直接寻址,隐含寻址,间接寻址,寄存器(直接)寻址,寄存器间接寻址,基址寻址(基址寄存器不能更改,用于扩大操作数的寻址范围,也便于多道程序的编写与运行),变址寻址(变址寄存器可以更改,通常形式地址不变,适用于数组操作),相对寻址(与PC内容相加,适用于编写浮动程序),堆栈寻址(通常用于中断)

流水线三种相关:
结构相关是当多条指令进入流水线后,硬件资源满足不了指令重叠执行的要求时产生的。
数据相关是指令在流水线中重叠执行时,当后继指令需要用到前面指令的执行结果时发生的。
控制相关是当流水线遇到分支指令和其他改变PC的值的指令时引起的。

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