计算机组成原理期期末理论思维导图笔记

《计算机组成原理期末理论》中讲计算机的特点时讲计算机是由存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备等五大部件组成，也是以运算器为中心。

中心主题

• 第一章 计算机系统概论
  • 冯诺依曼计算机的特点是什么？
    • 1. 计算机由五大部件组成：存储器，运算器，控制器，输入设备，输出设备
    • 2. 指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址顺序访问
    • 3. 指令和数据用二进制表示
    • 4. 指令由操作码和地址码组成
    • 5. 存储程序，程序在计算机中顺序存放
    • 6. 以运算器为中心。（不合理：花大量的时间进行数据传输，降低了运算器数据运算的效率）
  • 指令和数据都存于存储器中，如何区分？
    • 通过不同的时间段来区分指令和数据,即在取指令阶段(或取指微程序)取出的为指令，在执行指令阶段（或相应微程序）取出的即为数据。
    • 通过地址来源区分，由PC提供存储单元地址的取出的是指令，由指令地址码部分提供存储单元地址的取出的是操作数。
  • 存储器层次关系
    • 存储体
    • 存储单元
      • 二进制代码位数为存储字长
    • 存储元件
      • 存储单元存储一位二进制代码。
  • 计算机系统的多级层次结构
    • 高级语言、汇编语言、操作系统、机器语言、微指令系统
• 第三章 系统总线
  • 为什么要设置总线判优控制
    • 解决多个不同部件申请总线时的使用权分配问题
  • 三种集中式总线控制的区别？
    • 链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感;
    • 计数器定时查询方式优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂;
    • 独立请求方式速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。
  • 解释总线的概念
    • 总线宽度:通常指数据总线的根数;
    • 总线带宽:总线的数据传输率，指单位时间内总线上传输数据的位数;
    • 总线复用:指同一条信号线可以分时传输不同的信号。
    • 总线的主设备（主模块):指一次总线传输期间，拥有总线控制权的设备（模块);
    • 总线的从设备（从模块):指一次总线传输期间，配合主设备完成数据传输的设备（模块)，它只能被动接受主设备发来的命令;
    • 总线的传输周期:完成一次总线操作的时间成为;
    • 总线的通信控制:指总线传送过程中双方的时间配合方式。
• 第四章 存储器
  • 存储器的层次结构
    • 缓存-主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配的问题
    • 主存-辅存层次主要解决存储系统的容量问题
  • 存储器指标
    • 存取时间：启动一次存储器操作到完成该操作的所需的全部时间
    • 存取周期：存储器进行两次存取操作的最小间隔时间
    • 存储器带宽：单位时间内存储器存取的信息量
• 第五章 输入输出系统
  • I/O设备有哪些编址方式？
    • 1. I/0与内存统一编址方式的I/0地址采用与主存单元地址完全一样的格式，I/O没备与主存占用同一个地址空间，CPU可像访问主存一样访问I/O设备，不需要安排专门的I/O指令。
    • 2. I/O独立编址方式时机器为I/0设备专门安排一套完全不同于主存地址格式的地址编码，此时I/O地址与主存地址是两个独立的空间，CPU需要通过专门的I/0指令来访问I/0地址空间。
  • 三种IO与主机交换信息的方式及其特点？
    • ·程序直接控制方式:也称查询方式，采用该方式，数据在CPU和外设间的传送完全靠计算机程序控制，CPU的操作和外围设备操作同步，硬件结构简单，但由于外部设备动作慢，浪费CPU时间多，系统效率低。
    • ·程序中断方式:外设备准备就绪后中断方式猪肚通知CPU，在CPU相应I/O设备的中断请求后，在暂停现行程序的执行，转为I/0设备服务可明显提高CPU的利用率，在一定程度上实现了主机和I/0设备的并行工作，但硬件结构负载，服务开销时间大
    • ·DMA方式与中断方式一样，实现了主机和I/0设备的并行工作，由于DMA方式直接依靠硬件实现贮存与I/O设备之间的数据传送，传送期间不需要CPU程序干预，CPU可继续执行原来的程序，因此CPU利用率和系统效率比中断方式更高，但 DMA方式的硬件结构更为复杂。
  • I/O指令
    • 操作码（指出这是IO操作）|命令码|设备码
  • I/O接口的功能
    • 选址：设备选择电路
    • 传送命令
      • 命令寄存器、命令译码器
    • 传送数据
      • 数据缓冲寄存器
    • 反映状态
      • 完成触发器D
      • 工作触发器B
  • I/O中断请求的条件
    • I/O接口中的设备工作完成状态为1（D=1），中断屏蔽码为0 （MASK=0），且CPU查询中断时，中断请求触发器状态为1（INTR=1）。
    • 一条指令执行周期完毕时
  • DMA请求的条件
    • 存取周期结束时
  • 多重中断的必要条件
    • 现行终端服务期间，中断允许触发EINT器置1
• 第七章 指令系统
  • 什么叫机器指令？什么叫指令系统？
    • 机器能识别的语言叫机器语言，每一条机器语言的语句成为机器指令
    • 全部机器指令的集合成为机器的
  • 什么是指令字长、机器字长、存储字长？
    • 指令字长取决于操作码的长度、操作数地址的长度、操作地址的个数。不同机器的指令字长是不相同的。
    • 机器字长是指CPU依次能处理数据的位数
    • 存储器中一个存储单元(存储地址)所存储的二进制代码的位数，即存储器中的MDR的位数。
• 第九章 控制单元的功能
  • 指令周期:取出并执行一条指令的时间。
  • 机器周期:又称 CPU周期 ，CPU访问一次内存所花的时间较长，因此用从内存 读取一条指令字的最短时间 来定义。
  • 时钟周期: 通常称为节拍脉冲或T周期。处理操作的最基本单位，即CPU主频。
• 第八章 中央处理器
  • CPU功能
    • 取指令
    • 分析指令
    • 执行指令
    • 处理中断
  • 中断周期前后是什么阶段，在中断周期CPU完成什么工作
    • 从CPU机器周期的时序层次来看，中断周期前是指令的执行阶段。中断周期后是取指令阶段。在中断周期CPU应完成关中断、保存断点和转中断服务程序入口三个操作。
• 主题