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北京理工大学813计算机组成原理
北京理工大学813计算机组成原理，课本的所有知识罗列，具体细节参考王道或者课本进行补充，非常实用，值得收藏。
编辑于2021-10-14 18:34:57- 计算机组成原理
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计算机组成原理
指令系统
指令格式
机器指令基本格式
操作码字段
地址码字段
地址码结构
四地址指令
三地址指令
二地址指令
一地址指令
零地址指令
指令的操作码
规整型（定长编码）
非规整型（变长编码）
扩展操作码法
寻址方式
编址
编址单位
字编址
字节编址
位编址
指令中地址码位数
有效地址
指令中的形式地址通过某种寻址方式获得有效地址
指令寻址和数据寻址
基本数据寻址方式
立即寻址
寄存器寻址
直接寻址
间接寻址
寄存器间接寻址
变址寻址
基址寻址
相对寻址
页面寻址
基页寻址
当前页寻址
页寄存器寻址
组合寻址方式
自增型寄存器间址和自减型寄存器间址
扩展变址方式
基址变址方式
堆栈与堆栈操作
堆栈结构
寄存器堆栈
存储器堆栈
堆栈操作
指令类型
一般传送指令
堆栈操作指令
数据交换指令
算术运算类指令
逻辑运算类指令
移位类指令
程序控制类指令
转移指令
子程序调用指令
返回指令
输入输出类指令
独立编址的I/O
统一编址的I/O
指令系统的发展
CISC（复杂指令系统计算机）
RISC（精简指令系统计算机）
主要特点
优势
基本技术
比较
中央处理器
CPU的功能
指令控制
操作控制
时间控制
数据加工
中断加工
CPU基本结构
运算器
算术逻辑单元
暂存寄存器
累加寄存器
通用寄存器组
程序状态字寄存器
移位器
计数器
控制器
两个类型（硬布线控制器、微程序控制器）
程序计数器
指令寄存器
指令译码器
存储器地址寄存器
存储器数据寄存器
时序系统
脉冲源
启停控制逻辑
节拍信号发生器
微操作信号发生器
中断控制逻辑
构图
CPU的组成
构图
CPU主要技术参数
字长
内部工作频率
外部工作频率
前端总线频率
QPI数据传输速率
片内Cache的容量
工作电压
地址总线宽度
数据总线宽度
制作工艺
控制器的实现方法
实现方法
组合逻辑型（硬布线控制器）
存储逻辑型（微程序控制器）
区别：产生微操作控制信号的方式不同
组合逻辑和存储逻辑结合型（可编程逻辑阵列控制器）
组合逻辑型和存储逻辑型比较
时序系统与控制系统
时序系统
指令周期
机器周期
节拍
统一节拍法
分散节拍法
延长节拍法
时钟周期插入
工作脉冲
多级时序系统
节拍点位和工作脉冲的时间配合关系
控制方式
同步控制方式
异步控制方式
联合控制方式
指令运行基本过程
取值周期
间址周期
执行周期
中断周期
数据通路的功能
数据通路的基本结构
CPU内部单总线方式
CPU内部三总线方式
专用数据通路方式
指令的微操作序列
加法指令
转移指令
硬布线控制器
构图
输入信号来源
经指令译码器译码产生的指令信息
时序系统产生的机器周期信号和节拍信号
来自执行单元的反馈信息即标志
时序系统和微操作
控制单元设计
微程序控制器
概念
基本术语
微操作
微命令
微指令
微地址
微周期
微程序
微指令编码法
直接控制法
最短编码法
字段编码法
字段直接编码法
字段间接编码法
组成
构图
控制存储器
微指令寄存器
微地址形成部件
微地址寄存器
工作过程
微程序入口地址形成
机器指令的操作码字段指出
形成方式
一级功能转换
二级功能转换
通过PLA电路实现功能转换
后继微地址的形成
增量方式（顺序-转移型微地址）
断定方式
微程序设计
水平型微指令
垂直型微指令
混合型微指令
微指令运行方式
串行方式
并行方式
微程序仿真
动态微程序设计
指令流水线
重叠控制
顺序执行方式
一次重叠方式
二次重叠方式
设置两个存储器（哈佛结构）
采用多体交叉存储结构
先行控制原理
取值分析执行处理时间可能不同
流水工作原理
流水线
流水线分类
按处理级别
按功能
按工作方式
按流水线结构
指令流水线的相关性
结构相关
数据相关
RAW
WAR
WAW
控制相关
微处理器新技术
超标量和超流水线技术
EPIC的指令集并行处理
超线程技术
双核与多核技术
多处理器基本概念
输入输出系统
总线基本概念
总线事务
总线控制权
总线分类
按功能层次
片内总线
系统总线
通信总线
按数据线多少
并行总线
串行总线
组成
结构
单总线结构
双总线结构
三总线结构
特性
物理特性
功能特性
电气特性
时间特性
性能指标
总线宽度
总线带宽
总线负载
总线复用
总线猝发传输
总线仲裁
集中仲裁方式
链式查询方式
计数器定时查询方式
独立请求方式
分布仲裁方式
优先级
冲突检测
公平策略
总线定时控制
同步定时方式
异步定时方式
不互锁
半互锁
全互锁
总线标准
系统总线标准
PC/XT总线
ISA总线
MCA总线
EISA总线
VL总线
PCI局部总线
AGP
PCI-Express
外部总线标准
串口和并口
USB接口
IEEE 1394接口
eSATA接口
外部设备
分类
输入输出设备
辅助存储器
终端设备
过程控制设备
地位和作用
是人机对话的通道
是完成数据媒体变换的设备
是计算机系统软件和信息的驻在地
是计算机在各领域应用的桥梁
磁介质存储器
读写
磁记录介质和磁头
写入过程
读出过程
技术指标
道密度
位密度
存储容量
平均存取时间
定位（寻道）时间
旋转时间（等待）时间
传输时间
数据传输率
误码率
数据磁记录方式
直接记录方式
归零制RZ
不归零制NRZ
不归零-1制NRZ-1
按位编码记录方式
调相制PE
调频制FM
改进的调频制MFM
改进的改进型调频制M^2FM
成组编码记录方式
比较
磁介质存储设备
硬盘存储器结构与分类
硬盘驱动器
硬盘信息分布
记录面
磁道
圆柱面
扇区
磁盘地址
硬盘存储器技术参数
硬盘容量
硬盘转速
道密度
平均存取时间
缓存
数据传输率
硬盘接口标准
IDE（ATA）
SCSI
SATA
硬盘NCQ技术
软磁盘存储器
磁盘阵列
RAID
优点
分级
RAID0
RAID1
RAID2
RAID3
RAID4
RAID5
RAID6
选择标准
可用性
性能
成本
光盘存储器
CD光盘
CD-ROM
CD-R
CD-RW
DVD光盘
蓝光盘
组成和工作原理
新型辅助存储器
键盘输入设备
其他输入设备
显示设备
CRT显示器
技术指标
点距
行频和列频
子主题
子主题
显示原理
字符显示器的工作原理
字符显示原理
VRAM的地址组织
控制电路
图形显示器的工作原理
LCD显示器
视频显示标准
MDA
CGA
EGA
VGA
TVGA
XGA
微机的显示适配器
独立显卡和集成显卡
显卡性能三要素
I/O接口
功能
实现主机和外设的通信联络控制
进行地址译码和设备选择
实现数据缓冲
信号格式的转换
传送控制命令和状态信息
基本组成
构图
数据端口
命令端口
状态端口
类型
按数据传送方式
按主机访问I/O设备的控制方式
按功能选择的灵活性
按通用性
按输入输出的信号
按应用
外设识别与端口寻址
端口地址编址方式
独立编址
端口访问
统一编址
输入输出信息传送控制方式
程序查询方式
基本思想
缺点
工作流程
接口
输入接口
输出接口
程序中断方式
示意图
程序中断和调用子程序的区别
异常和中断
异常
硬故障中断
电源掉电
存储器线路错
程序性异常（内中断）
故障
自陷
终止
外中断
I/O设备中断
外部信号中断
定时器引起的时钟中断
中断基本类型
自愿中断和强迫中断
程序中断和简单中断
内中断和外中断
向量中断和非向量中断
单重中断和多重中断
中断请求和中断判优
中断源和中断请求信号
中断请求信号的传送
独立请求线
公共请求线
二维结构
优先级
判优方法
软件判优法
硬件判优电路
中断响应和中断处理
CPU响应中断的条件
收到中断请求信号
允许中断
一条指令执行完毕
中断隐指令
关中断
保存断点
引出中断服务程序
中断周期
完成中断隐指令任务
进入中断服务程序
软件方式
硬件向量中断法
图示过程
通过自己的向量地址形成部件向CPU发送向量地址
向量地址
是中断服务程序的入口地址
是中断向量表的指针（中断向量地址）
中断现场的保护和恢复
软件
硬件
软硬件结合
多重中断与中断屏蔽
中断嵌套
必须开中断
允许和禁止中断
中断屏蔽
屏蔽字（屏蔽码）
中断升级
改变中断的处理顺序，不是改变响应次序
响应次序由硬件排队电路实现
全过程
单重中断
多重中断
程序中断接口结构
中断请求电路
中断优先电路
向量地址形成部件
直接存储器存取（DMA）方式
特点
直接依靠硬件（DMA控制器）实现
使主存与CPU的固定联系脱钩
数据块传输时主存地址的确定、传送数据的计数等都由硬件电路直接实现
主存要开辟专用缓冲区及时供给和接收外设数据
DMA传送速度快，CPU与外设并行工作，提高系统效率
DMA在传送开始前要通过程序进行预处理，结束后通过中断方式进行后处理
DMA与中断的区别
应用
接口
功能
基本组成
构图
主存地址计数器
传送长度计数器
数据缓冲寄存器
DMA请求触发器
控制/状态逻辑
中断机构
引出线
地址线
数据线
控制数据传送方式的信号线
DMA控制器与外设之间的联络信号线
DMA控制器与CPU之间的联络信号线
DMA控制器的连接和传送
DMA传送方法
CPU停止访问主存法
存储器分时法
周期挪用法
DMA传送过程
DMA预处理
数据传送
DMA后处理
I/O通道控制方式
通道控制方式与DMA的区别
通道的功能
通道类型
字节多路通道
选择通道
数组多路通道
通道结构
通道程序
通道指令
程序举例
通道工作过程
存储系统与结构
存储系统的组成
存储器分类
按作用
高速缓冲存储器
主存储器
辅助存储器
按存取方式
随机存取存储器
只读存储器
顺序存取存储器
直接存取存储器
按存储介质
磁芯存储器
半导体存储器
磁表面存储器
光存储器
按信息可保存性
易失性存储器
非易失性存储器
存储系统结构层次
两级存储层次
命中率、失效率
三级存储层次
多级存储层次
主存储器的组织
主存基本结构
构图
存储单元
大端方案
小端方案
主存的主要技术指标
存储容量
存取速度
存取时间
存取周期
主存带宽
提高带宽方法
缩短存取周期
增加存储字长
增加存储体
可靠性
平均故障间隔时间（MTBF）
功耗
数据在主存中的存放
不浪费存储器资源的存放方法
从存储字的起始位置开始的存放方法
边界对齐的数据存放方法
半导体随机存取存储器
DRAM
4管DRAM记忆存储单元
刷新
原因：栅极电容
间隔：2ms或4ms（通常取2ms）
方式
集中刷新方式
分散刷新方式（无死区）
异步刷新方式
不定期刷新（也可消除死区）
刷新控制
读写周期
读周期
写周期
SRAM
6管SRAM记忆存储单元
DRAM和SRAM的比较
RAM芯片分析
地址线
数据线
片选线
读写控制线
电源线
GND
地址译码方式
单译码方式
双译码方式
只读存储器
结构简单，位密度高
非易失性，可靠性高
类型
掩模式只读存储器（MROM）
一次可编程只读存储器（PROM）
可擦除可编程只读存储器（EPROM）
UVEPROM
E^2PROM
闪速存储器（FLASH）
U盘、SD卡
写比读慢
固态硬盘
主存储器的连接与控制
主存容量扩展
位扩展
字扩展
位字同时扩展
存储芯片的地址分配和片选
片选信号产生
线选法
全译码法
部分译码
主存和CPU连接
硬连接
CPU对主存的基本操作
读
写
主存工作完成信号（MFC）
主存校验
主存的奇偶校验
错误检验与校正
PC系列微机的存储器接口
提高主存读写速度的技术
双端口存储器
并行主存储器
高速缓冲存储器
虚拟存储器
多体交叉存储技术
并行访问存储器
单体多字存储系统
交叉访问存储器
多体交叉存储系统
高位交叉编制
低位交叉编制
高速缓冲存储器
程序访问的局部性原理
时间局部性
空间局部性
cache基本结构
构图
cache读写操作
地址映像
全相联映像
直接映像
组相联映像
替换算法
随机算法
先进先出算法
近期最少使用（LRU）算法
更新策略
写命中
写直达法
写回法
写不命中
写分配法
非写分配法
PC中Cache技术实现
单一缓存和多级缓存
统一缓存和分开缓存
虚拟存储器
基本概念
页式虚拟存储器
段式虚拟存储器
段页式虚拟存储器
快表与慢表
构图
数据表示和运算
数制与编码
无符号数
带符号数
原码表示法
补码表示法
反码表示法
移码表示法
四种机器数的比较与转化
定点表示法
定点小数
定点整数
浮点表示法
规格化浮点数
阶码的移码表示
IEEE 754标准浮点数
定点、浮点表示法
定点、浮点计算机
ASCII字符编码
字符串的存放
汉字的表示
区位码
国标码
机内码
汉字字形码
统一代码Unicode
编码方式
实现方式
十进制数编码（BCD码）
8421码
2421码
余3码
格雷（Gray）码
十进制数串
非压缩
前分割式数字串
后嵌入式数字串
压缩
不同类型的数据表示举例
C语言
整数类型
浮点数类型
不同数据类型之间的转换
现代微机计算机系统的数据表示
无符号整数
带符号整数
浮点数
指针数据
串数据
BCD数
数据校验码
奇偶校验码
简单奇偶校验
交叉奇偶校验
汉明校验码
循环冗余校验码
运算方法和运算电路
基本算术运算的实现
加法器
全加器
串行加法器
并行加法器
进位
并行加法器的快速进位
并行进位方式
分组并行进位方式
单机先行进位（组内并行，组间串行）
多级先行进位方式（组内并行，组间并行）
结构
定点加减运算
原码加减运算
补码加减运算
溢出
溢出检测
采用一个符号位
采用进位位
采用变形补码（双符号位补码）
实现电路
带符号数的移位
带符号数的舍入
恒舍（切断）
冯·诺依曼舍入法（恒置1）
下舍上入法
查表舍入法
定点乘法运算
原码一位乘法
补码一位乘法
校正法
Booth乘法（比较法）
规则
流程图
电路
子主题
补码两位乘法
阵列乘法器
移位次数、累加次数特征
定点除法运算
原码除法运算
原码比较法
恢复余数法
原码不恢复余数法（原码加减交替法）
补码除法运算
阵列除法器
移位次数、累加次数特征
规格化浮点运算
浮点加减运算
对阶
尾数加减
尾数结果规格化
舍入
溢出判断
浮点乘除运算
乘法
阶码相加
尾数相乘
尾数结果规格化
除法
尾数调整
阶码相减
尾数相除
运算器实现
十进制加法运算
一位十进制加法运算
8421码加法运算
规则
校正关系
余3码加法运算
规则
校正关系
十进制加法器
一位8421码加法器
一位余3码加法器
多位十进制加法
逻辑运算与实现
逻辑非
逻辑乘
逻辑加
逻辑异或
运算器基本组成与实例
运算器基本组成
ALU
寄存器组
判别逻辑和控制电路等
运算器内部总线结构
ALU
4位ALU芯片
74181
74182
浮点运算器举例
概述
电子计算机发展
第一代
第二代
第三代
第四代
发展趋势
存储程序概念
五大基本部件
计算机内部采用二进制表示指令和数据
存储程序基本含义
计算机硬件的基本组成
构图
五个部分
输入设备
输出设备
存储器
运算器
控制器
各大部件的连接
总线结构（小、微型机典型结构）
地址总线
数据总线
控制总线
单总线构图
大、中型计算机的典型结构
构图
计算机硬件系统
观察角度不同（对…透明）
冯·诺依曼结构
哈佛结构
计算机系统
硬件和软件的关系（固件）
系列机和软件兼容
多层次结构
第零级
第一级
第二级
第三级
第四级
第五集
第六级
实际机器和虚拟机器
计算机工作过程
Eg·计算a+b-c=？
计算机主要性能指标
机器字长
数据通路宽度
主存容量
吞吐量
响应时间
主频
CPU时钟周期
CPI
IPC
CPU执行时间
MIPS
MFLOPS