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。

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
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      • 编码方式
      • 实现方式
    • 十进制数编码（BCD码）
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    • 不同类型的数据表示举例
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        • 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
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  • 运算方法和运算电路
    • 基本算术运算的实现
      • 加法器
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      • 冯·诺依曼舍入法（恒置1）
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          • 规则
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          • 电路
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      • 浮点加减运算
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        • 溢出判断
      • 浮点乘除运算
        • 乘法
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          • 尾数结果规格化
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          • 尾数调整
          • 阶码相减
          • 尾数相除
        • 运算器实现
    • 十进制加法运算
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          • 规则
          • 校正关系
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          • 规则
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      • 十进制加法器
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        • 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
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    • 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