计算机硬件基础名词解释Word文档下载推荐.docx
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中断系统：
是计算机实现中断功能的软、硬件的总称。
中断向量：
把中断服务程序的首址PC和初始PSW称为中断向量。
数据通路：
数据在功能部件之间传送的路径称为数据通路。
寻址方式：
指定当前指令的操作数地址以及下条指令地址的方法称为寻址方式。
有效地址：
数据实际存在的存储器地址。
波特率：
单位时间内传送的二进制数据的位数，以位/秒（b/s）表示，也称为数据位率。
它是衡量串行通信速率的重要指标。
指令助记符：
为了便于书写和阅读程序，每条指令通常用3个或4个英文缩写字母来表示。
这种缩写码叫做指令助记符。
RISC技术：
精简指令集计算机，简化指令使计算机的结构更加简单合理，从而提高机器的性能、指令数目较少，一般都选用使用频度最高的一些简单指令、指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。
CISC技术：
复杂指令集计算机，实现了软件功能向硬件功能转移、便于使机器指令的功能接近高级语言语句的功能、有利于简化汇编语言程序设计，提高高级语言执行效率。
总线标准：
指芯片之间、扩展卡之间以及系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应该遵守的一些协议与规范。
区别
时钟周期、机器（总线）周期和指令周期
Ø
指令周期：
执行一条指令所需要的时间称为指令周期，一般包括三个子周期。
◆取指令周期
◆间址周期：
从存储器取出操作数
◆执行周期
机器周期（一般：
取指周期=机器周期）
◆所有指令执行过程中的一个基准时间
◆确定机器周期需考虑的因素
每条指令的执行步骤
每一步骤所需要的时间
◆基准时间的确定
以完成最复杂指令功能的时间为准
以访问一次存储器的时间为基准
时钟周期：
每两个相邻的时钟脉冲上升（下降）沿之间的时间间隔称为T状态，节拍或时钟周期（ClockCycle）
时钟周期是控制计算机操作的最小单位时间
一个机器周期内可以完成若干微操作，每个微操作需要一定的时间，时钟周期（节拍）将一个机器周期分成了若干时间段
指令周期包含机器周期，机器周期包含时钟周期
◆微操作：
一条指令的功能是通过执行一系列操作控制步完成的；
这些控制步中的基本操作称为微操作。
◆微命令：
微操作的控制信号，如PCin，Zout等，而微操作是微命令的操作内容。
◆微指令：
可同时执行的一组微命令组成一条微指令，完成一个基本运算或传送功能。
◆微程序：
完成指定任务的微指令序列称为微程序；
一条机器指令其功能可由一段微程序解释完成。
中断传送方式、DMA传送方式、通道传送方式
指令的格式
指令的一般格式：
操作码、地址码
按指令包含的地址码个数分类：
四地址指令、三地址指令、二地址指令、单地址指令、零地址指令
定长操作码指令：
1、位数和位置固定，
2、共有m条指令，指令中操作码字段的位数为N位，则有如下关系式：
N≥log2m（m≤2N）
扩展操作码（变长操作码）指令：
1、位数、位置不固定
2、让操作数地址个数多的指令（如三地址指令）的操作码字段短些，操作数地址个数少的指令（如一或零地址指令）的操作码字段长些
操作数存储方式（操作数可以存储在指令、寄存器、堆栈和存储器中；
）
数据存储方式（大端、小端的布局）
数据的边界对齐的特点：
信息按整数边界存储称为数据边界对齐：
数据长度为2n个字节，则该数据在存储器中最小存储地址的最低n位应为0。
优点：
提高访存速度
缺点：
浪费存储空间
存储器堆栈的操作：
自底向上生成堆栈、自顶向下生成堆栈
常用的寻址方式
指令寻址:
顺序寻址、跳跃寻址
操作数寻址：
立即寻址：
操作数在指令中
优：
不用再次访存取数据
缺：
数字不能再改变
寄存器寻址：
操作数在寄存器中
优：
指令短、不用访存执行速度快；
直接寻址：
操作数在存储器中
寄存器间接寻址：
存储器间接寻址：
相对寻址：
操作数在存储器中（PC）+A
基址寻址：
操作数在存储器中固定内容的寄存器+A
变址寻址：
操作数在存储器中变内容的寄存器+A（数组）
跳转语句的跳转偏移的计算
有关数据通路的问题
结合CPU内部结构图
有哪些内部寄存器和通用寄存器
内部：
MAR:
存储器地址寄存器
MDR:
存储器数据寄存器
PC:
程序计数器（下一条要取出的指令的地址）
IR:
指令寄存器（当前取出准备执行的指令）
Y:
暂存输入ALU的数据
Z:
暂存ALU的输出结果
条件码寄存器
–存放进位、溢出等条件码
PSW:
程序状态字寄存器
–存放程序状态字
前三步格式固定，以后有READ或WRITE就要WMFC
1PCout,MARin,Read,ClearY,1=>
C0,Add,Zin；
取指，（PC）+1
2Zout,PCin,WMFC；
（PC）+1=>
PC
3MDRout,IRin；
指令=>
IR
数据通路是如何的（哪些控制信号）PPTP19页
一条指令执行的控制序列问题
控制器的实现方案
组合逻辑方式的实现方法：
•时序信号的控制方式
•同步控制方式：
1、定长，统一节拍（最长、繁做标准）的机器周期
•2、不定长，分散节拍（实际需求）机器周期
3、延长节拍
异步控制方式：
没有集中统一的时序信号，机器效率高
联合控制方式：
功能部件内部基本采用同步控制方式，功能部件之间采用异步控制方式
控制器按结构分类：
硬布线方式实现（RISC）（组合逻辑电路）：
组合逻辑控制器和PLA控制器，硬布线控制器由逻辑门组合实现
基于时钟信号CLK驱动的计数器来控制每个控制步，
Zin=T1+T6·
ADD+T5·
BR+T5·
N·
BRN…
End=T7·
ADD+T6·
BR+（T6·
N+T4·
N）·
BRN+…
微程序方式实现（CISC）：
微程序控制器由控制存储器和存放当前正在执行的微指令的寄存器直接控制下实现
指令周期的组成
取指令周期：
在指令周期开始之时，根据PC值将指令从存储器中取出放进IR中。
间址周期：
从存储器取出操作数，受操作数数目，寻址方式影响，如果无需从存储器读取操作数，则无此子周期。
执行周期：
根据操作码完成指令的执行。
机器（总线）周期与总线传输率的关系
流水线技术
各种相关性及其解决办法
1、结构相关：
指令在重叠执行的时候由于硬件资源不能满足重叠执行的要求，而产生的一种结构上的相关，如访存冲突。
◆解决方法：
–阻塞法
–资源重复法
»
使用哈佛结构存储体，代码与数据分开存放
使用多体交叉存储器，使两条相邻指令的操作数存放在不同的存储体内
–采用指令预取技术
提前将指令取出并放入指令队列中；
指令发射部件将队列头上的指令发送到空闲的执行部件去执行
适用于访存周期短的情况
2、数据相关:
某条指令的操作数依赖前一条或前几条指令的运行结果，这就是数据相关。
◆写后读相关（RAW）
addi$1,$2,10;
$1=$2+10
sub$5,$1,$4;
$5=$1-$4
–解决方法
阻塞（后推法）
定向转发（向前数据通路法）
乱序
定向转发
用乱序解决写后读（RAW）相关
3、控制相关：
当程序执行到条件分支指令的时候，会出现与控制相关的问题。
控制相关可以看作是对指令指针寄存器PC的RAW相关问题。
i.解决方法
1.阻塞
阻塞：
–分支预测
静态预测：
编译器来完成，预测部分代码放在转移指令中，指令的操作码字段指明转移被预测为发生还是不发生。
动态预测：
用硬件记录上次转移预测的结果，并以此为依据来预测下次转移是否会发生。
现代计算机经常采用一种转移目标缓冲器BTB来保存更多的信息以提高预测的准确度和程序执行的性能。
显然，同样的转移指令在不同的场合可能有不同的预测结果。
延迟槽法
LOOP：
SLR1；
R1左移1位
DecR2；
R2←（R2-1）
BNZLOOP；
不为零，转移
NEXT：
AddR1+R3
DecR2
BNZLOOP
SLR1
延迟槽法：
编译程序编译时，将转移指令前与转移指令无关的n条指令或空指令放入延迟槽；
，延迟槽在紧跟在转移指令后
静态预测根据指令的情况，通常转移地址小于当前指令地址，预测为转移命中，如果转移地址比当前指令地址大，则预测转移不被命中
动态预测根据程序历史行为和分支历史行为来协助判断分支是否命中，这是在运行时的判断。
多发射技术
超标量技术
超流水线技术
指令发射策略：
按序发射按序完成，通过控制译码完成时间，执行指令也能够按序地开始
按序发射无序完成（只受三种相关困扰）
无序发射无序完成
接口的功能
1、数据缓冲功能（数据口）
2、接受和执行CPU命令功能（命令口）
3、控制和监视设备执行功能（状态口）
4、设备选择功能
5、信号转换功能
6、可编程功能
7、与主机和设备通信功能
端口概念：
I/O端口是供CPU直接存取访问的接口中的寄存器或电路
端口地址的形成：
是对接口中的不同寄存器或电路的编号，该编号加上该接口的基地址称为该端口的I/O端口地址。
CPU通过向命令端口发命令来对接口，最终对设备进行控制。
访问设备实际上是访问相关的端口
I/O端口的编址方式和特点：
1、I/O统一编址（存储器映象I/O编址）（MiniSys）
优点：
1、不必使用专用I/O指令
2、外设数目或I/O寄存器数几乎不受限制
3、读写控制逻辑较简单
缺点：
1、占用部分MEM空间，可用MEM空间减小
2、对MEM访问指令较长，执行速度较慢
3、I/O端口地址译码时间较长
2、I/O独立编址（x86）
–MEM地址空间不受I/O端口地址空间影响；
–I/O端口数量不多，占用地址线少，地址译码简单，速度较快，使得此类指令执行速度快；
–使用专用I/O命令（IN/OUT），与MEM访问命令（LOAD/STORE、MOV）有
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