计算机组成原理第二版唐朔飞各章节知识点.docx
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计算机组成原理第二版唐朔飞各章节知识点
第一章知识总结
(一)
2017-04-19 马辉 安阳师院mh
一个完整的计算机系统包括了硬件和软件两个子系统。
硬件部分按冯诺依曼观点分为运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件。
它们之间用系统总线进行连接。
系统总线按传输内容分地址总线、数据总线和控制总线三类。
软件部分包括系统软件和应用软件两类,它们通常使用机器语言、汇编语言和高级语言三种计算机语言进行编写。
由于机器硬件电路只能识别用0、1编写成的机器语言程序,所以用汇编或高级语言编写的源程序在运行前需使用汇编程序、编译程序或解释程序进行翻译。
软件的狭义观点是:
软件是人们编制的具有各类特殊功能的程序,广义观点是:
软件是程序以及开发、使用和维护程序需要的所有文档。
为了简化对复杂的计算机系统的理解,对计算机系统进行了层次结构划分,通常分为微程序机器、传统机器语言机器、操作系统虚拟机、汇报语言虚拟机、高级语言虚拟机等。
从不同角度、层次理解机器的功能与使用方法,简化了需要掌握的知识内容。
虚拟机:
依赖于一定的系统软件,所体现出的具有某种结构、功能和使用方法的计算机。
计算机组成原理关注传统机器语言机器M1和微程序机器M0,它们是实际机器,所看到的机器功能与结构由硬件电路直接实现。
冯诺依曼关于计算机结构的观点:
1、计算机由五大功能部件组成。
2、指令和数据均用二进制数表示,以同等地位存放于存储器中。
3、存储器按地址进行访问。
4、指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
5、指令在存储器内按顺序存放,通常被顺序执行,在特定条件下,可根据运算结果或设定的条件改变执行顺序。
6、机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。
现代大部分机器仍采用“存储程序”思想构建,仍属于冯诺依曼结构的计算机。
典型的冯诺依曼计算机以运算器为中心,现代计算机转化为以存储器为中心。
现代计算机可认为由三大部分组成:
CPU(包含了运算器和控制器、及高速缓存)、I/O设备及主存储器。
CPU和主存合起来称主机(及电源、总线与I/O接口),I/O设备也称外设。
运算器的核心是算术逻辑单元ALU,控制器的核心是控制单元CU。
外存(辅存)属于I/O设备。
第一章知识总结
(二)
2017-04-20 马辉 安阳师院mh
存储元件(或称存储基元、存储元):
能存放一位二进制代码“0”或“1”的电路。
存储单元:
包含若干存储元,可存放一串二进制代码,通常对每一个存储单元分配一个唯一的单元地址。
存储字:
一个存储单元中所存放的二进制代码内容。
存储字长:
一个存储字二进制代码的位数。
主存的工作方式就是按存储单元的地址号来实现对存储字各位的存(写入)、取(读出)。
这种存取方式称为按地址存取,即按地址访问存储器(访存)。
MAR:
存储器地址寄存器,用来存放欲访问的存储单元的地址。
MDR:
存储器数据寄存器,用来存放从存储单元读出的代码或准备写入某存储单元的代码,其位数与存储字长相等。
如若MAR为16位,MDR为32位,则配套存储容量为2的16次方乘于32位,即2Mb或256KB。
ALU:
算术逻辑单元
ACC(或A、或AC):
累加器
MQ:
乘商寄存器
X:
操作数寄存器
PC:
程序计数器,存放欲执行指令的地址。
IR:
指令寄存器,存放当前正执行的指令代码。
CU:
控制单元,分析当前指令所需完成的操作,并发出各种微操作命令序列,用以控制所有被控对象。
机器字长:
CPU一次能处理数据的位数,通常与CPU中的通用寄存器位数一致。
存储容量:
包括主存容量和辅存容量,存储器能存放二进制代码量的表示。
可以用总位数表示,或用字节数表示,主存更通常用单元数乘于存储字长表示。
主频:
CPU工作所使用的时钟信号的频率。
主频取导为时钟周期,表示一个时钟信号持续的时间长度。
MIPS:
每秒钟执行多少百万条指令。
(GIPS)
CPI:
执行一条指令所需的时钟周期个数。
FLOPS:
每秒浮点运算次数。
(MFLOPS或GFLOPS或TFLOPS)
第二章知识总结
2017-04-21 马辉 安阳师院mh
1946年,第一台电子数字计算机ENIAC诞生于美国宾夕法尼亚大学,它采用电子管构造,使用十进制运算。
早期计算机的更新换代集中体现在组成计算机基本电路的元器件上,按此可以把计算机发展分为:
第一代,电子管计算机;第二代,晶体管计算机;第三代,中小规模集成电路计算机;第四代,大规模、超大规模集成电路计算机。
现代计算机作为一门独立学科迅猛发展,是由于微处理器的出现、软件技术的完善及应用范围的不断扩宽所带来的必然结果。
1971年,美国Intel公司研制成世界上第一个4位的微处理器芯片4004。
摩尔定律:
微芯片上集成的晶体管数目每3年翻两番。
微型计算机的发展在很大程度上取决于微处理器的发展,而微处理器的发展又依赖于芯片集成度和处理器主频的提高。
计算机的应用:
科学计算
数据处理
计算机控制(工业控制、实时控制等)
网络应用(电子商务、网络教育、电子政务等)
多媒体应用(电子动画、虚拟现实等)
办公自动化
管理信息系统
CAD/CAM/CIMS/CAI
人工智能(模式识别、语音识别、专家系统、机器人、自然语言理解等)
第三章知识总结
(一)
2017-05-02 马辉 安阳师院mh
总线:
是连接多个部件的信息传输线,是各部件共享的传输介质。
在某一时刻,只允许有一个部件向总线发送信息,理论上,允许多个部件同时从总线上接收相同的信息。
从不同角度可以有不同的总线分类方法:
按数据传送方式:
并行传输总线和串行传输总线
按总线使用范围:
计算机总线、测控总线、网络通信总线
按传输方向:
单向总线和双向总线
按连接部件的不同:
片内总线、系统总线、通信总线
片内总线:
为并行总线,该组线路可传各种类型信息
系统总线:
为并行总线,按传输信息的不同,再分为数据总线、地址总线和控制总线三个组成部分。
通信总线越来越多用串行总线
总线的使用要考虑如下总线特性:
机械特性、电气特性、功能特性、时间特性
总线的性能指标最重要的是总线带宽(或叫总线数据传输率),单位时间内总线上传输数据的位数,以每秒传输多少位或多少字节表示。
注意区分MBps和Mbps
关键因素:
一秒能传多少次,每次能传多少位。
总线标准:
ISA:
工业标准结构总线
EISA:
扩充的工业标准结构总线
VESA:
视频电子标准协会总线
PCI:
外围部件互连总线
AGP:
加速图形端口总线
USB:
通用串行总线
PCI-Express总线
RS-232C总线
第三章知识总结
(二)
2017-05-03 马辉 安阳师院mh
总线主设备:
对总线有控制权的设备或模块
总线从设备:
没有总线控制权,只能响应主设备发来的总线命令的设备或模块
理解:
1、在有些系统中主设备、从设备不是固定的
2、主设备不一定就是向总线发送数据信息的设备
总线判优控制(总线仲裁):
分配总线控制权,决定谁是主设备
判优控制分为集中式和分布式两大类
集中式细分为:
1、链式查询:
需三根线完成控制,但优先级固定,对故障敏感
2、计数器定时查询:
优先级灵活
3、独立请求:
需2n根线完成控制,速度最快
通常将完成一次总线操作的时间称为总线周期,可分为4个阶段
申请分配阶段;寻址阶段;传数阶段;结束阶段
但对只有一个主设备的简单系统,可只需寻址和传数两个阶段。
总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束,以及通信双方如何协调如何配合。
通常用四种方式:
同步通信、异步通信、半同步通信、分离式通信。
同步通信:
通信双方由统一时标信号控制数据传送。
(按双方工作速度,确定一个时间标准,对双方动作的时间配合固定下来,什么时间就该干什么,完成通信过程,理论上任何设备间都可采用,通常用在速度较一致的设备间。
)
异步通信:
没有公共的时钟标准,允许双方速度不一致,采用应答信号(握手信号)联络,决定双方的操作。
异步通信的应答方式按联系紧密程度分不互锁、半互锁和全互锁三种。
异步并行通信中有专门线路传输应答信号,但异步串行通信中为传输应答信号和信息,通常要约定传输字符格式,如:
1个起始位(低电平),5~8个数据位,1个奇偶校验位,1或1.5或2个终止位(高电平)。
传送时起始位后面紧跟的是传送字符的最低位。
起始位至终止位构成一帧。
(如何知道一个位传输时间?
异步串行通信中也有时钟信号,通常用记够若干时钟代表传一位的时间,但该时钟信号不用于决定传输的开始和结束。
)
异步串行通信的数据传送速率用波特率来衡量
波特率:
单位时间内传送的二进制数据的位数,单位为bps。
比特率:
单位时间内传送的二进制有效数据的位数,单位为bps。
第五章知识总结
(一)
原创 2017-06-12 马辉 安阳师院mh
现代计算机可认为由三大部分组成:
除CPU和主存储器外,还有输入输出模块,又称I/O系统。
I/O系统由I/O软件和I/O硬件两部分组成,其中I/O软件由I/O指令或通道指令编写,具有:
①将用户编制的程序(或数据)输入主机内。
②将运算结果输送给用户。
③实现输入输出系统与主机工作的协调等作用;而I/O硬件在带有接口的I/O系统中包含接口模块及I/O设备两大部分。
I/O设备与主机的联系方式包括:
1、I/O设备编址方式。
2、设备寻址。
3、传送方式(并行传送、串行传送)。
4、联络方式(立即响应、异步应答、同步联络)。
5、连接方式(辐射式、总线式)等问题。
其中编址方式分统一编址(不需设置专门的I/O指令)和不统一编址(需设置专用的I/O指令)两种。
CPU和主存构成了主机,主机外的大部分硬件设备都可称为外部设备,简称外设。
I/O设备大致可分为三类:
人机交互设备、计算机信息的存储设备、机-机通信设备。
其中人机交互设备可分为输入设备和输出设备两种。
常见的输入设备有键盘、鼠标、触摸屏等;常见的输出设备有显示器、打印机等。
显示器按显示器件划分,有阴极射线管CRT显示器、液晶LCD显示器、等离子PD显示器及发光二极管LED显示器等。
分辨率和灰度等级(或颜色数)是显示器的两个重要技术指标,分辨率是指显示屏面能表示的像素点数,灰度等级是指显示像素点相对亮暗的级差。
为使人眼能看到稳定的图像,显示屏需进行刷新,一般刷新频率要大于30次/秒。
为进行刷新操作,需由刷新存储器(帧存储器或视频存储器)保存当前一屏信息内容,其容量与分辨率和灰度等级(或颜色数)有关,其带宽或存取周期要满足刷新要求。
计算机处理汉字需考虑输入码、内码和字形码三个问题。
输入码常从音、形两个角度考虑;内码用两个字节表示一个汉字,其来源于汉字统计、排序的区位码;字形码(字模码)用点阵或矢量曲线表示汉字字形,最小汉字点阵为16×16,在单色显示下该点阵一个汉字字形码需32B。
国标码=区位码+2020H
机内码=国标码+8080H
(区位码区号在前,位号在后,从16区即10H区开始表示汉字,共1-94区,1-94位)
I/O接口是指主机与I/O设备间设置的一个硬件电路及其相应的软件控制,其作用有:
设备选择、数据缓冲、数据格式转换、电平转换、接收控制命令、发送设备状态等。
端口是指接口电路中的一些寄存器,按存放信息可分为数据端口、控制端口和状态端口等。
I/O接口的分类:
并行和串行接口、可编程和不可编程接口、通用和专用接口等。
第五章知识总结
(二)
原创 2017-06-13 马辉 安阳师院mh
程序查询方式是指由CPU通过执行程序不断查询I/O设备是否已做好准备,从而控制I/O设备与主机交换信息。
该方式中,只要一启动I/O设备,CPU便不断查询I/O设备的准备情况,从而终止了原程序的执行。
当I/O设备准备就绪后,CP