让你忍不住想要动手收藏的—计算机组成原理总结

这是我观看了b站up做的笔记

@TOC

第1章：计算机的系统

硬件：指计算机实体部分。（看得见摸得着的）

软件：通过编译具有各类特殊功能的程序组成（看不见摸不着）

冯.诺依曼计算机：以运算器为中心

现代计算机：以存储器为中心

1.计算机由运算器，存储器，控制器，输入，输出设备过构成。

2.现代计算机三大组成：CPU，I/O设备，主存储器

3.工作步骤：（1）建立数学模型 （2）确定计算方法（3）编制解题程序

4.存储容量=存储单元个数（MAR 1k=1024=2^10）x存储字长（MDR 1M=2 ^20）

ax^2+bx+c在计算机中的运行过程

各种英文代号解释

CPU:（Central Processing Unit)中央处理器

I/O设备：（Input/Output Equip-ment）输入，输出设备

MM: （Main Memory)主存储器

ALU: （Arithmetic Logic Unit）算数逻辑单元

ACC：（Accumulator）累加器

MQ：（Multiplier-Quotient Register）乘商寄存器

X：操作数寄存器

PC：（Program Counter）程序计数器

IR：（Instruction Register）指令寄存器

CU：（Control Unit）控制单元

MAR：（Memory Address Register）存储器地址寄存器，反映单元个数

MDR：（Memory Data Register）存储器数据寄存器，反映字长

第3章：系统总线

总线是信号的公共传输线，是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。

发展过程：

面向CPU的双总线：这种结构在I/O设备与主存交换信息是仍然要占用CPU，因此还会影响CPU的工作效率。

单总线结构（系统总线）：只有一组总线，当都要占用总线时，就会发生冲突。

以存储器为中心的双总线结构：由单总线基础上，在CPU与主存之间连接一条存储总线。

分类：

片内总线：芯片内部的线。

系统总线：计算机各部件之间的信息传输线。

（1）数据总线（双向）：传输数据信息。位数与机器字长，存储字长有关，是衡量性能重要参数。

（2）地址总线（单向）：指出在数据总线上==数据==在主存单元或I/O设备的地址，地址线的位数与存储单元的个数有关

（3）控制总线（单向，双向）：发出各种控制信号，监视各部件状态。

通信总线：用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统（外部系统） 传输方式：==串行通信，并行通信==

特性：

机器特性

电气特性

功能特性

时间特性

性能指标：

总线宽度：指数据总线的根数，用bit（位）表示，如8位（8根）。

总线带宽(数据传输速率)：既单位时间内总线上传输数据的位数，用每秒传输信息的字节数来衡量，单位用MBps(兆字节每秒)。

时钟同步/异步：数据与时钟。

总线复用：地址线和数据线的复用。

信号总线：三种总线的总和。

判优控制

==主设备==对总线有控制权，==从设备==只能响应从设备发来的总线命令

判优控制可分为==集中式==和==分布式==。

集中控制优先权仲裁方式：

（1）链式查询：控制线少，对电路故障敏感，优先级低的设备难请求

（2）计数器定时查询：控制复制

（3）独立请求方式：响应快，优先次序控制灵活

通信控制

总线周期：完成一次总线操作的时间。

目的：解决通信双方如何协调配合。

方式：

（1）同步通信：通信双方由统一时标。

（2）异步通信：采用应答方式，没有公共时钟标准。

（3）半同步通信：同步，异步结合。

（4）分离式通信：充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力。

第4章：存储器

一. 概述

分类：

层次结构：

性能指标：速度，容量，位价（每位价格）。

存储层次结构：

（1）缓存-主存层次：解决==CPU==和==主存速度==不匹配问题。

（2）主存-辅存层次：解决容量问题。

二.主存储器

基本组成： 存储体（大楼）–存储单元（房间）–存储元件（床位）-- 0 / 1（无人/有人）。

主存中存储单元地址的分配： 主存个存储单元的空间位置是由单元地址号来表示，地址总线是指出储存单元地址号，由地址号可以读出写入一个储存字。

技术指标：

（1）==存储容量== ：指主存能存放二进制代码的总位数，也可用字节总数 来表示。

存储容量=存储单元个数 x 存储字长

存储容量=存储单元个数 x 存储字长/8

（2）==存储速度== ：由存取时间和存储周期来表示。

基本结构：

容量：由==地址线==（单向）和==数据线==（双向）的位数共同反应。

列：

控制线：

（1）读写控制线：决定芯片进行读写操作。

（2）片选线：用来选择储存芯片。

译码驱动方式：==线选法==和==重合法==

DRAM(动态)：用在==主存==

SRAM(静态)：用在==缓存==

定义： 一般保存系统程序或系统的配置信息

半导体ROM基本器件：MOS型和TTL型。

MROM:用户不发改变原始状态。

PROM：可以改变一次（一次性）。

EPROM：（多次性编程）。

EEPROM：既可局部，也可全部。

闪速存储器：快擦型存储器

存储容量的扩展

CS （片选线 ）：连接芯片

WE：读，写

（1）位扩展 ： 指增加==存储字长==（就是增加数据线）。

（2）字扩展 ：指增加==存储器字的数量==，也称存储单元（就是增加地址线）

（3）字，位扩展 ：两个都增。

存储器与CPU连接

（1）地址线连接：通常将==CPU地址线的低位==与==存储芯片的地址线相连==（CPU地址线多于存储芯片地址线）。

（2）数据线连接 : 若存储芯片与CPU的数据线不相等，就对存储芯片进行==扩位==（使他们数据位数相等）。

（3）读 / 写命令线连接 ：高电平为读，低电平为写。

（4）片选线连接 ：是CPU与存储芯片正确工作的关键。==片选有效信号==与CPU的访存信号MREQ（低电平有效，有效时，这次访问的地址才在存储器当中）有关。

（5）合理选择存储芯片 ：==ROM==存放系统程序，==RAM==为用户编程设计。

解题步骤

（1）写出对应的二进制地址码

（2）确定芯片数量及类型

（3）分配地址线

（4）确定片选信号

（5）确定片选逻辑

汉明码：1950年提出，具有以为纠错能力。

汉明码的分组是一种非划分方式。

校验位： 指对一组数据进行效验，不和其他组共有。

目的：提高主存的存取速度

多体并行系统：采用多体模块组成的存储器。

三.高速缓冲存储器（cache）

主要作用：解决主存与CPU速度不匹配的问题。

CPU

缓存

主存

工作原理

主存由2^n个可编译的字组成，每个字有唯一的n位地址

==主存== 和 ==缓存==以==块== 为单位存储。

块的大小相同

CPU读取主存的字

两种情况（1）所需字已在缓存中，可直接访问Cache（一次送一个字节）。

（2）不在，将改字所在的主存整个字块调到缓存。

命中率

（1）Cache ==容量越大== CPU命中率越高。

（2）命中Cache：说明主存快已经调入缓存中。

（3）未命中：未调入。

基本结构

（1）Cache存储体。

（2）地址映射变换机构

（3）替换机构

（4）Cache的读写操作

映射机构：主存的块可以放到缓存那些块当中。

替换机构：完成了主存当中的一个块在Cache当中的查找操作。

直接映射（不灵活）：==某一== 主存块==只能固定==映射到==某一==缓存块。

全相联映射（成本高）：==某一==主存块==能== 映射到==任一==缓存块

组相联映射：==某一== 主存块==只能==映射到==某一==缓存组中的==存储块==当中

算法：

先进先出（First-In-First-out,FIFO）算法。

近期最少使用（Least Recently Used,LRU）算法。

四.辅助存储器（外部存储器）

特点：不直接与CPU交换信息

与主存一起组成了存储器系统的==主存-辅存==层次

第5章：输入输出系统

你们可能看不懂我的题目，那么接下来跟我一起去了解输入输出系统的学习过程。

输入输出，通俗话讲就是进去出来（希望能过审）。

它有多牛逼呢？

它是除了==CPU==和==存储器==计算机硬件系统第三个关键部分。

一.发展情况，了解历史

早期阶段

（1）分散连接

（2）CPU与I/O设备串行工作

（4）程序查询方式

（3）I/O设备通过CPU与主存交换消息

接口模块和DMA阶段

（1）总线连接

（2）CPU和I/O设备并行

（3）工作：==中断==方式，==DMA==方式。

具有通道结构阶段

I/O设备通过通道与主机交换信息。

具有I/O处理机的阶段

二.系统组成

是由==I/O软件==和==I/O硬件==组成的。

1.I/O软件

（1）I/O指令

（2）通道指令

指出数组的首地址，传送字数，操作命令

是通道自身的指令，用来执行I/O操作

2.I/O硬件：包括==接口模块==和==I/O设备==。

三.I/O设备与主机的联系方式

I/O设备的编址方式

（1）统一编址：将==I/O地址==看做是==存储器地址==的一部分。

（2）不统一编址：指==I/O地址==和==存储器地址==分开

设备寻址：用==设备选择电路==识别是否被选中。

传送方式

（1）并行方式（数据同时输送）：传送快，但数据线==多==

（2）串行方式（逐位传送）：速度慢，但只需==一根==数据线和地址线

联络方式

（1）立即响应方式

（2）异步工作采用应答信号联络

（3）同步工作采用同步时标联络

连接方式

（1）辐射式：增删困难

（2）总线式：现代被采用

四.I/O设备与主机信息传送的控制方式

程序查询

程序中断（还在努力编写。。。）。

DMA方式

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