计算机组成原理第二版知识大纲

第一章 计算机系统概论

1.计算机组成和计算机体系结构

计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性。如指令集、数据类型、存储器寻址技术、I/O机理等。

计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性。例如，如何取指令、分析指令、去操作数、运算等

 

2.冯诺依曼计算机的特点

• 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。
• 指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。
• 指令和数据均用二进制表示。
• 指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作数的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
• 指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是按顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。
• 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

3.存储容量

存储容量 = 存储单元个数 * 存储字长

 

第二章 计算机的发展及应用

1.计算机的产生和发展

第一代电子管计算机(1946 ENIAC(Electric Numerical Integrator And Computer))->第二代晶体管计算机->第三代集成电路计算机

2.CAD/CAM/CIMS

CAD(Computer Aided Design):计算机辅助设计。

CAM(Computer Aided Manufacturing):计算机辅助制造。

CIMS(Computer Integrated Manufacturing Systems):计算机集成制造系统。

第三章 系统总线

1.总线基本概念

　　一种是各部件之间使用单独的连线，称为分散连接；另一种是将各部件连到一组公共信息传输线上，称为总线连接。

PS:在某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。

2.总线的分类

2.1 片内总线

　　是指芯片内部的总线，如在CPU芯片内部，寄存器与寄存器之间，寄存器与算逻单元之间。

2.2 系统总线

• 数据总线：用来传输各功能部件之间的数据信息，双向传输，其位数与及其子长、存储字长有关。
• 地址总线：用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址。
• 控制总线：如何使各部件能在不同时刻占有总线使用权，需要靠控制总线来完成，因此控制总线是用来发出各种控制信号的传输线。

2.3 通信总线

　　这类总线用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的通信。

3.总线标准

3.1 ISA总线(Industrial Standard Architecture)

　　IBM为了采用16位的CPU而推出的，它使用独立于CPU的总线时钟，因此CPU可以采用比总线频率更高的时钟，有利于CPU性能的提高。

3.2 EISA总线(Extended Industrial Standard Architecture)

　　是一种在ISA基础上扩充开放的总线标准，与ISA完全兼容，从CPU中分离了总线控制权。

3.3 PCI总线(Peripheral Component Interconnect)

• 高性能
• 良好的兼容性
• 支持即插即用(Plug and Play)
• 支持多主设备能力
• 提供数据和地址奇偶校验功能
• 支持两种电压标准
• 可扩充性好
• 软件兼容性好
• 采用多路复用技术

3.4 AGP总线(Accelerated Graphics Port)

　　基于PCI 2.1版规范并进行扩充修改而成，它采用点对点通道方式，处理三维数据有优势，传输频率和最大数据传输率比PCI更高

3.5 USB总线(Universal Serial Bus)

　　即通用串行总线

• 即插即用
• 很强的连接能力
• 数据传输率高
• 标准统一

4.总线结构

5.同步通信和异步通信

5.1同步通信

通信双方由统一时标控制数据传送称为同步通信

5.2异步通信

应答方式分为不互锁、半互锁和全互锁三种类型

(1)不互锁方式

主模块发出请求信号后，不必等待接到从模块的回答信号，而是经过一段时间，确认从模块已收到请求信号后，便撤销其请求信号；

从模块接收到请求信号后，在条件允许时发出回答信号，并且经过一段时间确认主模块已收到回答信号后，自动撤销回答信号

(2)半互锁方式

主模块发出请求信号，必须待接到从模块的回答信号后再撤销其请求信号，有互锁关系；

而从模块在接到请求信号后发出回答信号，但不必等待获知主模块的请求信号已经撤销，而是隔一段时间后

自动撤销其回答信号

(3)全互锁方式

主模块发出请求信号，必须等待从模块回答后再撤销其请求信号；

从模块发出回答信号，必须待获知主模块请求信号已撤销后，再撤销其回答信号

第四章 存储器

1.存储器分类

1.1按存储介质分类

• 半导体存储器：存储元件由半导体器件组成；体积小，功耗低；易失性存储器
• 磁表面存储器：在金属或塑料基体的表面上涂一层磁性材料作为记录介质；非易失性存储器
• 光盘存储器：是应用激光在记录介质上（磁光材料）上进行读写的存储器；非易失性存储器

1.2按存取方式分类

• 随机存储器(RAM)：存储器的任何一个单元的内容都可以随机存取
• 只读存储器(ROM)：能对其存储的内容读出，而不能对其重新写入的存储器

1.3按计算中的作用分类

2.存储器的层次结构

3.RAM三种刷新方式

• 集中刷新：是指在规定的一个刷新周期内，对全部存储单元集中一段时间进行刷新
• 分散刷新：是指对每行存储单元的刷新分散到每个存取周期内完成
• 异步刷新：集中刷新和分散刷新的结合

4.顺序存储和交叉存储

顺序存储：程序按体内地址顺序存放

交叉存储：程序连续存放在相邻体中

5.存储器的校验（汉明码）

设欲检测的二进制位代码为n位，为使其具有纠错能力，需添加k位检测位，组成n+k位的代码。为了能准确对错误定位以及指出代码没错，新增添的检测位数k应满足

2^k>=n+k+1

由此关系可求得不同代码长度n所需检测为的位数k,如表4-2所示

例题1

例题2

第七章 指令系统

1.指令的一般格式

• 操作码：用来指明该指令所要完成的操作，如加法、减法、传送、移位、转移等。
• 地址码：用来指出该指令的源操作数的地址、结果地址以及下一条指令的地址

例题

2.寻址方式

寻址方式是指确定本条指令的数据地址以及下一条要执行的指令地址的方法

寻址方式分为指令寻址和数据寻址

2.1指令寻址

它分为顺序寻址和跳跃寻址

顺序寻址可通过程序计数器PC加1，自动形成下一条指令的地址；跳跃寻址则通过转移类指令实现

2.2数据寻址

指令地址字段称为形式地址，记作A。操作数的真实地址称为有效地址，记作EA，它由寻址方式和形式地址共同确定

通用指令的格式：

立即寻址：形式地址A是操作数本身，又称之为立即数。#是立即寻址的标记

直接寻址：指令字中的形式地址A就是操作数的真实地址EA，即EA=A

隐含寻址：其操作数的地址隐含在操作码或某个寄存器中

间接寻址：形式地址指出操作数有效地址所在的存储单元地址，即EA=(A)