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1,冯诺依曼计算机组成:运算器,存储器,控制器,输入设备,输出设备
========================================================================== 2,总线是如何分类的:按部件不同,总线可以分为 片内总线:芯片内部的总线 系统总线:CPU,主存,I/O设备各大部件间的信息传输线 数据总线:传输各个部件中的数据信息,双向传输,其位数和机器字长,存储字长有关 地址总线:指出数据总线上目的数据在主存单元的地址,单向传输 控制总线:发出信号使各个部件可以在不同时刻占用总线的使用权 通信总线:用于计算机系统与计算机系统,计算机系统与其他系统间的通信 串行通信:数据在1位宽的传输线上,一位一位地传输,适用于远距离传送 并行通信:将串行通信并列执行,适用于30m内的传输 3,为什么要设置总线的判优控制(仲裁):解决多个部件同时申请时的使用权分配问题 主设备:对总线有控制权 从设备:对总线没有控制权,只能响应主设备发来的总线命令 4,常见的总线集中式控制有那些:有三种, 链式查询:只需要很少的几根线就能按一定优先次序实现总线控制,并且很容易扩充设备,但对电路敏感,级低的设备很难获得请求(连线简单,易于扩充,对电路故障敏感) 计数器定时查询:多了一组设备线,少了一组总线同意线,优先级设置比较灵活,对故障不敏感,连线及其控制过程复杂 独立请求查询:速度最快,但硬件器件大,连线多,成本较高 5,通信的控制方式 总线的周期: 申请分配阶段:多个主设备申请总线使用权,总线仲裁绝对给其中的一个设备使用 寻址阶段:主设备发出地址信号,唤醒参与活动的从设备 传数阶段:主设备和从设备进行数据交换,数据流入目的设备 结束阶段:主设备的有关信息从总线上撤销,让出总线的使用权 同步通信:通信双方由统一时标控制数据传送 优点:规定明确,统一,模块间的配合简单一致 缺点:主从模块时间配合属于强制性同步,必须在规定时间内完成规定要求 例题:P61(总线的数据传输率=总线的宽度/总线的传输周期 一个传输周期可能包含多个时钟周期,1字=4字节=32位) 异步通信:主模块发出请求后,一直等待从模块反馈回来的响应信号后,才开始通信 不互锁方式:主模块发出请求,一段时间后确认从模块收到,撤销信号。从模块接到请求后,根据条件发出响应,一段时间后,确定主模块接收回答信号后,撤销信号 半互锁方式:主模块发出请求,必须接到从模块的回答信号后,才撤销请求信号,从模块一段时间后自动撤销信号 全互锁方式:主模块发出请求,必须接到从模块的回答信号后,才撤销请求信号,从模块等待知道主模块请求信号已撤销后,才撤回回答信号 半同步通信:同步异步结合,适用于系统工作不高,但又包含了由许多工作差异较大的各类设备组成的简单系统 分离式通信:充分挖掘系统总线每瞬间的潜能, 1主模块申请占用总线,使用完放弃总线的使用权 2从模块申请占用总线,将各种信息传送到主总线 6,总线带宽:总线数据传输速率=总线的宽度/总线的传输周期 7,画图说明异步穿行传输方式P63 ============================================================================ 1,为什么要加Cache:主存用来存放数据,其速度与CPU数据差距过大,为了让他们的速度很好的匹配,加入缓存 2, 缓存——主存:解决CPU和主存速度不匹配问题 主存——缓存:解决存储系统的容量问题 3,主存各个存储单元的空间位置是由单元地址号来表示的,而地址总线是用来指出存储单元地址号的,根据该地址号,可以读出或写入一个存储字 4,存储器的性能指标P74: 存储容量=存储单元个数 * 存储字长(位) 存储容量=存储单元个数 * 存储字长/8(字节) 例如:机器主存量为256M,它按字节存储的地址线位数对应28 存储速度:由存储时间和存取周期表示 存储器带宽:单位时间从存储器进出的信息最大数量 计算:如存储周期为500ns,每个周期可以访问16位,带宽=16/500ns=32M位/s 提高的措施: 1,缩短存储周期 2,增加存储的字长,使得每个存储周期可以读写更多的位数 3,增加存储体 5,存储器芯片: 存储器芯片通过地址总线,数据总线和控制总线和外部 连接 地址线是单向输入的,位数和芯片的容量有关 数据线是双向的,位数和芯片可以读写的数据位数有关 例如:地址线10根,数据线4根——》芯片容量为2^14=4k 片选线CS,CE 读写控制线WE(低写,高读)OE(允许读)WE(允许写) 片选线有效,芯片才工作 半导体存储芯片译码驱动方式:线选法,重合法 6,动态RAM的刷新P86: 什么是刷新:对DRAM定期进行的全部重写的过程 刷新的过程:实质上是将原信息读出,再有刷新放大器形成原信息并重新希尔的再生过程 为什么要刷新:电容上的电荷只能存活1~2s,由于存储单元的访问是随机的,有可能某些存储单元长期得不到访问,其存储单元内的原信息就会慢慢消失,因此需要在一定时间内对RAM的全部基本单元电路进行刷新,一般时间取2ms(再生周期)。刷新是一行一行进行的 集中刷新: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,此时必须停止读写操作,如对28*128矩阵的 存储芯片进行刷新,存取周期为0.5us,刷新周期为2ms=2000us。 对128行集中刷新需要128*0.5us=64us(死时间),2000us-64us=1936us用来读写,维持信息。 死时间率=64us/2000us=3.2% 分散刷新:对每行存储单元的刷新分散到每个存储周期内完成(在每个读写周期后插入一个刷新周期)。如对28*128矩阵的 存储芯片进行刷新,读写周期为0.5us,存取周期为1us。128行,每行1us 128us后完成刷新——》不存在操作死时间,存储周期变长了 异步刷新:集中式和分散式的折中,既缩短了死时间,又充分利用最大刷新间隔为2ms的特点 如对28*128矩阵的 存储芯片进行刷新,刷新最大周期为2ms=2000us。可采取在2ms内对128行,进行刷新,2000us/128=15.6us刷新一行,每行刷新时间为0.5us。死时间为0.5us 7,动态RAM和静态RAM的比较: 8,存储器与CPU连接 位扩展:增加存储字长(房间的大小)CS,WE一样 例如 2片1k*4位——》1片1k*8位:图P92 字扩展:增加存储器字的数量(房间的数量)WE一样,CS反向 例如 2片1k*4位——》2k*4位:图P93 字,位扩展:既增加存储字长,又增加存储字的数量 例如 8片1k*4位——》4k*8位:图P93 例题P95 9,分级存储的目的:解决存储容量,价格和存储速度之间的矛盾 10,Cache做在CPU芯片内的好处: 提高外部总线的利用率,CPU访问cache不需要占用外部总线 增强了系统的整体效率 提高存储速度 11,将指令Cache和数据Cache分开的好处: 可以支持超前控制和流水线控制 指令Cache可用ROM实现,提高指令存取的可靠性 数据Cache对不同数据类型的支持更加灵活 13,循环冗余码P144 ======================================================================= 1,计算机中参与运算的数有: 无符号数:寄存器的位数反应无符号数的范围(机器字长16,无:0~65535) 有符号数:机器数的真值(-32768~+32768) 2,原码:把+看成0,-看成1 +1110——》0,1110 -1110——》1,1110 反码:(正)与原码一致 (负)符号位不变,数值位取反 0,1110——》0,1110 1,1110——》1,0001 补码:(正)与原码一致 (负)符号位不变,数值位取反,加一 0,1110——》0,1110 1,1110——》1,0010 3,已知【Y】补 求【-Y】补 将【Y】补的所有位取反,末位加一 4,因为补码很难在形式上比较大小,所以出现了移码 【x】移=2^n+x 两个数的减法:A-B= A+[-B]= [A]补+[-B]补(mod2^n+1) 两个数的加法:A+B= A+[B]= [A]补+[B]补(mod2^n+1) 5, ============================================================================ 1,寻址方式: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 立即寻址:形式地址A里面是操作数x 直接寻址:A存的是x在主存中的地址 隐含寻址:形式地址A里面是操作数x1,加上ACC中的x2——操作数x 间接寻址:形式地址A里面是操作数地址EA,EA指向操作数x 寄存器地址:A中存的是寄存器编号(里面有操作数x) 基址寻址:A中的值加上BR寄存器中的值——地址EA——》x 变址寻址:基址寻址 相对寻址:A中存的值加上PC寄存器的值——地址EA——》x 堆栈寻址: 2,机器指令的格式: 需要考虑的因素: 操作类型:包括指令数及其操作的难易程度 数据类型:确定哪些数据类型参与操作 指令格式:包括指令字长,操作码位数,地址个数,寻址方式类型,指令字长,操作码的位数是否可变 寻址方式:。。。 寄存器个数:。。。 ========================================================================= CPU的组成: 寄存器:用于存放当前指令的地址,存放操作数 CU:可以发出各种操作命令序列的控制部件 ALU:负责算术运算,逻辑运算(只对CPU寄存器的操作数进行操作) 中断系统:处理异常情况和特殊请求 流水线性能: 1,吞吐率:单位时间内流水线完成指令的数量,最大吞吐率T(max)=1/t 例如流水线完成n条指令,对于m级的流水线,每一段的处理时间为t 实际吞吐率:n/(mt+(n-1)t) 2,加速比:指m段流水线的速度与等功能非流水线速度之比 流水线各段完成时间为t,完成n条指令在m段流水线上的时间T1=mt+(n-1)t 非流水线上时间T2=nmt 加速比S=nm/m+n-1 3,效率:流水线中各功能段的利用率 流水线各段完成时间为t,完成n条指令在m段流水线上的时间区T1=m(mt+(n-1)t) 非流水线上时间区T2=nmt 效率E=T1/T2=n/(m+n-1)=S/m 中断隐指令:不再机器指令系统中,由CPU在中断周期内由硬件完成的一条指令 1,中断周期: 保护程序断点:把当前程序中寄存器的操作数保存起来 寻找中断服务程序的入口地址:找到下一条要执行指令的地址保存起来 关中断:确保CPU之后的响应不受中断请求影响 ===================================================================== CU控制方式:同步控制,异步控制,联合控制,人工控制 多级时序系统:由节拍和机器周期组成 ======================================================================= 微指令格式:P412例题 |
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