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1.计算机发展的四个阶段:
第一代电子管计算机 第二代晶体管计算机 第三代集成电路计算机 第四代大规模集成电路、超大规模集成电路计算机 2.8086与8088 8086:16位,地址20位,采用6个字节指令队列。指令系统与8088完全兼容 8088:字长16位(外部8位),又称准16位,地址20位,采用4个字节指令队列。被IBM首台微型计算机(IBM PC)使用。 3.冯诺依曼 (1)计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部分组成(2)指令和数据以同等地位存放于存储器内,并可按地址寻址;(3)指令和数据均可采用二进制数表示;(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)指令在存储器中按顺序存放(核心思想——存储程序);(6)机器以运算器为核心。 4.总线的概念: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。 计算机系统的五大部件之间的互连方式有两种,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。 5.总线控制(包括总线判优控制和通信控制) (1)总线判优控制或称仲裁逻辑 总线上所连接的各类设备,按其对总线有无控制功能可分为主设备(模块)和从设备(模块)两种。主设备对总线有控制权,从设备只能响应从主设备发来的总线命令,对总线没有控制权。 集中式(将控制逻辑集中在一处)优先仲裁方式 链式查询:离总线控制部件最近的设备优先级最高。 计数器定时查询:设备使用总线的优先级相等,是一 种循环方法,优先次序可以改变,电路复杂。 总线判优控制 独立请求方式:响应速度快,优先次序控制灵活, 总线控制更复杂 分布式(将控制逻辑分散在与总线连接的各个部件或设备上) 6.I/O与CPU的连接方式 (1)程序查询方式:由CPU通过程序不断查询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。这种方式CPU工作效率不高。 (2)程序中断方式:倘若CPU在启动I/O设备后,不查询设备是否已准备就绪,继续执行自身程序,只是当I/O设备准备就绪并向CPU发出中断请求后才予以响应,这将大大提高CPU的工作效率。不仅在硬件需求方面需增加相应的电路,而且在软件方面还必须编制中断服务程序。 (3)DMA方式:直接存储器存取方式。主存与I/O设备之间有一条数据通路,主存与I/O设备交换信息时,无须调用中断服务程序。若出现DMA和CPU同时访问主存,CPU总是将总线占有权让给DMA,通常把DMA的这种占有称为窃取或挪用。窃取时间一般为一个存取周期。与程序查询方式和程序中断方式相比,DMA进一步提高了CPU的资源利用率。当然也需要增加必要的DMA接口电路。 7.总线的传输速率: 8.地址线、数据线的计算: 地址线是单向输入的,其位数与芯片容量有关。数据线是双向的。其位数与芯片可读出或写入的数据位数有关。数据线的位数与芯片容量有关。地址线和数据线的位数共同反映存储芯片的容量。 例题:计算机组成原理(第二版)(唐朔飞)P.94 例4.1 9.I/O接口的功能 I/O接口的功能:选址功能:这种功能可通过接口内的设备选择电路来实现;传送命令功能:命令寄存器用来存放I/O指令中的命令码,它受设备选中信号控制。传送数据的功能、反映I/O设备工作状态的功能 组成:数据线:I/O设备与主机之间数据代码的传送线,其根数一般等于存储字长的位数或字符的位数,它通常是双向的,也可以是单向的。 设备选择线:用来传送设备码的,它的根数取决于I/O指令中设备码的位数。 命令线:主要用以传输CPU向设备发出的各种命令信号。 状态线:是将I/O设备的状态向主机报告的信号线。 10.数制之间的转换 11.物理地址、偏移地址的计算 P.120 例4.8 4.9 12.影响指令流水线的三个因素:(P.348) 结构相关:当指令在重叠执行过程中,不同指令争用同一功能部件产生资源冲突时产生的,故又有资源相关之称。 数据相关:是流水线的各条指令因重叠操作,可能改变对操作数的读写访问顺序,从而导致了数据相关冲突。 控制相关:控制相关主要是由转移指令引起的。 13.Cache地址映射的三种方式: 直接映射:优点实现简单,只需用主存地址的某些位直接判断,即可确定所需字块是否在缓存中。缺点是不够灵活,因每个主存块只能固定地对应某个缓存块。 全相联映射:允许主存中每一个字块 映射到Cache中的任何一块位置上。这种方式灵活,命中率也更高,缩小了块冲突率。缺点是成本较高,所需逻辑电路甚多。 组相联映射:对直接映射和全相联映射的一种折中。 14.总线的通信控制: 总线的周期为完成一次总线操作的时间,划分为申请分配阶段、寻址阶段、传数阶段、结束阶段。 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:通信双方由统一时标控制数据传送称为同步通信。一般用于总线长度较短、各部件存取时间比较一致的场合。在同步通信的总线传输系统中,总线传输周期越短、数据线的位数越多,将直接影响总线的数据传送率。 异步通信:克服了同步通信的缺点,允许各模块速度的不一致性,给设计者充分的灵活性和选择余地。异步通信的应答方式可以分为:不互锁、半互锁和全互锁。异步串行通信的数据速率用波特率来衡量。 半同步通信:保留了同步通信的基本特点,比异步通信方式简单,可靠性高,同步结构方便。缺点是对系统时钟频率不能要求太高。 分离式通信:以上三种通信方式都是从主模块发出地址和读写命令开始,直到数据传输结束。为了克服和利用这种消极等待,充分发掘系统总线每瞬间的潜力,对提高系统性能起到极大作用。 15.关于命中率的计算。 P.111 例题4.7 16.关于波特率和比特率的计算 P.62 例3.2 3.3 3.4 17.内存的连接 存储器与CPU的连接 存储容量的扩展:位扩展(增加存储字长)、字扩展(增加存储器字的数量)、字位扩展 (既增加存储字的数量,又增加存储字长) 存储器与CPU的连接:地址线的连接;数据线的连接;读/写命令线的连接;合理选择存储芯片。 18.存储器的分类 (1)介质:半导体存储器(存储器元件由半导体器件组成的存储器分为(TTL)双极型半导体存储器MOS半导体存储器,前者具有高速的特点,后者具有高集成度的特点,并且制造简单,成本低廉,功耗小);磁表面存储器(具有非易失的特点);磁芯存储器(不易失的永久记忆存储器,目前几乎已不被采用);光盘存储器(记录密度高,耐用性好,可靠性高和可互换性强等特点) (2)存取方式:随机存储器(RAM,存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取,而且存取时间与存储单元的物理地址无关);只读存储器(ROM,对其存储的内容只能读出,而不能对其重新写入。用于操作系统的固化,,与RAM共同构成主存的一部分);串行访问存储器(对存储单元进行读写操作时,需按其物理位置的先后顺序寻找地址); (3)作用分类:主存储器;辅助存储器;缓冲存储器。 19.存储器的译码方法 半导体存储芯片的译码驱动方式:线选法和重合法。 线选法特点是用一根字选择线,直接选中一个存储单元的各位。这种结构比较简单,但只适于容量不大的存储芯片。 重合法适合大容量的存储芯片。 20.片选的设计 |
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