讓你忍不住想要動手收藏的—計算機組成原理總結

這是我觀看了b站up做的筆記

@TOC

第1章：計算機的系統

硬件：指計算機實體部分。（看得見摸得著的）

軟件：通過編譯具有各類特殊功能的程序組成（看不見摸不著）

馮.諾依曼計算機：以運算器為中心

現代計算機：以存儲器為中心

1.計算機由運算器，存儲器，控制器，輸入，輸出設備過構成。

2.現代計算機三大組成：CPU，I/O設備，主存儲器

3.工作步驟：（1）建立數學模型 （2）確定計算方法（3）編制解題程序

4.存儲容量=存儲單元個數（MAR 1k=1024=2^10）x存儲字長（MDR 1M=2 ^20）

ax^2+bx+c在計算機中的運行過程

各種英文代號解釋

CPU:（Central Processing Unit)中央處理器

I/O設備：（Input/Output Equip-ment）輸入，輸出設備

MM: （Main Memory)主存儲器

ALU: （Arithmetic Logic Unit）算數邏輯單元

ACC：（Accumulator）累加器

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

X：操作數寄存器

PC：（Program Counter）程序計數器

IR：（Instruction Register）指令寄存器

CU：（Control Unit）控制單元

MAR：（Memory Address Register）存儲器地址寄存器，反映單元個數

MDR：（Memory Data Register）存儲器數據寄存器，反映字長

第3章：系統總線

總線是信號的公共傳輸線，是連接多個部件的信息傳輸線，是各部件共享的傳輸介質。

發展過程：

面向CPU的雙總線：這種結構在I/O設備與主存交換信息是仍然要占用CPU，因此還會影響CPU的工作效率。

單總線結構（系統總線）：只有一組總線，當都要占用總線時，就會發生沖突。

以存儲器為中心的雙總線結構：由單總線基礎上，在CPU與主存之間連接一條存儲總線。

分類：

片內總線：芯片內部的線。

系統總線：計算機各部件之間的信息傳輸線。

（1）數據總線（雙向）：傳輸數據信息。位數與機器字長，存儲字長有關，是衡量性能重要參數。

（2）地址總線（單向）：指出在數據總線上==數據==在主存單元或I/O設備的地址，地址線的位數與存儲單元的個數有關

（3）控制總線（單向，雙向）：發出各種控制信號，監視各部件狀態。

通信總線：用于計算機系統之間或計算機系統與其他系統（外部系統） 傳輸方式：==串行通信，并行通信==

特性：

機器特性

電氣特性

功能特性

時間特性

性能指標：

總線寬度：指數據總線的根數，用bit（位）表示，如8位（8根）。

總線帶寬(數據傳輸速率)：既單位時間內總線上傳輸數據的位數，用每秒傳輸信息的字節數來衡量，單位用MBps(兆字節每秒)。

時鐘同步/異步：數據與時鐘。

總線復用：地址線和數據線的復用。

信號總線：三種總線的總和。

判優控制

==主設備==對總線有控制權，==從設備==只能響應從設備發來的總線命令

判優控制可分為==集中式==和==分布式==。

集中控制優先權仲裁方式：

（1）鏈式查詢：控制線少，對電路故障敏感，優先級低的設備難請求

（2）計數器定時查詢：控制復制

（3）獨立請求方式：響應快，優先次序控制靈活

通信控制

總線周期：完成一次總線操作的時間。

目的：解決通信雙方如何協調配合。

方式：

（1）同步通信：通信雙方由統一時標。

（2）異步通信：采用應答方式，沒有公共時鐘標準。

（3）半同步通信：同步，異步結合。

（4）分離式通信：充分挖掘系統總線每個瞬間的潛力。

第4章：存儲器

一. 概述

分類：

層次結構：

性能指標：速度，容量，位價（每位價格）。

存儲層次結構：

（1）緩存-主存層次：解決==CPU==和==主存速度==不匹配問題。

（2）主存-輔存層次：解決容量問題。

二.主存儲器

基本組成： 存儲體（大樓）–存儲單元（房間）–存儲元件（床位）-- 0 / 1（無人/有人）。

主存中存儲單元地址的分配： 主存個存儲單元的空間位置是由單元地址號來表示，地址總線是指出儲存單元地址號，由地址號可以讀出寫入一個儲存字。

技術指標：

（1）==存儲容量== ：指主存能存放二進制代碼的總位數，也可用字節總數 來表示。

存儲容量=存儲單元個數 x 存儲字長

存儲容量=存儲單元個數 x 存儲字長/8

（2）==存儲速度== ：由存取時間和存儲周期來表示。

基本結構：

容量：由==地址線==（單向）和==數據線==（雙向）的位數共同反應。

列：

控制線：

（1）讀寫控制線：決定芯片進行讀寫操作。

（2）片選線：用來選擇儲存芯片。

譯碼驅動方式：==線選法==和==重合法==

DRAM(動態)：用在==主存==

SRAM(靜態)：用在==緩存==

定義： 一般保存系統程序或系統的配置信息

半導體ROM基本器件：MOS型和TTL型。

MROM:用戶不發改變原始狀態。

PROM：可以改變一次（一次性）。

EPROM：（多次性編程）。

EEPROM：既可局部，也可全部。

閃速存儲器：快擦型存儲器

存儲容量的擴展

CS （片選線 ）：連接芯片

WE：讀，寫

（1）位擴展 ： 指增加==存儲字長==（就是增加數據線）。

（2）字擴展 ：指增加==存儲器字的數量==，也稱存儲單元（就是增加地址線）

（3）字，位擴展 ：兩個都增。

存儲器與CPU連接

（1）地址線連接：通常將==CPU地址線的低位==與==存儲芯片的地址線相連==（CPU地址線多于存儲芯片地址線）。

（2）數據線連接 : 若存儲芯片與CPU的數據線不相等，就對存儲芯片進行==擴位==（使他們數據位數相等）。

（3）讀 / 寫命令線連接 ：高電平為讀，低電平為寫。

（4）片選線連接 ：是CPU與存儲芯片正確工作的關鍵。==片選有效信號==與CPU的訪存信號MREQ（低電平有效，有效時，這次訪問的地址才在存儲器當中）有關。

（5）合理選擇存儲芯片 ：==ROM==存放系統程序，==RAM==為用戶編程設計。

解題步驟

（1）寫出對應的二進制地址碼

（2）確定芯片數量及類型

（3）分配地址線

（4）確定片選信號

（5）確定片選邏輯

漢明碼：1950年提出，具有以為糾錯能力。

漢明碼的分組是一種非劃分方式。

校驗位： 指對一組數據進行效驗，不和其他組共有。

目的：提高主存的存取速度

多體并行系統：采用多體模塊組成的存儲器。

三.高速緩沖存儲器（cache）

主要作用：解決主存與CPU速度不匹配的問題。

CPU

緩存

主存

工作原理

主存由2^n個可編譯的字組成，每個字有唯一的n位地址

==主存== 和 ==緩存==以==塊== 為單位存儲。

塊的大小相同

CPU讀取主存的字

兩種情況（1）所需字已在緩存中，可直接訪問Cache（一次送一個字節）。

（2）不在，將改字所在的主存整個字塊調到緩存。

命中率

（1）Cache ==容量越大== CPU命中率越高。

（2）命中Cache：說明主存快已經調入緩存中。

（3）未命中：未調入。

基本結構

（1）Cache存儲體。

（2）地址映射變換機構

（3）替換機構

（4）Cache的讀寫操作

映射機構：主存的塊可以放到緩存那些塊當中。

替換機構：完成了主存當中的一個塊在Cache當中的查找操作。

直接映射（不靈活）：==某一== 主存塊==只能固定==映射到==某一==緩存塊。

全相聯映射（成本高）：==某一==主存塊==能== 映射到==任一==緩存塊

組相聯映射：==某一== 主存塊==只能==映射到==某一==緩存組中的==存儲塊==當中

算法：

先進先出（First-In-First-out,FIFO）算法。

近期最少使用（Least Recently Used,LRU）算法。

四.輔助存儲器（外部存儲器）

特點：不直接與CPU交換信息

與主存一起組成了存儲器系統的==主存-輔存==層次

第5章：輸入輸出系統

你們可能看不懂我的題目，那么接下來跟我一起去了解輸入輸出系統的學習過程。

輸入輸出，通俗話講就是進去出來（希望能過審）。

它有多牛逼呢？

它是除了==CPU==和==存儲器==計算機硬件系統第三個關鍵部分。

一.發展情況，了解歷史

早期階段

（1）分散連接

（2）CPU與I/O設備串行工作

（4）程序查詢方式

（3）I/O設備通過CPU與主存交換消息

接口模塊和DMA階段

（1）總線連接

（2）CPU和I/O設備并行

（3）工作：==中斷==方式，==DMA==方式。

具有通道結構階段

I/O設備通過通道與主機交換信息。

具有I/O處理機的階段

二.系統組成

是由==I/O軟件==和==I/O硬件==組成的。

1.I/O軟件

（1）I/O指令

（2）通道指令

指出數組的首地址，傳送字數，操作命令

是通道自身的指令，用來執行I/O操作

2.I/O硬件：包括==接口模塊==和==I/O設備==。

三.I/O設備與主機的聯系方式

I/O設備的編址方式

（1）統一編址：將==I/O地址==看做是==存儲器地址==的一部分。

（2）不統一編址：指==I/O地址==和==存儲器地址==分開

設備尋址：用==設備選擇電路==識別是否被選中。

傳送方式

（1）并行方式（數據同時輸送）：傳送快，但數據線==多==

（2）串行方式（逐位傳送）：速度慢，但只需==一根==數據線和地址線

聯絡方式

（1）立即響應方式

（2）異步工作采用應答信號聯絡

（3）同步工作采用同步時標聯絡

連接方式

（1）輻射式：增刪困難

（2）總線式：現代被采用

四.I/O設備與主機信息傳送的控制方式

程序查詢

程序中斷（還在努力編寫。。。）。

DMA方式

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