计组期末总复习

计组

第一章

1. 计算机的五大硬件

组成：cpu（控制器和运算器），存储器，输入输出设备。
各个硬件的作用

2. 计算机系统的层次化结构

第二章

1.有符号数的表示方法

2. 机器码与真值的映射方式

3. 值得注意的问题

• 原码有正负零：
  　　 $$(100...0)_{原码} = (-0)_{真值}$$
  　 　 $$(000...0)_{原码} =(+0)_{真值}$$

• 补码没有正负零：
  　　

  $$(10000)_{补码} = (-10000)_{真值} = (-16)_{真值}$$
  　　 $$(00000)_{补码} = (+0000)_{真值} = (+0)_{真值}$$

• 补码原码的互相转换：去掉符号位后，采用扫描法，然后再把符号位加上。

• 补码的范围比原码多一个，因为补码没有正负零。
• 有关移码你应该知道的：
  
  1. 移码没有符号位！
  2. 移码有唯一真值的形式！
  3. 补码和移码可以一一对应！
  4. 可以直接用来判断大小，因为它没有符号位！
  5. 移码转换成真值减去一个偏移量，使得它可以表示为正负数而不需要使用符号位。当移码小于偏移量时所对应的真值是负数，当移码大于偏移量时所对应的真值的正数。
  6. 不同规则的偏移量不一定一样。

4. 补码的运算

定点数的加减法很简单，可以归结为补码的加法运算。
加法：(a+b) = [a]_补+[b]_补 = [a+b]_补
减法：(a-b) = [a]_补 + [-b]_补 = [a-b]_补
总结：对定点数的加减法转化为补码的加法最后再利用补码原码的转换就可以了。

5. 溢出判断

1. 单符号位检测法
   运算完后，C_f⊕C_o = 0，表示溢出，否则不溢出。上溢下溢看运算结果，负加负得正则为下溢，正加正得负则为上溢。

2. 双符号位检测法(变形补码)
   用两个数值表示双符号位表示正负。运算后双符号位有四种情况:
   00,11:表示正常(表示正数还有负数)
   01,10:表示上溢下溢

6. 运算器

诶？乘除法还没讲呢！老师没教我就不会了咯orz...乘除法没讲我们可以看一下乘除法的运算器。
先看一下加法运算器: ALU 。没什么好讲的，记一下两个公式:
1. S_i = A_i + B_i + C_i
2. C_i+1 = A_iB_i + A_iC_i + B_iC_i = A_iB_i +( A_i⊕B_i)
$(注：表示的是A_i+B+i同时加上上一级进位C_i$)

接下来看介绍一下并行乘法器：

1. 不带符号的阵列乘法器
   每一行的计算都是并行的，除了最后一行。假如是$n\times m$，则一共需要$n \times m$个与门，需要$(n-1)\times m$个FA。

2. 带符号的阵列乘法器
   带符号的阵列乘法器需要将符号位提出来单独处理，尾数部分的话就相当于进行无符号的乘法，最后只需要再最高位补上相应的符号位即可。如果如果进行的是原码的乘法，则不需要进行求补器。如果是进行补码的乘法运算的时候，需要将补码先转换为无符号原码，经过运算之后，再根据符号位，转为相应的补码。可以看到这里需要有两个算前求补器以及一个算后求补器。

3. 最后是多功能的算术逻辑运算单元(ALU)
   　　先行进位发行器(CLA)74181，74182的区别。74181是给3个FA产生进位的($C_2,C_1,C_0$)，然后自己输出一个C₃。而74182是给3个74181传输进位的，然后自己产生一个C₁₅。值得注意的是，若进行32位的并行运算的话，需要3个74182，因为最上方还需要一个74182给两个74182传输进位。
   　　这里需要注意的是，74181和74182都只是用来产生进位的，可以提高运算的并行性。74181对应的是4个FA，而74182对应的是四个74181。对于74181而言，需要传入的信号有$X_0 - X_3, Y_0 - Y_3, C_0$。而对于74182来说，需要传入的信号为$G_0-G_3, P_0-P_3,C_0。$

第三章：多层次存储器

1. 存储器的存储原理

2. cache与主存的映射关系

　　三种映射关系：全相联映射，直接映射，组相联映射。
　　

3. 存储器的扩展

　　两种扩展方式：字长位数扩展，字存储容量扩展。
　　画图：扩充容量时cpu与芯片之间的连接方式。

备注：并行存储器

第四章：指令系统

1. 指令

• 格式：由操作码OP和地址码A共同决定。
• 分类：RR,RS,SS型指令。也可以分为单字长，双字长指令。或者分为零地址，一地址，二地址指令。
• 指令寻址方式：顺序寻址和跳跃寻址。
• 操作数寻址过程：寻址过程实际就是将形式地址转换为有效地址的过程。
• 操作数寻址：九大寻址。
• 有关于指令设计与分析

第五章：中央处理器

1. CPU

• 四大功能：指令控制，时间控制，操作控制，数据加工。
• 内部寄存器：主要有六种。

2. 指令周期流程图

• 指令周期：取指周期和执行周期。
• 一个框框：代表着一条微指令，也代表着占用一次总线，表示一个机器周期。
• 常见的六条指令流程图：
• 方框图的画法，首先得明白指令操作，每次占用一次总线则占用一次框框！

3. 微程序控制器

• 内部的结构

地址转移逻辑：通过测试字段p和执行部件的状态条件来去修改微地址寄存器中的内容。

• 通过内部结构的了解，来掌握微程序控制器的逻辑框图。
• 控制存器器存储容量：微指令字长$\times$微指令数目。
• 微指令格式：控制字段，p字段，直接地址。
• 微地址转移逻辑设置：每一处转移使用p字段的一个位，163页例2。
  （注意：这里的多少处转移，也就是指令执行过程中会有几次需要多路分支转移。多少路转移是指每一处转移又有几个分支，p字段有几位就有几处转移，有n路分支就需要修改，就需要修改m位微地址，其中$2^m$大于等于n）

第六章：总线系统

1. 总线

• 概念：多个部件共享的传输线。
• 作用：传输数据，地址信号，控制信号。
• 分类：内部总线，系统总线，I/O总线
• 结构：单总线结构，多总线结构

2. 总线集中式仲裁的3种方式特点

• 菊花链式查询方式：优先级固定，对链路敏感。
• 计数器定时查询方式：优先级可以改变。
• 独立请求方式：每个设备都有一对BS合BG线。响应时间快，优先级控制相当灵活。

第七章：外存与IO设备

1.硬磁盘

• 存储原理：使用俩种不随电流消失的剩磁稳态。
• 访问过程：寻道(找到对应磁道)+旋转等待(找到对应扇区)+数据传输(访问扇区)。
• 信息的存储方式：使用两种不同的磁化元或存储元来表示01。

2.显示器

• 分辨率：显示器能够表示的像素个数。取决于荧光粉的粒度，荧光屏的尺寸以及CRT电子束的聚焦能力。
• 像素：像素是指由图像的小方格组成的，这些小方块都有一个明确的位置和被分配的色彩数值，小方格颜色和位置就决定该图像所呈现出来的样子。

第八章

1.IO端口的编址方式以及对cpu的影响

• 统一编址：与主存空间同一编址，主存单元与IO端口在同一地址空间。（将IO端口映射到某个主存区域，“存储器映射方式”）
• 独立编址：单独编号，有独立的IO地址空间。（需要专门的IO指令，“特殊IO指令方式”）

2.程序查询方式的特点

• 简单、易控制、外围接口控制逻辑少
• CPU与外设串行工作，效率低、速度慢，适合于慢速设备
• 查询开销极大 (CPU完全在等待“外设完成”）

3.理解从程序中断的特点与基本过程

• 基本过程：当外设准备好（ready）时，便向CPU发中断请求，CPU响应后，中止现行程序的执行，转入“中断服务程序”进行输入/出操作，以实现主机和外设接口之间的数据传送，并启动外设工作。“中断服务程序”执行完后，返回原被中止的程序断点处继续执行。此时，外设和CPU并行工作。
• 特点：
  1）当前指令执行完之后才会处理中断请求。
  2）硬件动作：响应中断，关中断("中断屏蔽位置位")，找出中断源并保存PC，转去相应的中断服务子程序。
  3）中断服务子程序：保护CPU现场-->设备服务-->恢复CPU现场-->开中断。
  4）中断处理过程是硬件软件结合来完成的。
  5）中断类型：内中断，也叫做异常，是由于机器内部原因导致出错。外中断，外围设备发出的中断。

4.多级中断

• 响应优先级：谁最先被响应
• 处理优先级：谁最先被处理完