计算机组成原理笔记.md

第一章

冯诺依曼体系：

由五大部件（储存器，运算器，控制器，输入设备和输出设备）组成；
采用二进制表示信息；
采用存储程序的工作方式。

所有计算机都是冯诺依曼体系？ ×
硬件系统基本组成：
- CPU由运算部件、寄存器组和控制器组成，通过CPU内部总线相互交换信息；控制器提供整个系统工作所需的各种微命令，这些微命令可用组合逻辑电路或执行微程序产生。
- 储存器包括主存，外存和高速缓存等。
- 输入输出设备、总线和接口。
北桥：内存控制，视频控制，与CPU的交互；南桥：控制外部设备和BIOS
性能的评价指标：
- 字长：定点运算的操作数的位数；
- CPU主频f：CPU内核的工作频率，CPU时钟频率。时钟周期T = 1/f。
- 平均每条指令的时钟周期数CPI，每条指令的平均用时 = CPI / f

第二章

十六进制的一种标注方法是以H为后缀，最大数码为F；
原码：第一位符号位，0正1负；范围是 $$ -(1-2^{n-1}) 到 1-2^{n-1} $$
补码：- (X) = (X变反 + 1)；范围是$$ -1 到 1-2^{n-1} $$
浮点数： $$N = (-1)^s ×1.M × 2 ^{E-127}$$
大端法：高字节存放在低地址，就是人的阅读习惯；小端法：高字节放在高地址，使得数据位的权值和地址的高低联系起来。
补码加法：符号位参与运算直接相加；补码减法：转换为与减数的负数（变反+1）相加；
原码加减法：先对数值位进行加减，再处理符号位

第三章

CPU硬件结构模型：
- 运算部件：ALU，输入逻辑，输出逻辑
- 缓存部件
- 寄存器组：通用寄存器、暂存器、指令寄存器IR、程序计数器PC、程序状态字寄存器PSW、地址寄存器MAR、数据缓冲寄存器MBR（模型的MDR）、栈指针寄存器SP。
- PSW中有些位可以被编程修改 √
- 控制部件
- 时序系统
- 数据通路和控制通路
寻址方式：
- 立即寻址：直接在指令里读操作数
- 直接寻址：给出内存地址或寄存器号，以读取操作数
- 间接寻址：从某寄存器或主存中读取一个地址，然后再到这个地址读取操作数
- 变址寻址：如X(R0)，表示取PC指向的地址里的值加上R0里的值得到操作数的有效地址然后在这个地址里就可以找到操作数。实质是将形式地址作为基址地址，寄存器里的内容为偏移量。
- 基址寻址：将寄存器的内容作为基址地址，形式地址作为偏移量。
模型机的一些寻址方式：
- R：寄存器的内容作为操作数
- ®：寄存器的内容作为有效地址
- -®：寄存器的内容-1后作为有效地址
- ®+：寄存器的内容作为有效地址，访问完成后寄存器的内容+1
- @®+：寄存器的内容为间接地址，访问完成后寄存器的内容+1
- X®：见14
模型机的控制系统结构：微命令发生器、时序系统，以及对IR、PSW、PC的信息输入。
时序系统：一条指令的完成（指令周期），分为若干个工作周期，每个工作周期又分为若干个时钟周期（节拍）
四大基本工作周期：
- 取址周期FT：完成将指令从M取出送进IR，以及修改PC
- 源周期ST：读取操作数，暂存于C
- 目的周期DT：读取目的地址放入MAR，或读取目的操作数，暂存于D
- 执行周期ET：执行数据传输、运算等
指令流程：重点一张图

常见模型机指令流程（微指令）：
- E开头：Enable，将寄存器内容打到总线上，如EMAR
- R：从主存读内容到总线
- W：写内容到主存
- S开头：将（外）总线上的内容读入寄存器，如SIR，SMDR
- 直接传递，如PC->A，用于将寄存器的值打入A或B，或简单的对寄存器的值传
- 直通A/B：直接让A/B穿过ALU
- A加B：让ALU算A+B，然后输出
- DM：直接送出移位器
- CP开头：过ALU送出的值复制到寄存器

第四章

存储器的主要性能：速度（T，用存储周期表示）、容量（S，用MB GB表示）、价格（C，用每位的价格表示）
命中率：H = N1 / (N1 + N2)，N1：对M1储存器的访问次数；N2：对M2储存器的访问次数
存取方式分类：
- RAM：随机访问存储器，如主存和高速缓存；
- SAM：顺序访问存储器，按顺序遍历查找，如磁带
- DAM：直接访问存储器，可以先直接确定一块区域，然后再顺序查找，如磁盘
存储器的技术指标：
- 存取时间TA：进行一次读写的时间
- 存取周期TM：本次存取到下次存取开始的时间 TM = TA + 传输、复原等时间
- 数据传输率DTR，也叫传输带宽
主存的逻辑设计：
- 总容量 = 编制单元数*位数，位数指每个编制单元的数据宽度。设计时用小容量芯片拼，例如4M * 2 可以由 4个1M * 2 或 2个4M * 1 拼成。
- 设计过程：
低位分配给芯片，高位用于片选逻辑。剩下的位留空。

片选逻辑用来选择芯片。这里的片选实际上只用到了两个地质线A11-A12（能表示2^2个芯片）.

注意上面R/W那一条是控制总线

补充连线图：
奇偶校验：约定校验码中1的个数为奇数/偶数，码距=1。例：偶校验：1011001 0 ; 1911911 1.
海明校验：可以找出错误的位。m+k<=2^{k-1，m表示数据位数，k表示校验码位数。海明校验的校验码分部于第2}0，2^1,22…位。其他位都是数据位。将其他位的位置转换为二进制，其对应位为1的位数2^a = 1，2^b = 0，2^c = 1 ，就说明这个位由2^a、2c两个校验位负责校验。每个校验位都对其负责的位进行奇偶校验（异或）。接收方重新按检测位进行检验，如果发现不一致，综合所有检测位的结果，排除一致的检测位，算出有错的位。