计算机组成原理与体系结构
分值: 6分左右
知识点
- 数据的表示
- 计算机结构
- Flynn分类法
- CISC和RISC
- 流水线技术
- 存储系统
- 总线系统
- 可靠性
- 校验码
数据的表示
1. 进制转换
-
小数点后是负数的平方, 2的-2次方=1/4.
-
开方顺序是3210.-1-2
eg. 101.01 = 1*4+1+1/4 = 5又1/4. -
二进制和八进制与十六进制互转是 二进制三三分或四四分
eg. 10001110 转成八进制三三分为10 = 2, 001 =1,110 =6. 因此10001110 = 216;
10001110 转成十六进制三四分为1000 = 8,1110 =E. 因此10001110 = 8E;
2. 编码问题
- 原码,反码,补码,移码
| 正1 | 负1 | 1减1 | 备注 | |
|---|---|---|---|---|
| 原码 | 0000 0001 | 1000 0001 | 1000 0010 | 第一位是符号位,0为正，1为负，此处1000 0010代表-2。 |
| 反码 | 0000 0001 | 1111 1110 | 1111 1111 | 第1位符号位，其他位在原码基础上取反。原码的1000 0001取反后是1111 1110；反码1-1=-0 |
| 补码 | 0000 0001 | 1111 1111 | 0000 0000 | 负数补码是在反码的基础上+1，因此反码的1111 1110补码是1111 1111 |
| 移码 | 1000 0001 | 0111 1111 | 1000 0000 | 在补码的基础上符号位取反 |
- 数值表示范围（常见考题）
| 整数 | 例子 | |
|---|---|---|
| 原码 | -(2^(n-1)-1) ~ 2 ^(n-1)-1 | 1字节n=8能表示-127~127 |
| 反码 | -(2^(n-1)-1) ~ 2 ^(n-1)-1 | n=8能表示-127~127 |
| 补码 | -2^(n-1) ~ 2 ^(n-1)-1 | n=8能表示-128~127 |
总结：都是2^(n-1) -1 , 只有补码不用-1；
3. 浮点数运算
- 浮点数表示：
N = M * R^e
M: 尾数 e：指数 R：基数
eg 119 = 1.19 * 10^2
1.19是尾数，2是指数，10是基数
- 対阶 -> 尾数计算 -> 结果格式化
eg， 9900 + 120
9.9 * 10^3 + 1.2 * 10^2
対阶： 指数低的向高的转换： 0.12 * 10^3
尾数计算： 9.9+0.12 = 10.02
结果格式化： 10.02 * 10^3 格式化为1.002 * 10^4
计算机结构
主机： CPU+内存
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1. CPU分为运算器和控制器
常考
运算器 ->运算
- 算数逻辑单元ALU（算数）: 处理数据,对数据进行算数运算和逻辑运算
eg. 1+1, - 累加寄存器AC （存运算的数，加减法都用）: 为alu提供工作区
eg. 1+1+1 =>1+1在alu做, 做完把2存储到ac,再在alu中计算2+1 - 数据缓冲寄存器DR（暂存数据）
- 状态条件寄存器PSW（状态）
控制器 -> 指令,控制
- 程序计数器PC: 好像存放的是指令的顺序
- 指令寄存器IR : 好像存放的是指令
- 指令译码器ID: 解释指令
- 时序部件,好像是AR,也叫地址寄存器
Flynn分类法
把常见计算机做个分类
- 单指令流单数据流 SISD: 单处理器系统, 老电脑,单核, 现在基本都是双核,四核,八核, SISD基本就单片机
- 单指令流多数据流 SIMD: 阵列处理器,
- 多指令流单数据流 MISD:理论模型
- 多指令流多数据流 MIMD:最常见
CISC VS RISC
常见选择题,题型一般为,哪个选项不是CISC/RISC特点
| 指令系统类型 | 指令 | 寻址方式 | 实现方式 | 其他 |
|---|---|---|---|---|
| CISC(复杂) | 数量多,使用频率差别大,可变长格式 | 支持多种 | 微码 | 研制周期长 |
| RISC(精简) | 数量少,使用频率接近,基本为单周期指令 | 支持少 | 增加通用寄存器；硬布线逻辑控制为主：适合流水线 | 优化编译， 支持高级语言 |
CISC，以前计算机少，定制化；RISC是随着计算器发展，简化了。RISC是目前主流。
流水线基本概念
必考，多考计算
1. 概念
通过某种原理， 提高计算机指令运行效率。
->取指->分析->执行->
顺序执行的话浪费大量面，并发执行指令提高很多效率。
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2. 计算（重点）
流水线周期和流水线执行时间
流水线周期：取值，分析，执行3个过程中耗时最长的时长是流水线周期
流水线计算公式
1条指令执行时间+（指令条数-1）*流水线周期
- 理论公式：（t1+t2） + (n-1)*t
ps.以上是流水线理论公式，如果选项中没有理论公式计算出来的值，则按实际公式走。
例： 三部分时间分别是取值2，分析2，执行1. 问：流水线周期是？全部执行时间是？
流水线周期： 2 = 2 >1, so 2
理论：2+2+1+992 = 203
实际：（3+99）2 = 204
流水线吞吐率 TP
TP = 指令条数/流水线执行时间
按上面例子， TP = 100/203
TP最大吞吐率
TPmax = 1/2（周期）
流水线加速比
S = 不使用执行时间/使用执行时间
按例 S=500/203
流水线效率
效率 = 执行面积/总面积
