计算机组成原理的知识点

吴云  2018-05-14 15:52:46   1评论  232浏览

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写在前边:

我个人觉得计算机基础其实挺重要的,博主大学的课程就没学好(虽然我还没有毕业),现在还在恶补计算机基础课程,用了将近三个星期的业余时间终于写完了这个博客系统,还是我太菜了,我觉得肯定还有一些bug没有找出来,如果大家发现看博客看的不爽的话一定要给我留言,而且留言是不需要注册的,也不会把大家的真实信息展示给别人,可以放心留言啦。高考之后再也没有好好写过作文了,话有说的不清楚的地方,请在评论区纠正哦。谢谢大家!

正文:

好啦!我们步入正题,以下是我大二的时候整理的一些计算机组成原理的知识点,内容来源于书籍,大家就随便看看吧!过几天再发布原创博客,哈哈哈

计算机组成原理:


1.计算机分为两类一类是电子模拟计算机,另一类是电子数字计算机

2.数字计算机进一步又可以分为专用计算机和通用计算机

3.通用计算机又可分为超级计算机、大型机、服务器、PC机、单片机和多核机六类

4.计算机的历史进程:数据处理机、工业控制机、小型计算机、微型计算机、单片计算机

5.LSI是指大规模集成电路、VLSI超大规模集成电路、ULSI特大规模集成电路

6.摩尔定律芯片上的晶体管每18个月就能增加一倍,性能也增加一倍

7.吞吐量 表征在一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息

8.响应时间 从输入有效到系统产生响应之间的时间度量,用时间为单位

9.利用率 在给定的时间间隔内系统被实际使用的时间所占的比率

10.处理机字长 指处理机运算器中一次能够完成二进制数的运算位数,32位,64位

11.总线宽度 指CPU总运算器与存储器进行互联的内部总线二进制数

12.存储器容量 存储器所有存储单元的总数目,MB,GB,TB

13.存储器的带宽 单位时间内从存储器读出的二进制数信息量

14.主频/时钟周期 CPU工作节拍靠主时钟限制,主时钟不断产生固定频率的时钟

15.CPU执行时间 指CPU执行一条指令所需的平均时钟周期数

16.CPI 指一条指令被执行所需的平均时钟周期数

17.MIPS 每秒执行的指令数

18.FLOPS 每秒执行的浮点次数用来衡量机器浮点操作的性能

19.一个数假设用16进制数表示那么16个触发器就称为一个存储单元,每个存储单元的标号叫做地址

20.存储容量 存储单元的总数

21.磁性存储器成为外存,半导体存储器称为内存

22.每一条基本的操作叫做指令

23.解决某一问题的一串指令序列叫做计算机程序

24.指令的形式前者称为操作码后者称为地址码的

25.定点数的表示有纯小数和纯整数

26.E=e+27

27.NaN=0/0和∞-∞非数

28.汉字输入编码分别是区位码拼音码字型编码

29.一个磁性或半导体存储元可以保存一位二进制的代码,这个二进制代码被称为存储位元

30.若干个存储位元组成一个存储单元,多个存储单元组成一个存储器

31.存储方式分类 随机存储器和顺序存储器

32.存储内容能变性 只读存储器ROM和随机读写存储器RAM

33.信息易失性分为磁性材料和半导体材料,半导体材料断电后会消失,就像内存

34.存储器必须容量大速度快成本低

35.高速缓冲存储器 cache

36.主存储器 内存条

37.外存储器 辅存储器

38.存放一个机器字的存储单元,通常称为字处理单元,相应的单元地址叫字地址

39.地址线决定了存储器的容量是多少个存储单元(x字长位总数),而数据线决定了数据的字长

40.存储器的模块安排顺序和交叉

41.主存的cache地址映射:全相联映射方式、直接相连映射方式、组相联映射方式三种

42.当一个新的主存块拷贝到cache就要用到替换策略,有LFU最不经常使用算法、近期最少使用算法 、随机替换算法

43.cache和主存构成内存而主存和辅存依靠辅助软硬件的支持构成了虚拟存储器

44.cache主存和主存辅存这两个有很多相同点,原理相同出发点相同

45.出发点都是为了提升效率降低成本

46.原理是把经常用的信息块加入到更高速的存储器中

47.但是cache是为了解决主存与CPU的不兼容问题

48数据通路不同:CPUcache和主存之间均有直接访问通路,cache不命中时可直接访问内存;然而虚拟内存所依赖的辅存与CPU之间不存在直接的数据通路,当主存不命中时只能通过调页解决,CPU最终还是要访问主存

49.透明度不同 cache的管理只有硬件上的对程序员透明而虚拟内存是软件和硬件都不透明

50.命中时的损失不同 主存的速度比cache5~10倍,命中时系统的性能损失更大一些

51.复杂指令系统和精简指令系统,由于复杂指令系统太复杂,人们提出了便于大规模集成电路的精简指令系统

52.CPU指令系统的性能指标 完备性、有效性、规整性、兼容性要向上兼容

53.指令格式按照地址码划分,一地址格式、二地址格式、三地址格式、零地址格式

54.一般的数据类型 地址数据、数值数据、字符数据、逻辑数据10

55.立即寻址 指令的地址字段不是地址,而是直接为操作数

56.间接寻址 地址码不是操作数的真正地址而是操作数地址的指示器

57.寄存器寻址 当操作数不在内存而是在寄存器中,指令中操作数地址给出的是寄存器编号RR型指令

58.寄存器间接寻址 与寄存器寻址不同的是指令格式中的寄存器的内容不是操作数是操作数在内存中的地址该地址指明的操作数在内存中

59.一个完善的指令系统具备数据处理、数据存储、数据传送、程序控制

60.CPU中央处理器的功能指令控制 操作控制 时间控制 数据加工

61.CPU的寄存器有数据缓冲寄存器(DR) 用来暂时存放运算器的运算结果

62.指令寄存器(IR) 用于保存在当前正在执行的一条指令

63.程序计数器(PC) PC的内容就是从cache中提取第一条指令的寄存器,由于大多数指令都是按顺序执行的所加一就可以了

64.数据地址寄存器(AR) 保存CPU所访问的数据cache存储器中的(数存)地址

65.通用寄存器 R0~R3 当进行一次加法运算时操作数保存在通用寄存器

66.MOV是一条RR型指令从指存取出指令 对程序计数器PC1 对指令操作码机型译码或测试——移动

67.LAD 是一条RS型指令 原来R1中存放的数据从10变成了100 取出指令 送操作数地址 取出操作数 装入通用寄存器 三个CPU周期——替换

68.ADD 一条RR型指令 运算器中两个寄存器R1R2进行做加法

69.状态字寄存器 (PSW)进位标志C 运算结果溢出标志V 运算结果为0标志Z 运算结果为负标志N

70.ADD 指令周期 取指周期 执行周期 加法

71.STO 一条RS型指令 它先访问指存取出STO指令 然后按R3=10地址访问数存,将R2=120写入到10号单元,需要三个CPU周期,两个执行周期送操作数地址->送操作数->写数存

72.JMP指令 是一条无条件转移指令,改变程序的执行顺序 2个周期 一个执行周期取指令->译码指令->送转移地址就是到被转移的地址的地方找到操作码执行

73.控制部件发出各种控制命令称为微命令

74.接受命令执行操作为微操作

75.相容性是指在同一个CPU周期可以并行执行的微操作

76.相斥性是指在同一个CPU周期不可以并行执行的微操作

77.ALU的操作加减传送在同一个CPU周期中只能选择一种不能并行,三条线4.6.8指向同一个数据寄存器DR是相斥,不指向同一个寄存器的三个操作是相容的

78.流水线有指令流水线 算数流水线 处理机流水线

79.流水线存在问题 不能断流 资源相关也就是指令争夺同一个部件 数据相关就是指令处理是重叠的前一条指令还没结束后续指令就开始执行如钱一条指令的结果就是第二跳指令的操作数就出现冲突 控制相关是因为转移指令冲突依据条件的产生结果,可能为顺序取下条指令,也可能转移到新的目标地址使流水线发生断流

80.数字计算机如何分类?分类的依据是什么

答:数字计算机按用途又可分为专用计算机和通用计算机

通用计算机又分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机六类。

分类依据:专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划

分的。通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等因素。

81.冯诺伊曼计算机的设计思想是什么?它包括什么?

答:(1)计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件.
2)计算机内部应采用二进制来表示指令和数据.每条指令一般具有一个操作码和一个地址码.其中操作码表示运算性质,地址码指出操作数在存储器中的地址.
3)将编好的程序送入内存储器中,然后启动计算机工作,计算机无需操作人员干预,能自动逐条取出指令和执行指令

包括输入设备、输出设备、运算器、控制器、存储器

82.CPU的性能指标是什么,其概念是啥

答:主频CPU内部的时钟频率,是CPU进行运算时的工作频率。一般来说,主频越高,一个时钟周期里完成的指令数也越多,CPU的运算速度也就越快。但由于内部结构不同,并非所有时钟频率相同的CPU性能一样。

外频:即系统总线,CPU与周边设备传输数据的频率,具体是指CPU到芯片组之间的总线速度。

倍频:原先并没有倍频概念,CPU的主频和系统总线的速度是一样的,但CPU的速度越来越快,倍频技术也就应允而生。它可使系统总线工作在相对较低的频率上,而CPU速度可以通过倍频来无限提升。那么CPU主频的计算方式变为:主频=外频×倍频。也就是倍频是指CPU和系统总线之间相差的倍数,当外频不变时,提高倍频,CPU主频也就越高

缓存(CacheCPU进行处理的数据信息多是从内存中调取的,但CPU的运算速度要比内存快得多,为此在此传输过程中放置一存储器,存储CPU经常使用的数据和指令。这样可以提高数据传输速度。可分一级缓存和二级缓存

83.什么是I\O接口?

答:I/O接口的作用主机与外界交换信息称为输入/输出(I/O

84.高级语言汇编语言机器语言的区别

答:机器语言是最初的编程语言全部是0.1代码程序员写代码非常费劲,但是最接近底层运行效率最高

汇编语言的出现是由于机器语言太难编写,查找错十分费劲,就出现一些单词去代替指令汇编语言比机器语言更接近人的思想,容易理解,程序员更容易编程,维护也更容易,但是效率却大打折扣,不过汇编语言有局限性,也就是换一个操作系统就要重新学一门汇编语言

高级语言就更接近人类思想了,更容易被理解,代码写起来更容易,使用更多约定好的基本符号和这种符号对应的规则来实现对计算机的控制,有面向过程的C语言还面向对象的C++Java,只不过效率更低了,但是效率不是问题只要提升硬件的性能就能弥补这一缺陷了,Java的跨平台性也让其成为一门流行的语言

85.CPU的功能?

答:CPU中央处理器的功能指令控制 操作控制 时间控制 数据加工

86.非流水线 每个时间点只能完成一件事

87.标量流水线每个时间可以完成两件事

88.超标量流水线 每个时间每个寄存器能一起完成两件事

89.流水线就是并行计算吧

90.指令流水线:指令按步骤并行

91.算数流水线:指运算操作按步骤并行

92.处理机流水线:指程序步骤的并行

93.x86指令系统 基础 构架

94.MMX 增强CPU在音响通信的能力1996

95.SSE 加强浮点数的运算,看视频解码更流畅,视觉效果好

96.SSE2 加强CPU64位浮点数的运算

97.SSE3 浮点数->整数 化简能力

98.SSE4.1/4.2 娱乐性 矢量化的编辑器

99.EM64T 支持1TB的内存和256TB的虚拟内存

100.VT-X 支持了虚拟机

101.AVX 新出的,位淘汰X86追别工作

102.ASE 提高加密解密能力

103.FMA3 一条指令实现多个数据同时运算

104.TSX 服务器相关 服务器CPU指令集有删减

105.CPU包含ALU运算器和控制器