计算机组成与体系结构

一、数据的表示
- 1.1 原码、反码、补码和移码
- 1.2 常用进制的简写
- 1.3 浮点数运算
二、计算机结构
- 2.1 CPU结构
- 2.2 计算机体系结构分类
- 2.3 指令系统
- 2.4 CPU架构
- 2.5 流水线
- - 2.5.1 流水线周期及执行时间
  - 2.5.2 流水线吞吐率
  - 2.5.3 流水线加速比
  - 2.5.4 流水线的效率
- 2.6 缓存
- 2.7 局部性原理
- 2.8 主存储器
- 2.9 磁盘
- 2.10 总线
- 2.11 串联系统与并联系统
- 2.12 差错控制
- - 2.12.1 循环冗余校验CRC
  - 2.12.2 海明码校验码/汉明码Hamming Code
三、操作系统基本原理
- 3.1 进程
- 3.2 进程管理PV操作
- 3.3 死锁
- 3.4 存储管理
- - 3.4.1 碎片
  - 3.4.2 地址
  - 3.4.3 基址加界限寄存器(动态重定位)
  - 3.4.4 段式模型
  - 3.4.5 页式模型
  - 3.4.6 段页式存储
- 3.5 文件管理
四、数据库系统
- 4.1 ER图
- 4.2 笛卡尔积
- 4.3 范式
引用：

一、数据的表示

1.1 原码、反码、补码和移码

原码无法直接在计算机中进行运算，即原码的负值与原码相加和实际情况不一致。

	数值1	取反	数值1加上取反的值	备注
原码	0000 0001	1000 0001	1000 0010（-2）	原码正数首位为0，负数首位为1
反码	0000 0001	1111 1110	1111 1111（-0）	反码是原码按位取反
补码	0000 0001	1111 1111	0000 0000（0）	补码是反码的负值+1
移码	1000 0001	0111 1111	0000 0000（0）	移码是对补码首位的取反

因为二进制中存在正数和负数，甚至在原码和反码0都有正0和负0。
补码的意义是为了把让减法运算运算时转换成正数和负数加法运算；
移码的存在意义是让正数比负数大；

数值表示范围：

类型	范围	8位为例
原码	−(2n−1−1)至(2n−1−1)-(2^{n-1}-1) 至 (2^{n-1}-1) −(2n−1−1)至(2n−1−1)	-127 至 127
反码	−(2n−1−1)至(2n−1−1)-(2^{n-1}-1) 至 (2^{n-1}-1) −(2n−1−1)至(2n−1−1)	-127 至 127
补码	−(2n−1)至(2n−1−1)-(2^{n-1}) 至 (2^{n-1}-1) −(2n−1)至(2n−1−1)	-128 至 127
补码比原码和反码的取值范围要大1个，因为在原码和反码中0需要有正0和负0两个，而在补码和移码中0不存在正负0；

1.2 常用进制的简写

进制	简写
十进制	D
二进制	B
八进制	Q
十六进制	H

1.3 浮点数运算

浮点数表示：N=M∗ReN=M*R^{e} N=M∗Re
其中M为尾数，e为指数，R为基数。
当计算机在进行浮点数运算时，需要经过 对阶 → 尾数计算 → 结果格式化三个步骤
例：1000=1.0∗1031000=1.0*10^{3} 1000=1.0∗103
119=1.19∗102119=1.19*10^{2} 119=1.19∗102
在这两个浮点数进行运算时，把阶数小的往高的对(小阶对大阶)，即0.119 * 10 ^ 3，然后进行同阶的尾数计算，最后格式化成d.dddd的结果。

二、计算机结构

2.1 CPU结构

主机分为CPU和主存储器（又称内存储器、内存）

运算器部件：
1.算术逻辑单元ALU，是能实现多组算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路。
2.累加寄存器AC，是一个通用寄存器，虽然叫累加器，但还支持减法、读出、移位、循环移位、求补等操作。它为ALU提供一个工作区，暂时存放ALU运算的结果信息。
3.数据缓冲寄存器DR，在内存储器（内存）进行读写操作时，将数据放入其。
4.状态条件寄存器PSW，存储在运算过程中的标志位（进位、溢出、为零、为负、终端、方向、单步等）
控制器部件：
1.控制部件：
地址寄存器AR，用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址信息。
程序计数器PC，存放指令地址，将指令由内存取到指令寄存器中，且程序计数器更新为下一指令的地址
2.指令部件：
指令寄存器IR，用于暂存当前正在执行的指令；
指令译码器ID，译码呗。
3.时序部件：为指令的执行产生时序信号。

2.2 计算机体系结构分类

1.单指令流单数据流SISD：单控制部分，单处理器，单主存模块；常见于单片机
2.单指令流多数据流SIMD：单控制部分，多处理器，多主存模块；阵列处理器，各处理以异步执行同一条指令，像GPU做矩阵处理时那样。
3.多指令流单数据流MISD：多控制部分，单处理器，多主存模块；没得这种东西。
4.多指令流多数据流MIMD：多控制部分，多处理器，多主存模块；家用计算机

2.3 指令系统

复杂指令集计算机CISC，Complex 复杂的。上世纪用的东西，定制的、占地面积巨大的计算机。
精简指令集计算机RISC，Reduced 减少，缩小。
在CISC指令集的各种指令中，大约有20%的指令会被反复使用，占整个程序代码的80%。而余下的80%的指令却不经常使用，在程序设计中只占20%。
总的来说，

指令系统类型	指令	寻址方式	实现方式	其他
CISC	数量多，使用频率差别大，可变长格式	支持多种寻址方式	微程序控制器（微码）	研制周期长、有少量专用寄存器
RISC	数量少，使用频率接近，定长格式，大部分为单周期指令，操作寄存器，只有Loadhe Store操作内存	支撑方式少	硬布线控制器；增加了通用寄存器，适合采用流水线	优化编译，可支持高级语言、泛用的暂存器

2.4 CPU架构

x86架构，因Intel的处理器型号早期以数字86结尾，因此其架构被称为x86架构，常用与家用计算机中。其早期是16位的，后来AMD与1999年抢先推出了64位元、x86架构的处理器，命名为AMD 64。Intel于2001年紧随其后推出IA-64，是和惠普合作的英特尔安腾处理器，是一种和x86完全不同的架构。后来统称为x86-64或x64。那么x86架构是用的是前文说到的复杂指令集（CISC），windows8以前的操作系统都是仅支持x86架构的。在较为新的微架构中，x86处理器会把x86指令更换为更像RISC那样的微指令再进行执行，提升性能。
ARM架构，英文是AdvancedRISC Machine进阶精简指令集机器。
起初叫AcornRISC Machine，Acorn是公司名字。显而易见是用的RISC复杂指令集，是32位元的处理器。因其节能低耗的特点，常用与嵌入式系统与移动通讯领域（手机芯片）。
MIPS架构，英文是Microprocessorwithout Interlocked Pipeline Stages，无内部互锁流水级微处理器，也是采用RISC的处理器架构。机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题，强调硬件协同提高性能，同时简化硬件设计。是64位元处理器，支持除法指令

2.5 流水线

流水线是指在程序执行时，多条指令重叠进行操作的一种准并行处理技术，提高各部件的利用率和指令单平均执行速率。

2.5.1 流水线周期及执行时间

流水线周期：是流水线步骤中最长的一段时间。是执行多条指令时，一条指令的开始到下一条指令的最晚开始时间的总称。私以为可以看图中间的一竖列。
流水线执行时间计算公式：1条指令执行时间 + 剩下的指令数 * 流水线周期

计算机组成与体系结构相关推荐

任铄计算机操作系统,计算机组成与体系结构-CSDN.PDF
计算机组成与体系结构-CSDN 系统分析师 --计算机组成与体系结构(一) 高级项目经理任铄 QQ :1530841586 第一章计算机组成与体系结构  1.1 计算机组成与分类  1.2 多 ...
太原理工计算机组成原理报告,太原理工《计算机组成原理与体系结构》--实验报告.docx...
本科实验报告课程名称:计算机组成原理与体系结构实验项目: 运算器.移位器.运算存储器. 总线控制.微程序控制器原理实验地点: 明向计算机学院306实验室专业班级: 物联1403 学号:2014 ...
计算机组成结构IR,计算机组成与体系结构试题
<计算机组成与体系结构试题>由会员分享,可在线阅读,更多相关<计算机组成与体系结构试题(5页珍藏版)>请在人人文库网上搜索. 1.____________________ 系 ...
清华大学计算机组成与体系结构,清华大学出版社-图书详情-《计算机组成与体系结构（第2版）》...
作为"21世纪大学本科计算机专业系列教材",遵照本系列教材评审组专家的意见,本书包括了数字电路基础.计算机组成.计算机体系结构3个部分内容.本书读者对象主要是学习计算机课程的大学生 ...
计算机组成原理和体系结构----软考（到处copy）
计算机组成原理和体系结构数据的表示 n进制转十进制十进制转n进制使用短除法二进制转八进制和十六进制原码.反码.补码以及移码浮点数运算计算机结构计算机体系结构分类 - Flynn CIS ...
2010年6月计算机组织与结构,2010 计算机组织与体系结构课程设计.doc
2010 计算机组织与体系结构课程设计东莞理工学院本科课程设计课程设计题目: 具有访存及循环移位运算功能的复杂模型机的设计学生姓名: 许悦学号: 2008414021 ...
计算机通过逻辑电路实现运算,计算机组成与体系结构数据表示与运算算法和逻辑电路实现.ppt...
计算机组成与体系结构数据表示与运算算法和逻辑电路实现安阳工学院第3章本章主要内容信息编码.码制转换与检错纠错码数据表示--常用的信息编码二进制数值数据的编码与运算算法数字化编码二要素数 ...
2021.12.26 第一章. 计算机组成与体系结构
本文由简悦 SimpRead 转码, 原文地址 blog.csdn.net 该系列一共包括十三章目录第一章. 计算机组成与体系结构第一节. 数据的表示第三节. 计算机体系结构分类 (Flyn ...
计算机组成与设计project1,计算机组成与体系结构(性能设计)答案完整版-第八版...
计算机组成与体系结构(性能设计)答案完整版-第八版 SOLUTIONS MANUAL COMPUTER ORGANIZATION AND ARCHITECTURE DESIGNING FOR PERA ...
计算机组成与体系结构(一）
计算机组成与体系结构第一章:绪论 1.1 计算机组成和计算机体系结构的区别计算机组成强调控制信号和信号传递方式以及存储器相关(encompassed all physical aspects of ...

计算机组成与体系结构

计算机组成与体系结构

一、数据的表示

1.1 原码、反码、补码和移码

1.2 常用进制的简写

1.3 浮点数运算

二、计算机结构

2.1 CPU结构

2.2 计算机体系结构分类

2.3 指令系统

2.4 CPU架构

2.5 流水线

2.5.1 流水线周期及执行时间

计算机组成与体系结构相关推荐

最新文章

热门文章