[408][自用] 计算机组成原理知识点串接

2️⃣：数据的表示与运算
3️⃣: 存储系统
4️⃣: 指令系统
5️⃣: 中央处理器
6️⃣: 总线
7️⃣: 输入/输出系统
🚀各章节导图总览

2️⃣：数据的表示与运算

数制与编码

运算方法与运算电路

基本运算部件

定点数

定点数的移位运算

定点数的加减运算与溢出判断

定点数的乘法运算

原码一位乘法

补码一位乘法

定点数的除法运算

原码除法：恢复余数法

原码除法：加减交替法（不恢复余数法）

补码除法：加减交替法

C语言中的整数类型与类型转换【常考！】

数据的存储与排列

浮点数的表示与运算

计算浮点数对应的十进制

定点数vs浮点数

3️⃣: 存储系统

主存储器

主存储器的基本组成

SRAM和DRAM

栅极电容与双稳态触发器
DRAM的刷新分散/集中/异步
【计组】简单理解集中式刷新、分散式刷新、异步式刷新

只读存储器ROM

多模块存储器

主存储器与CPU的连接

外部存储器

磁盘存储器

固态硬盘SSD

高速缓冲存储器

Cache 基本原理基本概念

Cache和主存的映射方式

Cache中主存块的替换算法

Cache写策略

4️⃣: 指令系统

指令系统格式

指令的寻址方式

机器级代码表示

CISC,RISC

5️⃣: 中央处理器

CPU的基本结构

指令执行过程

计算机组成原理之指令周期

📖指令周期的数据流(取值、间址、执行、中断周期)

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取指周期的数据流

在这里插入图片描述

取指周期从PC开始，因为PC知道要取的指令的内存单元的地址，PC要把地址传送给存储器，要先把地址传给MAR,再由MAR传给地址总线，再由地址总线传给存储器。CU把读操作这个控制信号送到控制总线上，再由控制总线送到存储器，存储器执行读操作，把相应的数据送到数据总线，数据总线再送到MDR，最后送到IR当中，此时，我们还要为取下一条指令做准备，要把下一条指令的地址保存在PC里，由CU控制PC进行PC+1操作，使PC指向下一条要取的指令的地址。这样一个完整的取值周期就完成了。（注意：这里的+1操作不是单纯的+1而是是加上下一条指令的地址）

间址周期的数据流

在这里插入图片描述

操作数所在的内存单元的地址IR和MDR中都有，所以间址周期可以从IR开始，也可以从MDR开始，假设从MDR开始，MDR会把操作数中的地址码部分发送给MAR，MAR会把地址送给地址总线，再由地址总线送给存储器，然后CU发出读操作，操作信号先送给控制总线，再由控制总线送到存储器当中，存储器完成读操作，把数据送到数据总线上，再由数据总线送到MDR当中，这个时候MDR才真正保存了我们所需要的操作数的真正的地址。

执行周期数据流

不同指令的执行周期数据流不同。

中断周期的数据流

在这里插入图片描述

因为CU知道程序断点应该保存在哪个位置，所以中断周期从CU开始，CU给出地址，把地址放进MAR中，MAR再送到地址总线，地址总线送到存储器，因为保存断点是一个写操作，所以CU会发出一个写命令，并把写命令送到控制总线，再由控制总线送到存储器，保存断点即返回到程序中断之后的那个位置，也即中断之后要执行的下一个命令地址，中断之后的下一条命令保存在PC当中，所以保存断点即保存当前PC的值，PC会把值送到MDR当中，MDR送到数据总线，数据总线再保存到存储器中。中断服务程序的入口地址是由CU给出，CU会把这个地址写入PC，中断服务程序的入口就给了PC

数据通路的功能和基本结构

CPU内部单总线方式

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例题

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取指周期

间址周期

执行周期

控制器的功能和基本原理

硬布线控制器

文稿: 第一个步骤，我们需要罗列出所有的指令，所有的指令在每一个阶段的微操作序列。
然后选择一种CPU的控制方式，也就是要确定机器周期是否定长，每一个机器周期内要安排几个节拍，确定这样的一个事情，
第三步安排第一步得到的这些微操作序列的一个时序，哪些微操作可以在t0这个时序内完成，哪些微操作可以在t1，哪些微操作应该放在t2？要进行这样的一个安排好，最后根据之前整理的信息，可以设计出电路，首先需要列出操作时间表，就是要把每一个指令周期。每个周期内的各个节拍有可能使用到哪些微操作？把这个信息用一张表罗列出来，然后也需要根据具体的指令。是否需要使用到某一个微操作，在这个表里边标一。然后接下来根据操作时间表就可以得到微操作命令，它所对应的逻辑表达式如果能把它画到最简的话，就意味着我们的电路也可以更简单。
接下来最后一步，根据我们得到的逻辑表达式就可以得到这个组合逻辑，电路的电路图，这就是硬部线控制器的一个设计的步骤。