基于图灵机模型的冯氏结构的电子数字计算机

【各种指标】

1、计算机的主要技术指标

CPU主频

运算速度

运算精度

存储容量

存取周期

2、RSA特性

可靠性

可维性

可用性

3、运算器的技术指标

运算速度

机器字长

4、RAM速度指标

存取周期

5、磁表面存储器的技术指标

存储密度

存储容量

寻址时间

数据传输率D

6、磁盘存储器速度指标

寻道时间

等待时间

数据传输时间

7、存储器性能指标

速度

价格

容量

解决这三方面的矛盾——计算机采用多级存储体系结构

【各种组成、分类】

1、运算器

能进行算数逻辑运算。

通常包括三个寄存器：

       累加器

       乘商寄存器

       操作数寄存器

2、磁盘存储器

磁盘控制器——磁盘机与主机的接口部件

磁盘驱动器——独立于主机的一个完整的设备

盘片——用于保存信息

磁盘驱动器：主轴系统、空气净化系统、磁头定位驱动系统、数据控制系统

硬磁盘机磁头：

       固定磁头

       可移动磁头

盘片：

       固定盘片

       可换盘片

3、虚拟存储器

段式虚拟存储器

页式虚拟存储器

段页式虚拟存储器

4、虚拟存储系统的存储空间

实存空间

虚存空间

辅存空间

5、二地址格式指令中，操作数的物理位的形式

寄存器—寄存器型

寄存器—存储器型

存储器—存储器型

6、控制器的组成

程序计数器PC

指令寄存器IR

指令译码器

脉冲源与启停线路

时序控制信号形成部件

7、微程序控制器的组成

控制存储器CS

指令寄存器IR

微指令寄存器μIR

微程序计数器μPC

8、各种周期(⊙o⊙)…

指令周期——从主存中取出一条指令并执行该指令的时间（取指周期+执行周期）

机器周期——

时钟周期——

指令周期常用若干个机器周期表示，机器周期又包含若干个时钟周期

工作脉冲

主频周期

节拍

CLK、CKL2

9、CPU的组成

（1）CPU的主要部件：

       运算器

       控制器（包含时序电路）

       寄存器

（2）Cache、运算器、控制器

（3）CPU的主要功能部件：

       算数逻辑单元ALU

       控制器

10、中断处理的过程

中断请求  →  中断判优  →  中断响应  →  中断服务  →  中断返回

11、I/O接口中的状态触发器

反映外围设备的工作状态。

“工作”触发器B

“完成”触发器D

“中断请求”触发器INTR

“终端屏蔽触发器”MASK

12、辅存的种类

① 磁表面存储器——（利用磁性材料的不同剩磁状态）

       数字式磁记录：磁盘、软盘、磁带

       模拟式磁记录：录音和录像设备

② 光存储器

13、影响磁表面存储器写入读出的因素

偏斜

系统噪音

脉冲拥挤效应

14、提高记录密度的途径

改善设备性能

采用垂直磁记录

15、磁表面存储器的特点

磁盘存储器的特点：

       存储容量大、存取速度快、数据传输率高、工作可靠稳定、易脱机保存、结构复杂、价格较高。

16、光盘分类

只读型光盘

只写一次形光盘

可擦写型光盘

17、光盘存储的原理

烧灼法

光学法

18、外部设备

主机（CPU、主存）以外设备的统称

输入输出设备

终端设置设备

过程设置设备

脱机输入输出设备

【各种方式方法】

1、控制器的两种实现方式

硬布线控制

微程序控制

2、动态半导体存储器的刷新方式

集中式刷新

分散式刷新

集中分散式刷新/分布式刷新/异步刷新

        由于电容漏电流的存在，动态存储单元上的电荷不能长久保存，需定期对电容充电，以补充泄露的电荷。

3、磁表面存储器的记录方式

归零制——不论记录的代码是0还是1，在记录下一个信息之前，记录电流都要恢复零电流。

不归零制——磁头线圈中始终有电流。

4、数字磁记录方式

双向归零制BRZ

异码变化不归零制NRZ

逢1变化不归零制NRZ1

调相制PM（又称相位编码PE）

调频制FM（又称倍频制FD）

改进型调频制MFM

5、评定记录方式的优劣

编码效率

自同步能力

读出分辨率

信息相关性

信道带宽

抗干扰能力

编译码电路的复杂程度

6、Cache地址映像与变换

把主存地址定位到Cache存储器中的方法：

直接映像

全相联映像

组相联映像

7、Cache——主存一致性

（1）写操作命中：

       写直达法

       写回法

       写一次法

（2）写不命中时：

       不按写分配法          ——写直达法

       按写分配法            ——写回法

（3）替换算法：

       随机替换法RAND

       FIFO算法（常用）

       LRU算法（常用）

       最优算法OPT

8、提高访存速度的方法

寻找高速元件

采用层次结构

调整主存结构（如，并行主存系统）

9、指令的寻址方式

（1）确定本条指令的操作数地址以及下一条要执行的指令的地址

顺序寻址方式——下条指令地址由PC指示

跳跃寻址方式——下条指令地址由本条指令指出

（2）操作数寻址方式：

       立即数寻址——指令的地址字段不是操作数的地址，而是操作数本身

       直接寻址——指令的地址码为操作数在存储器中的地址

       间接寻址——指令地址码给出的既不是操作数也不是操作数的地址，而是操  作数地址的地址

       变址寻址——操作数的有效地址=CPU变址寄存器的内容+指令地址部分

       基址寻址——（存储空间分成若干段）操作数有效地址=基址寄存器（段首地址）+段内偏移量（指令地址）

       相对寻址/程序计数器寻址——操作数有效地址=指令地址码部分（偏移量Disp）+ 程序计数器PC     

       寄存器寻址

10、常用的微操作控制字段编译法

直接控制编译法——μOCF字段中列出所有微操作控制信号

最短字长编译法——将所有微命令进行统一的二进制编码

                          （μOCF字段长度l取[log(N+1)]）

字段直接编译法——将μOCF分成许多小段，每段采用最短字长编译法，段间用直接控制编译法

字段间接编译法——在字段直接编译法基础上规定，一个控制字段的某些微命令需要另一个控制字段来解释才行。

常数源字段法

11、产生后继微地址的方法

（1）下址字段方式（断定方式）——后继微地址由顺序控制字段直接给出

（2）增量方式（计数器方式）

机器加电时，专门硬件机构产生；

取到指令IR后，指令操作码译码产生；

执行指令中，微程序计数器μPC自动+1；

转移类指令，μPC与相应转移微地址

（3）增量与下址字段结合方式——顺序执行，（μPC）+1

转移执行，转移地址BAFàμPC

（4）多路转移方式——一条微指令存在多个转移分支

（5）微中断方式

（6）微指令：微操作控制字段μOCF，顺序控制字段SCF

（7）多路转移方式：

       微指令结构：μOCF +HF + TCF     ——    μIR

                            SCF= HF（非测试地址字段） + TCF（测试控制字段，àTF）

       后继微地址格式：HF （非测试地址）+ TF（测试地址）       ——μPC

（8）单测试多路转移：微指令 μOCF+HF+TCF1+TCF2+… →  后继微地址 HF+TF1+TF2+…

（9）多测试多路转移：微指令μOCF+HF+LF+LCF     （LF+LCF = TCF）

                              LF直接地址字段（不需测试时，直接送到后继微地址TF字段）

                              LCF测试控制字段

12、微指令格式

水平型微指令——在一条微指令中定义并执行多个并行的微命令（字长较长）

垂直型微指令（与指令格式想似）

13、流水线中的多发技术

超流水线技术（能与同一系列原有机器保持指令兼容）

超标量技术（……兼容）

超长指令字技术（……不能兼容）

超线程技术

14、控制器的控制方式

同步控制——有统一的时钟信号——中央控制、局部控制、混合控制

异步控制——无统一的时钟信号

联合控制——同步控制与混合控制的结合

人工控制

15、并行微程序控制器解决立即转移的方法

后推法——遇到立即转移，推迟一个微周期再转移

猜测法——…，从分支流程的几个微地址中选择概率较大的微地址作为后继微地址并预取

预取多字法——…，将所有可能的后继微指令同时取到μIR的输入开关上，待运算结果状态确定后，从预取的多条微指令中选择一条正确的打入μIR中。

16、CPU的主要功能

指令控制

操作控制

时间控制

数据加工

中断处理

17、I/O编址方式

不统一编址——需要独立的I/O指令

统一编址——可以通过访存指令和设备交换信息

18、主机与外设间数据传送控制方式

程序直接控制方式（系统以CPU为中心）

程序中断控制方式——采用输入输出中断（系统以CPU为中心）

直接存储器存取方式DMA——在外设与主存之间开辟直接的数据交换通路（系统以主存为中心）

I/O通道控制方式——有自己的指令系统，可同时控制多台外设并行工作（系统以主存为中心）

外围处理机方式PPU——运行外围处理程序（系统以存储器为中心）

【各种有关】

1、Cache命中率

Cache的容量与块长

Cache命中率指Cache所要访问的信息在Cache中的比率。

2、并行主存系统实现方法

空间并行：双端口存储器

时间并行：单体多字、多体并行

3、多体并行存储器编址方式（多体交叉）：

高位交叉编址（相当于进行存储器的字扩展）——反之

低位交叉编址  ——低位表示体号，高位表示体内地址

低位交叉编址可以在不改变存取周期的前提下，提高存储器的带宽。

【各种依据】

层次化存储器结构设计的依据

程序访问的局部性

【其他Important】

△ 半导体静态RAM（SRAM）——利用MOS管构成双稳态触发器来存储信息；半导体动态RAM（DRAM）——利用MOS管存储电荷来存储信息。

△ 虚拟存储器是主存—辅存存储层次的进一步发展和完善，位于主存—辅存物理结构，是由负责信息划分以及主存—辅存间信息调动的辅助硬件和操作系统中存储管理软件所组成的存储系统。（是一个容量非常大的存储器逻辑模型）

△ 虚拟存储器——逻辑地址；主存——物理地址；地址映像

虚拟存储系统中，CPU根据指令生成的地址是逻辑地址，转换后的地址是物理地址。

虚拟存储器的管理——存储管理部件MMU和操作系统

△ 虚拟存储器——对应用程序员透明，对系统程序员不透明

     主要通过软件实现

Cache——对系统程序猿、应用程序员均透明

      全部通过硬件实现

△ 指令系统的基本要求：完备性、有效性、规整性、兼容性

△ CISC复杂指令系统计算机；RISC精简指令系统计算机

△ 流水：

△ D/A：数字信号转换成模拟信号

△ 机器字长是指CPU一次能处理的数据的位数。CPU中数字寄存器的位数

△ 对于由单管动态存储单元电路构成的动态随机存取存储器来讲，关键是设计实现高灵敏度的读出放大

△ RLLC——保证自同步能力，防止脉冲拥挤效应，高的编码效率器。

△ 链式查询对电路故障更敏感，独立请求最快。

△ 游程长度受限码

△ RAID磁盘阵列存储器——分块技术、交叉技术、重聚技术

△ 磁光盘——热磁效应

光盘、光驱、控制器

△ 中断：计算机停止正在执行的程序，转去处理出现的急需处理的事件，处理完成后又能急需运行源程序的一种能力。

△ 中断向量——即中断服务程序的入口地址