1 计算机系统简介

• 硬件：主机、外设等

• 软件：程序

  

2 计算机基本组成

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A[运算器] -->B(CPU)
C[控制器] -->B
B -->E
D[存储器] -->E(主机)
F[输入设备] -->H(I/O设备)
G[输出设备] -->H
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一条指令[操作码|地址码]的完成过程：

• 取指令：从MAR–>IR (PC 指向下一条指令的地址)

• 指令译码：ID获取指令类别和操作数

• 指令执行：

• 访存取数：根据指令地址码访问主存取到对应操作数

• 结果写回：CPU内部寄存器 || 主存..

3 计算机硬件主要技术指标

• 机器字长：CPU一次能处理的数据位数(取决于CPU寄存器位数)
• 运算速度

  CPI 执行一条指令所需时钟周期数
  MIPS 每秒执行百万条指令
  FLOPS 每秒浮点运算次数

• 主存容量(内存)

  64K × 32位 ：MAR 16个 存储字长32位
  1KB = 2 ¹³ b

• 辅存容量(外存) ：1GB = 2 ³⁰ B 、1B = 8b（bit）

4 存储器

层级

主存储器

1. 与CPU通过总线直接相连

2. CPU与主存的读写过程

   1. 读出：CPU将该字地址送至MAR经地址总线送至主存–>发读命令–>主存读出内容后送至数据总线上由MDR送至目的地

   2. 存入：CPU将该字地址送至MAR经地址总线，将字送入MDR—>发写命令–>主存将数据总线上信息写入对应地址

3. 技术指标

   存储容量：存在二进制代码的总位数

   存取时间：访问时间(读出时间或写入时间)

   存取周期：进行连续两次存储器操作所需最小间隔时间

   带宽：每秒从存储器进出信息的最大数量 [b/s 字节/s]

…

5 I/O系统

• 发展过程

  CPU与I/O串行：程序查询方式

  CPU…并行：中断 | DMA

  通道结构

  I/O处理机

• I/O接口

  

  • 设置原因：

    选择设备

    实现数据缓冲(匹配速度)

    串并转换

    电平转换

    传输控制命令

    反映设备状态(”忙“”就绪“”中断请求“)

• 程序查询方式

• 中断方式

  保护现场[出栈]

  中断服务

  恢复现场[进栈]

  中断返回

• DMA方式

6 计算机的运算方法

原码

补码：正数与其原码相同 | 负数是原码除符号位外取反加一

反码：原码除符号位外取反

移码：与补码符号位相反

• 定点表示：小数点位置不变

定点数x=xnxn-1…x2x1 [xn为符号位]

若X为纯小数：小数点位于xn与xn-1之间

若X为纯整数：小数点位于x1的右边

• 浮点表示：任意二进制数N = 2^e.M

• 相关运算

  乘法：靠一些移位和加减🚬

  [但是我感觉第二步就是一般整数乘法的算法就ok？]

  

除法：加减交替法

结果为负数[11 1110] –> 商0、下一步 +Y、余数左移[11 1100]

结果为正数[00 1001] –> 商1、下一步 -Y、余数左移[01 0010]

结果为正数[00 0101] –> 商1、下一步 -Y、余数左移[00 1010]

结果为负数[11 1101] –> 商0、下一步 +Y、余数左移[11 1010]

结果为正数[00 0111] –> 商1 –> 最终商：01101 余数：00 0111(0.0111)

结果：0.0111 * 2^-4 + 0.1101

浮点数加减：🚬🚬🚬

1. 对阶：小向大看齐

   

2. 尾数相加

3. 结果规格化

   溢出[双符号位不相等]：右归->小数点左移 若没给出双符号位，则不会溢出

   未溢出：左归直到是

   

4. 舍入处理：丢弃最高位0舍1入

5. 阶码溢出判断

   

[补码–>原码：除符号位减1再取反]

7 指令系统^ 详见

• 机器指令

• 操作类型|操作数

• 寻址方式

8 CPU

• CPU结构

  寄存器种类

  通用寄存器：存放操作数

  数据寄存器：存放操作数

  地址寄存器：存放地址

  条件码寄存器：存在条件码

• 指令周期：取出并执行一条指令所需的全部时间

• 指令流水
  

• 中断系统

  1. 引起中断的因素

     人为设置中断

     程序性事故(溢出、除法非法、操作码无法识别)

     硬件故障

     I/O设备

     外部事件(键盘 。。)

  2. 中断过程^ 详见
     [^ ]：OneNote微机原理-中断

     中断请求: 中断请求信号 –>CPU INTR口

     中断源识别: 中断类型号 –>高优先级先，同优先级按FCFS，低可被高打断

     中断响应：

     1. 一条指令的最后一个时钟周期CPU检测INTR信号
     2. 向中断源发出INTA中断响应信号
     3. 断点保护（入栈）
     4. 获取中断服务程序首地址：【查询中断向量表：中断类型号|中断服务程序的入口地址】

     中断服务

     1. 保护现场
     2. 中断服务
     3. 恢复现场
     4. 中断返回

     中断返回：弹出堆栈中断点信息