QingQiu'Blog

清秋的博客

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基本名词解释

PC 程序计数器
IR 指令寄存器，存放当前正在执行的指令，
MAR
CU 控制单元，为控制器的核心部件，其功能是产生微操作命令序列。
ALU：Arithmetic Logic Unit，算术逻辑运算单元，为运算器的核心部件，其功能是进行算术、逻辑运算。
ACC：Accumulator，累加器，是运算器中既能存放运算前的操作数，又能存放运算结果的寄存器。
MQ：Multiplier-Quotient Register，乘商寄存器，乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器。
MAR：Memory Address Register，存储器地址寄存器，在主存中用来存放欲访问的存储单元的地址。
MDR：Memory Data Register，存储器数据缓冲寄存器，在主存中用来存放从某单元读出、或要写入某存储单元的数据。
I/O：Input/Output equipment，输入/输出设备，为输入设备和输出设备的总称，用于计算机内部和外界信息的转换与传送。

MIPS：Million Instruction Per Second，每秒执行百万条指令数，为计算机运算速度指标的一种计量单位。

CPI：执行一条指令所需的时钟周期（机器主频的倒数)。

FLOPS：浮点运算次数每秒。

主存储器

  • 汉明码
  1. 汉明码要添加 检测位要满足 2 ^k >= n + k +1 k位检测位 ， n为总位数
  2. 检测位放在 2 ^i 次方处 i = 0 , 1 , ……

进制字母表示

十进制数用D表示，二进制用B表示，十六进制数用H表示，八进制用O表示。

Cache

命中率： 访问成功次数 / 总访问次数
命中率与Cache 的容量和块长有关
访问效率 = 访问Cache 的时间 / 平均访问时间 * 100 %
e 访问效率 ， h 命中率， 访问Cache 时间为tc 访问主存时间为tm
则 e = tc / h * tc + ( 1 - h) * t * 100%
访问时间 / 命中的时间 + 未命中的时间

  • 读写操作
    • 写 ： 1. 写直达法 ： 写时同时写入Cache和主存
      1. 写回法： 只写入Cache 不写入内存，当Cache数据被替换出去的时候才写会主存，会导致Cache和主存的不一致
  • 地址映射
    1. 直接映射 Cache任意一块可以放在
    2. 全相联映射 主存任何一块可以放在Cache任意一块中

DMA

  1. DMA和 CPU交替访问
    CPU工作周期 C1 专供DMA访存，C2专攻CPU访存
  • 功能：
    1. 向CPU申请DMA传送
    2. 处理总线控制权的转交
    3. 管理系统总线，控制数据传输
    4. 确定数据传送的首地址和长度，修正传送过程中的数据和长度
    5. DMA传送结束时，给出操作完成的信号

数

浮点数： 阶码组成为 阶符 + 数值部分 尾数由数符和数值组成
阶码是用二进制来表示的比如
2 ^15
就是 2 ^1111
即可，所以要用四位二进制来表示

  • 规格化
    基数为
    2 要求尾数最高位为 1 2 ^1
    4 最高2位为1 2 ^2

8 最高3位为 1 2 ^3

左规，数据左移，尾数变大
小数转二进制，直接把分子写成二进制，然后根据分母是2的多少次方，移动小数点就行了

  • IEEE 754标准
    数符 + 阶码(含阶符) 尾数
    尾数使用规格化表示，非 0 的有效位最高位为1

  • 运算
    补码 左移时，后面加0 ， 右移时前面加 1
    定点数运算：

  1. 补码加减运算，直接 A + B mod 2 ^n+1
  2. 小数 就mod 2

指令系统

  • 指令格式 ： 操作码 + 地址码+寻址方式
    指令字长分为可变和固定字长
    RISC 精简指令系统
    长度可变的指令：操作码分散在指令字的不同字段中
  • 地址码
  1. 四地址 op + A1 + A2 + A3 + A4 分别是第一操作数地址，第二操作数地址，结果地址，下一条指令地址 (A1) OP(A2) –> A3
  2. 三地址 OP A1 A2 A3
  3. 二地址 OP A1 A2 (A1) OP (A2) –> A1 或者 (A1) OP(A2) -> A2
  4. 一地址 OP A1 (ACC) OP (A1) -> A1 ACC暂存
  5. 零地址，对ACC中的数据进行操作
    可以使用寄存器地址来替代指令地址字段，因为寄存器很少，占用的位数少
  • 指令寻址
    顺序 PC + 1 -> PC
    跳跃 由转移指令给出
    数据寻址： 操作码 + 寻址特征+ 形式地址A
    形式地址 是指令字中的地址，有效地址是操作数的真实地址
  1. 立即寻址： 形式地址A就是操作数，OP # A # 为立寻址标志 A 使用补码
  2. 直接寻址，EA = A 有效地址由形式地址给出，无偏移量
  3. 隐含寻址 间接寻址 有效地址由形式地址简介提供，A提供的是EA 的地址，需要去寻址，EA 的地址才是指向真实的数据
  4. 寄存器寻址，EA = Ri 有效地址为寄存器的编号
  5. 寄存器间接寻址： EA = (Ri) 有效地址在寄存器中
  • 基址寻址
    1. 使用专用寄存器作为基址寄存器
      EA = (BR) + A BR 为基址寄存器，也就是 物理地址 = 逻辑地址 + 基址地址

CPU 组成

  • 寄存器
    1. 通用寄存器 ： 存放操作数，可作为某中寻址方式的专用寄存器
    2. 数据寄存器：存放操作数，两个寄存器拼接放双倍字长的数据
    3. 地址寄存器： 存放地址
    4. 条件码寄存器： 存放条件码，可作为程序分支的依据，正负,0，溢出等
    5. 控制和状态寄存器：
      • 控制寄存器 PC -> MAR -> M -> MDR -> IR
      • PC用户可见
      • 状态寄存器 存放条件码
      • PSW 存放程序状态字
  • 指令周期 ： 取出并执行一条指令所需的全部时间
  • 包括 取指，分析 => 取指周期 执行=>执行周期

流水线

  • 吞吐率： 单位时间内流水线所完成执行或输出结果的数量
  • 最大吞吐率: Tpmax = 1 / Δt Δt为m段流水线各段时间
  • 加速比 ：
    • 使用流水线的方式完成n条指令在m段流水线上共需 T = m * t + (n-1) * t
    • 使用等效的非流水线共需： T = nmt
    • 加速比等于 不使用 / 使用