一：计算机系统概述
1：计算机发展历程
2：结构
（1）冯诺依曼机：由运算器，控制器，存储器，输入，输出五部分组成，以运算器为中心
（2）计算机层次结构：应用程序-高级语言-汇编语言-操作系统-指令集架构层-微代码层-硬件逻辑层
3：分类
单指令单数据流：冯诺依曼体系结构
单指令多数据流：向量处理器
多指令单数据流：不存在
多指令多数据流：多处理器
3：基本概念
机器字长：CPU一次能处理数据的位数，与CPU中寄存器位数有关
存储字长：存储器中一个存储单元（存储地址）所存储的二进制代码位数，与MDR位数有关，数据总线
指令字长：计算机指令字的位数
数据字长，计算机数据存储所占用的位数
总线宽度：总线上同时能够传输的数据位数，即数据总线的根数
总线带宽：单位时间内总线上传输数据的位数，通常每秒传输的字节数来衡量 总线带宽 = 总线工作频率* （总线宽度/8）
主存带宽：数据传输率
总线传输周期：一次总线操作所需的时间（申请，寻址，传输，结束），由若干总线时钟周期构成
总线时钟周期：及其时钟周期
CPU时钟周期：主拍脉冲或T周期，为主频的倒数
吞吐量：单位时间内数据输出数量
响应时间：从事件开始到事件结束的时间
CPU时钟周期：机器主频的倒数
CPI：执行一条指令所需的平均时钟周期
MIPS:每秒百万条指令
MFLOPS：程序中浮点数的运算次数
二：数制与编码
进制转换：
BCD码：8421码（加6修正）余3码，2421码
ASCII码：
校检原理：
码距：
奇偶校检码：
海明校检码：
循环冗余码：
定点数：
无符号数与有符号数
原码
补码
反码
移码
转换：
x为正数【x】
x为负数
无论正负【x】补——连同符号位取反加一——>【-x】
运算：
加法
移位运算：逻辑移位（无符号）算术移位（）
算术运算：
循环移位
例一：定点数加法运算
假设两个带符号整数x ， y .用8位补码表示，x=63 ，y = -31，则x - y 的表示及溢出标识OF是——
解：【x】原 = 0011 1111 ，[y]原 = 1001 1111 ，
【x】补 = 0011 1111 [y]补 = 1110 0001，[-y]补 = 0001 1111
【x-y】 = 【x】补 +【-y】补 = 5EH ，没有溢出 OF =0
例二：溢出判断：进位丢弃最高位不一定溢出，超出表示范围才算溢出，（当最高位进位与符号位进位的值不同是才溢出，可能是正负反转）
浮点数：
IEEE754标准：
规格化后的短浮点数的真值为：（-1）^s X 1.M X 2^(E-127)
浮点数的加减运算：对阶，尾数相加，规格化，舍入，判溢出
溢出：阶码是否超出了表示范围
注意C语言中运算以补码表示运算
例一：浮点数加减运算以及溢出判断
浮点数的阶码和尾数均采用补码表示，且位数分别为5位和7位（均含2位符号位），数X=2^7 * 29/32
Y = 2^5 * 5/8 ，则用浮点加法计算X + Y 的最终结果为——
解：x = 00,111；00,11101 y= 00 ,101; 00,101
1:对阶：小阶向大阶看起：y = 00,111；00,00101
2:尾数相加 00,11101
+ 00,00101
——————
01,00010
3：规格化：尾数右移一位，阶码加一 01,000；00,10001
4：判溢出：阶码符号位为01 溢出
三：存储系统
体系结构化层次：
基本概念：
边界对齐：
大端小端存储方式：
- 大端：最高字节地址是数据地址（0123存成0123）
- 小端：最低字节地址是数据地址（0123存成3210）
1：存储器月CPU的链接
（1）主存容量扩展：
字扩展：
位扩展：
字位同时扩展：
（2）双口RAM与多模块存储器
双端口RAM
两个端口对同一主存：可同时读，不可同时写，也不能边读边写
多提并行存储器
高位交叉编址：
地位交叉编址：
2：半导体存储器：
（1）随机存储器
DRAM存储器的刷新
分散刷新：
集中刷新：
异步刷新：
（2）只读存储器ROM
MROM（掩膜式只读存储器）：
PROM（一次可编程只读存储器）
EPROM（可编程可擦除）
FlashMermory（闪存存储器）：U盘
固态硬盘
3：Cache
（1）地址映射方式：
全相连：主存字块标记|字块内地址
直接映射：
组相连：
（2）替换算法：
随机
先入先出
最近最少使用（LRU）
最不经常使用（LFU）
（3）写策略
命中：全写法 和写会法
不命中：写分配法和非写分配法
4：虚拟存储器
解决主存容量不足，希望向程序员提供更大的编程空间
页式虚拟存储器
转换：虚拟地址= 虚拟页号+页内偏移------->物理页号+页内偏移
段式虚拟存储器
段页式虚拟存储器
快表TLB：
页表，段表放在主存中，收到虚拟地址后先访问主存，查询页表段表进行虚实地址转换
四：总线
1：基本概念
总线：一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路
总线特性：机械特性（尺寸，形状，管脚数），电气特性（传输方向和有效的电平范围），功能特性（每根传输线的功能），时间特性（信号的时序关系）
分类：
按数据传输格式：串行总线和并行总线
按总线功能：片内总线，系统总线（数据总线，地址总线，控制总线），通信总线
按时序控制方式：同步总线，异步总线
结构：单总线结构，双总线结构，三总线结构
性能指标：
总线的传输周期(总线周期)：一次总线操作所需的时间（包括申请阶段、 寻址阶段、传输阶段和结束阶段），通常 由若干个总线时钟周期构成。
总线时钟周期： 即机器的时钟周期。
总线的工作频率：为总线周期的倒数。 实际上指一秒内传送几次数据。
总线的时钟频率 ： 即机器的时钟频率，为时钟周期的倒数。 若时钟周期为T，则时钟频率为1/T。 实际上指一秒内有多少个时钟周期。
总线宽度：是总线上同时能够传输的数据位数， 通常是指数据总线的根数
总线带宽：可理解为总线的数据传输率，即单位时间内总线上可传输 数据的位数
2：总线仲裁
集中仲裁
链式查询
计数器定时查询
独立请求
分布式
3：操作和定时
4：总线标准
系统总线标准：ISA，EISA，VESA，PCI，PCI-Express
设备总线标准：IDE,AGP，RS-232C，USB，SCSI
局部总线标准：
五：中央处理器
1：CPU的功能与结构
2：指令执行过程
3：数据通路的功能的基本结构
主存与CPU之间的数据传送
CPU从主存读取指令，实现传送操作的流程及控制信号为：
(PC)→Bus→MAR PCout和MARin有效，现行指令地址→MAR
1→R CU发读命令(通过控制总线发出，图中未画出)
MEM(MAR)→MDR MDRin有效 MDR
MDR→Bus→IR MDRout和IRin有效，现行指令→IR
4：控制器的功能和工作原理
5：指令流水线
六：指令系统
基本概念
数据通路：执行部件间传送信息的路径，分为共享通路和专用通路
指令集：一台机器所有指令的集合
RISC（精简指令集）和CISC（复杂指令集）
指令字长：指令中包含的二进制位数，有等长指令、变长指令。
指令分类
零地址指令：
一地址指令：访存2次
二地址指令：访存3次
三地址指令：访存4次
寻址方式
指令寻址方式：顺序寻址，跳跃寻址
操作数寻址方式：
立即数寻址：地址码字段是操作数本身 MOV AX, 200H
寄存器寻址：地址码字段是寄存器地址 MOV AX, BX
直接寻址：地址码字段是内存地址 MOV AX, [200H]
间接寻址：地址码字段是内存地址的地址 MOV AX, I[200H]
寄存器间接寻址：地址码字段是存内存地址的寄存器地址 MOV AX, [BX]
相对寻址：操作数地址 + 当前PC的值
基址寻址：操作数地址 + 基址寄存器的值（一段程序中不变） MOV AX, 32[B]
变址寻址：操作数地址 + 变址寄存器的值（随程序不断变化） MOV AX, 32[SI]
指令格式：R型指令，I型指令，J型指令
微指令
微指令的编码方式：目标尽量缩短指令字长
（1）直接编码方式：无须译码，以为代替一个微指令
（2）字段直接编码：互斥的放在同一字段，留出一个状态（000）
（3）字段间接编码
微指令格式
水平型 垂直型
微程序短，速度快 微程序长，速度慢
微指令长，编码麻烦 微指令端，好编码
流水线
七：输入输出系统
1：IO系统
（1）IO软件
IO指令：CPU指令的一部分
通道指令
（2）IO硬件：外部设备，设备控制器和接口，IO总线
（3）IO接口
统一编址和独立编址
（4）IO子系统结构层次
用户层I/O软件：实现与用户交互的接口，用户可以直接调用在用户层提供的、与I/O操作有关的库函数，对设备进行操作。
设备独立软件：用于实现用户程序与设备驱动器的统一接口、设备命令、设备保护以及设备分配与释放等，同时为设备管理和数据传送提供必要的存储空间。
设备驱动程序：与硬件直接相关，负责具体实现系统对设备发出的操作指令，驱动I/O设备工作的驱动程序。
中断处理程序：用于保护被中断进程的CPU环境，转入相应的中断处理程序进行处理，处理完并恢复被中断进程的现场后，返回到被中断进程。
2：IO方式
程序查询方式
程序中断方式
中断：
中断判优：
中断隐指令：
关中断：
保存断点：
引出中断服务程序：
DMA方
3：外部设备
输入设备：键盘，鼠标
输出设备：显示器，打印机
外存储器：磁盘，光驱
磁盘存储器：
记录密度：道密度（磁盘延半径方向的磁道数，），位密度（磁道单位长度上能记录的二进制代码位数），面密度（位密度与道密度的乘积）
平均存取时间=寻道时间（磁头移动到目的磁道）+旋转延迟时间（磁头固定到所在扇区）+传输时间（传输数据所花的时间）
数据传输率：单位时间内向主机传送数据的字节数
磁盘阵列：
RAID0：无冗余和无校检的磁盘阵列，条带均匀分布
RAID1：以镜像为冗余方式
RAID2：纠错海明码
RAID3：位交叉奇偶校检
RAID4：块交叉奇偶校检
RAID5：无独立校检的奇偶校检
八：专题专解
1：各种实现
程序查询：纯软件
程序中断：软件传递+硬件中断
DMA：纯硬件
通道：软硬件结合
中断系统：隐指令（硬件）中断程序（软件）
时钟管理：专用统一计数器
地址映射：寄存器+加法器+其他
计算专题：
