计算机组成与原理基础笔记

地质

1. 鼻祖之疑

2.EDVAC与冯∙诺依曼

与ENIAC计算机研制的同时,冯∙诺依曼(von Neumann)与莫尔小组合作研制EDVAC计算机。

EDVAC采用储存程序方案,即把解题过程中的每一步用指令表示,并按执行顺序编写而成的程序,存放在储存器中。

冯∙诺依曼型计算机基本特点:

实线为数据线,虚线为控制线和反馈线。

3.工厂与仓库

组成计算机的基本部件:

随着集成电路的发展,控制器和运算器整合成CPU,计算器变成由以下三部分组成。cpu和内存合起来为主机。计算机各个部件有条不紊的工作都是在控制单元的控制下进行的。

4.交通工具

总线(Bus)是指计算机组件间规范化的交换数据(data)的方式,即以一种通用的方式为各组件提供数据传送和控制逻辑。从另一个角度来看,如果说主板(Mother Board)是一座城市,那么总线就像是城市里的公共汽车(bus)(related to the Latin "omnibus", meaning "for all"),能按照固定行车路线,传输来回不停运作的比特(bit)。这些线路在同一时间内都仅能负责传输一个比特。因此,必须同时采用多条线路才能发送更多数据,而总线可同时传输的数据数就称为宽度(width),以比特为单位,总线宽度愈大,传输性能就愈佳。总线的带宽(即单位时间内可以传输的总数据数)为:总线带宽 = 频率 x 宽度(Bytes/sec)。

PC上一般有五种总线:

对于连接各大部件的总线叫做系统总线。系统总线分为以下几种:

5.进化论和生存状态

源代码 -> 编译器/解释器 -> 可执行的机器码

汇编语言/机器语言 -> 汇编器 -> 可执行的机器码

微观世界初探及其基本法则

组合 时序 陈列

1.组合逻辑电路

1.1三态门

1.2异或门

半加器:

1.3加法器

全加器: 4位超前进位加法器:

2.时序逻辑电路

2.1触发器

2.2寄存器

3.阵列逻辑电路

3.1只读存储器 ROM

4.十进制数的编码与运算

在计算机中采用4位二进制码对每个十进制数位进行编码。4位二进制码有16种不同的组合,从中选出10种来表示十进制数位的0~9,有多种方案:

  1. 有权码

    表示一位十进制数的二进制码的每一位有确定的权。 “以二进制编码的十进制码”(BCD,binary coded decimal)中常用的一种为8421码。

    8421
    0000= 1
    0010= 2
    0100= 4
    0101= 5
    0111= 8
    1001= 9
  2. 无权码

    表示一个十进制树为的二进制码的每一位没有确定的权。用的较多的是余3码(Excess-3 Code)和格雷码(Gray Code),格雷码又称“循环码”。

    余三码 = 8421码 + 0011 (进位后的高位减)

5.带符号的二进制数据-原码、补码、反码-加减法运算

  1. 原码

    机器数的最高位为符号位,0表示正数,1表示负数数值跟随其后,并以绝对值形式给出。这是与真值最接近的一种表示形式。 [x] = x (0<=x<1) = 1-x = 1+|x| (-1<x<=0) 由于小数点位置已默认在符号位之后,书写时可以将其保留或省略。 x = +0.1011, [x] = 01011 x = -0.1011, [x] = 11011

    [+0] = 00000, [-0] = 10000

    加减运算时,符号相同相加,不同相减。相减时先比较两数绝对值大小,用“大”的减“小”的,再确定运算的正负号。

  2. 补码

    asd

走廊

cache

操场

现在计算机中,内存处于全机中心地位:

随机存储器RAM(random access memory)

  1. 指标
    • 容量:已字节为单位表示的存储器存储单元的总数。
    • 存取时间(memory access time):从启动一次存储器操作(读/写)到完成该操作所经历的时间。
    • 存储周期(memory cycle time):连续启动两次独立的存储器操作(如两次读)所需间隔的最小时间。

计算机可寻址的最小信息单位是一个存储字,相邻的存储器地址表示相邻的存储字。一个存储字包括的二进制位数称为字长。 一个字节通常为“8”,一个字长通常是“8”的倍数。 地址码的位数决定了存储器的可直接寻址的最大空间。例:32位计算机,2^32 = 4^30 = 4G

{AR(MAR)为地址寄存器, DR(MDR)为数据寄存器} 若AR为K位长,DR为n位字长、则允许存储器包含2^k个可寻址单位(字节或字),在一个存储周期内,CPU和存储器之间通过总线进行n为数据传送。 控制线此时传送读(read)写(write)和表示存储器功能完成(ready)。

  1. 操作

    • 读操作: a. CPU将地址送AR,通过AB送到存储器。 b. 同时,CPU应用控制线发“读”请求。 c. CPU等待储存器通过ready线发来的“读”响应。 d. 若ready信号为1,说明储存字的内容已经读出,并放到DB上,送到DR。
    • 写操作: a. CPU将要存储的信息要存储的位置送进AR,并将信息送进DR。 b. 发“写”操作。 c. CPU等待ready线的“写”响应。 d. 若ready发送了完成信号,则“写”操作已完成。
  2. 分类

    • 静态存储器SRAM
      • 利用触发器保存信息,只要不断电,信息就不会丢失。
      • 集成度低,功耗较大。
    • 动态存储器DRAM
      • 利用MOS电容存储电荷保存信息,需不断给电容充电保持信息。
      • 集成度高,功耗小,用于大容量存储器。
  3. 扩展

    • 位扩展 //并联
    • 字扩展 //串联
    • 字位扩展 //串并连
  4. 多体交叉存储器

    多体交叉存储器-同济-计算机体系结构