计算机组成原理--梳理

信息表示

原码：正常的2进制表示，第一位表示符号位，后面是正常的数值，-2^m+1,2^m-1

反码：正数的反码是自己，负数的反码，是在符号位不变的情况下，各位取反。

补码：正数的补码是其自身，负数的补码是符号位不变，各位取反+1

原码和补码的转换相似。。。

补码是可以解决使用补码，可以将符号位和数值位统一处理；同时，加法和减法也可以统一处理。此外，补码与原码的的相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。1-1 = 1+（-1）用补码的处理和原码相同。

浮点表示方法

指令信息表示

指令信息一般格式为：操作码+地址码，地址码可能有多个。

寻址方式

立即寻址，指令直接给出操作数，用来提供常数，设置初值

直接寻址，指令给出操作数地址

----寄存器直接寻址，寄存器号R。寄存器占用的位数少，而且快。用于访问固定的存储单元或者寄存器。

----存储器直接寻址，有效地址D

间接寻址，指令给出操作数的间接地址

----存储器间址，间接地址D

----寄存器间址，寄存器号R

----堆栈寻址，堆栈指针

变址、基址寻址及其变化
----变址寻址，指令给出一个寄存器号和一个地址量，寄存器内容与地址量之和为有效地址。寄存器为变址寄存器

----基址寻址，指令给出一个寄存器号和一个地址量，寄存器内容与地址量之和为有效地址。寄存器为基址寄存器

上述两者，变的地方不一样，变址寻址变的是寄存器号内的地址，基址寻址是变的地址量

----基址加变址，指令给出两个寄存器号和一个地址量，寄存器内容与地址量之和为有效地址。便于处理两维数组。

----相对寻址，指令给出位移量，PC内容与位移量之和为有效地址。S =((PC)±D)，这里PC是可以上下浮动的。

----页面寻址，指令给出位移量，PC的高位部分与位移量拼接，形成有效地址。S =((PC)H，D)
CPU子系统

CPU组成原理，运算器，控制器，寄存器，数据通路结构

运算部件的构成，多路选择器，ALU，移位器，寄存器R

运算方法：好复杂。。。

原码恢复余数法，原码不恢复余数法，补码不恢复余数法，补码一位乘法。TODO。。。

控制器====组合逻辑控制器，微程序控制器

组合逻辑控制器，涉及到地方包括，微命令发生器，PSW状态寄存器，指令寄存器，时序

控制器的工作流程，PC---地址--->M---指令--->IR,译码（寻址方式）

PC+1---->PC

组合逻辑控制器的优缺点

1、产生微命令速度快，一般用于高速计算机，小规模计算机。

2、设计不规整，设计效率较低。

3、不易修改，扩展指令系统功能。

微程序控制器
基本思想

1、若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作；

2、若干微指令组成一段微程序，解释执行一条机器指令；
3. 微程序事先存放在控制存储器中，执行机器指令时再取出。
微程序控制器的结构

控制存储器CM，存放微程序，属于CPU

工作流程

取机器指令

CM-----(取微指令)------>UIR--------(微命令字段)------>译码器--------(微命令)--------->主存-----------机器指令-------->IR

转微程序入口
IR--------操作码--------->微地址形成电路-----------入口---------->UAR---------------------->CM-------首条微指令------UIR

执行首条微指令

UIR-------微命令字段--------->译码器--------微命令--------->操作部件

后续微指令

微地址字段现行微地址运行状态------------>微地址形成电路------后续微地址------->UAR------>CM----后续微指令--->UIR

微程序控制器的优点，设计规整，易于修改

缺点，慢

时序控制方式，略

主机与外设的主外信息交换

总线式，通道式

程序查询方式，中断方式，DMA方式

设计模型机

几个步骤

1、拟定指令系统，格式、寻址方式、指令类型设置
2、确定总体结构，寄存器、ALU、数据通路设置
3、安排时序，周期、定时脉冲设置
4、拟定指令流程和微命令序列。列操作时间表
5、形成控制逻辑，组合逻辑，微程序

存储器

按作用分类：主存，高速缓存，外存

按存储介质分类：

半导体存储器，主存，高速缓存

磁表面存储器，外存

光盘存储器，外存

按存取方式分类：

随机存取存储器，RAM 可读可写 --内存,ROM 只读不写--BIOS

顺序存取存储器，SAM，指标，平均等待时间和数据传输率，磁带

直接存取存储器，DAM