组成原理

1. 8421码：

8421码的映射关系

当数值超过9时，进行运算的结果需要加上二进制的6 (即0110) ，得出的结果每四位对应一个十进制的数，即相应的十进制结果。

2. 原码—>补码： 正数不变，负数符号位不变，数值位取反加1
　补码—>补码的相反数： 连同符号位一起取反加1

3. 原码、反码、补码相互转换：

原码、反码、补码相互转换

​

4. 移码： 等于补码的符号（第一位数字）位取反。
　 移码和补码的关系： 同一数值的移码与补码符号位相反，其它各位相同。
​
5. 定点数移位规则：

定点数移位规则

​

6. 十进制负数转换成二进制：
例：-32转成二进制
1.（十进制）32=（二进制）00100000
2.（二进制）00100000逐位取反为：11011111
3. 二进制数+1得：11100000

7. 溢出判断：

溢出判断

8. 原码一位乘法：

原码一位乘法

9. RAM： 随机存取存储器，通常用作内存
　ROM： 只读存储器，通常用作硬盘

10. 半导体存储芯片的基本结构及存取周期：

半导体存储芯片的基本结构及存取周期

n位地址 $\rightarrow 2^n$个存储单元　　总容量 = 存储单元个数 $\times$ 存储字长 = $2^n \times$ mByte
n对应地址线数目，m对应数据线数目
读写控制线：低电平写，高电平读

11. 主存储器：

主存储器

12. 大端方式和小端方式：
　　例：数据为 12345678H
　　大端方式：12 34 56 78
　　小端方式：78 56 34 12

13. 半导体随机存储器：

主半导体随机存储器

14. DRAM的异步刷新： 是集中刷新和分散刷新的结合，一般刷新周期为2ms，在2ms内产生128次刷新请求，所以每隔15.6us内有0.5us的“死时间”

15. 存储器的存取周期是指： 存储器进行连续读或写操作所允许的最短时间间隔

16. Cache/主存系统命中率、平均访问时间问题:
$若t_c表示命中时的cache访问时间，t_m表示未命中时的主存访问时间，1-h表示未命中率，则cache/主存系统的平均访问时间t_a为：$
$t_a = ht_c + (1-h)t_m$
$设r = t_m / t_c表示主存慢于cache的倍率，e表示访问效率，则有：$
$e = \frac{t_c}{ht_c} = \frac{1}{h+(1-h)r}$

17. 主存储器

主存储器

18. MAR与MDR
MAR：主存数据寄存器
MDR：主存地址寄存器

CPU与主存关系图

19. 寻址方式

寻址方式

20. CISC和RISC
CISC :
设计思路：一条指令完成一个复杂的基本功能
代表：×86架构，主要用于笔记本、台式机等
RISC：
设计思路：一条指令完成一个基本的“动作”，多条指令组合完成一个复杂的基本功能
代表：ARM架构，主要用于手机、平板

21. CPU的基本结构

CPU的基本结构

22. 指令周期的数据流
（1）取指周期

取指周期

（2）间址周期

间址周期

（3）中断周期

中断周期

23. 流水线的性能指标

理想情况下，流水线的时空图

（1）吞吐率： 单位时间内流水线所完成的任务数量，或是输出结果的数量
$实际吞吐率=\frac{n}{(k+n-1)\Delta t}　　　　最大吞吐率=\frac{1}{\Delta t}$
（2）加速比： 完成同样一批任务，不使用流水线所用的时间与使用流水线所用的时间之比。
　　　　 设 $T_0$表示不使用流水线时的执行时间，即顺序执行所用的时间，则 $T_0=nk\Delta t$
　　　　 　 $T_k$表示使用流水线时的执行时间，则 $T_k=(k+n-1)\Delta t$
$实际加速比 = \frac{kn}{k+n-1}　　　　　最大加速比=k$
（3）效率： 流水线的设备利用率称为流水线的效率
$效率=\frac{n}{k+n-1}$

24. 影响流水线的因素
（1）结构相关(资源冲突)： 由于多条指令在同一时刻争用同一资源而形成的冲突称为结构相关。
　　　解决办法:
　　　　 1. 后一相关指令暂停一周期
　　　　 2. 资源重复配置：数据存储器和指令存储器分开
（2）数据相关(数据冲突)： 在一个程序中，存在必须等前一条指令执行完才能执行后一条指令的情况，则这两条指令即为数据相关。
　　　解决办法:
　　　　 1. 后推法
　　　　 2. 数据旁路技术
　　　　 3. 编译优化
　　　数据的基本操作：读（R）、写（W）
　　　冲突的基本类型：写后读（RAW）、读后写（WAR）、写后写（WAW）
（3）控制相关(控制冲突)： 当流水线遇到转移指令和其他改变PC值的指令而造成断流时，会引起控制相关。
　　　解决办法:
　　　　 1. 尽早判断转移，尽早生成转移目标
　　　　 2. 预取两个方向的目标指令
　　　　 3. 加快和提前形成条件码
　　　　 4. 提高转移方向的猜准率

24. 地址映射的三种方式

地址映射的三种方式

25. I/O接口的基本结构

I/O接口的基本结构

26. 接口与端口
$接口Interface \begin{cases}端口Port \begin{cases} 数据端口　　　读\&写 \\ 控制端口　　　读 \\ 状态端口　　　写 \\ \end{cases} \\ 逻辑控制 \\ \end{cases}$
I/O端口是指接口电路中可以被CPU直接访问的寄存器。

27. I/O方式简介

I/O方式简介

28. 中断服务程序
中断服务程序的流程：
（1）保护现场：保存寄存器的内容，可以使用堆栈，也可以使用特定存储单元来进行保存
（2）中断服务（设备服务）：对不同的I/O设备进行不同内容的设备服务
（3）恢复现场：通过出栈指令或取数指令把之前保存的信息送回寄存器中
（4）开中断
（5）中断返回：通过中断返回指令回到原程序断点处
单重中断：执行中断服务程序时不响应新的中断请求。
多重中断：又称中断嵌套，执行中断服务程序时可响应新的中断请求。
中断隐指令：
（1）关中断
（2）保存断点（PC）
（3）引出中断服务程序