计组知识

概论

分类

体系结构：单指令单数据流、单指令多数据流、多指令单数据流（少）、多指令多数据流
用途：通用计算机、专用计算机
使用方式：桌上型计算机、服务器型计算机、嵌入式计算机
规模：巨型、大/中型、小型、微型

计算机系统的基本组成

硬件系统
- 主机
- 外围设备
软件系统
- 系统软件
- 应用软件

冯诺依曼计算机设计基本思想

内部以二进制数表示指令和数据；指令由操作码和地址码组成。
采用“存储程序”和“程序控制”的概念。
指令的执行是顺序的，分支由转移指令实现。
计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部件组成。
以运算器为中心，输入输出设备与储存器之间的数据传送通过运算器完成。

计算机系统的层次结构

微程序设计级：微程序设计方式、硬布线设计方式。
机器指令系统级：计算机软硬件的分界。
操作系统级/虚拟机。
语言处理程序及其他系统软件。
应用程序级。

信息编码与数据表示

不同数制之间的转换

十进制转二进制：整数除（以）2取余，小数乘2取整
二进制转十进制：略

定点机器数

原码：-2^n+1 ~ 2^n-1，最高位为符号位，其它位数为值的绝对值
反码：正数的反码等于原码，负数的反码等于最高位为1不变，其余位按位取反
补码：正数的补码等于原码，负数等于反码+1；一个补码的相反数的补码，是包括符号位每一位都取反再加1
移码：补码符号位取反，一般用作浮点数的阶码，目的是保证浮点数机器零全为0；双符号位的补码高位置0，如果为1则溢出；用移码进行两个数加减，是一个数的移码加另一个数的补码

浮点机器数

规格化：原码的最高有效位（小数点后第一位）是1；补码的符号位和最高有效位相异；优点：提高浮点数精度、方便程序交换、运算简化
IEEE标准：尾数用原码且隐藏最高位的1，阶码用移码

汉字编码

输入码：拼音、字形等
交换码：区位码、国标码
内码：唯一
字形码：点阵

校验码

奇数码距：发现d-1位错误，纠正(d-1)/2位错误
偶数码距：发现d/2位错误，纠正(d/2)-1位错误
奇偶校验码：加一位校验码。奇校验位应使整个奇校验码的1的个数为奇数，偶校验位应使整个偶校验码的1的个数为偶数
海明校验码（汉明码）
循环冗余校验码

运算方法

定点数加减法

一般使用补码
双符号位判溢

定点数乘法

原码一位乘法
补码乘法校正法
补码一位乘法：Booth算法

定点数除法

原码恢复余数除法
原码加减交替除法

浮点数加减法

0操作数检查
对阶
尾数相加减
结果规格化：左规、右规（最多一位）
舍入

浮点数乘除法

0操作数检查
阶码相加减
尾数相乘除
结果规格化
舍入

储存体系

内存储存容量

字有多少二进制位称为字长，现在的是64位，也就是8字节；字长和数据线宽度和ALU宽度相等，除非复用；扩大字长叫做位扩展
地址线的根数决定寻址范围；字数（也叫寻址字长）=2^n；扩大字的数量叫做字扩展
能用的最大储存容量=字数×字长（好像有问题，难道不是字数*寻址单元大小1B？）
字位扩展、二进制地址码的范围选择

DRAM刷新

一次刷新一行
集中式
分散式
异步式

多体交叉存储器

T=Mτ
t=T+(M-1)τ

Cache

命中率：h=Nc/(Nc+Nm)
平均访问时间：ta=h*tc+(1-h)*tm
效率：e=tc/ta

映射方式

内存与cache交换数据时按字块，假如一块是8B，8B×8bit/16位字长=4个字。块内偏移（块内地址）记作2^b = 块的大小/编指大小，块数2^m = 容量/块的大小。
cache的行与内存的块进行对应。总大小记作2^c×b，2^c就是行数（地址）。
内存根据cache的大小，分为2^(t=m-c) = 内存大小/cache大小个“大组”，组号记在cache里的标记。
访问的地址由2^t、2^c、2^b组成，先用2^c直接访问cache，对比两者的2^t，如果相同就是命中。
组的路数记作2^r，t+r是大组号，c-r是组地址，两组时r=1，四组r=2。
字节地址=字地址+字内地址=数据总线位数。

指令系统

指令格式
寻址方式：立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、变址寻址、基址寻址、相对寻址
RISC、CISC：后者指令系统复杂，数目多，寻址方式多；多用微程序控制器，专用寄存器多，通用寄存器少；不利于流水线

控制器

硬布线控制器
微程序控制器：微指令、微命令，微操作
R型指令、I型指令、J型指令
数据通路、控制信号