计算机组成结构1

admin2024-04-03  0

概念
计算机组成:
运算器、控制器、存储器、输出设备、输入设备
CPU:运算器+控制器

  • 运算器:算数逻辑单元ALU、累加寄存器AC、数据缓冲寄存器DR、状态条件寄存器PSW

  • 控制器:指令寄存器IR、程序计数器PC、地址寄存器AR、指令译码器ID

存储器:硬盘和内存
输入设备:鼠标键盘
输出设备:显示器
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计算机系统体系结构
第一种:
单指令流 + 单数据流 SISD -------单处理器
单指令流 + 多数据流 SIMD-------并行处理机,超级向量处理机
多指令流 + 单数据流 MISD-------不可实现
多指令流 + 多数据流 MIMD-------多处理器
第二种:
6级 应用语言机器
5级 高级语言机器
4级 汇编语言机器
3级 操作系统机器
2级 机器指令语言
1级 微指令系统
0级 硬联逻辑
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指令系统
操作码(指令操作)和操作数(指令地址)
取指令–分析指令–执行指令
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操作码指令寻址方式:存在控制器-程序计数器(PC)

  • 顺序:顺序执行
  • 跳跃:指令直接给出

操作数指令寻址方式:

  • 立即寻址方式:直接给出操作数地址
  • 直接寻址方式:操作数在主存的地址
  • 间接寻址方式:访问2次主存,A-B(操作数地址)
    寄存器寻址方式:操作数存储在寄存器的编号
    基址寻址方式:基址寄存器+形式地址=操作数地址(扩大寻址能力)
    变址寻址方式:变址寄存器+形式地址=操作数地址

CISC复杂指令系统(Complex Instruction Set Computer),多、可变、周期长,实现方式为微程序控制技术
RISC简单指令系统(Reduced Instruction Set Computer),少,不变,单周期,实现方式为增加通用寄存器硬布线逻辑控制为主,适合采用流水线
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流水线,将指令分段执行。

  • 超流水线:时间换空间,增加级数和主频
  • 超标量:空间换时间,增加多条流水线
  • 超长指令字:使用软件技术
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计算
奇偶校验码

原始编码加1位,计算原始编码多少个1,奇就+1位后保持奇数,偶就+1位后保持偶数
原始编码:101011
奇校验:1010111,5个1为基数
偶校验:1010110,4个1为偶数

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CRC校验码

  • 取最大乘积是X的5次方,5
  • 原始编码+5个0,1110001100000
  • 多项式从x0-5匹配,存在是1,不存在是0,结果为:110011
    x5 X4 x 1
    x5=1 x4=1 x3=0 x2=0 x1=1 x0=1
  • 异或运算,1110001100000/110011,相减不借位
  • 如果满足最大乘积数5,前面补足0,比如结果为1101,补0就是01101
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流水线时间计算

  • 流水线周期:执行时间最长的段
  • 流水线执行时间:一条流水线总执行时间+(总指令条数-1)*流水线周期
  • 流水线吞吐率:指令条数/流水线执行时间
  • 流水线的加速比:不使用流水线之行时间/使用流水线之行时间

若指令流水线把一条指令分为取指、分析和执行三部分的时间分别是T(取指)=2ns,T(分析)=2ns,T(执行)=1ns,则100条指令全部执行完毕需__203__ns?

周期=2,执行时间=5+(100-1)*2=203
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