第一章

计算机系统层次结构

第五级 高级语言级
第四级 汇编语言级
第三级 操作系统级
第二级 一般机器级
第一级 微程序设计级/逻辑电路级

第二章

原码补码反码移码

符号位 0为正 1为负

对正数来说：

  1. 原码=反码=补码，移码为补码的符号位取反

对负数来说：

  1. 原码符号位为1加上真值的绝对值
  2. 反码符号位不变，其他位按位取反
  3. 补码在反码的基础上+1
  4. 移码为补码的符号位取反

定点加减法运算

定点格式：

X0 X1 X2 Xn
符号位 数值位–> 小数点

公式：
[X+Y]补=[X]补+[Y]补
[X-Y]补=[X]补+[-Y]补
[Y]补–(所有位取反+1)–>[-Y]补
注：
使用补码加减运算时，符号位和数值为一起参与运算；
符号位产生的进位要舍弃

变形补码：
采用双符号位，且符号位参与运算；
最高符号位上产生的进位要舍去；
最高符号位永远表示结果的正确符号；
变形补码只能检测溢出，不能避免溢出
(00，11无溢出)(10负溢出,01正溢出)

移位操作

还原真值->求反码->求补码->左移添0，右移添1
注：所有的移位都是相对于小数点，即小数点不动，数字动；且符号位不改变

浮点加减法运算

浮点格式：

X0 X1 X2 Xn
符号位 小数点 数值位(也称尾数)–>
浮点数表示：X=Mx × 2^Ex
尾数右移一位，阶码+1；尾数左移一位，阶码-1

运算步骤：

  1. 对阶：小阶向大阶对齐，阶码+1，尾数右移一位，；阶码-1，尾数左移一位
  2. 尾数相加减
  3. 规格化：采用补码表示的尾数规格化为：00.1xxx或11.0xxx
    左规：尾数左移1位，阶码-1
    右规：尾数右移1位，阶码+1，补足的符号位为原双符号最高位
  4. 舍入
  5. 溢出判读(01上溢，10下溢)

流水线浮点加法器

K-流水线级数
n-指令条数
T-缓冲时间
Tcycle-时钟周期时间=tmax+T
Tnon-非流水线完成时间=n ×(时间和)

加速比=

Tnon(n+k−1)∗Tcycle \frac{Tnon}{(n+k-1)*Tcycle}

吞吐率=

n(n+k−1)∗Tcycle \frac{n}{(n+k-1)*Tcycle}

流水线效率=

加速比k \frac{加速比}{k}

第三章

cache的三种映射方式

  1. 全相联映射:主存中任意块都可以存入cache，访问内存块时 需遍历cache确定是否存在，不存在则放入cache；存在则替换
  2. 直接映射：主存中内存块和cache一一对应，访问内存块是只需要查询cache对应的块是否存在，不存在则放入；存在则替换
  3. 组相联映射：内存块和cache被分区，第i区内存块只能放入第i区cache，不存在则放入；存在则替换

三种映射方式的特点

  1. 全相联映射：
    1. 优点：冲突概率小，cache利用率高
    2. 缺点：高速比较器难实现
  2. 直接映射：
    1. 优点：硬件简单，成本低，地址变换速度快
    2. 缺点：冲突概率高，降低cache效率

SRAM

较为复杂，建议看湖科大教书匠的视频共30min左右

DRAM

读操作有破坏性，每次读操作后需立即进行写操作

字位拓展

位拓展：
现有若干片 1K x 4位 的 SRAM 芯片。
需要设计一个 1K x 8位 的存储器模块
8/4=2片

字拓展：
现有若干片 1K x 4位 的 SRAM 芯片。
需要设计一个 4K x 4位 的存储器模块
4/1=4片

字位拓展：
先位拓展，再字拓展，然后相乘
现有若干片 1K x 4位 的 SRAM 芯片。
需要设计一个 2K x 8位 的存储器模块
8/4=2片
2/1=2片
2×2=4片

第四章

CISC的特点

  1. 指令条数多
  2. 寻址方式多
  3. 长度不固定
  4. 格式种类多
  5. 访存指令多

第五章

指令周期

指令周期：取出一条指令并执行的时间
CPU周期(机器周期)：指令周期由若干个CPU周期来表示，通常用内存读取一个指令字最短时间来规定CPU周期
时钟周期(脉冲周期)：CPU周期由若干个时钟周期组成，是处理操作的最基本的单位

微程序控制思想

把操作控制信号编成所谓的微指令，存放到一个只读存储器中，当机器运行时，一条又一条的读出这些微指令，从而产生全机所需要的各种操作控制信号，使相应的部件执行规定的操作

微指令格式

水平型微指令：指一次能定义并能并行执行多个微命令的微指令。

控制字段 判别测试字段 下地址字段

#例题
已知某计算机采用微程序控制方式，控制存储器容量为512* 48位。微程序可在整个控制存储器中实现转移，控制微程序转移的条件共4个，微指令采用水平型格式，后继微指令地址采用断定方式。
要求：试分析微指令的格式，并计算微指令的各个字段分别为多少位？

1、控制存储器容量512* 48位是说有控制存储器有512个单元，每个单元48位。512个单元地址编码是9位。
2、假设判别测试字段中每一位为一个判别标志，由于有4个转移条件，判别测试字段为4位；
3、因为控制存储器容量为512个单元，下地址字段为9位；控制字段是（48-4-9）=35位。

微程序原则

第七章

磁盘计算题

  1. 存储容量：一个磁盘所能存储的字节总数
  2. 平均等待时间=磁盘旋转一周所需时间/2
  3. 平均存取/访问时间=寻道时间(题目给) + 平均等待时间
  4. 内部数据传输率=磁盘的转速(n转/s) × 一道磁道的容量

#例题
磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用。存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层位密度400位/cm，转速6000转/分
问：1.共有多少磁道 2.盘组总存储容量 3。内部数据传输率
有效盘面为6×2-2=10

  1. R=33/2=16.5cm r=22/2=11cm （16.5-11）×40=220道
  2. 磁盘磁道容量相同，靠内密度大磁道短，靠外密度小磁道长。
    一条磁道容量=2Πr × 400 = 27632位=3454B
    总容量=3454B×220×10=7598800B
  3. 传输速率=100转/s × 3454B =345400B/s
  4. 平均等待时间=1/200s