计算机组成原理期末复习

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复习指导ppt期末复习.pptx

需要复习的点

• 补码加减法 #21
• 主存储器扩展 #22
• 主存储器与cache的映射关系
• 指令寻址
• 微程序设计
• 流水线CPU计算加速比

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第一章计算机主要的技术指标

1.1 与字长有关的指标

字：CPU在同一时间内作为整体可以存取、传送、计算的一组二进制数。
字长：“字”的长度，字就是一个二进制的组合，由几位二进制，就是字长有多少位。

例子中所给的： 1000 1100 1010 1101 一共16位，即字长有16位，相当于2个字节

1字节（Byte） = 8bit ， 即 1B = 1个字节 ；

1.机器字长，简称字长，CPU一次能处理的二进制数的位数

2.存储字长

存储单元：由地址码相同的多个存储元构成；可以把存储元类比成酒店的房间，存储单元的内容是储存的数据或指令可以类比成
酒店里的房客。

存储字长：存储单元中所存储的数据或指令的位数即存储字长。 即一个存储单元中二进制代码的位数。

存储单元是CPU对存储器进行读写的基本单位，存储字长≤机器字长

3.指令字长

指令字长：一个机器指令中所包含的二进制的位数。
一条机器指令的长度取决于：操作码、操作地址的长度、操作数地址的个数。

! [image] (https:github.com/QiYongchuan/MyGitBlog/assets/105039020/bcb87be2-d18a-4316-8f51-bcaa27ab0f8d)

1.2 与时间和速度相关的指标

2-1 基础指标

• 主频 Main frequency: 时钟频率, 机器内部主时钟的频率， Hz, MHz, 用f表示
• 时钟周期: CPU中最小的时间单位, 常用单位 s, ms, ns, 用 "T"表示。
  用时钟周期个数来表示计算机中的时长

! [image] (https:github.com/QiYongchuan/MyGitBlog/assets/105039020/e76c6059-36d6-4d03-8931-4d28ec1910f9)

CPU cycles are machine cycles, instruction cycles contain multiple machine cycles, and machine cycles contain multiple clock cycles.

2-2 Execution time metrics

CPI (Clock Cycle Per Instruction): The number of clock cycles (unit: number, i.e. how many clock cycles) it takes to execute an instruction = > This refers to an instruction

In practice:

Average CPI = Total ➗ CPU clock cycles required to execute a certain program The number of instructions the program contains =》 针对某一程序而言的

程序总的时钟周期数 = 程序所包含指令条数 * 平均CPI

平均CPI 是平均每条指令所包含的时钟周期数

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CPU性能公式应用 1/4

CPU时钟周期：可以理解成计算机中最小的时间单位
CPU主频（时钟频率） = 1 / CPU时钟周期
CPI：执行一条指令所需要的时钟周期数；

IPS：每秒执行的指令条数 IPS = 主频 / 平均CPI

执行一条指令的耗时 = CPI x CPU时钟周期

CPU执行时间（整个程序的耗时） = CPU时钟周期数/ 主频 = 指令条数 x CPI / 主频

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存储程序控制的概念

PC 存放的是下一条指令在内存中的地址。可以按照程序计数器PC的值访问指令寄存器，这一过程称为取值。

以存储程序控制为核心思想的计算机称为冯诺依曼计算机。 “程序控制”用程序实现对计算的控制，完成指令的功能。

指令与数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU如何区分他们？ 可以从时间和空间上区分。 时间上是先访问指令，在访问数据的； 空间上，指令和数据放置的位置也不同，指令地址来源于程序计数器PC，数据地址来源于地址形成部件或指令的地址码字段

冯诺依曼计算机特点：
1.由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五部分组成
2.以运算器为核心
3.内部采用二进制
4.工作方式由控制驱动，指令流驱动

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字位扩展

字x位
字扩展，连—cs，不一定满足所以同时工作

位扩展，一定要满足位同时工作，所有的芯片都连0

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交叉存储与顺序存储的计算题 3/4

关键是明白：
1.T与t，T代表一个周期的时间，就是走完一个存储器的时间；t代表总线传输周期，可理解成切换的周期？
2. 带宽 = 位数 / 时间
在顺序存储中，时间= nT （因为是一个走完之后，再走第二个的）
在交叉存储中，时间= T + (n-1)t （可看交叉存储的图加深理解）

重点题 3/4

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微程序设计

(1) ADD R0, R1，即 (R0) + (R1) → (R1)

首先，我们需要将R0和R1的值读出来，因此需要设置RA0RA1 = 00，表示读取R0的值，

设置RA0RA1 = 01，表示读取R1的值。

然后，我们需要将R1的值写回内存，因此需要设置WA0WA1 = 01。

接下来，我们需要将R1的值和R0的值相加，因此需要设置SB-ALU = 1，表示传送SB的值到ALU进行加法运算。最后，我们需要将ALU的运算结果写回R1中，因此需要设置W = 1，表示写命令。

分三步：

1. R0 到Sa
2. R1到Sb
3. 然后 SA+Sb的结果到R1

第一条：读取R0到SA操作

00 ** 10 10 00 00

第二条：读取R1到SB操作

01 ** 10 01 00 00

第三条：执行SA+SB的结果，并将结果写入SA

** 01 01 00 10 01

问题：加法器哪一个是执行加法，哪一个执行减法：左边是加法，右边是减法

(2) SUB R2, R3，即 (R3) - (R2) → (R3)

三步：

1.读取R3到SA

2.读取R2到SB

3.执行RA-SB的结果，并写入R3中

第一步：

11**10100000

第二步：

10**10010000

第三步：

**1101000101

（3）MOV R2，R3，即（R2）→（R3）

两步：

1.读取R2到SA

2.执行SA+SB的结果，将结果写入R3

第一步：

10**10100000

第二步：

**1101001011

R3 一直呆在暂存器，相当于R2+0 =》 R 3
R2走了一圈跟0相加，又回来存到R3中（写入R3）

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寻址方式 4/4