计算机组成原理重点难点解析..doc

计算机组成原理部分 第一部分：总论 一．计算机组成与结构总结 1. 2. 3. 计算机系统的层次结构 计算机基本组成 计算机基本结构 １．１　计算机系统 ??硬件（Hardware） ??计算机的实体部分，可以实现计算机最基本的操作行为。 ??软件（Software） ??使计算机实现各种功能的程序集合。包括系统软件、应用软件两大类。 １．２　计算机系统层次结构 ??计算机的层次结构的演变 高级语言 汇编语言 机器语言  虚拟机器M3 （高级语言程序） 虚拟机器M2 （汇编语言程序） 实际机器M1 （机器语言程序） １．２　计算机系统层次结构 ??三级层次结构的计算机系统 第三级 第二级 第一级  虚拟机器M3 （高级语言程序） 虚拟机器M2 （汇编语言程序） 实际机器M1 （机器语言程序）  将高级语言程序先翻译成汇编语言程序 或机器语言程序，再在Ｍ１或Ｍ２上运行 将汇编语言程序先翻译成机器语言 程序，然后在Ｍ１上运行 机器语言程序直接在Ｍ１上运行 １．３　计算机的基本组成 ??运算器：实现数据处理的部件 ??完成最基本的算术逻辑运算 ??ALU (Arithmetic and Logic Unit） ＋ Registers＋ DataPath ??运算器与机器字长（字的概念）的关系 ??性能指标：MIPS ??简单运算器结构图 １．３　　计算机的基本组成 ??存储器：实现数据存储的部件 ??保存程序和数据（二进制信息） ??存储单元：bit, Byte, Word ??地址的概念：每一个字节单元拥有一个唯一的地址（索引） ??存储器的工作方式：读、写 ??存储器结构简图 １．３　计算机的基本组成 ??控制器：实现控制功能的部件 ??提供各部件工作所需的控制信号，控制计算机其他部件协同工作 ??指令部件（Instruction Register ， Instruction Decoder） ??指令顺序控制（Program Counter） ??时序逻辑部件（Clock，Timer ，Sequencing Logic ） ??控制信号生成部件（Control Signal Generator or Control Memory） ??控制器结构简图 １．３　　计算机的基本组成 ??输入输出：实现数据交换的部件 ?实现计算机内部与外界（其他系统或人类）的信息交换 ?实现数据交换的设备：输入设备、输出设备 ?接口标准与接口部件 ??计算机整体结构简图 １．３机器结构简化图 总线  机器结构简化图 Ａ  ＡＣ ＡＬＵ ＧＲ  Ｂ  微操作控制信号 微操作信号 发生器 ＩＤ ＩＲ  ＰＣ  ＭＢＲ 存储器 ＭＡＲ  ＡＣ：　累加器 ＡＬＵ：算术逻辑运算单元 Ａ，Ｂ：缓冲器 ＧＲ：　通用寄存器 ＩＲ：　指令寄存器 ＩＤ：　指令译码器 ＰＣ：　程序计数器 ＭＡＲ：地址寄存器 ＭＢＲ：数据寄存器 第二部分 存储系统 一．主存储器的组成与工作原理 二．高速缓冲存储器的结构与工作原理 三．磁表面存储器 存储器的层次结构  Reg. Cache Main memory Disk Cache Magnetic Disk Magnetic Tape Optical Disk 二级存储系统指：高速缓冲存储器（Cache）＋主存储器 １．１　存储单元电路 ?SRAM存储单元电路（六管单元电路） Vcc T1，T2：工作管； Ｄ  T 5  T 3 T 1  T 4 T 2 字 选 线  T 6  Ｄ  T3，T4：负载管； T5，T6：门控管； 稳定状态：T1 截止，T2 导通，表示 1 T2 截止，T1 导通，表示 0 保持状态：字选线低电平，T5 和 T6 截止 ，内部保持稳定状态。 读出：字选线高电平，T5和T6导通，D线读出内部电平（状态）。 写 1：D线高电平，D 线低电平，字选线高电平，T5 和 T6 导通，T1截止， T2导通，写入 1。 写 0：D线低电平，D 线高电平，字选线高电平，T5 和 T6 导通，T2截止， T1导通，写入 0。 １．１　存储单元电路 ?DRAM存储单元电路（单管单元电路） Ｗ字选线 T Ｃｓ  Ｄ  Ｃｄ  ? ? ?  Cs电容 Cd电容 C上有电荷表示‘1’，无电荷表示‘0’ 保持状态：字选线低电平，T截止， 内部保持稳定状态。但电容有漏电流 ，状态不能长久保持 ，需要不断刷 新（再生）。 读出时：D 线预充电到 Vpre=2.5V，字选线高电平，T导通，若单元电路保 存信息是 1， Vcs=3.5V，电流方向从单元电路内部向外；若单元电路 保存信息是 0，Vcs=0.0V，电流方向从外向单元电路内部；因此，根 据数据线上电流的方向可判