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7.3 I/O控制方式详解 程序查询方式工作流程 ①CPU读取状态寄存器是否busy。 不 busy 后，CPU发送（要打印的）数据到数据缓冲寄存器。 打印机开始工作，同时把状态寄存器设置为busy。 CPU速度比打印机快很多，打印机工作的时候，计算机发送询问，重复第①步 程序查询方式有两种：独占查询。定时查询。 打印机完成后，发送ready信号，busy位清零。 CPU可以打印 下一个...

7.2 IO接口I/O接口的结构/作用 数据缓冲：通过数据缓冲寄存器（DBR）达到主机与外设工作速度的匹配 错误或状态检测：通过状态寄存器反馈设备的各种错误，状态信息，供CPU查用 控制和定时：IO控制逻辑接受从 控制总线 发来的控制信号，时钟信号。 数据格式转换：串-并，并-串等格式转换 地址信号映射：地址译码逻辑负责，将地址信号映射到指定的IO端口 ==与主机和设备通信==： CPU和主存 – 通过==IO总线==（数据控制地址线） – 和IO接口连接 IO接口通过 – ==通信总线（电缆）== –...

7.1 I/O系统基本概念==I/O接口 == I/O控制器 == 设备控制器== IO方式（CPU如何和I/O设备交互）a.程序查询方式 CPU等待，直到I/O设备数据准备完成。 b.程序中断方式 CPU忙别的，I/O设备准备好数据 再向CPU发送中断请求。 c. DMA方式 前言：对于快速的I/O设备（eg磁盘），每准备好一个字就给CPU发送一次中断请求，这样子会降低CPU的利用率。（DMA是块传输） DMA接口是特殊的I/O控制器，负责管理高速外设。 原理是：①主存和高速I/O设备之间有一条直接数据通路（DMA总线）。②每传一个块才给CPU发送中断请求 特点：无需打扰CPU，无需调用中断服务程序（不像程序中断方式） d.通道 前言：大型机需要接上超级多IO，如果都让CPU管理，CPU就太累了。 ==...

6.2 总线周期总线周期的四个阶段 ==申请分配阶段==：可以细分为 传输请求和总线仲裁两个阶段。 寻址阶段 ==传输阶段== 结束阶段 仲裁–...

6.1 概述基本概念 总线是一组能为多个部件 ==分时 共享== 的公共信息传送线路 总线的由来： 早期外部设备少，用的是分散连接方式 后来外部设备多，采用总线连接方式 （设计）总线的特性 总线的分类及经典结构 A.按数据传输格式串行总线： 一次发送一个位（bit） 优点：成本低（只用一根），适用于长距离传输 缺点：数据收发需要进行串行-并行转换。（eg电脑内部一次发送的数据一般是64位） attention： 串行：强调的是 *”一位一位传输”*（物理层面） 复用：强调的是 *”多个功能共享同一套线路”*（逻辑层面） 并行总线： 一次能并行发送很多个位（eg数据总线就是并行总线） 优点：总线的逻辑时序简单，电路实现容易。 缺点：布线空间大。远距离传输成本高。工作频率不能太高（or造成不同线的数据有的到了有的没到）。高频数据线干扰。 造成的问题：并行总线不一定比串行总线快 （v =...

6.3 总线标准 总线分类（根据在计算机的位置） 系统总线 局部总线 设备总线，通信总线 系统总线标准ISA EISA 局部总线标准VESA 工作频率受到CPU的控制，CPU频率越来越快，VESA总线的标准很难跟得上CPU的发展速度 PCI 最大特点：不依附于某个处理器 AGP PCI-E 最大特点是串行传输。前面的总线标准都是并行传输的。（所以布线也少了） 第二大特点是点对点传输：每个PCI-E设备都有自己独立的数据连接。（因为布线少了） 设备总线标准RS-232C SISC PCMCIA USB 最大的特点是串行传输。之前的设备总线都是并行传输。 USB每 次 只能传输1bit数据 IDE(ATA) 并行硬盘接口 SATA 串行硬盘接口 总结 趋势：并行总线 →替代→ 串行总线 实例

5.6 指令流水线基本概念不同（指令）执行方式的总耗时 1.顺序执行方式 没有并行，一次只能执行一条指令。 总耗时=指令数n * 指令执行的总时间3t（3个阶段时间3t） =3nt 2.一次重叠方式 重叠了一个阶段的时间（第n个的最末阶段和第n+1个的最初阶段重叠） 总耗时：第一条指令all 3t，后面的(n-1)条指令都是 2t。 =（1+2n）t 3.二次重叠执行方式 重叠了两个阶段。 总耗时：第一条指令all 3t，后面的(n-1)条指令都是 t。 =（2+n）t 流水线的表示方法 指令执行过程图：分析影响流水线的因素？ 时空图：分析流水线的性能 性能指标吞吐率 单位时间流水线完成的任务数量。 TP = 任务数n / 总时间Tk 加速比 不使用流水线和使用流水线所用时间的比 S = 不使用流水线T₀ /...

5.7只考选择题 多处理器的基本概念总结 前提： 并发：间隔进行 并行：同时进行 SISD 提升方法是采用指令流水线，则主存储器需要用到多模块交叉存储器 一直学的就是SISD SIMD 每一时刻只有一条指令在执行 但是一条指令可以同时并行地处理多个不同的数据 （相同的操作） MISD 现实中不存在 ==MIMD== 共享存储多处理器系统 共享主存 共享最低级的cache（egL3） ==...

5.5 异常和中断机制异常：CPU内部产生的意外事件 中断：CPU外部的设备向CPU发出的中断请求 异常和中断的分类：异常： 硬故障中断 终止（Abort） 程序性异常（软件中断） 故障（Fault）：在引起故障的指令启动后，执行结束前被检测到的异常事件。无法通过异常处理程序恢复故障，必须终止进程的执行。 自陷（Trap）：预先安排的一种“异常”事件。 中断：可屏蔽中断 不可屏蔽中断 异常和中断的不同点： 一些异常（eg缺页溢出）是由特定指令在执行过程中发生的。而中断不和任何指令相关联，也不阻止任何指令的完成。 异常的检测由CPU自身完成。对于中断，CPU必须通过中断请求线获取中断源的信息，才能知道哪个设备发生了何种中断。 异常和中断的相应过程： 关中断 保存断点和程序状态 识别异常和中断并转到相应的处理程序 异常大多使用软件识别的方式：CPU设置一个异常状态寄存器，用于记录异常原因。 中断可以采用软件识别和硬件识别的方式：又称向量中断。

5.4 微程序控制器 一、基本原理==设计思路== 一条机器指令对应一个微程序 一个微程序有多条微指令（微周期，通常为一个机器周期） 一条微指令可以做多个微操作（微命令）（构成控制序列的最小单位） 基本结构CU的输入信号来源： ①译码器产生的指令信息 ②时序系统产生的节拍信号 ③执行单元的反馈信息（标志） 工作原理⭐ 一条机器指令 == 一个微程序 一条机器指令 的执行过程 = 取指微程序（入口地址一般为CM的0号单元） + 执行微程序(不同指令微程序不同) 微程序个数 = 机器指令数 + 取址，间址，中断周期的公共微程序数。 ①执行取指操作（公共） 启动取指： 机器开始运行时，自动将取指微程序入口地址（通常为CM的0号单元）送入μPC，并开始从CM中读取并执行取指微指令。 取指完成：...

5.3 数据通路的功能和基本结构CPU内部可视为：数据通路 和 控制部件...

运算器 专用数据通路方式：根据指令执行过程中的数据和地址流动方向安排连接线路 内部单总线方式：将所有寄存器的输入端和输出端都连接到一条公共的通路上。 控制器 PC的位数取决于 存储器容量和指令字长（用字节编址和字编址） 字编址： == 存储器位数-log₂（指令字长字节数） ==CPU== ==四大部分：ALU,寄存器，中断系统，CU控制单元== ==本章重点：CU== 用户可见寄存器：PSW，ACC，PC，通用寄存器 用户不可见寄存器：IR，MAR，MDR，暂存寄存器，累加寄存器，移位寄存器 CPU（运算器+控制器）的功能 CPU 运算器 控制器 指令控制 对数据进行加工 取指令 操作控制 分析指令 时间控制 执行指令 数据加工 中断处理 中断处理

计算机与CPU组成 计算机的工作过程 第五章总览

指令执行过程指令周期 指令周期：CPU从主存中每取出并执行一条指令所需的全部时间 机器周期：==指令有多少步，就有几个机器周期。==分为 定长机器周期 和 不定长机器周期。又callCPU周期。 时间周期：即节拍，是CPU的最基本操作单位。 ==时间周期是出厂设定好的（主频倒数），但是不同的CPU的时间周期有长有短。== 每个指令周期内的机器数可以不等，每个机器周期内的节拍数也可以不等。 指令完整周期：取值 – （间址） – 执行 – （中断）周期。 四个工作周期都可以有CPU访存的操作。 CPU区分指令/数据的依据是：指令周期的不同阶段 指令完整周期 /...

相比于CISC,RISC的特点是：（Complex / Reduced） ==极简==，速度快。 指令条数少； ==指令长度固定==，指令格式和寻址种类少；（功能性不强）（编程不方便） 只有取数/存数（LOAD/STORE）指令访问存储器，其余指令的操作均在寄存器进行； CPU中通用寄存器多； 大部分指令在一个时钟周期内完成；（指令执行时间） 以硬布线逻辑为主，不用或少用微程序控制器控制。 必须实现指令流水线控制 用优化的编译程序，生成的代码高效。

4.3 指令的汇编级别表示4.3.1-1 汇编语言中的 地址码==指令格式 = 操作码 + 地址码== ==探讨的：如何在汇编语言中指明指令的数据（操作码）存放在什么地方。（关注于地址码）== ==下一节：汇编语言指令可以对数据进行哪些处理。（关注于操作码）== 前言 高级语言→汇编语言→机器语言 汇编角度看待指令 关于寄存器 三类常见寄存器：通用寄存器，变址寄存器，堆栈寄存器 （少见的情况） 通用寄存器 可以把E去掉，用低16bit，甚至用某个低8bit。 其他寄存器固定32bit （补充） 【ebx】指的是ebx所指的主存地址 ==未指明默认32bit== 总结一表概括 4.3.1-2 汇编语言中的...

4.2 指令的寻址方式指令寻址（先）指令寻址：寻找 下一条 将要执行 ==指令== 的 ==指令地址== 程序总是根据 PC的内容 去主存取指令的。 PC的位数 取决于存储器总字数 N，按字寻址时，位数 =log2N PC可表示的范围 N 每一条指令的执行都分为：==“取指令”==，“执行指令”两个阶段。 ==PC+1是发生在 取指令 之后！== 顺序寻址：PC（程序计数器） ==+ “1”==（1指的是指令字长）【定长】 跳跃寻址：通过转移类指令实现。 ​ 数据寻址（后）==数据寻址：寻找 本条指令 的地址码指明的...

4.1 指令系统前言 指令系统是控制器部分的内容。 控制器和运算器组成了CPU。 指令集体系结构（ISA） ISA是软件和硬件之间接口的完整定义，包含了：基本数据类型，指令集，寄存器，寻址模式，储存体系，中断和异常处理及外部I/O 一台计算机所有的指令的集合构成该机的指令系统，由叫指令集。 一台计算机只能执行自己指令系统的指令，不能执行其他系统的指令。eg PC的x86架构，手机的ARM架构 ==指令的基本格式== 操作码+地址码 操作码 ：给出指令/操作 地址码 ：对谁操作/操作对象（给出被操作数据/指令的地址） 指令字长 – 指令长度 单字长指令，双字长指令（存取需两次访存），半字长指令（指令长度=半个机器字长） 指令分类==**A. **...

3.1 Sequential Logic（逻辑时序） The Clock ⭐ Combinatorial Logic vs. Sequential Logic 3.2 Flip Flops 触发器制作允许上一步操作的芯片 ⭐ D 触发器换句话说，DFF 简单地将前一个时间周期的输入值作为当前周期的输出。𝑜𝑢𝑡(𝑡)=𝑖𝑛(𝑡−1) 时序逻辑的原理 寄存器 Bit【寄存器（也）是一种常用的时序逻辑电路】 implement show 3.3 Memory Units Memory The most basic memory element: Register ⭐ （并着排列的） RAM unit （逻辑时序的芯片） RAM / Read Logic RAM / Write Logic A family of 16-bit RAM chips 3.4 Counters (Inc 代表增量[+1]) 3.5 codepreview：DFF 1-bit register...

2.1 Binary Numbers (an easy way: choose numbers from high to low) 2.2 Binary Addtion Half Adder Full Adder Multi-bit Adder Half Adder – Full Adder – Multi-bit Adder – 16-bit adder 2.3 Negative Numbers① Expression of negative numbers way1 way2： 前一半的二进制数字（0-7）用来表示正数，后一半的二进制数字（8-15）留作表示负数（eg 表示-3，16-3=13） ② Addtion in 2’s Complement -2+(-3)=-5,-5的补码就是11（1011） ③ Computing -x...

1.1 Boolean Logic==The Formula == The Truth table.== So if you ‘re struggling with the formula, you can use the truth table instead. (This is a function we define. You can define other functions as desired.) ⭐Some useful equations Note that the last two equations are particularly important. Boolean Algebra can be simplified (2 ways) 1.2 Boolean...

6.1 AssemblerP5 review What we need: an Assembler 汇编器：把汇编语言，转化成机器语言的一个sofe ware（the first sofeware layer above the hard ware) A fun way to look at Assembler We already have our first computer. It is difficult to write machine language. So we can bulid our second computer(is acutally a sofeware haha), which is called Assembler ( can translate assembly language to machine language） Basic Assembler Logicbasic other We have something to deal with - the Symbols. We have two kinds of...

5.1 Elements Infomation Flows Element + 三条总线 （大概看看，具体的看后面） The Arithmetic Logic Unit data接入ALU，得到输出 输出值返回数据总线 我觉得是输出out或者回去内存？ control总线 告诉ALU进行何种操作 ALU 返回告诉 Control 系统其他部分进行什么操作 当 CPU 从程序内存中获取到指令后，会对指令进行解析。对于指令中的控制信息，通过控制总线传出去（让算术逻辑单元、寄存器、内存等部件按要求操作，比如让算术逻辑单元进行加法运算等） 例如如果ALU发现某个数字大于零，他将告诉Control下一个指令的跳转以及下一个指令是什么 Address Register 寄存器储存中间结果。所以数据总线接到Register里 有的寄存器还用作地址储存器，所以register要接入地址总线 （将数字，也就是地址放入寄存器中，然后它就指定了我们想要访问的位置。） Memory Data Memory Data...

Machine Language4.1 Machine Languages : Overview 内部： 内存包括：程序内存和数据内存 硬件是固定的，软件可更改 软件变化，故计算机可做不同的事情（计算机的universality） let us see how hardware can do many things: by硬件逐个执行指令，把整个指令序列执行完放在一起，就得到了整个程序的功能。 ⭐3-Question machine language ← assembly language 我们写程序用的是高级语言，但电脑真正理解和执行的是机器语言 （其实里面的编译器是分两部的，第一步是高级语言→汇编语言，第二步是汇编语言→机器语言，now看的是part1） 第一种解释 第二种解释 next 4.2 Machine Languages : ElementsMachine Language Memory Hierarchy Registers （in...

3.1 Sequential Logic（逻辑时序） The Clock ⭐ Combinatorial Logic vs. Sequential Logic 3.2 Flip Flops 触发器制作：允许上一步操作的芯片 ⭐ D 触发器换句话说，DFF 简单地将前一个时间周期的输入值作为当前周期的输出。𝑜𝑢𝑡(𝑡)=𝑖𝑛(𝑡−1) 时序逻辑的原理 寄存器 Bit【寄存器（也）是一种常用的时序逻辑电路】 implement show 3.3 Memory Units Memory The most basic memory element: Register ⭐ （并着排列的） RAM unit （逻辑时序的芯片） RAM / Read Logic RAM / Write Logic A family of 16-bit RAM chips 3.4 Counters (Inc 代表增量[+1]) 3.5 codepreview：DFF 1-bit register...

2.1 Binary Numbers 2.2 Binary Addtion 2.3 Negative NumbersExpression of negative numbersway1 way2： 前一半的二进制数字（0-7）用来表示正数，后一半的二进制数字（8-15）留作表示负数（eg 表示-3，16-3=13） Addtion in 2’s Complement -2+(-3)=-5,-5的补码就是11（1011） Computing -x Eg算-4的二进制表达：4=100，1111-0100（1111怎么来的，令n=4(意味着用4位二进制数来表示值）） 取反码：1111-0100=1011，求补码：1011+1=1100 1100=12，就是4的补码（16-4=2） Eg 具体步骤： 2.4 ALU The Hack ALU The Hack ALU operation example zr,ng(other...

Proj11.1 Boolean Logic ⭐Some useful equations →Boolean Algebra can be 化简 （Two way : ①equations,②write down the truth table) 1.2 Boolean Function001： 理论上，任何布尔函数都可以用NotAndOr等表示出来（通过真值表选取f=1的情况）（做芯片有用） 002： （or可以通过And和Not表示） 003： 而Nand可以表示出AndNot芯片（根本的根本） 1.3 Logic Gates上一节是抽象的逻辑运算，这一节是实际的芯片/逻辑门 一个接口，可以有不同的实现 1.4 Hardware Description Language一种硬件描述语言（做硬件/芯片用的） 芯片接口 和 芯片实现 ⭐实现：用真值表看1，写出布尔函数化简，画出逻辑图 1.5 Hardware Simulation for 模拟芯片测试 way：在给定的硬件模拟器中 +...

代码块的演示