计算机组成原理

ObjectKaz Lv4

计算类

浮点数加减

变形补码

  1. 两个数字相异为溢出

IEEE754 标准

  • 符号位 S(1 位):0 为正,1 为负
  • 阶码 E(8 位/11 位): 是一种移码2k+e2^k+e ,就是把最小的负数变成 0,这样就可以表示负数但不使用符号位。真值+2K2^K 是这一部分的二进制代码
  • 尾数 M:它的二进制值为1.M1.M

特殊情况:

  • E=255,M=0,结果为无穷大
  • E=255,M!=0,结果为 NaN
  • E=0,M=0,结果为 0,分正负
  • E=0,M!=0,结果用0.M×21260.M \times 2^{-126} 表示

速记:阶码为 0,0.M0.M,否则1.M1.M

科学计数法表示 用0.xxx×2N0.xxx \times 2^N

浮点数加减法

  1. 判断是否为 0

  2. 对阶,小阶看大阶

  3. 尾数加减

  4. 结果规格化

存储器性能指标

  1. 带宽:一定时间传输的数据量

  2. 顺序存储器:设模块数为mm,模块读取一个字周期为TT,则总时间:mTmT

  3. 交叉存储器:设模块数为mm,总线传送周期为τ\tau,模块读取一个字周期为TT,则总时间:T+(m1)tauT+(m-1)tau

  4. 读取数据总量:数据总线长度×模块数数据总线长度 \times 模块数

Cache 性能指标

NcN_c 为 cache 完成的总次数,NmN_m 为主存完成的总次数;tct_c 为命中访问时间,tmt_m 为未命中访问时间

  1. 命中率:h=NcNc+Nmh=\frac{N_c}{N_c+N_m}

  2. 平均访问时间:ta=htc+(1h)tmt_a = ht_c+(1-h)t_m

  3. 访问效率(命中时间/平均时间):e=tctae=\frac{t_c}{t_a}

流水线性能指标

  1. 时空图

  1. 实际吞吐率:指令数/总时间
  2. 加速比:非流水线用时/流水线用时

硬磁盘性能指标

  1. 记录面:磁盘表面,双向

  2. 柱面:磁道的数目

  3. 存储密度:

    • 道密度:沿着半径,单位长度磁道数,道/英寸
    • 位密度:单位磁道长度记录的二进制代码,位/英寸
    • 面密度:位密度 * 道密度
  4. 单磁道容量N=2πrDN=2 \pi r * D,D 为位密度

  5. 存储容量计算:面密度单盘面积记录面数面密度 * 单盘面积 * 记录面数

  6. 平均寻址时间:找道时间、寻区时间

  7. 平均存取时间:平均找道时间TsT_s +平均寻区时间12r\frac{1}{2r} +数据传输时间brN\frac{b}{rN}

    • r: 磁盘旋转速率
    • N: 每磁道字节数
    • b: 传送的字节数
  8. 数据传输率:Dr=D×v=nND_r = D \times v = nN,其中 D 为位密度,v 为线速度,n 为转速,N 为每磁道容量

分析类

存储器拓展

  1. 选模块:高位地址
  2. 算芯片个数:存储量换算到位,再相除
  3. 画图:地址总线、数据总线、译码器

分析指令格式

  1. 看字长:单字长、双子长

  2. 几地址:看地址个数

  3. 类型:RR(仅访问寄存器)、RS(访问寄存器、存储器)、SS(仅访问存储器)

  4. 操作个数:2OP长度2^{OP长度}

  5. 寻址方式:

寻址方式说明
立即寻址操作数直接在指令中
寄存器寻址操作数在寄存器
直接寻址操作数的地址在指令中
寄存器间接寻址操作数的地址在寄存器中
间接寻址操作数的地址在存储器中
相对寻址操作数的地址为 PC+偏移量
基址寻址操作数的地址在基址寄存器
基址变址寻址操作数的地址=变址寄存器+偏移量

处理器

指令流水线

  1. 时空图

  1. 实际吞吐率:指令数/总时间
  2. 加速比:非流水线用时/流水线用时

设计类

存储器组成

同分析:存储器拓展

数据通路

  1. 数据总线
  2. 暂存器->ALU
  3. DR 和主存双向
  4. AR 和主存单向
  5. ALU->PC 加一

指令格式设计

  1. 操作码个数:决定 OP 长度
  2. 寻址方式:决定长度
  3. 操作数个数:单地址、双地址
  4. 指令长度:单字、双字,决定指令长度

微指令、微程序控制器设计

  1. 微程序控制器组成:

    • 控制存储器:存放微程序、只读
    • 地址转移逻辑:存放下一条指令的地址
    • 微指令寄存器:存放控制存储器读出的一条指令
  2. 设计微指令:

    • 水平型:控制字段、判别测试字段(一个转移条件 1 位)、下地址字段(同控存容量)
    • 垂直型:微操作码、原寄存器、目标寄存器、其他
  3. 微地址形成方法:

    • 计数器方式:后继微地址采用现行微地址加上增量
    • 多路转移方式:按判别测试和状态条件选择后续的微地址

指令执行流程

  • 标题: 计算机组成原理
  • 作者: ObjectKaz
  • 创建于: 2021-06-21 12:37:08
  • 更新于: 2023-05-25 17:17:00
  • 链接: https://www.objectkaz.cn/053461bec650.html
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