一、计算机系统概论

• 计算机由硬件和软件两大部分组成
  • 软件分系统软件和应用软件
• 翻译程序有两种：编译程序和解释程序
• 冯诺依曼计算机的特点：
  • 计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部分组成。
  • 指令和数据以同等地位存放于存储器内，可按地址寻访。
  • 指令和数据用二进制表示
  • 指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
  • 指令在存储器内按顺序存放。
  • 机器以运算器为中心，输入设备与存储器之间的数据传送通过运算器完成。
• 存储容量=存储单元个数存储字长

二、计算机发展及应用

硬件技术对计算机更新迭代的影响

一	1946-1957	电子管
二	1958-1964	晶体管
三	1965-1971	中、小规模集成电路
四	1972-1977	大规模集成电路
五	1978-至今	大规模集成电路

• Moore（摩尔定律）：微芯片上集成的晶体管数目每3年翻两番。

 三、系统总线

• 计算机系统的五大部件的互连方式有两种：
  • 各部件之间使用单独的连线，称为分散连接。
  • 各部件连到一组公共信息传输线上，称为总线连接。
• 总线的分类：
  • 片内总线
    • 芯片内部的总线：CPU芯片内部，寄存器与寄存器之间、寄存器与算逻单元ALU之间
  • 系统总线：
    • 数据总线（双向）
    • 地址总线（单向）
    • 控制总线
  • 通信总线：
    • 串行通信
    • 并行通信
• 总线性能指标：
  • 总线宽度：通常指数据总线的根数
  • 总线带宽：可理解为总线的数据传输速率
  • 时钟同步/异步
  • 总线复用
  • 信号线数：地址总线、数据总线、控制总线总和
  • 总线控制方式：突发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式
  • 其他指标
• 总线判优控制：
  • 集中式
    • ​​​​​​​链式查询
    • 计数器定时查询
    • 独立请求查询
  • ​​​​​​​分布式

将完成一次总线操作的时间称为总线周期，可分为以下四个阶段：

• 申请分配阶段：由需要使用总线的主模块（或主设备）提出申请，经总线仲裁机构决定下一传输周期的总数使用权授于某一申请者。
• 寻址阶段：取得了使用权的主模块通过总线发出本次要访问的从模块（或从设备）的地址及有关命令，启动参与本次传输的从模块。
• 传数阶段：主模块和从模块进行数据交换，数据由源模块发出，经数据总线流入目的模块。
• 结束阶段：主模块的有关信息均从系统总线上撤除，让出总线使用权。

总线通信控制通过同步通信、异步通信、半同步通信、分离式通信来解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及通信双方如何协调如何配合的问题。

• 同步通信：通信双方由统一时标控制数据传送
• 异步通信：允许各模块速度的不一致性，给设计者充分的灵活性和选择余地。（采用应答方式，分为：
  • 不互锁：主模块发出请求信号后，不必等待接到从模块的回答信号，而是经过一段时间，确认从模块已收到请求信号后，便撤销其请求信号；从模块接到请求信号后，在条件允许时发出回答信号，并且经过一段时间确认主模块已收到回答信号后，自动撤销回答信号。
  • 半互锁：主模块发出请求信号，必须待接到从模块的回答信号后再撤销其请求信号，有互锁关系。而从模块不必
  • 全互锁：主模块发出请求信号，必须待从模块回答后再撤销其请求信号；从模块发出回答信号，必须待获知请求信号撤销后，再撤销回答信号。
    • 波特率（bps）：单位时间内传送二进制数据的位数
    • 比特率（bps）：单位时间内传送二进制有效数据的位数
• 半同步通信：增设了一条“等待”（）响应信号线，采用插入时钟（等待）周期的措施来协调通信双方的配合问题。
• 分离式通信：将一个传输周期分解为两个子周期。

四、存储器

存储器的层次结构：

• 缓存-主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配问题。
• 主存-辅存层次主要解决存储系统的容量问题。 

主存中存储单元地址的分配：

• 大端、大尾方式：高位字节放低地址，低位字节放低地址
• 小端、小尾方式：高位字节放高地址、低位字节放低地址

随机存储器：

• 静态RAM： ​​​​​​​
• 动态RAM：
  

存储器的校验（练题） 

高速缓冲存储器（Cache）：

• 直接映射
• 全相联映射
• 组相联映射

五、输入输出系统

简答题！！！

1、I/O地址码的编址方式

• 统一编址：将I/O地址看作存储器的一部分。
• 不统一编址：I/O设备和存储器地址是分开的，所有对I/O设备的访问与访存指令相似，需要I/O专用指令。 

2、I/O设备与主机信息传送的控制方式

• 程序查询方式：
  • 由CPU不断查询I/O设备是否已做好准备，从而控制I/O设备与主机交换信息

• 程序中断方式：
  • 倘若CPU在启动I/O设备后，不查询设备是否已准备就绪，继续执行自身程序，只是当I/O设备准备就绪并向CPU发出中断请求后才予以响应。 

• DMA方式：
  • 在DMA方式中，主存与I/O设备之间有一条数据通路，主存与I/O设备交换信息时，无需调用中断服务程序。

 

六、计算机的运算方法

考点：

• 通过补码进行加减
• 定点数与浮点数的表示
• 有符号数与无符号数表示
• 四则运算