把专业课刚看完一遍 现在进行第二遍的复习，由于专业课统考而教材不一样，所以我只好结合网上的一些资料进行查看希望在第二次复习之后能够有很好的基础。擒贼先擒王，我就首先来啃组成原理这块硬骨头吧--杨茂巍
2008.10.10
一·计算机系用概述
计算机的发展历程：按照主器件发展分类
第一代计算机 1945年——1958年 电子管
第二代计算机 1958年——1964年 晶体管
第三代计算机 1964年——70年代 中小规模集成电路
第四代计算机 70年代中期以后 (超)大规模集成电路
第五代计算机 现在 神经元计算机
计算机层次结构：硬件（五大结构，运算器，控制器，存储器，输入输出设备）--冯诺伊曼思想：1.采用二进制代码形式表示信息。”中国的阴阳贡献“2.采用存储程序工作方式（最核心概念）3.计算机硬件系统有五大部件组成
计算机软件分类：(1)系统软件：a.操作系统软件b.汇编、解释或编译软件c.实用工具；
（2）应用软件：a.字处理软件b.电子表格软件c.数据库管理系统d.作图软件e.通信、网络软件f.教育软件
计算机基本工作过程：编写程序--输入程序--存储程序--转换程序为指令序列--执行程序--输出结果。
计算机性能指标评判：吞吐量--计算机系统的吞吐量是指流入,处理和流出系统的信息的速率.它取决于信息能够多快地输入内存,CPU能够多快地取指令,数据能够多快地从内存取出或存入,以及所得结果能够多快地从内存送给一台外围设备.这
些步骤中的每一步都关系到主存,因此,系统吞吐量主要取决于主存的存取周期.
响应时间--在操作系统中，响应时间指用户发出请求或者指令到系统做出反应（响应）的时间。
CPU时钟周期--两个相邻时钟脉冲之间的间隔时间即是一个时钟周期时间
主频--cpu主频是计算机的震荡器输出的脉冲序列的频率，这是计算机中一切操作所依具的时间基准信号，主频的高低决定计算机工作速度的快慢。
CPI--平均指令执行周期，执行每一条指令所需的时钟周期数。cpi=cpu时间/（时钟周期×指令数）
CPU执行时间--？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？
MIPS--每秒百万条指令 MIPS=指令条数/（执行时间×10的六次方）=时钟频率/（CPI×10的六次方）
MFLOPS--每秒百万次浮点运算 MFLOPS=程序中的浮点运算次数/（运行时间×10的六次方）
二·数据的表示和运算
进位计数制及其相互转换：二进制，十进制，八进制，十六进制...互相转换。
BCD码--一个十进制数用四个二进制数表示
真值和机器数--现实中的数与机器中数的表示方法
字符与字符串--数据存储的格式，通过特定的编码实现。
校验码--校验码通常是一组数字的最后一位，由前面的数字通过某种运算得出，用以检验该组数字的正确性。常见的校验码有中华人民共和国居民身份证的最后一位，ISBN号码的最后一位等。
在计算机中对数据进行计算，分为定点表示和浮点表示。对于某一种数的表示方，我们关心他的两项指标：一项是表示范围，一项是分辨率，就像一把尺子一样。
首先 定点数--小数点位置固定不变的数叫做定点数
1. 定点数的表示
无符号数的表示--无符号整数--分辨率为1
有符号数的表示--有符号整数--分辨率为1，带符号定点小数--是纯小数
2. 定点数的运算
定点数的位移运算；
原码定点数的加/减运算--操作数用原码表示，结果也用原码表示。
补码定点数的加/减运算--操作数用补码表示，连同符号位一起运算，结果也用补码表示。
运算规则：若操作码为减，则将减数变补后再与被减数相加。
定点数的乘/除运算；
溢出--如果运算结果超出表示范围，称为溢出。大于最大整数成为正溢，沿负的方向超出绝对值最大负数称为负溢。
浮点数--浮点数是一种小数点位置不固定，可随需要浮动的数。
1. 浮点数的表示
浮点数的表示范围--根据阶码来确定，表示范围-【2的（（2的m次方）-1）】～2的（（2的m次方）-1）×（1-（2的负n次方）），最高分辨率 2的（-2的m次方）×（2的负一次方）
IEEE754标准--短实数，长实数，临时实数。
2. 浮点数的加/减运算--（1. 0 操作数的检查；
2. 比较阶码大小并完成对阶；
3. 尾数进行加或减运算；
4. 结果规格化并进行舍入处理。）
参考：http://www.cs.bupt.cn/eschool/pan1/Chap02/2.6.1.htm
本知识点的最后一个考点就是算术逻辑单元ALU，我们要掌握串行加法器和并行加法器、算术逻辑单元ALU的功能和结构。
10.21
算术逻辑单元ALU
1. 串行加法器--《计算机组成原理》给出解释--串行加法器因速度太慢，已经被淘汰。
并行加法器--？？
2. 算术逻辑单元ALU的功能和结构：？？
三、 存储器层次机构
（一） 存储器的分类：主存储器 外存储器 高速缓冲存储器
（二） 存储器的层次化结构：CPU内部的寄存器组-CPU内部的第一级cache-第二级Cache-主存储器-外部存储器
（三） 半导体随机存取存储器：RAM-主存与高速缓存可以直接编制访问的存储器，要求采用随机访问存期方式-可按地址随机的访问任意存储单元-访问任意存储单元所需的读写时间相同
SRAM和DRAM都是半导体随机读写存储器，前者速度比后者快，但集成度不如后者高。二者的优点是体积小，可靠性高，价格低廉，但缺点是断电后不能保存信息。
1. SRAM存储器的工作原理：
静态随机存储器-依靠触发器的两个稳定状态存储信息，多用来作为小容量的高速缓冲存储器，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。
2. DRAM存储器的工作原理：
动态随机存储器-依靠电容上的存储电荷来保存信息，为了保持数据,所以必须隔一段时间刷新（refresh）一次,DRAM是由许多基本存储元按照行和列来组成的常用作大容量的主存储器。
（四） 只读存储器
ROM-在正常工作中只能读出不能写入。主存中常用部分ROM固话系统软件中的核心部分。
（五） 主存储器与CPU的连接
主存储器与CPU的连接，原理上讲打只需考虑以下四个方面：
a.系统模式
最小系统模式-较大系统模式-专用存储总线模式
b速度匹配与时序控制
总线周期与时钟周期（处理CPU事件基本时间单位）
c数据通路匹配
d有关主存的控制信号
（六） 双口RAM和多模块存储器
双端口存储器：双端口存储器具有两个彼此独立的读写口，每个读写口都有一套独立的地址寄存器和译码电路，可以并行的独立工作。
多模块存储器：？？？？
在CPU和内存之间增加一层Cache，其目的是为了解决CPU和内存的速度匹配问题。在这一点，我们要掌握程序访问的局部性原理(时间局部性、空间局部性)、Cache的基本工作原理(命中率)、Cache和主存之间的映射方式、Cache中主存
块的替换算法，以及Cache写策略。
（七） 高速缓冲存储器（Cache）
1. 程序访问的局部
局部性：在一个较短的时间内，对存储器的访问大部分将集中在一个局部区域中。
2. Cache的基本工作原理
Cache将这个局部区域的内容从主存复制到cache中，使CPU高速的读取程序与数据。
3. Cache和主存之间的映射方式
直接映像--容易实施，不够灵活
全相联映像--速度慢 需要匹配，但是可以利用Cache的多样性。
组相联映像--又称页组映像--增加一个数据表项实现前两者优点结合
4. Cache中主存块的替换算法
先进先出
近期最少使用
5. Cache写策略
标志交换方式--或称回写法--在替换时写入，可能会导致工作失误，但是速度很快。
写直达法--或称通过式写入--每次写入Cache时也同时写入主存。
虚拟存储器的重点在于“虚拟”二字，我们要掌握虚拟存储器的基本概念及种类，包括页式虚拟存储器、段式虚拟存储器、段页式虚拟存储器、TLB(快表)等，理解这些虚拟存储器的基本原理、碎片的处理，各种方法的优点和缺点。
（八） 虚拟存储器
1. 虚拟存储器的基本概念
虚拟存储器是依靠操作系统的支持来实现的，使用虚拟存储器技术可是计算机的内存看起来比实际内存大。
2. 页式虚拟存储器
将虚存空间与主存空间都划分为若干大小相同的项，虚存的页称为虚页，主存的页成为实页。
通过页表记录并且转换。
3. 段式虚拟存储器
用户程序按其逻辑结构分为若干段，各段大小可变--方便编程人员。可能造成空间上的浪费
4. 段页式虚拟存储器
将程序按其逻辑结构分段，每段再分为若干大小相同的页，主存空间也划分为若干同样大小的页。集上面两种方式优点与一身。
5. TLB（快表）
存储最常用的8到16页面的页表信息，可以通过硬件实现，与慢表相对应，是慢表的当前活跃部分的副本。如果计算机采用多道程序工作方式，慢表可以有多个但是快表只有一个。