Chuoer47's Blog

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XJTUSE-OA-ch01-09 ​

题型： 判断 英文：(10分，每题一分) 选择 英文(20分，每题1分) 名词解释 英文(10分，每题2分) 简答题(每题5分，共30分) 计算设计题(5题，共30分，具体分值不等)

第一章-导论 ​

计算机的基本功能：

第二章-计算机的演变和性能 ​

演变历史不做考点，适当了解即可。

演变 ​

冯诺依曼机

  • 主存储器：用于存储数据、指令。- ALU：能够处理二进制的算术逻辑运算单元- 控制器：负责解释内存中的指令并执行- I/O设备：由控制器操作的输入/输出设备

摩尔定律 耳熟能详了，集成电路上可以容纳的 晶体管 数目在大约每经过18个月到24个月便会增加一倍。

性能 ​

指令执行速度 主要是CPI、t、Ic、MIPS等概念，作业题目搞懂

基准程序 由高级语言编写的，各种特殊程序设计方式的代表，易于度量、广泛发布

阿姆达尔定律 就是改进一部分功能的性能，对于整体性能的加速比。

公式：f为改进功能的用时，为加速比。

第三章-计算机功能和互连的顶层视图 ​

计算机功能 ​

指令的读取和执行 搞懂书上的例题：

中断 提供中断是为了提高处理的效率。

中断的类型：

  • 顺序中断处理- 嵌套中断处理 顺序中断处理：

优点：简单有效，严格按照顺序处理

缺点：没有考虑到相对的优先级和时间紧迫的需要。

嵌套中断处理

优点：定义了优先级，考虑了时间紧迫等问题

I/O功能 略，后面会详细展开

互连结构 ​

互连 连接各个模块的通路

总线 总线是连接两个或者多个设备的通信道路，总线的特征是各部件共享的传输介质

总线结构

总线分为：

  • 数据线：用来传输个功能部件之间的数据信息，双向。- 地址线：指定数据总线上的数据的来源和去向，单向。- 控制线：用来控制数据线和地址线的存取和使用，单向。

  • 分离导线的数量称之为数据总线的宽度，如32位，64位。宽度和指令的位长决定了一次指令周期需要访问存储器几次。

总线的设计要素 总线类型 专用/复用

仲裁方法 集中式/分布式

常见的集中式总线控制有三种:链式查询、计数器定时查询、独立请求;

链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感;

计数器定时查询方式优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂;

独立请求方式速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。

这两种仲裁方式的目的都是为了指定一个设备(CPU或者I/O)作为主控器，启动与其他设备的数据传输。

时序 同步时序：总线上时间的发生由时钟决定

异步时序：总线上一个事件的发生取决于上一个事件的发生。

总线宽度 (前面已经介绍)

数据传输类型

PCI ​

PCI(外围组件互连)：也称为高速I/O总线 ，是一种高带宽、独立于处理器的总线。

第四章-cache存储器 ​

计算机存储系统概述 ​

特性

衡量存储器的性能的三个方面：

  • 容量- 存取时间- 价格 层次结构

矛盾：存储速度越快，单位存储价格越高。

为了解决这一难题引入了存储器层次结构。

引入分层结构的依据：局部性原理

  • 时间局部性：如果程序中的某条指令⼀旦执⾏，不久以后该指令可能再次执⾏;如果某数据被访问过，不久以后该数据可能再次被访问。产⽣时间局部性的典型原因，是由于在程序中存在着⼤量的循环操作。- 空间局部性：⼀旦程序访问了某个存储单元，在不久之后，其附近的存储单元也将被访问，即程序在⼀段时间内所访问的地址，可能集中在⼀定的范围之内，这是因为指令通常是顺序存放、顺序执⾏的，数据也⼀般是以向量、数组、表等形式簇聚存储的。 学会访问的平均时间的计算(即命中的关系)。

cache ​

引入目的 减少CPU访问存储器的次数，节省时间。

原理：局部性原理

结构

标记为的作用是识别存储的到底是主存中的那一块，需要注意，不同的映射机制，标志设计不一样，一般而言，标记为主存地址的一部分。

设计要素

映射机制(重点)

这里的笔记简单记录，想搞懂建议看书看PPT之类的

直接映射

可以简单地理解为使用模进行映射的哈希表，不过为了准确识别，使用了标记为作为前几位的主存地址进行区分。

字不必多说，行为cache的行数，标记即为内存前8位。

全关联映射

简单理解为一个数组，直接装进去，克服了模的对应关系。使用标记为区分。当在cache中寻找的时候，要把数组全部遍历一遍。

直接简单粗暴地把所有剩余的位置作为标记位进行区分。

组相联映射

结合了直接映射和全相联映射的优点，相当于哈希表多留了几个空。

替换算法 LRU：最近最少使用，使用计数器实现

FIFO：先进先出

LFU：最不经常使用

随机：类似LRU性能

写策略 写直达：直接写cache+内存

写回法：使用脏位/使用位

cache一致性：即多个cache中的值保持一样。

cache的数目

  • 多级cache- 统一和分立的cache

第五章-内部存储器 ​

半导体主存储器 ​

RAM DRAM：动态RAM，利用电容充电来存储数据，需要周期性充电。常用于主存。

SRAM：静态RAM，只要直流电源一直供电，无需刷新。常用于cache。

ROM 数据和程序永久地保存在主存中，无需冲辅存中调入。常用于子程序库，系统程序和函数表。

flash 重编程速度快，使用点擦除技术。能擦除储存其中的某些块，但不提供字节级的擦除。

纠错 ​

差错：

  • 硬故障- 软差错 应对措施：纠错码(如汉明码)

设计题-拓展(大题) ​

三种拓展：

  • 拓展字长：1kx4->1kx8，直接拓展数据线即可- 拓展字数：1kx4->2kx4，用最高几位进行区分即可- 拓展字长+字数：先进行拓展字长，再拓展字数，使用译码器即可。

第六章-外部存储器 ​

磁盘 ​

读写机制(略) 组织和格式化+物理特性 扇区

磁道

柱面

盘面布局方式：恒角速度，多带式记录

磁盘涂层：单面、双面。

性能参数

  • 寻道时间- 旋转延迟- 传送时间

RAID ​

看看就行了

第七章-I/O ​

外设 ​

类型：

  • 人可读设备- 机器可读设备- 通信设备 例子：

  • 键盘/监视器- 磁盘驱动器

I/O模块 ​

为什么要有I/O模块

  • 各种外设的操作方法不同- 外设的数据传送速度和CPU不一致，有的快有的慢- 外设使用的数据格式和CPU不一致 I/O模块的功能 主要分为两大功能：

  • 通过数据总线或中央交换器与处理器和存储器连接。- 通过专用数据线与一个或多个外设连接。 可细分为：

  • Control & Timing 控制与定时- CPU ~ I/O Communication 处理器通信- Device ~I/O Communication 设备通信- Memory ~ I/O communication 存储通信- Data Buffering 数据缓冲- Error Detection 检错 完成I/O模块操作需要的三种技术

  • 编程式I/O- 中断驱动式I/O- DMA(直接存储器存取)

编程式I/O ​

概述 I/O模块不会采取进一步动作通知处理器，因此处理器需要周期性地检查I/O模块的状态。

I/O命令 控制命令、测试命令、读命令、写命令。

I/O指令 当处理器、主存和I/O共享一条公共总线时，编址方式主要有两种：存储器映射式、分离式。

存储器映射式：

存储单元和I/O设备有单一的地址空间，处理器将I/O模块的状态和数据寄存器看作存储单元一样对待，使用相同的及其支流来访问存储器和I/O设备。

优点：有多种指令

分离式：

让总线既有存储器的读线和写线，同时也有输入和输出命令线。命令线指定该地址是存储单元还是IO设备。

优点：I/O端口只有被特定的I/O命令访问

缺点：只有少数几种I/O指令

中断驱动式I/O ​

是什么 处理器发送一个I/O命令到模块，然后去处理其他有用的工作，当I/O模块准备与处理器交换数据时，它中断处理器以请求服务，然后处理器执行数据传送，最后恢复原来的处理工作

处理过程 OS中学习过了，简单给个图刺激回忆...

识别中断的四大技术

  • 多条中断线- 软件轮询- 菊花链(硬件轮询，向量)- 总线仲裁(向量) 软件轮询：一个程序轮询每一个I/O模块来确定是哪一个模块的中断。

菊花链(daisy chain)：所有I/O模块共享一个中断请求线，中断应答线采用菊花链穿过这些中断模块，。当处理器检测到有中断请求的产生，就发出一个应答信号。请求中断的模块防止向量响应此应答信号。

总线仲裁：I/O模块在发出中断请求前必须首先获得总线的控制权。总线仲裁可以采用优先级方案，这在之前讲过。

DMA(直接存储访问) ​

概念 DMA在系统总线上增加了一个模块，模仿处理器，从CPU接管I/O，无需CPU干预就可以将数据块传输到内存或者从内存中获取。

数据传输模式

  • 块传输方式：如果DMA传输数据，CPU将被禁用一段时间，直到DMA释放总线- 周期窃取式：DMA仅在CPU不需要或强制CPU暂时暂停运行时才使用总线- 透明方式(交替模式)：DMA和CPU采用分时复用的方式使用总线，效率最高。 为什么DMA效率更高
  • DMA控制器按周期掌管总线- 传输一个字的数据- 不是一个中断，CPU不切换上下文- CPU在进入总线前暂停- 尽管会使CPU速度变慢，但相比前者更佳

I/O通道 ​

概念 是DMA概念的扩充。I/O 通道能够执行 I/O 指令并控制 I/O 操作。

功能

  • 接收来自CPU的命令- 从内存中加载I/O程序，将命令发送给设备- 缓冲、控制和传输数据，为传输提供路径- 报告设备状态，发送中断 类型
  • 选择通道：一次选择一个高速设备- 多路通道：与多个低速设备相连。 要学会计算两类通道的最大传输速率！！

第八章-操作系统支持(略) ​

第九章-计算机算术 ​

算术逻辑单元ALU ​

整数的表示 ​

无符号的表示：直接看成二进制即可

有符号的表示：即符号-增幅表示法，0代表正数，1代表负数。

原码、反码、补码 ​

正数：原码、反码、补码一致

负数：反码等于原码除最高位的其他位取反，补码为反码加1。

整数的加减乘除 ​

加法：原码、反码(用溢出位)、补码(舍弃最高位)的加法

减法：利用加法即可，8-5=8+(-5)

乘法(了解)：无符号数的乘法；补码的乘法(booth算法)。

除法(不要求)

浮点数的表示 ​