课堂笔记 2024/10/9

计组概述CPI表示执行一条指令所需的时钟周期数。对于一个程序或一台机器来说其CPI指该程序或该机器指令集中的所有指令执行所需的平均时钟周期数此时CPI是一个平均值。程序总时钟周期数程序所含指令条数*CPI。如果有n种不同指令程序总时钟周期数执行时间时钟周期数*时钟周期时钟周期数/时钟频率数据的机器级表示定点表示1.定点整数2.定点小数浮点数表示定点数编码表示定点数编码表示方式原码、补码、反码和移码。原码符号位数值位补码可以实现加减运算的统一即用加法来实现减法运算。实数的表示计算机中专门用浮点数来表示实数IEEE754浮点数标准阶码移码/补码尾数原码/补码教材上将指数的移码表示称为阶码。为什么用移码表示指数因为指数可以是正数也可以是负数当进行浮点数加减计算时必须先对阶比较两个数的阶的大小并使之相等。规格化为什么要规格化浮点数尾数的位数决定浮点数的有效位数有效位数越多数据精度越高。要尽可能保留有效数字的位数使有效数字尽量占满尾数数位。尾数用原码表示第一位总是1因而可以忽略第一位的1称为隐藏位。隐藏小数点后第一位0 1、1 0定点数运算补码加减法以及判断溢出方法原码乘法下图是手算乘法下图是原码乘法因为[Y]原1.10111所以Y0从低位开取分别是11101。或者说C里面存的原来渐渐被挤掉的[Y]原的低位如果Y00不用加[X]原因为这一位0与[X]原一定等于00*任何数0。补码乘法乘数 y 首先在末尾添加一个辅助位 0 每次讨论都是取 y 的最后两位但每次移动仅移动一位。判断 y 的最后两位是规则如下00或者11时直接右移一位01时先加x的补然后右移一位10时先加-x的补然后右移一位。参考资料[计算机组成原理] Booth算法 —— 补码一位乘法 - 中年二班 - 博客园 (cnblogs.com)关于双符号位1.‌溢出检测‌双符号位能够容易地检查加、减运算中的溢出情况。‌2.符号表示‌双符号位还用于表示数值的符号。例如00表示正号11表示负号。3.上溢与下溢的判别‌上溢发生在两个同符号的数相加或相异符号数相减时运算结果超出所能表示的数据范围。这里题目[X]原1.01001负数从原来的1.变成11.。数据校验码概念数据在计算机内部进行计算、存取和传送过程中由于元器件故障或噪音干扰等原因会出现差错。冗余校验思想除原数据信息外还增加若干位编码这些新增的代码称为校验位。两个合法代码对应位上编码不同的位数称为码距又称海明距离。任意两个码字的海明距离的最小值称为该编码集的海明距离。检查纠错位数码距检e位de1纠e位d2e1纠e1位、检e2位d2*e1e21奇偶校验码通过增加冗余位使得码字中1的个数恒为奇数或偶数的编码方法是一种检错码。码距2海明校验码将有效信息按某种规律分成若干组每组安排一个校验位做奇偶测试就能提供多位检错信息以指出最大可能是哪位出错从而将其纠正。实质上海明校验是一种多重校验。规则如果故障字各位都是0无故障。如果故障字有且仅有一位1校验位有一位错了不用纠正。如果故障字有多位1数据位出错由故障字数值确定出错位然后取反就可以纠错。下图为校验位数的确定下图为分组方式n8、k4由表可知每个数据位至少要参与两组奇偶校验码的生成。如M5与第一组P1和第四组P4有关。循环冗余校验码CRC码M(x)为n位二进制数据将M(x)左移k位用约定的生成多项式G(x)相除G(x)是一个k1位的二进制数相除得到的k位余数就是校验位。检验如果接收到的数据和校验码位用同样的生成多项式G(x)相除若正好除尽没有错误除不尽有错误。二进制的计算补充求CRC码CRC码检错例题CRC码出错模式n11,k4为例余数右加0再除多项式二进制取余数加法器笔记下图为1位全加器逻辑电路图下图为n位串行进位加法器下图为并行进位全加器FA1~FA4的逻辑电路图总结串行进位加法器并行进位加法器两种​ 组内并行组间串行​ 组内并行组间并行延迟时间组内并行组间并行组内并行组间串行串行进位加法器复杂程度组内并行组间并行组内并行组间串行串行进位加法器原码除法运算手算除法运算以定点小数为例被除数绝对值必须小于输出绝对值恢复余数除法若ri0部分余数除数恢复余数补充例题的符号位由01异或得出1不恢复余数除法上面两题答案一样浮点数运算浮点数加减法运算浮点数乘法运算指令系统指令系统设计固定长度操作码编码可变长度操作码编码寻址方式操作类型算术和逻辑运算指令移位指令传送指令串指令顺序控制指令CPU控制指令输入输出指令指令系统按照指令格式复杂度来分MIPSMIPS指令格式和寻址方式习题习题1GHz10^9Hz结果应该小数点后移一位单周期处理器设计11条指令总体结构ALU(书P155...)和取指令部件ALU略写参考书P155PCxxx...x00(30个x2个0)PC4:意味着指向下一个指针多周期处理器设计.....前面不写了指令系统、数据通路、控制单元...微命令编码1.直接控制法2.字段直接编码法微指令地址的确定1.计数器法2.断定法存储器SRAM:存取时间存取周期DRAM:存取时间存取周期芯片的扩展1.字扩展2.位扩展3.字位同时扩展Cachecache和主存的映射关系cache中主存块的替换算法命中率习题1习题2外部存储设备硬盘存储器互连程序中断和DMA习题1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.设写入磁盘存储器的数据代码是 10110111000010012分别画出不归零制(NRZ)、 不归零-1 制(NRZ-1)、调相制(PE)、调频制(FM)和改进型调频制(MFM)等几种记录方 式的写电流波形并指出哪些记录方式具有自同步能力。参考【计算机组成原理】NRZ1、PM、FM、MFM的写电流波形及特点-CSDN博客11.某计算机系统的主存储器为 00001FFFH 的 ROM 地址空间现在需要增加一个 16K×8 位的 RAM 地址空间其起始地址为 2000H。可选用的 RAM 芯片为 8K×4 位 芯片本身具有片选CS和写使能 WE 等控制信号。此外 CPU 提供了 16 条地址线 A15A0 和 8 条数据线 D7D0以及 R/ W (读/写)、MREQ (存储器访问请求)等控制信号线。请 设计出 CPU 与 RAM 存储器连接的逻辑结构图。片数(16K*8)/(8K*4)4片12.某硬盘存储器有 2 片盘片每个盘片有两个记录面存储区域内径 3 厘米外径 8 厘米道密度为 5000 道/厘米最内圈磁道位密度为 60000 位/厘米每个磁道划分为 128 个扇区每个扇区 512 个字节转速为 7200 转/分钟。试问 ①共有多少个存储面可用 ②共有多少个柱面可用 ③该硬盘存储器的非格式化容量是多少 ④该硬盘存储器的格式化容量是多少 ⑤在对硬盘读写时的数据传输率是多少非格式化容量通常大于格式化后的可用容量。( 1 字节等于 8 位而 1 GB 等于字节①共有 2×24 个存储面可用。②共有(8 厘米3 厘米)/2×5000 道/厘米12500 个柱面可用。③非格式化容量为 3 厘米×π×60000 位/厘米×12500 道/面×4 面3.29GB。④格式化容量为 512 字节/扇区×128 扇区×12500 道/面×4 面3.05GB。⑤数据传输率为 512 字节/扇区×128 扇区×7200 转/分钟7.5MB/s。13.?假定计算机系统需要容量为512字节RAM和512字节ROM的存储器。使用的RAM 芯片为 128 字×8 位ROM 芯片为 512 字×8 位。RAM 芯片有CS及 WE 控制端ROM芯片有CS控制端CPU 有地址线 A15A0数据线 D7D0读写控制线 R/ W 等。试确 定各存储器芯片的地址空间指出存储器以及各存储器芯片需要的地址线数量并画出存储器与 CPU 的连接图14.已知 x 和 y 的补码请用补码一位乘法计算 x·y 的补码。①[x]补0.100112[y]补1.010112②[x]补1.001012[y]补1.10010215.已知 x 和 y 的原码请用原码不恢复余数除法计算 x/y 的原码。①[x]原0.100112[y]原1.111012②[x]原1.101112[y]原1.11011216.CPU 的内部结构如图 6-1 所示如果指令系统中有加、减、乘、除四种算术运算指令每种指令的第一个地址码均为寄存器 R1而第二个地址码有关于 R2 的寄存器寻址、 寄存器间接寻址和关于 mem 的存储器直接寻址这三种寻址方式试设计一个包含这四种指令执行过程的流程图。17.图 6-2 是采用双总线结构的 CPU 内部数据通路图中 IR 为指令寄存器PC 为程 序计数器M 为主存储器MAR 为主存地址寄存器MDR 为主存数据寄存器ALU 由、控制信号决定完成何种操作控制信号 G 控制一个门电路。一些传输线上标注了控制信 号下标中有 in 的表示寄存器输入控制信号下标中有 out 的表示寄存器输出控制信号 未标注名称的信号线为直通线不受控制。①“ADD R1R2”指令完成 R1R2→R1的操作请画出其指令周期流程图并列出相应的控制信号序列。②“SUB R0R3”指令完成 R0R3→R0的操作请画出其指令周期流程图并列出相应的控制信号序列。软工数据流图设计原则1.父图与子图的平衡原则2.数据守恒原则3.守恒加工原则参考大佬文章 我的软考之路八——三大原则学会数据流图-腾讯云开发者社区-腾讯云 (tencent.com)数据字典例题某电话可以拨分机号和外线号码。分机号是从7201至7299。外线号先拨9然后是市话号码或长话号码。长话号码是以区号和市话号码组成。区号是从100到300中任意的数字串。市话号码是以局号和分局号组成。局号可以是455、466、888、552中任意一个号码。分局号是任意长度为4的数字串。要求写出在数据字典中电话号码的数据条目的定义即组成。电话号码分机号|外线号码分机号[7201|7202|7203|…|7297|7298|7299]外线号9[市话号码|长话号码]长话号码区号市话号码区号[100|101|102|…|298|299|300]市话号码局号分局号局号[455|466|888|552]分局号4{数字}4数字[0|1|2|3|4|5|6|7|8|9]成本/效益分析经济可行性研究假设开发某个计算机应用系统的投资额为3000元该计算机应用系统投入使用后每年可以节约1000元5年内能节约5000元。3000元是现在投资的钱5000元是5年内节省的钱假定年利率为12%请计算该系统的纯收入投资回收期投资回收率。数据流图例自学考试报名过程中有个“记录报名单”的加工。该加工主要是根据报名表姓名、性别、身份证号、课程名和开考课程课程名、开考时间、经校核编号、填写、输出准考证给报名者同时记录到考生名册中准考证号、姓名、课程。请绘制该加工的DFD图并写出数据词典中的数据流条目。操作系统1.操作系统是一种系统软件是由若干程序所组成的集合它负责计算机系统的全部软件、硬件资源分配、调度和管理使系统高效、安全地运行并为用户提供简单、直观、灵活的接口以便用户使用计算机系统。操作系统功能处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、用户接口操作系统类型批处理操作系统分时操作系统实时操作系统个人计算机操作系统网络操作系统并行操作系统分布式系统操作系统特征并发性、共享性、虚拟性、不确定性2.引入线程原因提高系统内程序执行的并发程度减少进程切换所需时间提高系统的处理能力在多处理机系统中线程能更好地刻画程序执行的并行特性充分发挥多处理机的优势。3.进程的描述进程的组成、进程控制块、进程上下文与进程上下文切换、进程空间进程的组成1进程的进程控制块(PCB Process Control Block)2有关程序段3相应的数据结构集PCB包括有关进程的描述信息、控制信息和资源信息等是进程动态特征的集中反映。进程上下文进程的物理实体与支持进程执行的物理环境的合称。进程上下文切换进程上下文切换发生在不同的进程之间而不是同一个进程内。进程空间或虚空间进程拥有的自己生存的地址空间该空间由一些连续或不连续的存储块所组成主要用于存储相应的进程映像。划分为用户空间和系统空间。进程的特征动态性、并发性、独立性、异步性① 程序是静态的概念进程是动态的概念② 进程是一个独立运行的活动单位③ 进程是竞争系统资源的基本单位④进程具有并发特征而程序没有;⑤一个程序可以对应多个进程一个进程至少包含一个程序。进程的状态及转换就绪、执行、阻塞执行获取到运行必备的资源、程序正在处理机上执行阻塞等待某个事件的发送暂停执行、即使现在给他CPU控制权也没法执行就绪获得除CPU之外的所有资源一旦获得CPU控制权就可以立刻执行