第一单元 计算机系统概述

存储程序方式：

⑴程序和数据预先存放在存储器中

⑵机器工作时，自动、逐条地取出指令并执行 

主机：CPU（运算器+控制器）+MM（主存储器）

外设：输入设备，输出设备，辅助存储器

CPU：运算器，控制器

ALU：算术逻辑单元（只进行整型运算）

FPU：浮点运算部件

CU：Controller Unit，控制单元

PC：Program Counter，程序计数器

IR：Instruction Register，指令寄存器

ID：Instruction Decode，指令译码器

存储元：可存储一个二进制位的元件，存储单元—可同时存储一串二进制位的元件(与一个地址相对应)，存储阵列—所有存储单元的集合

存储单元：一般以8位二进制作为一个存储单元，也就是一个字节

存储阵列：多个存储单元排列形成

存储单元长度：存储字长,一个字节由多少位二进制组成

存储单元地址：每个存储单元被赋予的唯一编号，存储单元长度—一个存储单元能存储的二进制信息位数

存储字：存储单元中存储的二进制信息

存储字长：存储单元中容纳的二进制信息个数

总线：一组用于信息传输的公共信号线

主设备：发送信息（CPU）

从设备：接收信息（存储器等）

I/O接口：实现数据缓冲，格式转换，通信控制，协调总线

系统总线：连接计算机各大部分的总线

DBus：Data Bus，数据总线

ABus：Address Bus，地址总线

Cbus：Control Bus，控制总线

实际机器：所编写程序可悲硬件识别和执行的机器

虚拟机器：除了实际机器的机器

解释：先将程序转换为低级机器上的等效程序，再运行

翻译：对程序中每一条语句，都转去执行低级机器上的一段等效程序

指令：告诉计算机从事某一特殊运算的代码

语句：

计算机结构：硬件的概念性结构和功能特性

计算机组成：计算机结构的逻辑实现

计算机实现：物理结构（硬件）

ISA：Instruction Set Architecture

指令地址: 编程时：指令在程序MEM中的首地址(首个单元)

                 执行时：指令在主存中的首地址(由系统随机分配)

逻辑地址：指令地址

物理地址：运行时在存储器中的地址

机器字长：CPU一次能处理的二进制（整型）位数

时钟周期：CPU主时钟脉冲宽度

主频：主时钟脉冲频率

主存编址单位：

主存单元长度：

主存地址空间：主存为最大容量时的地址空间

CPU可寻址空间：主存地址空间

响应时间：一个任务从提交到完成的总时间（T响应＝TCPU＋T等待）

吞吐率：单位时间能处理的工作量

CPI：Cycles Per Instruction（一条指令所需的平均时钟周期）

MIPS：每秒百万次指令（主频/CPI/10^6）

MFLOPS：每秒百万次浮点运算

第二单元 数据的表示与运算

数制：进位计数制，二进制，八进制，十进制，十六进制

码制：

机器数：计算机内部用编码表示的数

真值：数学上的数

原码：最高位为符号位，其余各位为真值的绝对值

补码：正数的补码为本身，负数的补码为取反加一

移码：正数为前加一位1，复数取反加1首位 补0（000的移码为1000）

模：表示机器数的位数

补数：  补码

同余：余数相同

BCD码：二进制数表示十进制的编码

交换码：用于字符的索引、传送 （例：ASCII码）

内码：用于字符的存储和处理

码距：任意两个码字中位值不相同的个数的最小值                                           

校验码：由数据信息和校验信息组成的编码

奇偶校验：检测校验码中1的个数是奇数还是偶数（所有位取异或的结果补在最后）

海明校验：多重奇偶校验，将数据位分为多个有重叠的组，每个组进行奇偶校验

循环冗余校验(CRC)：

数据类型：一个值的集合，及定义在该值集上的一组操作（例：8位二进制及二进制逻辑）

数据表示：

截断运算：保留数据的低位部分

位扩展运算：零扩展，符号扩展

零扩展：无符号数补零

符号扩展：有符号数补符号位

上溢：浮点数的阶大于最大阶码，是真正的溢出，应进行溢出处理（正上溢，负上溢）

下溢：浮点数的阶小于最小阶码，下溢可以认为是机器零不是溢出

机器零：机器零在数轴上表示为0点及其附近的一段区域，即在计算机中小到机器数的精度达不到的数均视为“机器零”，而真值零则表示0这一个点。

最大正数：

最大负数：

规格化数：尾数的最大数为1

左规：尾数左移一位，阶码减一

右规：尾数右移一位，阶码加一

溢出标志：Overflow Flag OF

进位/借位标志：CF

零标志：ZF

符号标志：SF

逻辑左移，右移：Logic 整体移位，移出丢弃，空位补0

算术左移，右移：Arithmetic，有符号数，符号位不变，空位补符号位，其余与逻辑相同。

对阶：将两个进行运算的浮点数的阶码对齐的操作

规格化：进行左规或者右规，使之成为规格化数，提高精度

组合逻辑电路：这还用解释？

时序逻辑电路：这还用解释？

触发器：这还用解释？

锁存器：这还用解释？

全加器：这还用解释？

加法器：这还用解释？

总线互连：

点点互连：

第三单元 存储系统

RAM：Random Access Memory 随机存取存储器

ROM：Read Only Memory 只读存储器

SRAM： Static Ram 静态随机存储器

DRAM： Dynamic Ram 动态随机存储器

存取时间：存储器从启动一次存储器操作（读或者写）到完成该操作所需的时间

存取周期：连续进行两次存储器操作的最短间隔

存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量，也称为存储器在单位时间内读出/写入的位数或字节数

时间局部性：最近访问的信息，不久后将会被再次访问

空间局部性：与最近访问信息相邻的信息不久后会被再次访问

刷新：数据是靠电容特性存储的。由于电容会放电，数据会随时间消失，要维持数据，就要不断的给它充电，这个充电的过程称之为刷新。

行刷新：逐行进行刷新

刷新周期：每个存储元相邻两次刷新的最大间隔时间

集中式刷新：刷新操作集中在一段时间内连续进行，此时读写操作等待（死时间或死区）

分散式刷新：各行的刷新操作分散在各个存取周期中进行，存取周期前一半用于读写，后一半用于刷新，不存在死区但存取周期加倍

异步式刷新：各行的刷新操作均匀分散在刷新周期中进行，每过一段时间就进行一次刷新操作，当刷新周期结束时正好刷新一遍，死区总和为一个刷新周期。

DRAMC：DRAM控制器，管理DRAM芯片，共享刷新电路，使不同芯片刷新和读写并行，消除冲突

位扩展：多个存储器并联增加存储字长（16位分为4个4位），适用于数据长度不够

字扩展：多个存储器串联增加存储字数，适用于数据数量不够

字位扩展：同时进行子扩展位扩展

有效逻辑：片选引脚的信号

SDRAM：原有的DRAM都属于异步器件，在访问过程中，地址和数据信号需要一直保持，CPU和DRAMC在访问完成前都需要等待，而SDRAM使同步器件，在确定的几个时钟周期后会给出响应，CPU和DRAMC无需等待。

DDR SDRAM：Double Data Rate SDRAM，双倍速率SDRAM，在上升沿和下降沿分别进行数据传输，DDRX表示存在2X倍I/O的存储单元宽度，一个时钟周期存入更多的数据。

常规传输：异于突发传输

突发传输：在一个数据被访问后，连续传输多个数据

RAM的工作频率：I/O频率/X（DDRX）

I/O频率：工作频率×X（DDRX）

顺序编址：连续编址，同一存储体的存储单元地址是连续的

交叉编址：模m编址，同一存储体的存储单元地址差m（m为存储体数）

交叉访问：轮流访问各个存储体，多个数据分时I/O

并行访问：同时访问多个存储体，多个数据同时I/O

命中与缺失：访存信息已经在Cache种，称为命中；不在为缺失

命中率：命中次数与访存总数的比值，用H表示

命中时间：在命中时，Cache完成访存操作所用的全部时间

缺失开销：在缺失时，Cache先与主存交换信息，再完成访存操作的所用时间，由和主存访问时间构成。

平均访问时间：

块：Cache与主存交换信息的单位，由多个存储字组成

主存块：主存中的区域

缓存块：Cache中的区域

行或槽：存放缓存块和相应管理信息的存储空间（和块相对应）

标记：表示Cache行中的数据来自哪个存储块，标记记录主存块号的一部分

有效位：表示行内数据是否有效，V=0表示空闲（是否有数据）

目录表：所有行的管理信息

数据区：所有行的块数据信息

Cache容量：Cache数据区的容量

Cache总容量：Cache数据区、管理区容量之和

候选行：可以被覆盖的行

牺牲行：无空闲行需要被覆盖的行

目标行：

空闲行：V=0的行

地址映射规则：地址空间映射的方法

替换算法：从候选行找出牺牲块的方法

写策略：Cache将CPU所写数据写回主存的时机和方法

直接映射：相应的块只映射到相应的行，,主存块i可放到第j行的映射函数，G表示Cache行数

全相联映射：一个主存块可以放到任意的行里

组相联映射：直接映射和全相联映射的结合，将行分为多个组，对应着相应的块，组内全相联映射

相联度：候选行数，一个主存块能映射到的Cache行数

RAND：随机，随机选择一个牺牲块

FIFO：先进先出，最早进入的块为牺牲快

LRU算法：最近最少使用，近期最少使用的块为牺牲块，不会降低命中率

LRU位：计数值，用于表示访问的顺序，在Cache行管理信息中

全写法：写命中时，将数据写入Cache，同时写入主存；写缺失时，直接将数据写入主存，不将目标块调入Cache

写回法：写命中时，数据只写入Cache，不写入主存；写缺失时，目标块调入Cache，数据只写入Cache；

按写分配法：写回法

不按写分配法：全写法

脏位：在Cache管理信息中，表示改行是否被改写过

哈佛结构：将Cache组织成指令Cache与数据Cache，解决指令和数据的并行访问冲突

冯·诺依曼结构：单个存储器的结构

分离Cache：采用哈佛结构的Cache

联合Cache：指令和数据混存的Cache

程序地址：程序中的MEM地址，MEM编址单位同主存、从0开始编址

程序地址空间：空间很大，位数固定？

地址变换：将程序逻辑地址转换为物理地址

MMU：存储器管理单元

分区管理方式：主存划分成若干分区，每个进程分配有1个分区(空间连续)

分页管理方式：进程划分成若干大小相等的页()，主存划分成若干同等大小的页框()，每个进程一次性分配到所需的页框(可不连续)

页：每个进程所占空间被分成的若干大小相等的区域

页框：主存空间被划分成的若干大小相等的区域

页表：管理页和页框的映射关系

页表项：装入位、修改位、访问位、修改位、保护位等

虚拟存储器(VM)：以透明方式为程序提供的、比主存空间大得多的存储空间

虚拟地址：虚拟存储器存储单元地址

虚拟地址空间：虚拟存储器地址空间

段式VM：虚存空间按程序结构划分成若干个段，主存空间以段为单位进行分配

页式VM：虚存、主存空间按页大小划分成若干个页，主存空间以页为单位进行分配

段页式VM：虚存空间先分段、再分页，主存空间只分页，主存空间以页为单位进行分配

虚页号：

实页号：

页表基：

TLB：快表，后备转换缓冲区

第四章 指令系统

机器指令：硬件可直接识别和执行的命令

指令系统：所有机器指令的集合，即指令集

指令格式：指令中所有信息(操作及操作数)的编码格式

源操作数：用存放部件的内容表示

目的操作数：存放部件本身表示

跳转：无条件转移指令，在任何条件下都能进行转移操作

分支：条件转移指令，在条件满足时才进行转移操作

操作码：用编码表示指令的格式和操作类型

地址码：用编码表示指令的各个操作数地址及下条指令地址

规整性：

平均码长：

指令条数：

定长编码：长度不可变的操作码

变长编码：长度变化的操作码

扩展编码：随时加长的操作码

指令字长：指令的长度

单地址指令：指令中只有一个地址

双地址指令：指令中有两个地址

单字长指令：指令长度为一个机器字长

双字长指令：指令长度为两个机器字长

定长指令字结构：所有指令的字长都相等

变长指令字结构：与上相反

大端：数据的最高有效字节MSB存放在最低地址单元

小端方式：数据的最低有效字节LSB存放在最低地址单元

不对齐：数据可从任意位置开始存放

边界对齐：数据地址为数据长度的倍数

4字节对齐方式：

寻址方式：根据地址码形成操作数地址或指令地址的方法

有效地址(EA)：指令中的存储单元地址

顺序寻址：下一条指令由PC+1形成（Program Counter）

跳跃寻址：下条指令由当前指令的地址码形成

立即寻址：OPD放在指令REG中，地址参数为OPD本身

寄存器寻址：OPD放在数据REG中，地址参数为数据REG号

直接寻址：OPD放在MEM中，地址参数为OPD的EA

间接寻址：OPD放在MEM中，地址参数为存放OPD的EA的EA（把OPD的EA存入MEM）

寄存器间接寻址：OPD放在MEM中，地址参数为存放OPD的EA的地址REG号（把OPD的EA存入REG）

变址寻址：OPD放在MEM中，地址参数为变址REG号及形式地址(基准地址)

基址寻址：OPD放在MEM中，地址参数为基址REG号及形式地址(偏移地址)

相对寻址：指令放在MEM中，地址参数为形式地址(偏移量)

隐含寻址：通过操作码形成地址

偏移地址：

偏移量：

地址寄存器：

数据寄存器：

通用寄存器(GPR)：

CISC：复杂指令系统计算机

RISC：精简指令系统计算机

第五章 中央处理器

BIU：总线接口单元

中断机构：

MAR：存储器地址寄存器

MDR：存储器数据寄存器

通用寄存器组(GPRs)：即可存放数据又可存放地址

状态寄存器(PSR)：存放程序运行的状态

PSW：状态程序字，运算结果标志和执行方式标志

指令周期：CPU取出一条指令并执行所需的时间

中断周期：中断响应所需要的时间

主时钟脉冲：CPU的脉冲

单周期CPU：指令周期为一个时钟周期的CPU

多周期CPU：指令周期多个时钟周期

CPU内部的4种基本操作：取数指令LD，存数指令ST，减法指令SUB，分支指令JNZ

数据通路：指令执行过程中数据所经过的部件及其路径

总线结构：多个部件输出端通过同一信号线连接其他部件输入端

点点结构：每个输入端通过不同信号线连接其他部件输出端

微操作(μOP)：CPU内的原子操作，

μOPCmd：微操作命令

节拍：完成一个μOP的时间

μOPCmd序列：多个μOP通过不同的节拍信号进行时序控制形成的序列

状态转换图：

硬布线CU：采用有限状态机方法来描述CPU工作流程中所需要的μOP信号

微程序CU：采用微程序方法来描述CPU工作流程中所需要的μOP信号

机器周期：CPU周期

工作脉冲：每个节拍内需要同步脉冲配合工作

同步控制：各μOP的时序只受统一的基准时钟信号(主时钟脉冲信号)控制

异步控制：各μOP的时序只受专门的联络信号(应答信号)控制

联合控制：各μOP的时序受基准时钟信号及联络信号的共同控制

有限状态机：由一组状态组成，每个状态有一组动作（输出），不同状态之间由事件（输入）触发转换

微命令：每一条微命令对应一组μOP

微指令：按一定格式编排、用二进制编码表示、可同时执行的一组微命令

微程序：微程序由若干微指令组成，来执行每一条指令

CS：控制存储器

微指令周期：从CS种取出一条微指令并执行的全部时间

事件：改变程序正常执行顺序的特殊情况

异常：由CPU内部执行指令所引发的意外

中断：CPU外部的设备产生的请求事件

响应：CPU从当前程序转到处理程序的过程

处理：CPU执行处理程序处理事件的过程

返回：CPU从处理程序返回当前程序的过程

故障：可能修复的异常

陷阱：预先安排的异常

终止：不可修复的异常

可屏蔽中断：可以暂不处理（稍后处理）的中断

不可屏蔽中断：必须立即处理的中断

中断允许位(IF)：标记CPU是处于屏蔽中断（0）还是允许中断（1）状态

断点：事件的返回地址

PSW：程序状态字

处理程序入口地址：

非向量方式：所有事件共用一个处理程序，处理程序的入口是固定的

向量方式:每个事件都有一个处理程序，所有处理程序地址存放在一个管理表中（中断向量表）

IVT：中断向量表 

流水线的段：每个操作阶段称为段

拍：一个段所需要的时间，通常为一个时钟周期

填入：填入段

流水：段在处理

排空：段处理结束，输出

段间寄存器：

冒险：流水线在某些状态下无法正确执行后续指令

流水线的吞吐率：单位时间流水线所完成任务或输出结果的数量

加速比：采用流水方式执行和采用串行方式执行的速度之比

效率：部件使用时间与整个运行时间的比值

多功能流水线：能完成多种功能的流水线，例如指令流水线

动态流水线：各个段可在流水时连接成不同功能

线性流水线：串行连接的

顺序流水线：流入和写出顺序完全相同

标量流水线：处理标量数据

结构冒险：争用硬件资源，引起流水线停顿

数据冒险：指令所需数据不可用，引起流水线停顿

控制冒险：指令执行顺序发生改变，引起流水线停顿

RAW冒险：Read After Write尚未写入引起的数据冒险

load-use冒险：加载使用数据冒险

阻塞：使冲突指令及其后续指令停顿

转发：产生数据的段可把数据送到下一个段或较早的段

乱序执行：让后续无冒险的指令先执行

分支预测：预测分支指令的转移方向，并执行该方向的指令，预测错误则执行另一方向的指令

延迟分支：

气泡：nop指令不会改变任何信息

延迟槽：

超级流水线：增加流水线的段数，增加并行，提高指令输出速度

超标量流水线：CPU中有多条流水线，多个指令并行执行

VLIW流水线：VLIW指令包含多个操作字段，相当于多个标量指令

第六章 总线

总线事务:总线上一堆设备之间进行一次信息交换

同步总线：

异步总线：

并行总线：

串行总线：

片内总线：芯片内部的总线

系统总线：内部连接CPU、主存、外设等部件的总线

通信总线：连接 主机与外设之间的总线USB

信号电平：

单端方式：

差分方式：

信号线复用：

总线宽度：总线位数

总线带宽：最大传输率

总线工作频率：时钟频率

总线操作：总线上完成一次数据传输所需的操作，比总线事务多了总线仲裁

总线仲裁：多个主设备发出总线请求信号，确定总线归属权

总线周期：传输周期+空闲（仲裁）

总线传输周期：传输数据的周期

地址期：读取地址

数据期：传输数据

隐藏式仲裁：申请及分配阶段安排在总线传输周期结束阶段重叠

集中式仲裁：有统一的总线仲裁器

分布式仲裁：总线仲裁逻辑分散在各个主设备中

链式查询方式：自动轮询各个主设备，被询问时可获得使用权

计数器定时查询方式：轮询，避免链式查询的断链现象

独立请求方式：根据请求线的连接次序仲裁

全互锁：主/从设备发出信号后，都必须等对方撤销信号后才撤销自己的

半互锁：主设备发出信号，从设备发出信号后，主设备撤销信号

不互锁：主设备和从设备各自约定时间撤销信号

总线标准：总线连接和传输信息时，需要遵守的协议和规定

ISA：

PCI：

USB：

QPI：

前端总线(FSB)：

主机总线HOST：

I/O总线：

存储器总线：

总线桥：

南桥：

北桥：

第七章 输入/输出系统

I/O指令：操作码、设备码、命令码 

I/O端口地址：I/O指令中的设备码

统一编址：主存单元、I/O端口共用一个地址空间

独立编址：主存单元、I/O端口都从零开始编址

设备选择电路：监视总线状态，有I/O事务时，比较总线上地址与所存设备号

条件传送方式：先启动设备，等到设备就绪时，才能进行传送，又称异步传送方式

无条件传送方式：可随时进行数据传送，又称同步传送方式

字符设备：每次传输都为一个字符的设备

块设备：传输数据块的设备

I/O方式：指主机对数据传送的管理方式

程序查询方式：CPU启动设备后，不断地查询设备状态，当设备准备就绪时，才进行数据传送

程序中断方式：CPU启动设备后，继续执行现行程序；设备准备就绪时，向CPU提出请求； CPU响应请求，传送数据，返回现行程序

DMA方式：Direct Memory Access，CPU发送传输需求、启动设备后，继续执行现行程序；DMA接口实现数据传送(1批，几千个，适用于块设备)，结束时向CPU提出请求；CPU响应请求，处理结束事宜，返回现行程序

通道方式：CPU执行访管指令后，继续执行现行程序；通道执行通道程序(主存中)，结束/异常时向CPU提出请求；CPU响应请求，处理相应状况，返回现行程序

存储密度：Ds＝道密度×位密度

数据传输率：Dr＝磁道容量（位数/道）×磁盘转速

寻址时间：磁头从起始位置移动到目的位置的全部时间

磁道：

扇区：

RAID：磁盘阵列

条带：映射的数据单位

CD：

DVD：

PS/2： 

IDE：

SATA：

VGA：

HDMI：

I/O接口：主机-外设间的连接电路，负责中转各种信息

I/O端口：可与数据总线交换信息的寄存器 (数据口/控制口/状态口)

数据口：

状态口：

控制口：

并行接口：接口-外设间同时传送n位数据

串行接口：接口-外设间同时传送1位数据

可编程接口：可通过软件选择接口的当前功能

查询接口：CPU控制数据传送、状态查询（字符设备）

中断接口：CPU控制数据传送，接口实现状态报告（字符设备）

独占查询：启动设备后，立即开始查询状态、直到就绪

定时查询：启动设备后，稍后开始查询状态、直到就绪

向量中断：识别中断类型，获得事件处理程序入口地址，有各自的中断处理程序

非向量中断：同上，共用中断处理程序

单重中断：中断处理过程中不再处理新的中断请求

多重中断：中断处理过程中若遇到更紧急的中断，转去执行新的中断程序

中断类型号：（可不提供）

IVT：中断向量表

中断向量地址：

中断向量：存储中断程序入口地址

串行判优：硬件自动轮询，查询次序→优先级(静态)[共用请求，向量型]

并行判优：硬件算法控制，算法→优先级(动态)[独立请求，向量型]

软件判优：软件查询，查询次序→优先级(静态)[[共用请求，非向量]

CPU停止访问方式：DMA接口在首个数据准备传送时，申请总线使用权；在所有数据传送结束时，放弃总线使用权

周期挪用方式：DMA接口在外设准备就绪时，请求总线使用权；在等待外设准备时，放弃总线使用权

预处理：CPU使用I/O指令设置传送参数、启动外设

后处理：CPU响应中断请求，完成结束处理工作(如数据校验、开始下次)

CNM这么多