计算机组成原理

计算机系统概述

中央处理器(CPU):计算机的核心部件,主要用于指令的执行
数据通路:主要用于执行算术和逻辑运算及存储器的读写控制等
算术逻辑部件(ALU):进行最基本的算术和逻辑运算
控制器:对指令进行译码,产生控制信号,以控制数据通路进行正确操作
存储器:分为内存和外存 内存包含主存和高速缓冲存储器 外存辅存和海量后备存储器
外设:I/O控制器与I/O适配器统称设备控制器
总线:CPU 主存 I/O模块通过总线互连,CPU和I/O模块中都含有缓存器

Shell命令行解释器
.c 预处理 .i 编译 .s 汇编 .o 链接程序 可执行文件

指令集体系结构(ISA):软件和硬件之间接口的一个完整定义

吞吐率:单位时间内完成的工作量
响应时间:作业提交到作业完成所用时间
时钟周期:CPU主脉冲信号时间宽度
时钟频率:CPU主频 时钟周期倒数
CPI:执行指令所需时钟周期数
程序总时钟周期数=程序总指令条数CPI
用户CPU时间=时钟周期
程序总时钟周期数
MIPS:平均每秒中执行多少百万条指令
MIPS=主频/CPI=1/指令平均执行时间

数据的机器级表示与处理

bit 8 byte 2 word 2 dword
大端存储:最高有效字节存放在低地址单元
小端存储:相反
| 按位或 & 按位与 ~ 按位非 ^ 按位异或 给定位模式(掩码)进行位运算
|| 逻辑或 && 逻辑与 ! 逻辑非
逻辑移位:无符号数移位 左移高位移出低位补零 右移高位补零低位移出 高位移出1则溢出
算术移位:带符号数移位 左移高位移出低位补零 右移高位补符号低位移出 移位前后符号位不同则溢出

  • E-127=阶码真值
  • 阶码真值+移码=E

阶码加移码目的是使其可以表示正负数

0扩展和符号扩展:前者用于无符号数后者用于带符号数
零标志ZF 溢出标志OF 符号标志SF 进/借位标志CF
溢出标志:OF=Cn(Cout) XOR Cn-1 带符号整数溢出
符号标志SF:SF=Fn-1 带符号整数符号位
零标志ZF=1当且仅当F=0; 所有位为零
进位/借位标志CF:CF=Cout(Cn) XOR Cin(Sub) 无符号数
同号相加和异号相减才会发生溢出 本题同号相减所以不溢出
同号相加结果的符号与参加运算的符号不同就溢出
异号相减结果的符号位与被减数的符号位不同就产生溢出

就这三条原则~
做减法以比较大小,规则:

  • 无符号: CF=0时,大于
  • 带符号:OF=SF时,大于

ALUop Result ALUop Result ALUop Result1 ALUop Result
0 0 0 A加B 0 1 0 A与B 1 0 0 A取反 1 1 0 A
0 0 1 A减B 0 1 1 A或B 1 0 1 A xor B 1 1 1 未用

在计算机内部,一定有x2  0吗?若x是带符号整数,则不一定!如x是浮点数,则一定!
X*Y的高n位可以用来判断溢出,规则如下:

  • 无符号:若高n位全0,则不溢出,否则溢出
  • 带符号:若高n位全0或全1且等于低n位的最高位,则不溢出。

C表达式转换顺序
unsigned long long

long long

unsigned

int

(unsigned)char,short

程序的转换及机器级表示

微指令:微程序级指令,属于硬件范畴
伪指令:若干机器指令组成的指令序列,属于软件范畴
机器指令介于二者之间
机器指令和汇编指一一对应,都与及其结构有关,都属于机器级指令

寄存器传送语言(Register Transfer Language, RTL)

R[r]表示寄存器r中内容,M[addr]表示存储单元addr中内容,若要表示PC所指存储单元内容,则用M[PC]表示,若要表示寄存器间接寻址操作,则用M[R[PC]]表示

机器语言程序

机器指令组成的序列
操作码字段:指令的操作性质
立即数字段:指出操作数或偏移量 寄存器标号字段:给出操作数或操作数地址所在寄存器标号等

汇编程序:将汇编语言源程序翻译成机器指令的程序
反汇编程序:将机器指令反过来翻译成汇编指令的程序
指令集体系结构(ISA)是最重要的计算机系统抽象层,对软件屏蔽了底层硬件的实现细节,将物理上的计算机硬件抽象成逻辑上的虚拟计算机

汇编格式:AT&T格式 Intel格式

AT&T格式:长度后缀b表示指令中处理的操作数长度为字节,即8位;w表示字,即16位;l表示双字,即32位;q表示四字,即64位
寄存器操作数形式为“%+寄存器名”
存储器操作数形式为“偏移量(基础存储器,变址寄存器,比例因子)
汇编指令形式为“op src,dst”

定点寄存器

通用寄存器:8个存放操作数、变址值、指针
专用寄存器:2个 包括指令指针寄存器和标志寄存器
段寄存器:6个

寻址方式:立即寻址 寄存器寻址 存储器操作数

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纯属好玩

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文章目录
  1. 1. 计算机系统概述
  2. 2. 数据的机器级表示与处理
  3. 3. 程序的转换及机器级表示
    1. 3.1. 寄存器传送语言(Register Transfer Language, RTL)
    2. 3.2. 机器语言程序
    3. 3.3. 汇编格式:AT&T格式 Intel格式
    4. 3.4. 定点寄存器