一、CPU结构的分类
二、寻址方式
三、CISC 和 RISC
四、层次存储结构
五.Cache
六、主存编址计算
七、输入输出(IO)技术
八、总线
一、CPU结构的分类
CPU 由运算器和控制器组成。
（1）运算器的分类：
操作员包括以下部分：
- 算术逻辑单元(ALU)： 它的逻辑操作
- 累加器(AC):用于存储参与逻辑操作的数据。
- 数据缓冲寄存器(DR)：它在CPU向内存读写数据时，作为CPU为了改进内存中转站的数据缓冲CPU读写内存的效率。
- 状态条件寄存器：用于记录状态标志信息。例如，溢出和借位。它不仅可以存储操作状态，还可以用于存储控制状态，因此也可以分为控制器
控制器包括以下部分：
- 程序计数器(PC):加载程序时，PC因此，用于加载程序地址PC存储程序地址的时间。
- 指令寄存器(IR)：:根据PC将相应的指令存储在地址中IR，存储指令后，PC当前地址中没有业务意义，此时PC会自动指向下一个指令。IR存的是指令
- 指令译码器(ID)：存到IR指令，要想成为机器可以运行的二进制，必须通过指令译码器进行翻译。
- 地址寄存器(AR)：用于存储程序中数据的地址。PC存储程序地址，地址寄存器用于存储数据地址
- 时序部件：计算机在完成功能时可能涉及时序控制信号
- 状态条件寄存器:(略)
例1.1计算机中提供指令地址的程序计数器在()中
A.控制器 B.运算器 C.存储器 D. IO设备
例1.2 CPU 在执行算术操作或逻辑操作时，经常存储源操作数
A.程序计数器 B.累加器 C.指令寄存器 D.地址寄存器
二、寻址方式
(1)指令格式如下:
op操作码又称立即数，例如，mov ，ADD ，SUB等
(2)寻址分类:
| 寻址方式 | 特点 | 对比 |
| 立即寻址 | 操作数直接存在于指令中，速度快，灵活性差 | |
| 直接寻址 | 操作数的地址存在于指令中 | 通过地址在内存中访问操作数的过程比立即寻址要多一步，所以比立即寻址要慢。 |
| 间接寻址 | 操作数的地址存在于指令中 | 比直接搜索方式多一步访问内存，所以比直接搜索慢 |
| 寄存器寻址 | 存储在寄存器中的操作数 | 与立即寻址相比，多了一步访问寄存器。所以比立即寻址慢。但是访问寄存器比访问内存快，所以比直接寻址快。 |
| 间接搜索寄存器 | 存储在寄存器中的地址 | 与寄存器搜索相比，访问内存多了一步，所以比寄存器搜索慢。但比间接搜索更快。 |
例2.1 在机器指令的地址字段中，直接指出操作数本身的搜索方法称为()
A.隐含寻址 B寄存器寻址 C立即寻址 D 直接寻址
三、CISC 和 RISC
CISC 指复杂指令集计算机 ，RISC指精简指令集计算机，CISC每次增加功能，都要考虑是否增加指令。RISC每次添加功能时，都要考虑如何将所需的功能组合到原始指令中。
四、层次存储结构
时间局部原理:如果一个存储单元被访问，很快就会被访问，比如循环程序
局部空间原理：如果一个存储单元被访问，相邻的存储空间可能会被访问，如数组访问。
在虚拟存储系统中，将外存和内存合成一个大的可访问地址空间，让用户感觉内存很大。
除此之外，三级存储体系，包含了内存、外存和cache
(1)层次化存储结构分类
1.根据存储器置分类 ： 内存(主存) & 外存(辅存)
2.按存取方式分类：
- 根据内容访问，如相关存储器 cache
- 存取器(如内存)按地址存取，如随机存储存取器(如磁带) ，直接存储存取器(结合前两种类型，如磁盘)
3.按工作方式
1.随机存储存取器 RAM
比如内存，存储位置是随机的，掉电会丢失内容，动态随机存储存取器(DRAM)会定期做一些刷新工作，成本要低，静态随机存取器(SRAM)不刷新工作，成本要高。
2.只读存储器
对于仅能读取的存储器称之为只读存储器，掉电不丢失可长期保存数据，其中又分为
- 固定只读存储器，ROM：一般厂家生产时都会写好数据。BIOS
- 只读存储器，PROM：用户可以一次性写入内容，写入后不能修改。
- 只读存储器可以擦除可编程，EPROM：使用特殊设备，用户可以自由地写入、修改和阅读数据
- 电擦除可编程的只读存储器，EEPROM：用电擦除法允许用户自由写入、修改和阅读数据
- 闪速存储器(闪存)EPROM和EEPROM电信号可以在几秒钟内删除数据，速度远高于EPROM
3.相关存储器
如段表、页表、块表存储器Cache等
五.Cache
地址与地址图像Cache存储空间分为几个大小相同的页面，映射功能由系统电路自动完成。
(1) 图像直接相联
根据ache的大小划分内存的区，每个区中的页只能放在Cache中的页号相同的页中。此方案可能会导致，Cache还有很多空闲空间，就会频繁产生冲突 ，但是硬件电路实现起来简单。
(2)全相联映像
主存中的页可以放在Cache中的任意位置。Cache满了才会产生冲突。此方案能充分利用Cache但是硬件电路实现起来复杂。
(3)组相联映像
此方案是直接相联映像和全相联映像折中。将内存区和Cache进行分组，主存中的每一组空间，只能映射到Cache相同的区。
例.5.1下列关于Cache的叙述中不正确的是()
A.Cache的设置扩大了主存容量
B.Cache的内容是主存的拷贝
C.Cache的命中率并不随其容量的增大而提高
D.Cache位于内存和CPU之间
六、主存编址计算
每个存储单元都有自己的地址，每个相邻的存储单元其地址也是连续的。因此
而存储单元的编址分为按字编址和按字节编址。所谓1B(字节)=8bit(比特位) ,如果在32位计算机中1字就相当于32比特，在64位机中，1字就是64比特 。因此
同时还可以按照芯片容量计算
解析： 该区间的有 CFFFFH + 1 - A0000H = 30000H 即3*16^4 个存储单元,按字节编址有3*16^4B ,即8*3*16^4bit,，因此需要芯片 8* 3*16^4 bit / （64K * 8bit）
七、输入输出(IO)技术
(1)数据传输控制方式
数据的传输控制是由CPU进行控制，它负责向内存和外设之间的交互。传输控制方式有如下几种
- 程序传输控制方式：分为无条件传送和程序查询方式两种。所谓无条件传送就是系统默认IO都是已经准备好的，直接传输就行，而程序查询方式是CPU频繁访问IO状态判断是否可传输。此方式的IO能力弱，严重利用率
- 程序中断方式：由IO将自己的状态通知CPU，CPU触发中断后CPU再去做IO。
- DMA方式：DMA方式是为了在主存与外设之间的高速缓冲，实现批量数据交换。比前面的两种方式都高效,
把CPU比作老师，IO等设备当作学生，数据当作老师要传给学生的知识。老师在授课，学生在学习，程序查询方式就相当于老师给讲完一部分内容要向学生确认学生是否听懂，确认听懂后再继续讲，而程序中断是CPU只顾讲自己的内容，当学生学习完成，举手中断讲课后，CPU再去向学生传递知识。而DMA就相当于助教，老师把要讲课的内容告诉助教，助教负责给学生传递知识。
(2)中断处理过程
- cpu无需等待也无需查询IO状态
- cpu被中断后，需要保存当前执行状态，然后通过中断向量表去处理中断请求，中断请求完成后再通过原先的状态去继续处理原先的程序
- CPU和IO是并行的，当前IO完成时发出中断请求，CPU才会去处理中断，CPU完成请求后，IO开始写数据，同时CPU会到原先程序继续执行
八、总线
一条总线既能接受信息也能发送信息，同一时刻仅允许一个设备发送，但是允许多个设备接受，即，像对讲机一样。
总线的分类如下：
- 控制总线，用于传递控制信号，通常指控制单元传到周边设备的电线。
- 数据总线，用于传递数据，在CPU与RAM之间来回传送需要处理或存储的数
- 地址总线，用来指定RAM之中存储的数据地址。
解析：并行总线就是设备之间由多条总线连接，这样的好处是当一条总线故障，另一条还可以接着用，同时传输数据也变快了，但是成本变高。串行总线，就是多个总线当成一个总线去用，可以进行远距离传输。
（2）常见总线（转）
| 总线类型 | 功能 |
| QPI 快速通道互联总线 | 实现处理器之间的直接互联，并基于包传输的串行式高速点对点连接协议，采用差分信号与专门的时钟进行传输。特点是高速带宽,低功耗,支持热插拔。 |
| Memory总线（内存总线） | 用来实现处理器和内存的之间的连接.处理器里集成的内存控制器负责通过内存总线和内存模组通讯，例如寻址、读写等。目前内存总线所支持的内存模组有DDR2， DDR3, 将来还会支持DDR4。 |
| DMI总线，直接媒体接口 | 用来连接处理器和南桥的总线.它是基于PCIE总线，因此具有PCI-E总线的优势，这个高速接口集成了高级优先服务，允许并发通讯和真正的同步传输能力。它的基本功能对于软件是完全透明的，因此早期的软件也可以正常操作。 |
| USB总线，通用串行总线 | USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB总线会根据外设情况在两种传输模式中自动地动态转换。USB是基于令牌的总线。 |
| SMBUS/I2C总线 | 是一种二线制串行总线。不需要高速通讯，但希望通过一条廉价并且功能强大的总线（由两条线组成），来控制主板上的设备并收集相应的信息。 |
| SPI(Serial Peripheral Interface--串行外设接口)总线 | 是一种同步串行外设接口。它可以使南桥与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息 |
| PCI总线 | PCI是一种先进的局部总线。采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI所不能提供的高带宽。 |
| SCSI(Small Computer System Interface)， | 用于计算机和智能设备(硬盘、软驱、光驱、打印机、扫描仪等)之间系统级接口的独立处理器标准。SCSI可支持多个设备;SCSI还允许在对一个设备传输数据的同时，另一个设备对其进行数据查找,SCSI占用CPU极低;SCSI设备还具有智能化，SCSI卡自己可对CPU指令进行排队;最快的SCSI总线有160MB/s的带宽。 |
| SATA串行高级技术附件 | 一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口.有支持热插拔，传输速度快，执行效率高等优点。 |