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1、Chapter 1The Principle of Equivalence of Hardware and Software：任何可以利用软件实现的事情可以利用硬件来实现。反之，任何可以利用硬件来实现的事件也同样可以利用软件来实现。Moores Law：硅芯片的密度每18个月翻一番。The computer level hierarchy：第6层用户执行的程序第5层高级语言C+, java, FORTRAN等第4层汇编语言汇编语言代码第3层系统软件操作系统，库代码第2层机器指令体系结构第1层控制系统微代码或硬导线连接第0层数字逻辑电路电子线路，逻辑门等Three hardware system
2、：n 一个中央处理器：u 一个控制单元。u 一个算数逻辑单元（ALU）。u 若干个寄存器。u 一个程序计数器。n 一个主存储器系统。n 一个I/O系统。Fetch-decode-execute cycle：取指-译码-执行周期。Chapter 4The function of a CPU：CPU的主要功能是负责提取程序的指令，并对指令进行译码，然后按程序的顺序对正确的数据执行各种操作，即取指、译码、执行指令。Bus：总线是一组导电线路的组合，它作为一个共享和共用的数据通道将系统内的各个子系统连接在一起。Master：主设备是最初响应的设备。Slave：从设备是响应主设备请求的设备。Point-
3、to-point：点对点。连接两个特定设备。Multipoint：多点。要求多个设备共享的总线。Three different types of buses：u 数据总线：用于CPU与主存储器、CPU与I/O接口之间传送数据；u 地址总线：用于CPU访问主存储器或外部设备时，传送相关地址；u 控制总线：用于传送CPU对主存储器和外部设备的控制信号u 按种类：处理器-内存总线：处理器与机器匹配内存系统之间；n I/O 总线：连接各种不同带宽的各种设备 ；n 底板总线：将计算机的所有部件在主板上连接起来 。 The four types of bus arbitration：u 菊花链仲裁方式。
4、u 集中式平行仲裁方式。u 采用自选择的分配式仲裁方法。u 采用冲突检测的分配时仲裁方法。The function of an I/O interface：(1)对传送数据提供缓冲、隔离和寄存 (2)对信号的形式和数据的格式进行转换 (3)对IO端口进行寻址 (4)与CPU和I0设备进行联络Interrupt：中断就是改变（或中断）系统正常执行流程的各种事件。Include：l I/O请求l 出现算法错误l 算术下溢或上溢l 硬件故障l 用户定义的中断点l 页面错误l 非法指令l 其他原因The functions of all of MARIEs registers：l AC：累加器， 用来
5、保持数据值. 它是一个通用寄存器 作用是保 持CPU需要 处理的数据；l MAR:存储器地址寄存器，保持被引用数据的存储器地址；l MBR：存储器缓冲寄存器，保持刚从存储器中读取或者将要写入存储器的数据；l PC:程序计数器，保持程序将要执行的下一条指令的地址；l IR：指令寄存器，保持将要执行的下一条指令；l InREG:输入寄存器，保持来自输入设备的数据；l OutREG:输出寄存器，保持要输出到输出设备的数据。Instruction in MARIE works：Load X：将存储单元X中的内容装到AC寄存器；Store X：将AC中的内容存放到地址X 处的存储器单元中；Add X：将
6、存储在地址X 处的数据值加到AC累加器中；Subt X：类似于Add指令,从累加器中减去存储在地址X 处的数值,然后将计算结果返回到AC中；Input：将来自输入设备的任何输入数据首先发送到InREG寄存器,然后再转移到AC中Output：将AC中的内容先放到寄存器OutREG,然后发送到输出设备上；Halt：没有与寄存器有关的操作,该指令简单地使机器终止程序的执行；Skipcond：如果给定的条件为真,则会跳过下一条指令；Jump X：指令执行一个转向给定地址X处的无条件分去转移.所以,在执行这条指令时,地址X必须先行装入到PC中；Clear：指令会将累加器的全部二进制位设置为0；Fetch
7、-decode-execute：CPU首先提取一条指令，即将指令从主存储器转移到指令寄存器；接着对指令进行编码，即确定指令的操作码和提取执行该指令所需的数据；然后是执行这段指令，即执行指令规定的各种操作。Microprogramming：即使用软件来进行控制控制线。Microcode：用微代码编写的翻译器。CISC：复杂指令集。RISC：精简指令集。Opcode: 操作码表示的是要执行的指令。Chapter 5ISA：指令系统体系结构，是计算机软件和硬件之间的接口。Endian：位段指的是计算机体系结构中的位序。或者说位段是在计算机中存储一个多字节数据元素时，各个字节的排列方式。The thr
8、ee most basic means to differentiate ISAS：l 堆栈体系结构。l 累加器体系结构。l 通用寄存器体系结构。Fixed length：固定长度，使用这种格式的指令系统会浪费一些存储空间，但是指令执行的速度快。Variable length：可变长度，这种指令系统的译码会变的比较复杂，但是却可以节省存储空间。Reverse polish notation：反向波兰表示法，将算符放在操作数的后面，称为后缀表示法（postfix notation）。Prefix notation：前缀表示法，把算符放在操作数的前面。Infix notation：中缀表示法，将算
9、符放在两个操作数中间。Expanding opcode：扩展操作码代表了一种折中的方案，就是即要求有尽可能多的操作码的数目，又要求采用尽可能短的操作码，所设计的指令长度也比较短。Addressing mode：英文中文获取操作数的方法Immediate addressing立即寻址操作数的数值直接包含在指令中direct addressing直接寻址指令的地址域就是操作数的有效地址register addressing寄存器寻址操作数的数值存放在寄存器中indirect addressing间接寻址地址域指向实际操作数的地址register indirect addressing寄存器间接寻址
10、寄存器包含实际操作数的地址Indexed addressing or based addressing变址寻址或基址寻址通过将地址域的数值与寄存器中的内容相加产生操作数的有效地址Stack addressing堆栈寻址操作数在堆栈中Pipeline：流水线。有些CPU会将取指-译码-执行周期分成一些较小的步骤，其中的某些较小的步骤可以并行执行。这种时间上的交叠可以加快CPU执行速度。小步骤如下（mini-step）：1. 取指令2. 操作码译码3. 计算操作数的有效地址4. 取操作数5. 执行指令6. 存储结果Resource conflict：资源冲突是指令级并行执行过程中要考虑的主要问题。
11、Data dependency：数据关联是指当一条指令的执行尚未结束时，后面某条指令却要求该指令的执行结果作为其操作数。Chapter 6RAM：随机存储器l SRAM：静态随机存储器l DRAM：动态随机存储器SRAM的速度比DRAM的速度更快，但价格更高。ROM：只读存储器Hierarchical memory：存储器分层结构。基本类型：n 寄存器n 高速缓存n 主存储器n 辅助存储器基本术语：l Hit：命中。CPU请求的数据就驻留在要访问的存储器层中。l Miss：缺失。CPU请求的数据不在要访问的存储器层中。l Hit rate：命中率。访问某个特定的存储器层时，CPU找到所需数据的
12、百分比。l Miss rate：缺失率。访问某个特定的存储器层时，CPU找不到所需数据的百分比。l Hit time：命中时间。在某个特定的存储器层时，CPU取得所请求的信息需要的时间。l Miss penalty：命中缺失。CPU处理一次缺失事件所需要的时间。Locality of reference：引用局部性。计算机对存储器的引用常常会有集中成组成簇的形式。Three basic forms：l Temporal locality：时间局部性。最近访问的内容很可能在不久的将来再次被访问。l Spatial locality：空间局部性。对存储器地址空间的访问形成团簇的集中倾向。l Seq
13、uential locality：顺序局部性。访问存储器的指令倾向于按顺序执行。Replacement：置换。在直接映射方式中，如果多个主存储器的数据块争用某个高速缓存块，那么只有一种可能的动作，即将现有的数据块从高速缓存块中踢出，为新的数据块留出存放空间。Replacement policy：置换策略。决定这种置换的算法。l LRU：最近最少被使用l FIFO：先进先出l Random：随机选择Dirty block：高速缓存中的脏块是指已经被修改过的数据块。Write policy：写策略。决定何时更新对应的主存储器数据块来保证与高速缓存块的数据一致性。Two basic write po
14、licy：Write-through：写通策略是指在每次写操作时，处理器会同时更新高速缓存和主存储器中对应的数据块。Write-back：回写。是指只有某个高速缓存块被选择作为牺牲块而必须从高速缓存块中移除时，处理器才更新主存储器中对应的数据块。Virtual memory：虚拟存储器使用硬盘作为RAM存储器的扩充，增加了进程可以使用的有效地址空间。Page file：页文件。在硬盘上保存主存储器的信息块。Paging：分页机制。将主存储器划分成固定大小的块，并且程序也划分成相同大小的块。术语：l Virtual address：虚拟地址。进程所使用的逻辑地址或程序地址。l Physical
15、address：物理地址。物理存储器的实际地址。l Mapping：映射。一种地址变换机制，通过映射可以将虚拟地址转换成物理地址。l Page frame：由主存储器分成的相等大小的信息块或数据块。l Pages：页。由虚拟存储器划分成的信息块或数据块。l Paging：分页。将一个虚拟页从硬盘复制到主存储器的某个页帧的过程。l Fragmentation：存储碎片。变得不能用的存储器单元。l Page fault：缺页。当一个请求也在主存储器中没有找到时所发生的事件。必须将请求页从硬盘复制到存储器。Page table：页表。存储该进程的每个虚拟页的位置。EAT：有效存储时间。是使用命中率与相连存储器层次的相对访问时间产生的加权平均。Chapter 7Amda
