2022年的小伙伴们正在积极备考，大多数考生对计算机综合（408）考研知识点都感到很茫然。研学长为大家按照2020年考研大纲的考察目标对计算机综合（408）考研知识点进行了系统化的整合。下面，各位考生就跟着研学长一起了解一下“2022年计算机（408）考研：计算机组成原理知识点汇总（下）”，希望能给各位考生带来帮助。
考研-计算机综合（408）-知识点08-微程序控制器
(1)微程序、微指令和微命令
在计算机中，一条指令的功能是通过按一定次序执行一系列基本操作完成的，这些基本操作称为微操作。例如，前面讲到的加法指令，分成四步(取指令、计算地址、取数、加法运算)完成，每一步实现若干个微操作。实现这些微操作的控制命令就是微命令。
微操作是指最基本的、不可再分的操作，如前面提到的：
PC→AB; W/R=0; DB→IR等。
PC→AB等就是微命令。
微指令：在微程序控制的计算机中，将由同时发出的控制信号所执行的一组微操作称为微指令，所以微指令就是把同时发出的控制信号的有关信息汇集起来而形成的。将一条指令分成若干条微指令，按次序执行这些微指令，就可以实现指令的功能。组成微指令的微操作又称微命令。
微程序：计算机的程序由指令序列构成，而计算机每条指令的功能均由微指令序列解释完成，这些微指令序列的集合就叫做微程序。
(2)微指令的编码方式
直接控制法:在微指令的控制字段中，每一位代表一个微命令，在设计微指令时，是否发出某个微命令，只要将控制字段中相应位置成“1”或“0”，这样就可打开或关闭某个控制门，这就是直接控制法。
字段直接编译法:在计算机中的各个控制门，在任一微周期内，不可能同时被打开，而且大部分是关闭的(相应的控制位为“0”)。所谓微周期，指的是一条微指令所需的执行时间。如果有若干个(一组)微命令，在每次选择使用它们的微周期内，只有一个微命令起作用，那么这若干个微命令是互斥的。选出互斥的微命令，并将这些微命令编成一组，成为微指令字的一个字段，用二进制编码来表示， 就是字段直接编译法。
字段间接编译法:字段间接编译法是在字段直接编译法的基础上，进一步缩短微指令字长的一种编译法。 如果在字段直接编译法中，还规定一个字段的某些微命令，要兼由另一字段中的某些微命令来解释，称为字段间接编译法。
(3)微地址的形式方式
微程序入口地址的形成:<1>一级转移方式
当操作码的位数与位置固定时，可直接使操作码与入口地址的部分位对应。
<2>多级转移方式
先按照指令类型标志转移到某条微指令，以区分出是哪一大类，然后可以进一步按指令操作码转移，区分出是该指令中的哪一类具体操作。
微程序后继地址的形成:<1>以增量方式产生后继微地址。在顺序执行微指令时，后继微地址由现行微地址加上一个增量(通常为1)形成的;而在非顺序执行时则要产生一个转移微地址。
<3>增量与下址字段结合产生后继微地址
将微指令的下址字段分成两部分：转移控制字段BCF和转移地址字段BAF，当微程序实现转移时，将BAF送µPC，否则顺序执行下一条微指令(µPC+1)。
考研-计算机综合（408）-知识点09-指令流水线
1. 指令流水线的基本概念
(1)流水线基本原理
流水线技术是一种显著提高指令执行速度与效率的技术。方法是：指令取指完成后，不等该指令执行完毕即可取下一条指令。
如果把一条指令的解释过程进一步细分，例如，把分析、执行两个过程分成取指、译码、执行、访存和写回寄存器五个子过程，并用五个子部件分别处理这五个子过程。
这样只需在上一指令的第一子过程处理完毕进入第二子过程处理时，在第一子部件中就开始对第二条指令的第一子过程进行处理。随着时间推移，这种重叠操作可达到五个子部件同时对五条指令的子过程进行操作。
(2)影响流水线性能的因素
在流水线中会出现三种相关，影响流水线的畅通流动，这三种相关是结构相关、数据相关和控制相关。
结构相关是当多条指令进人流水线后，硬件资源满足不了指令重叠执行的要求时产生的。
数据相关是指令在流水线中重叠执行时，当后继指令需要用到前面指令的执行结果时发生的。
控制相关是当流水线遇到分支指令和其他改变PC值的指令时引起的。
(3)流水线性能
流水线的性能通常用吞吐率、加速比和效率3项指标来衡量。
吞吐率:在指令流水线中，吞吐率是指单位时间内流水线所完成的指令或输出结果的数量。
加速比:流水线的加速比是指m段流水线的速度与等功能的非流水线的速度之比。
效率:效率是指流水线中个功能段的利用率。
2. 超标量和动态流水线的基本概念
(1) 超标量
在超标量的处理器结构中，整数和浮点数运算、装入、存储以及条件转移等普通操作指令可以同时启动并独立执行。
超标量流水CPU是指集成了多条流水线结构的CPU，当流水线满载时，每个时钟周期可以完成一条以上的指令。
(2) 动态流水线
流水线按功能可分成单功能流水线和多功能流水线两种。
单功能流水线只完成一种功能。如浮点加法或乘法流水线。
多功能流水线则可完成多种功能，它允许在不同时间，甚至同一时间内在流水线内连接不同功能段的子集来实现不同功能。
流水线按工作方式可分为静态流水线和动态流水线两种。
在静态流水线中，同一时间内它只能以一种功能方式工作。它可以是单功能的，也可以是多功能的。当是多功能流水线时，则从一种功能方式变为另一种功能方式时，必须先排空流水线，然后为另一种功能设置初始条件后方可使用。显然，不希望这种功能的转换频繁的发生，否则将严重影响流水线的处理效率。
动态流水线则允许在同一时间内将不同的功能段连接成不同的功能子集(前提条件是功能部件的使用不发生冲突)，以完成不同的运算功能。显然，动态流水线必是多功能流水线，而单功能流水线则必是静态的。
考研-计算机综合（408）-知识点09-总线
1. 总线的基本概念
总线是连接各个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质，总线上信息的传送分为串行和并行传输。
2. 总线的分类
片内总线：芯片内部的总线
系统总线：计算机各部件之间 的信息传输线
数据总线：双向 与机器字长、存储字长有关
地址总线：单向 与存储地址、 I/O地址有关
控制总线：部分出部分入 控制器控制所有部件
通信总线：用于 计算机系统之间 或 计算机系统，与其他系统(如控制仪表、移动通信等)之间的通信
传输方式：串行通信总线和并行通信总线
3. 总线的组成及性能指标
总线的结构通常分为单总线结构和多总线结构。
单总线结构是将CPU、主存、I/O设备(通过I/O接口)都挂在一组总线上。
多总线结构的特点是将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来，形成主总线与I/O设备总线分开的结构。
总线的性能指标：
（1）总线宽度：数据总线的根数
（2）总线带宽：数据传输率
（3）时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步的称为同步总线，与时钟不同步的称为异步总线
（4）总线复用：一条信号线上分时传送两种信号。
（5）信号线数：地址总线、数据总线和控制总线三种总线数的总和。
（6）总线控制方式：包括突发工作、自动配置、总裁方式、逻辑方式、技术方式等。
（7）其他指标：负载能力、电源电压、总线宽度能否扩展等。
考研-计算机综合（408）-知识点09-总线仲裁
由于总线上连接着多个部件，何时由哪个部件发送信息，如何定时，如何防止信息丢失，如何避免多个设备同时发送，如何规定接收部件等一系列问题都需要总线控制器统一管理，主要包括总线的判优控制(仲裁逻辑)和通信控制。
总线仲裁逻辑可分为集中式和分布式两种，前者将控制逻辑集中在一处(如在CPU中)，后者将控制逻辑分散在总线的各个部件之上。
1. 集中仲裁方式
集中仲裁方式有三种：
(1)链式查询
当一个或多个设备同时发出总线使用请求信号BR时，中央仲裁器发出的总线授权信号BG沿着菊花链串行的从一个设备依次传送到下一个设备，到达离出发点最近的发出总线请求的设备之后就不再往下传。
(2)计数器定时查询
总线上个设备通过总线请求信号BR，发出请求，中央仲裁器接收到请求信号后，在总线忙信号BS为“0”的情况下，让计数器开始计数，计数值通过一组地址线发往各设备。每个设备有一个地址判别电路，如果地址线上的计数值与总线请求设备地址一致，则该设备对BS线置“1”，表示该设备获得了总线使用权，同时中止计数查询。
(3)独立请求方式
每个连接到总线的设备都有一组单独的总线请求信号BRi与总线授权信号BGi。每个设备请求使用总线时，它们各自发出自己的总线请求信号。中央仲裁器中设置了一个专门的排队电路，由它根据一定的优先次序决定优先响应哪个设备的请求，然后给该设备总线授权信号BGi
2. 分布仲裁方式
同集中式仲裁相比，分布式仲裁不需要中央仲裁器，而是让各个主设备功能模块都有自己的仲裁号和仲裁电路。需要使用总线时，各个设备的功能模块将自己的仲裁号发送到共享的总线上，各自的仲裁电路再将从仲裁总线上获得的仲裁号和自己的仲裁号相对比，获胜的仲裁号将保留在仲裁总线上，相应设备的总线请求获得响应。
考研-计算机综合（408）-知识点10-总线操作和定时
目前在总线上的操作主要有以下几种：
（1）读和写
读是将从设备(如存储器)中的数据读出并经总线传输到主设备(如CPU);写是主设备到从设备的数据传输过程。
（2）块传送
主设备给出要传输的数据块的起始地址后，就可以利用总线对固定长度的数据一个接一个的读出或写入。
（3）写后读或读后写
主设备给出地址一次，就可以进行先写后读或者先读后写操作，先读后写往往用于校验数据的正确性，先写后读往往用于多道程序的对共享存储资源的保护。
（4）广播和广集
主设备同时向多个从设备传输数据的操作模式称为广播。广集操作和广播操作正好相反，它将从多个从设备的数据在总线上完成AND或OR操作，常用于检测多个中断源。
所谓定时，是指事件出现在总线上的时间关系。总线常用的定时协议有同步定时方式和异步定时方式
1. 同步定时方式
同步定时方式要求所有的模块由统一的始终脉冲进行操作的控制，各模块的所有动作均在时钟周期的开始产生，并且多数动作在一个时钟周期内完成。
2. 异步定时方式
异步定时方式是一种应答方式或者互锁机制的定时方式。对于异步操作，操作的发生由主设备或从设备的的特定信号来确定。总线上一个事件的发生取决于前一个事件的发生，双方互相提供联络信号。
考研-计算机综合（408）-知识点10-总线标准
总线标准就是系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。
目前流行的总线标准有以下几种：
1.系统总线
（1）ISA----工业标准体系(Industry Standard Architecture)，它是最早出现的微型计算机总线标准，应用在IBM的AT机上。直到现在，微型计算机主板或工作站主板上还保留有少量的ISA扩展槽。
（2）EISA----扩展工业标准体系(Extended Industry Standard Architecture)，主要用于286微机。EISA对ISA完全兼容。
（3）VESA----视频电子标准协会(Video Electronic Standard Association)，是按照局部总线标准设计的一种开放总线，只适合于486的一种过渡标准，已淘汰。
（4）PCI----外围设备互联(Peripheral Component Interconnection)，PCI局部总线是高性能的32位或64位总线，它是专门为高集成度的外围部件、扩充插板和处理器/存储器系统而设计的互连机制。
（5）AGP----是一种新型的视频接口的技术标准，专用于连接主存和图形存储器。AGP总线宽32位，时钟频率66MHz，能以133MHz工作，最高的传输速率可达533Mbps。
2.设备总线
（1）IDE----集成驱动电子设备(Integrated Drive Electronics)，它是一种在主机处理器和磁盘驱动器之间广泛使用的集成总线。绝大部分PC的硬盘和相当数量的CD-ROM驱动器都是通过这种接口和主机连接的。
（2）SCSI----小型计算机系统接口(Small Computer System Interface)，现在这种接口不再局限于将各种设备与小型计算机直接连接起来，它已经成为各种计算机(包括工作站、小型机、甚至大型机)的系统接口。
（3）RS-232----(Recommended Standard-232C)，是由美国电子工业协会EIA(Electronic Industries Association)推荐的一种串行通信总线标准。
（4）USB----USB(Universal Serial Bus)接口基于通用的连接技术，可实现外设的简单快速连接，已达到方便用户、降低成本、扩展微机连接外设范围的目的。
考研-计算机综合（408）-知识点10-只读存储器
前面介绍的DRAM和SRAM均为可任意读/写的随机存储器，当掉电时，所存储的内容消失，所以是易失性存储器。只读存储器，即使停电，所存储的内容也不丢失。根据半导体制造工艺的不同，可分为ROM，PROM，EPROM，E2ROM和Flash Memory
1. 只读存储器(ROM)
掩模式ROM由芯片制造商在制造时写入内容，以后只能读而不能再写入。其基本存储原理是以元件的“有/无”来表示该存储单元的信息(“1”或“0”)，可以用二极管或晶体管作为元件，显而易见，其存储内容是不会改变的。
2. 可编程序的只读存储器(PROM)
PROM可由用户根据自己的需要来确定ROM中的内容，常见的熔丝式PROM是以熔丝的通和断开来表示所存的信息为“1”或“0”。刚出厂的产品，其熔丝是全部接通的。根据需要断开某些单元的熔丝(写入)。显而易见，断开后的熔丝是不能再接通了，因而一次性写入的存储器。掉电后不会影响其所存储的内容。
3. 可擦可编程序的只读存储器(EPROM)
为了能修改ROM中的内容，出现了EPROM。利用浮动栅MOS电路保存信息，信息的改写用紫外线照射即可擦除。
4. 可电擦可编程序只读存储器(E2PROM)
E2PROM的编程序原理与EPROM相同，但擦除原理完全不同，重复改写的次数有限制(因氧化层被磨损)，一般为10万次。
其读写操作可按每个位或每个字节进行，类似SRAM，但每字节的写入周期要几毫秒，比SRAM长得多。E2PROM每个存储单元采则2个晶体管。其栅极氧化层比EPROM薄，因此具有电擦除功能。
5. 快除读写存储器(Flash Memory)
F1ash Memory是在EPROM与E2PROM基础上发展起来的，其读写过程和E2PROM不同，F1ash Memory的读写操作一般是以块为单位。
考研-计算机综合（408）-知识点10-CISC和RISC的基本概念
1.CISC(复杂指令集计算机)
随着VLSI技术的发展，计算机的硬件成本不断下降，软件成本不断提高，使得人们热衷于在指令系统中增加更多的指令和复杂的指令，来提高操作系统的效率，并尽量缩短指令系统与高级语言的语义差别，以便于高级语言的编译和降低软件成本。
另外，为了做到程序兼容，同一系列计算机的新机器和机的指令系统只能扩充而不能减去任意一条，因此，促使指令系统越来越复杂，某些计算机的指令多达几百条。例如，DEC公司的VAX 11/780计算机有303条指令，18种寻址方式，我们称这些计算机为复杂指令系统计算机(complex instruction set computer，简称CISC)。Intel公司的180x86微处理器，IBM公司的大、中计算机均为CISC。
2.RISC(简单指令集计算机)
(1)RISC的产生
1975年IBM公司开始研究指令的合理性问题，IBM的John cocke 提出了RISC的想法。对CISC的测试表明：
最长使用的是一些简单指令，占指令总数的20%，但在程序中出现的频率却占80%。而占20%的复杂指令，为实现其功能而设计的微程序代码却占总代码的80%。CISC研制时间长、成本高、难于实现流水线;因此出现了RIC技术。
(2)RISC的特点
优先选取使用频率最高的一些简单指令;
指令长度固定;
只有取数/存数指令(load/store)访问内存;
CPU中的寄存器数量很多;
大部分指令在一个或小于一个机器周期完成;
硬布线控制逻辑为主，不用或少用微码控制;
一般用高级语言编程，特别重视编译优化，以减少程序执行时间。
(3)RISC的发展
1983年，一些中小型公司开始推出RISC产品，由于其高性能价格比，市场占有率不断提高。1987年SUN公司用SPARC芯片构成工作站;目前一些大公司，IBM、DEC、Intel、Motorola以将部分力量转移到RISC方面。
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