硬件原理总结与归纳

一基于总线结构的计算机

冯体系结构：

1.二进制形式表示指令和数据。

2.程序和数据事先放在存储器中，计算机在工作时能够高速地从存储器中取出指令。

3.五大部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

总线：计算机中各个功能部件传送信息的公共通道

地址总线：在对存储器或io端口进行访问时，传送由cpu提供的要访问存储单元或

io端口的地址信息。（单向总线）

数据总线：从存储器取指令或读写操作数的信息通道（双向总线）

控制总线：各种控制或者状态信息通过控制总线由cpu送往有关部件，或者从有关部

件送往cpu（双向总线）

Cpu各种寄存器

指令寄存器（IR）：用来存放从存储器取出的将要执行的指令码

程序计数器（pc）：程序计数器有时也被称为指令指针（ip），它被用来存放下一条要执行

指令所在存储单元的地址。

地址寄存器（AR）：地址寄存器用来存放正要取出的指令的地址或操作数的地址。数据缓冲寄存器（DR）:数据缓冲寄存器用来暂时存放指令或数据。

标志寄存器（flag）：也被称之为程序状态字（PSW）它用来存放执行算术运算指令，逻辑

运算指令或测试命令后建立的各种状态吗内容以及对cpu操作进行控

制的控制信息

标志寄存器（flag）标志位：

CF：进位标志位，当无符号数进行加减运算时，若最高位发生进位或借位，CF=1，否者

CF=0

OF：溢出标志位，当有符号数进行运算时，若计算结果所能表示的范围称之为溢出，有溢出OF=1，无溢出OF=0

SF：符号标志位，当有符号数进行运算时（无符号数无意义），若计算结果最高位为1则SF=1否则为0

PF:奇偶标志位，当指令执行结果的低八位中含有偶数个1时，PF=1否则为0

AF:辅助进位标志位，当执行一条加法或减法运算指令时，若结果的低字节的低四位向高四位有进位或借位，则AF=1,否者为0.

ZF:零标志位，若当前的运算结果为0，则ZF=1，不为0则ZF=0。

控制标志位：

TF：跟踪标志位。

IF：中断允许标志位

DF：方向标志位

计算机中周期概念：执行么些操作需要的时间

指令周期：是指执行一条指令所占用的全部时间，一个指令周期通常含1~4个机器周期。总线周期：通常把CPU通过总线对微处理器外部（存贮器或I/O接口）进行一次访问所

需时间称为一个总线周期。

时钟周期：又称状态周期，是震荡周期的两倍，每个时钟的前半周期完成算数逻辑操作，

在后半周期，内部寄存器与寄存器间的传输一般在此状态发生。

8086存储器管理：实地址、保护方式

实地址：用20位的实地址来对内存的访问

保护方式：虚拟存储器：是一种存储器管理器技术，它提供比物理内存大得多的存储空

间，是程序设计人员在编写程序时，不用考虑计算机内存的实

际容量。

在保护方式下，使用逻辑地址（段选择器：偏移地址）此时逻辑地址和物理地址之间不存在直接的数学关系。

二、计算机中的数制和编码

1._进制换成十进制：

例如：1101.11B=123+122+021+120+12-1+12-2=13.75（D）

位权乘以这个位置上的数逐位计算并相加，最后得出十进制数

2.十进制转换成_进制

例如：13.75：整数部分除二取余余数倒立，小数部分乘以二取整，整数正立~1101.11

3.二进制与十六进制转换

规则，四个为一位合并成一位十六进制数

例如：.01011B=0110,1110.0101,1000=6E.58H

4.真值，原码，反码，补码

真值：把一个数及其符号位在机器中的一组二进制数表示形式称为“机器数”也叫真值。原码：正数的原码等于真值，负数的原码等于符号位变1，其他位不变。

反码：正数原码等于反码，负数反码是除了符号位外，其余各位求反。

补码：正数的补码等于原码，负数的补码是除了符号位外，数值为按位取反，末尾加一。特殊：0的原码：①00000000

②10000000

反码：①00000000

②11111111

补码：00000000

！！原码和反码对于0的补码有两种形式

补码变真值：[_]原=[[_]补]补

5.补码的加减运算

[_]补+[y]补=[_+y]补

[_]补-[y]补=[_]补+[-y]补=[_-y]补：[y]补->[-y]补连同符号位在内全部取反末位加一

6.信息的编码

BCD码：非压缩型BCD:用8位表示一个1位十进制数，高四位是总是0000。

例如：10:10

11:11

压缩型BCD:用4位表示一个1位十进制数

例如：1：00000001

2：00000002

三、硬盘各项参数

记录面：磁盘片的表面

磁道：记录面上的一系列的同心圆

特点：每个磁道的存储容量均相同

柱面：不同盘片的相同磁道构成的一个柱面

特点：柱面数和每面的磁道数相等

扇区：同心圆上的一段磁道区域（每个扇区的存储容量相同都为512字节）

存储密度：有道密度（有多少个道），位密度（存储多少位的数据），面密度（位密度和道

密度的乘积单位：位/平方英寸）

存储容量：一个磁盘存储器所能存储的字节总数

平均存储时间：从发出读写命令后，磁头从某一起始位置移动至新的记录位置，到开始从

盘片表面读出或写入信息所需要的时间

数据传输率：磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数

数据传输率与存储设备与主机接口逻辑有关

设磁盘旋转速度为每秒n转，磁道容量为N个字节则数据传输率DR=nN(B/S)设某磁道位密度为D字节/英寸，磁盘转速为V英寸/秒：dr=dv（字节/秒）

四、内存储器

1.主存与cache之间的地址映像：将内存和cache之间建立一个地址关系，若cpu将要访问

的数据在cache中存在则访问cache以节约时间。

Cache：高速缓冲存储器：主要用来解决主存速度低的问题

直接映像：一个主存块只能映像到cache中某一个特定块地址。

可以说：一一对应。

全相联映像：主存中的每一个块都可映像到cache的任何块中的地址映像方式可以说：一对多（一：内存，多：cache）

组相联映像：主存中的存储块可以调入cache中一个指定组的任意一块。

2.内存容量：一个半导体存储器芯片的存储容量是指存储器可以容纳的二进制信息量

以储存器中储存地址寄存器MAR编址数与存储位数的乘积表示，M位地址总线、N位数据总线的半导体存储器的存储容量为：2M_N位

3.内存扩展

位扩展：是指存储芯片的字数满足要求而位数不够，需对每个存储单元的位数进行扩展。子扩展:用于存储芯片的位数满足要求而字数不够的情况，是对存储单元数量的扩展。字位同时扩展：以上结合。需要芯片公式：（M/M1）（N/N1）