408 计算机组成原理 · 知识图谱

补码 ↔ ALU运算

补码将减法统一为加法，简化ALU硬件设计，是ALU能够高效运算的数学基础。

Cache ↔ 主存层次

Cache-主存层次解决CPU与主存速度不匹配问题，主存-辅存层次解决存储容量问题，共同构成存储层次体系。

虚拟存储器 ↔ 分页

虚拟存储器的核心是分页机制。页表实现逻辑地址到物理地址转换，缺页中断加载所需页面。

指令格式 ↔ 寻址方式

指令格式中的地址码字段决定了寻址方式。不同寻址方式对应不同的有效地址计算方法，影响指令执行效率。

数据通路 ↔ 指令周期

指令周期的每个阶段都需要数据通路支持。数据在寄存器、ALU、存储器间的流动路径直接影响CPU效率。

流水线 ↔ 冒险处理

流水线带来的主要挑战就是各类冒险。结构/数据/控制冒险若不处理将导致流水线停顿，严重影响性能。

总线 ↔ DMA

DMA控制方式需要占用系统总线进行数据传输。DMA通过总线请求/响应机制获得总线控制权，实现高速外设与主存的数据交换。

中断 ↔ I/O控制

中断是程序中断I/O方式的核心。CPU响应中断请求后执行中断服务程序，完成数据传送，返回原程序继续执行。

浮点 ↔ IEEE 754

IEEE 754是浮点数表示的国际标准。规定了单精度(32位)和双精度(64位)的阶码、尾数、符号位分布及各种特殊情况。

TLB ↔ Cache

两者都基于程序局部性原理，都是高速缓存思想的具体应用。TLB缓存页表项，Cache缓存指令和数据，共同构成存储层次。

微程序 ↔ 硬布线

两种控制单元设计方法。微程序控制器用微指令序列实现控制，灵活但慢；硬布线用组合逻辑，快速但复杂不灵活。

总线仲裁 ↔ 集中式/分布式

总线仲裁决定哪个设备获得总线控制权。集中式(链式/计数器/独立请求)vs分布式，各有优缺点。