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28 GP

計算機組織(一)

作者:驥哥│2019-09-15 19:13:11│巴幣:554│人氣:4318
今天是第一次在補習班上計算機組織, 因為對於這科目比較不熟,
所以想說把上到的內容大概整理到巴哈上面, 順便做一個紀錄(20190914)

之後有些附圖的部分我再想一下辦法.. 可能會把筆記上面的圖拍照放上來, 有點傷眼請見諒XD

下圖是講計算機大概的架構, 其中計算機組織要探討的為中間畫線的兩個部分。

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>> 基本概念

1. 計算機的commands在高階語言中稱為statements(敘述), 低階語言中稱為instrunctions(指令), 一個高階語言的statement通常都可對應到多個低階語言的instructions

2. instruction set(指令集): 一部計算機所可執行的指令的集合, 稱之。

3. 上課主要是用MIPS這個指令集為主。

4. 若是兩cpu使用相同的instruction set建構而成, 彼此是Compatible(相容)的。

5. ISA(Instruction Set Architecture) 指令集架構
   is an abstraction(抽象規格) that enables different implementations of the smae ISA for
   the processor.
   簡單的說就是設計computer的規格

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>> MIPS簡介

1. 本課程使用MIPS R2000指令集(CISC)做介紹
    關於MIPS的介紹可以參考MIPS

2. CPU一次可以處理的資料量被稱為一個字組(word), 一個字組有可能為16, 32, 64bits
    若是某個CPU可以處理的字組大小為32 bits, 可以稱此CPU為32 bits的CPU,
    根據MIPS R2000所造出來的CPU也是一個32 bits的CPU。

3. 若是一個32 bits的CPU其 general purpose register(一般目的暫存器), ALU 也是32 bits。

4. 指令集的分類, 常見的通常分為精簡指令集(RISC)與複雜指令集(CISC)
    
    大概在1980年之前都是以CISC(複雜指令集)為主, 此類指令集除了基本指令以外,
    也會有一些進階的複雜指令, 因為其複雜性, 所以用少量的instruction即可完成複雜的運算。
    很有利於當初1980年代左右的環境(因為當時memory容量有限), 所以盡可能instruction越
    少越好, 好像還有一個原因是因為當初的編譯器做很爛, 所以很多人都跑來寫組語, 所以為
    了提供較佳的程式設計環境以減輕當初程式設計師的負擔。

    精簡指令集目前佔電腦比較大的比例, 以CPU執行效率為主要考量, 將原先複雜的運算用多
    個簡單的運算代替, 大幅增加了執行效率, 不過缺點是因為指令的數量變多了, 導致記憶體
    占用也較多, 不過跟以往比起來, 現在記憶體容量已經大了很多, 基本上程式執行都沒有問
    題。
    
    *參考資料: 精簡指令集, 複雜指令集

    這部分之後看到新的地方會再補充, 目前也不是說很了解, 如果有錯的地方請多多提點XD

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>> 內儲式程式概念(stored-program or Von Neuman machine)
    
    電腦主要是依照兩個主要原則來建構
        1. 指令要以數字的形式表示。
        2. 要被執行的程式要先放置於記憶體之中, 再由數字的形式被存取。

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>>> 指令集架構ISA

> .Basic Computer Structure(計算機基礎架構):
        共有五個單元, 控制單元(Control Unit), 資料路徑(Datapath), 記憶體(Memory)
                                輸入輸出裝置(I/O)  
其中 Control unit + Datapath 合稱為Processor(處理器) = CPU        
Datapath = ALU + Register
      
>. Memory(記憶體)
常用單位:  
K = 2^10 10^3
M = 2^20 10^6
G = 2^30 10^9
T = 2^40 10^12

Memory中每一個元素都有一個唯一的編號, 稱之為位址(address)。
而Memory中每一個元素的大小固定為1 byte(位元組), 也就是說一個address所指到的
資料大小為1 byte。
一個address指到一個byte資料稱為byte addressing  


上方這圖片大致上講了CPU跟Memory之間的關係, Address line會跟memory說要執行的起始位置, 然後Memory會用dataline傳輸一個字組(word)的資料給CPU, 字組就是CPU的基本存取單位,  我們所用的MIPS R2000的CPU其指令以及資料的長度皆為32bits, 所以說字組也是32bits。

所以說大致流程是-> CPU先給Memory一個起始位置, 然後Memory從起始位置開始, 將一個字組大小的data傳回去給CPU執行。 以MIPS R2000為例, 其字組大小為32bits, 因為Memory裡面每筆資料為8bits, 所以是從起始位置開始 傳4(32 / 8)個位置的data給CPU。

另外MIPS中所有的字組都必須從位元組位址(byte address)為4的倍數放起
此規定稱為對齊(Alignment) , 原因是因為MIPS每次讀取memory裡面的資料是以4個位置為一組, 所以我們有了alignment原則, CPU就可以只花費一次的存取時間即可自記憶體中讀取一個指令。
否則假設我們的指令放在3, 4, 5, 6的位置, 第一次讀取時只有讀到0, 1, 2, 3, 第二次讀取的時候讀取了4, 5, 6, 7這樣才把3456的指令讀取完, 相當的浪費時間。

如下圖所示。



這邊要解釋一下, 若是我們的記憶體容量為2^32byte, 如果是以byte address的方法可由0編至2^32-1, 而字組的位元組位址則為0, 4, 8...2^32-4, 4的倍數為一單位。

剩下就之後在補充啦XD 等下星期上完課如果有時間還是會整理一下, 上面文章如果有錯的話麻煩大大鞭小力一點

   
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留言共 13 篇留言

烤飯糰大師
字好漂亮>////<

09-15 19:28

驥哥
感覺我有時候還沒想好排版就給他寫下去XD 到最後發現位置不夠09-15 19:29

給GP...以後就靠你了

09-15 19:30

驥哥
ㄚ傑一起加油 我昨天才開始碰== 進度非常不妙09-15 19:31
❖十代目霸王❖
聖經⋯

09-15 19:34

驥哥
我記得ㄋ也在準備研究所 一起加油吧XD09-15 19:43
歲月虛空
已跪 收藏

09-15 20:54

驥哥
裡面應該滿多地方寫得不太清楚 還要請大大補充ㄌ
09-15 20:56
Yotsuba
感謝霸的筆記 推

09-15 21:32

驥哥
只是做個紀錄哈哈 做的過程中也可以記住滿多東西ㄉ
09-16 07:53
已經改掉暱稱的米奇
先跪= =
我記得我計組看不到一章就放棄ㄌ...

09-15 21:40

驥哥
我自己看應該也看不懂XD
09-15 22:09
憂鬱肥宅
我超懶的寫筆記 我都看他課本而已

09-15 22:19

驥哥
我有時候也會懶得抄XD 但是還是比較習慣自己整理ㄉ
09-15 22:53
廢物敗類窩囊廢BBQ
窩估計四上才會補習 延畢半年 到時候靠ㄋㄉ筆記ㄌ><

09-17 19:43

驥哥
豪 一起加U 這樣是跟我同時考ㄇ
09-17 19:48
驥哥
我一直以為你大四ㄌ
09-17 19:53
廢物敗類窩囊廢BBQ
窩現在大三r 雖然年紀是大四

09-17 19:57

凸囧凸
根本中文版聖經,雖然我才大三,想問一下有作業系統嗎?

10-07 05:53

驥哥
對ㄅ起, 因為樓主的怠惰 所以更新的很慢== 作業系統現在還沒上到耶XD10-07 08:12
朝輝夕嵐
霸><

06-07 11:37

永遠18歲的永恆等待
霸><

12-16 02:59

派大星教授死掉了咩噗
可是Intel x86 x64是超級複雜CISC (滑稽臉

01-08 18:27

我要留言提醒:您尚未登入,請先登入再留言

28喜歡★leichitw 可決定是否刪除您的留言,請勿發表違反站規文字。

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