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    千次阅读 2018-06-06 09:00:56
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  • 408 考研真题】大小端 & 边界对齐存储

    千次阅读 多人点赞 2019-04-08 05:49:32
    文章目录一道 408 考研真题顺序存储的方式:大端法和小端法C 语言中的边界对齐存储参考资料 一道 408 考研真题 【答案】D 【解析】 从答案可以看出,先要将 273 转换成 16 进制。a = 273 = 0x00000111。其中,1 位...

    一道 408 考研真题

    在这里插入图片描述
    【答案】D

    在这里插入图片描述

    【解析】从选项可以看出,先要将 273 转换成 16 进制。a = 273 = 0x00000111。其中,1 位十六进制数等于 4 位二进制数,而题目给出,按字节(1 字节 = 8 位)编址。又因为是采用小端存储,即先存放低位,内存图如下:
    在这里插入图片描述
    a来说,0x 00 00 01 11,其中,11 是低位,故存储顺序为:11 01 00 00。而 bchar类型,长度为 8 位(1 字节),所以接着a的内存,继续放b。那为什么不继续放c呢?

    因为题目给出数据按边界对齐存储。对于 C 语言中的边界对齐存储,要求如下,即对于存放某长度为 m 字节的数据,存放首地址需为m 字节的整数倍,同时,结构体整体的大小是最大成员长度的整数倍。

    对于地址0xC00D,D 转换成十进制为 13,不整除 c(2 字节),故往后放。综上,答案选 D。

    顺序存储的方式:大端法和小端法

    大端法(big endian):先存高位

    小端法(little endian):先存低位
    在这里插入图片描述
    当然,上述的高、低位是相对于数值类型对象的。如果广义成一个二进制对象,大端法对应的就是从头到尾存储,小端法就是从尾到头。

    C 语言中的边界对齐存储

    内存对齐,也叫边界对齐(Boundary Alignment),是处理器为了提高处理性能而对存取数据的起始地址所提出的一种要求。编译器为了使我们编写的C程序更有效,就必须最大限度地满足处理器对边界对齐的要求。

    要求如下,即对于存放某长度为 m 字节的数据,存放首地址需为m 字节的整数倍,同时,结构体整体的大小是最大成员长度的整数倍。

    在这里插入图片描述

    从处理器的角度来看,需要尽可能减少对内存的访问次数以实现对数据结构进行更加高效的操作。为什么呢?因为尽管处理器包含了缓存,但它在处理数据时还得读取缓存中的数据,读取缓存的次数当然是越少越好!

    如上图所示,在采用边界对齐的情况下,当处理器需要访问a_变量和b_变量时都只需进行一次存取(图中花括号表示一次存取操作)。若不采用边界对齐,a_变量只要一次处理器操作,而b_变量却至少要进行两次操作。对于b_,处理器还得调用更多指令将其合成一个完整的 4 字节,这样无疑大大降低了程序效率。

    参考资料

    [1] https://blog.csdn.net/Runner_of_nku/article/details/82883245
    [2] https://blog.csdn.net/acs713/article/details/25040389

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  • 408考研精讲笔记 基于唐朔飞 --《计算机组成原理》

    计算机组成原理与思维导图(一)

    408考研精讲笔记 基于唐朔飞 --《计算机组成原理》
    
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    附:
    【408考研笔记】计算机组成原理与思维导图(二)第二章 数值数据的表示
    【408考研笔记】计算机组成原理与思维导图(三)第三章 指令系统

    第一章 计算机系统概论

    一、计算机系统概论

    1、计算机的组成

    组成:通常是由 硬件系统软件系统组成。计算机组成指的是 计算机 系统结构 的逻辑实现,

    (一) 硬件系统和软件系统

    硬件系统:指计算机的实体部分,由控制器运算器存储器输入设备输出设备 组成。

    软件系统:又分 系统软件应用软件,常用的系统软件为操作系统语言处理程序等。软件系统则有文件处理系统等软件。

    (二) 系统结构的分类

    冯诺依曼系统结构:以 运算器 为中心,包括存储器控制器输入设备输出设备

    现代计算机系统结构:以 存储器 为中心,引出组成由 CPU主板硬盘内存外存机箱电源输入设备和输出设备

    CPU:由运算器、控制器组成(现代的CPU还有存储器在上面)

    内存:又称内存储器和主存储器,一般作用在CPU上

    外存:一般指的是硬盘、U盘、光盘、软盘

    (三) 系统的层次结构

    应用程序-高级语言-汇编语言-操作系统-指令集架构层-微代码层-硬件逻辑层

    (四) 思维导图

    如图
    计算机组成.png

    2、计算机系统工作过程

    工作步骤:(1)建立数学模型 (2)确定计算方法(3)编制解题程序

    如:ax^2+bx+c在计算机中的运行过程

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    各种英文代号解释

    CPU:(Central Processing Unit)中央处理器
    I/O设备:(Input/Output Equip-ment)输入,输出设备
    MM: (Main Memory)主存储器
    ALU: (Arithmetic Logic Unit)算数逻辑单元
    ACC:(Accumulator)累加器
    MQ:(Multiplier-Quotient Register)乘商寄存器
    X:操作数寄存器
    PC:(Program Counter)程序计数器
    IR:(Instruction Register)指令寄存器
    CU:(Control Unit)控制单元
    MAR:(Memory Address Register)存储器地址寄存器,反映单元个数
    MDR:(Memory Data Register)存储器数据寄存器,反映字长
    

    总结:由控制器执行操作,从存储器中获取指令地址通过指令地址从存储器中获取到数据最后通过运算器进行运算。

    3、总线

    总线 是信号的 公共传输线,是连接计算机系统内各个部件的
    信息传输线 ,是各部件 的传输介质

    (一) 发展过程及结构

    面向CPU的双总线:这种结构在I/O设备与主存交换信息是仍然要占用CPU,因此还会影响CPU的工作效率。

    单总线结构(系统总线):只有一组总线,当都要占用总线时,就会发生冲突。

    以存储器为中心的双总线结构:由单总线基础上,在CPU与主存之间连接一条存储总线。

    (二) 分类

    片内总线:芯片内部的线。

    系统总线:计算机各部件之间的信息传输线
    (1)数据总线(双向):传输数据信息
    (2)地址总线(单向):指出在数据总线上数据在主存单元I/O设备 的地址
    (3)控制总线(单向,双向):发出各种控制信号监视 各部件状态。

    通信总线:用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统(外部系统) 传输方式:串行通信并行通信

    (三) 思维导图

    如图
    在这里插入图片描述

    4、计算机的主要性能指标

    计算机主要的性能指标描述了一台计算机的性能,性能指标分为 非时间指标时间指标

    (一) 非时间指标

    ① 字长

    【字长】是指计算机参与运算的数的基本位数,它的 位数 是由 加法器寄存器 所决定的 。字长越长,计算的精度就越高。常见的有32位或64位。

    ② 数据通路宽度

    【数据通路宽度】数据通路宽度 ,又称 外部数据总线宽度 ,即 数据总线 一次能 并行处理 的最大信息位数。一般指 运算器存储器 之间的数据总线的位数。

    ③ 主存容量

    【主存容量】一个 存储器 所能 存储全部数据的 信息量大小。

    ④ 存储带宽

    【存储带宽】单位时间内与 主存 交换的二进制 位数 B/s

    (二) 时间指标

    ① 吞吐量

    【吞吐量】吞吐量 是指系统 在单位时间内请求处理的数量。

    【影响吞吐量的因素】:CPU消耗IO接口消耗外部接口消耗。对应消耗越高,吞吐量越低。反之

    ② 响应时间

    【响应时间】响应时间是指系统 对请求作出响应的时间。

    【响应时间包括】响应时间包括 CPU的响应时间 (运行一个程序所花费的时间)与 等待时间(磁盘访问、存储器访问、I/O操作) 的总和。

    ③ CPU主频和CPU时钟周期

    【CPU主频和CPU时钟周期】CPU的主频又称时钟频率,表示在CPU内数字脉冲信号振荡的速度。而 主频倒数 就是CPU的时钟周期。这是CPU最小的时间元素,每个动作至少需要一个时钟周期。

    ④ CPI和IPC

    【CPI】执行一条指令所用的 时钟周期数

    【IPC】每个时钟周期执行的 指令数
    (在现代常用IPC来表示CPI参数)
    在这里插入图片描述

    ⑤ CPU执行时间

    【CPU执行时间】主频与外频的倍数 =主频/外频
    在这里插入图片描述

    ⑥ MIPS和MFLOPS

    【MIPS】Million instructions per second,每秒执行多少条
    指令/百万
    在这里插入图片描述
    【MFLOPS】Million Floating-point Operations per Second,每秒百万个浮点操作。
    在这里插入图片描述

    (三) 思维导图

    如图
    在这里插入图片描述

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  • 408考研精讲笔记 基于唐朔飞 --《计算机组成原理》

    计算机组成原理与思维导图(三)

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    【408考研笔记】计算机组成原理与思维导图(一)第一章 计算机系统概论
    【408考研笔记】计算机组成原理与思维导图(二)第二章 数值数据的表示

    第三章 指令系统

    一、基本概念

    基本概念: 指令指令系统 是计算机最基本的概念,指令计算机执行某些操作的 代码。一台计算机 所有指令的集合 构成该机的指令系统,也称 指令集

    指令本质上都是机器语言,也就是字节

    单字长指令 为一个字节,双字长指令 为为两个字节。

    二、指令格式

    1、机器指令的基本格式

    一条指令就是机器的一条语句,它是一组有意义的二进制代码,指令的基本格式。指令的选择和确定不仅涉及 操作码字段地址码字段 还涉及 指令长度如下
    在这里插入图片描述

    (一) 操作码字段

    操作码: 指明了指令 操作性质功能

    (二) 地址码字段

    地址码: 给出了 操作数地址

    (三) 指令长度

    指令长度: 指令长度是指一段二进制指令代码的 位数 。它的长度取决于 操作码字段 的长度、操作数地址的个数、长度

    (四) 半字长指令长度

    半字长指令长度: 指令长度 = 半个机器字长的指令

    PS: 机器字长是指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数

    (五) 单字长指令长度

    单指令长度: 指令长度 = 一个机器字长的指令

    单字长指令 为一个字节

    (六) 双字长指令长度

    双指令长度: 指令长度 = 两个机器字长的指令

    双字长指令: 为两个字节

    (七) 定长指令字结构

    在一个指令系统中,所有指令的长度都是 相等 的。

    (八) 变长指令字结构

    在一个指令系统中,所有的指令系统长度因功能 而异

    2、地址码结构

    例如:对于一般的 双操作数运算类 指令而言,除了操作码外,指令还应包含地址码。
    指令 = 操作码 + 地址码。 地址最多分为四条:
    在这里插入图片描述
    在指令中明显地给出的地址称为 显地址

    在指令中用隐含的方式给出的地址称为 隐地址

    又因为 指令 所含地址个数的不同分为 类 地址指令。

    (一) 四地址指令

    四地址指令 即有四个显地址 的指令。
    指令格式 如下
    在这里插入图片描述
    指令的含义 如下
    在这里插入图片描述
    Ai表示地址,(Ai)表示取出地址中的操作数

    至少访问 5次 主存,第一次取指令,第二次取第一操作数,第三次取第二操作数,第四次取保存操作结果,第五次取下一指令执行地址。

    缺点:指令长度太长

    (二) 三地址指令

    三地址指令 即有三个隐地址 的指令。

    地址不明显给出,而是使用 程序计算器PC 来存放指令地址。

    PC (Program calculate )

    通常每执行一条命令,PC就自动加1,并从计算器PC中取出下一条地址。 这样就可以直接得到下一条的指令地址。而不用每次都从主存中取出指令。

    指令格式 如下
    在这里插入图片描述
    指令含义 如下

    在这里插入图片描述
    至少访问 四次 主存,第一次取指令,第二次去第一操作数,第三次取第二操作数,第三次保存运算结果。

    缺点:虽去除一个地址,但地址仍然很长,只在大型机器上使用,小型的很少使用了。

    (三) 二地址指令

    二指令地址 即 有两个显地址 的指令

    指令格式 如下
    在这里插入图片描述
    在三地址指令的基础上,第一操作数同时兼作存放结构的地址

    同样也至少访问4次地址。

    (四) 一地址指令

    一地址指令 即只有一个显地址 的指令。

    指令格式 (其中OP表示具体操作) 如下
    在这里插入图片描述
    指令含义 如下
    在这里插入图片描述

    只需要访问两次主存,第一次取指令本身,第二次取第二操作数。

    隐含的操作数 在专门的寄存器中 取出(累加寄存器ACC)

    第一操作数在 acc中

    A1属于第二操作数

    (五) 零地址指令

    即只有 操作码字段而没有地址码字段的指令

    指令格式 如下
    在这里插入图片描述

    (六)不同地址数的指令特点和适用场景

    如图
    在这里插入图片描述

    3、操作码结构

    计算机系统每一条指令都有一个唯一确定的 操作码 ,指令不同,其 操作码的编码 也不同。一般都希望用最短的操作码去表达全部的指令。根据 指令操作码的编码 不同可以将操作码分成 规整型非规整型 两类。

    (一) 规整型(定长编码)

    这是一种最简单的编码方式,操作码的 位数位置 是固定的。

    假定指令系统 共有 m 条指令,指令中 操作码字段的位数是 n位
    则有规定 如下
    在这里插入图片描述

    (二) 非规整型(变长编码)

    变长编码的 操作数字段 的位数是不固定的,且分散在指令字的 不同位置上 、这种方式能够有效地压缩 操作码字段 的 平均长度。

    **要解决的问题:**显然 操作数字段位数位置 不固定将增加指令 译码分析 的难度。为了解决这一个问题最常用的方式是使用 扩展操作码法 去进行 变长编码

    ① 扩展操作码法原理

    在一条指令上,操作码字段地址码字段长度 在某种意义上是相互制约的。为了解决这一矛盾,通常 让 操作数地址 个数多的指令(如三地址指令)的 操作码字段 尽量短些,操作数地址 个数少的指令的 操作码字段 尽量长些。

    即操作数地址多的指令操作码短,操作数地址多的指令操作码长些。

    这样一来就能充分地利用的指令的各个字段,又能在不增加指令长度的情况上 扩展操作码 的位数,使它能表达更多的指令。

    ② 举例应用

    举例 如下
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    承上启下
    在这里插入图片描述

    三、寻址技术

    所谓寻址就是寻址 操作数的地址下一条要执行的指令 地址

    寻址技术 包括 编址方式寻址方式

    1、编址方式

    在计算机之中,编址方式 是对各种 存储设备 进行编码的方式。

    ① 编址

    ② 编址单位

    2、寻址方式

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  • 408考研知识总结分析

    2020-08-01 15:10:31
    MY FIRST CSDN 第一次写文章,现在正在考研,以后会把每天学到的知识分享到这里,许愿考研成功,啊,我太难了
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