计算机体系概论
计算机概念冯.诺伊曼模型指令周期
存储器设计ISA与汇编语言程序跳转TRAP和子程序中断驱动和轮询中断返回中断使能机制I/O传输的管理能力
计算机概念
重要的思想：我们用语言来描述的一个问题，计算机如何通过电子运转来解决这个问题？‘
7级转换层次通用语言将问题提出算法描述（流程化、步骤清晰）语言（编程语言，通常指高级语言）机器（ISA）结构（程序和计算机硬件之间接口）微结构（实现的具体组织）电路（逻辑电路，如加法器、锁存器等）器件（MOS管、电阻、电容等）
冯.诺伊曼模型
图一 冯诺依曼模型图
五个组成部分：内存、处理单元、输入单元、输出单元、控制单元;
指令周期
指令的处理过程是在控制单元的控制下，精确地、一步一步地完成。 主要包括如下6个步骤： 1 取指令；从内存中读取下一条待执行的指令。 1) 将PC中的值装入MAR寄存器；2) PC++； 3)将该地址中的内容存入MDR寄存器； 4) 控制单元将MDR内容装入IR寄存器； 2 译码；分析检查指令的类型，依据操作码确定指令想干什么。 3 地址计算；如果指令执行存在地址计算操作，则在此节拍完成。 （依据寻址方式而定） 4 取操作数；指令包括操作码、 源操作数、目标操作数三部分 。该节拍负责读取指令所需要的源操作数。 5 执行； 负责指令的执行，主要在处理单元完成。 6 存放结果；将之前节拍的结果写入目的寄存器。
存储器设计
图二 存储器结构图
ISA与汇编语言
图三 ISA组织架构
图四 数据搬移指令
图五 控制指令
图六 汇编指令
在通用寄存器结构中：根据操作数来源的不同，又进一步可分为寄存器-存储器型结构和寄存器-寄存器型结构; 在堆栈型结构中，操作数都是隐式的，需通过pop/push指令访问存储器，将堆栈的栈顶和次栈顶中的数据运算后写入栈顶; 在累加器型结构中，一个操作数是隐式的，即累加器，另外一个是显式给出的，是一个存储单元，运算结果送回到累加器;
程序跳转
打破程序依据PC++方式顺序执行方式的操作：条件跳转，无条件跳转，子程序（函数），TRAP，中断返回。 条件跳转：处理器通过检测条件码寄存器来决定是否修改PC寄存器内容，通常有跳转范围的限制； 非条件跳转：可以使程序执行流跳转到内存空间的任何位置；
TRAP和子程序
由于硬件寄存器是不允许用户级程序员读写，其是有特权的。TRAP指令的任务是改变PC的内容，使其指向操作系统所在的空间，即以当前用户程序的身份跳转至操作系统的某个代码入口开始执行，从而激活了操作系统的服务调用。 下面以LC-3计算机为例，其地址线16位，对应内存空间如下所示：
图七 LC-3内存映像图
图八 使用TRAP指令调用OS的服务程序
服务程序：由操作系统提供，以用户身份执行； 服务程序的起始地址：位于陷入矢量表中； TRAP指令：用户程序希望操作系统以用户身份执行某个特定的服务程序，并在执行结束后将控制权返回； 链接：通过链接返回到用户程序； TRAP指令执行过程： 1 将8位的陷入矢量零扩展为16位，并装入MAR，它代表某个陷入矢量表项的地址； 2 通过MAR将表项内的内容读入MDR； 3 将当前PC值存入通用寄存器内，以实现用户程序的链接机制； 4 将MDR中的内容装入PC，调用服务程序； 5 在服务程序内通过跳转指令，跳转返回到用户程序中；
中断驱动和轮询
两者区别：谁控制这个交互 以键盘和CPU之间的交互为例： 如果由键盘来控制交互，则处理器只顾做自己的事情，当键盘数据准备好时，它会主动通知处理器来执行。这种由外设控制的交互方式称为：中断驱动； 如果该交互方式由处理器控制，则处理器必须不断读取，测试状态寄存器的内容，直到ready位被置位，从而读取数据。这种交互方式下，处理器必须反复查询I/O状态位，费时费力。
中断返回
主要包括两部分： 1 中断使能机制，即I/O设备如何通知处理器；产生中断信号，中止当前程序； 2 传输机制，即I/O数据如何在处理器和设备之间传送；处理器处理该中断请求；
中断使能机制
是否能够中断处理器，必须具备以下几个条件： 1 I/O设备自身确实需要服务；即通过设置I/O状态和数据寄存器的ready来表示“请求服务”； 2 设备有请求服务的权限；处理器通过设置“中断使能标志位”来控制I/O设备是否有上报中断的权限； 3 设备中断请求的优先级高于当前处理器所运行程序的优先级；即中断请求比当前运行程序更紧迫； 4 对中断信号检测；在指令周期6个节拍中，在最后一个存放结果节拍的同时检测中断测试信号INT，如果变化，则改变PC值，进入中断服务程序，如果没有变化，则PC值加1，进入下一个指令周期；
I/O传输的管理能力
1 首先要做的是保存当前程序执行的状态，以使得中断处理程序返回时，能从当前的程序执行； 2 装载中断服务程序的工作状态，开始中断请求服务； 以LC-3为例：被中断程序的状态保存主要指PC和PSR寄存器。 PC寄存器：下一条待执行指令所在的内存地址； PSR寄存器： 如图所示：PSR[15]代表程序运行模式；PSR[10:8]代表正在执行程序的优先级； PSR[2:0]代表条件码； 将这两个寄存器的值被压入超级用户栈。 以上为个人整理理解，如有错误和补充，请批评指正。