ICS PPT Note 1

计算系统概率PPT笔记1 复习期中

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架构： Application Algorithm and Data Structure Programming Language, Compiler OS/VM ISA (Instruction Set Architecture) Microarchitecture RTL Digital Circuits/Analog Circuits Electonic Devices Physics

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计算机是一个二进制的系统。通过操纵电子进行计算。高电压(高于某个特定值)视为1，低电压视为0.

信息的基本单位是Bit

MOS管：有N和P型 N型MOS管:三个极, #1 , #2 和 Gate 当Gate为1时，连通 当Gate为0时，断开

P型MOS管恰恰相反 当Gate为0时，连通 当Gate为1时，断开

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进制：八进制，二进制，十六进制 无符号整数 有符号整数：

• n个bit，有$2^n$个不同的值

原码(signed Magnitude)：一个符号位，n-1个数值位。有+0,-0,导致空间的浪费 反码(1’s Complement)：正数的反码等于原码。负数的反码等于原码的符号位不变，而数值位取反。 补码(2’s Complement)：反码+1等于补码。 例如3bit

Summary:

每个计算机里面的内容都是一个数字，也就是二进制的0和1. 负数用补码(2’s Complement)来表示 Overflows can be detected utilizing the carry bit 浮点数有特殊的表示法

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a data type includes representation and operations. 对整数的操作： １．　相加 ２．　相减 ３．　带符号扩展(Sign Extension) 例如：0001的8位扩展为0000 0001 而　1001的8位扩展为1111 1001 将sign bit进行扩展

判断overflow:　当输入的两个操作数的符号一致，而和的符号却不一样的时候。即产生了overflow.

小数： 定点数，浮点数

浮点数：IEEE754

S:1bit Exp:8bit Fraction:23bit

1,8,23 S,Exp,Frac

$$ (-1)^S*(1.Frac)*2^{(Exp-127)}, 1\le Exp\le 254 $$

特殊：当指数部分全1，小数部分全0时，表示无穷。符号位为1表示负无穷，符号位为0表示正无穷。浮点正常表示的指数范围为00000001-11111110，即$2^{-126}~2^{127}$ 若指数全为0，则为subnormal number,它表示的指数位仍然是$2^{-126}$，但小数从1.frac变为0.frac,从而可以表示更小的数

Some data types are supported directly by the instruction set architecture.

• For LC-3, there is only one supported data type: 16-bit 2’s complement signed integer
• Operations: ADD, AND, NOT

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晶体管和逻辑门 MOS管：已学习 CMOS: Complementary MOS 使用N和P型的MOS管来构造逻辑门

题目1:构造一个3个输入的NOR门，使用CMOS

记号：

• 在线上面打斜线写4,表示这个线是4位宽的
• 小圈表示否定

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从组合逻辑到时序逻辑 Decoder MUX Full adder(input: A,B,C_in,output: S,C_out) 使用1位的full adder可以构造多位的加法

减法器：使用全加器和补码的原理构造，把输入B取反之后和A相加，加的时候设置全加器的C_in为1(补码要求) 即可

RS锁存器(RS Latch): R:Reset (to be 0) S:Set (to be 1)

为了解决RS锁存器，当R,S同时取1的时候未定义的问题 设计D锁存器

D触发器:俩D锁存器相连，功能：在clk的上升沿读取数据，其他时候保持不变.

表示多位数据: A=10101 A[4:2]=101 A[1:0]=01

Memory: k*m k=2^n个locations 每个位置有m bit 的信息

k: Address Space number of locations (usually a power of 2)

m: Addressability number of bits per location (e.g., byte-addressable)

RAM:(Random Access Memory) Static RAM(SRAM)

• fast, not very dense (bitcell is a latch) Dynamic RAM(DRAM)
• slower but denser, bit storage must be periodically refreshed
• each bitcell is a capacitor (like a leaky bucket) that decays

ROM:(Read Only Memory)