电子运算结构
电子运算结构介绍了数字系统工程。从MOS晶体管开始，本课程逐步说明了一系列构件，包括：逻辑门、组合逻辑电路和时序逻辑电路、有限状态机、计算机以及最终的完整系统。通过介绍一系列设计样例来探讨软硬件机制。 • 系美国麻省理工学院(MIT)电气工程与计算机科学系教学课程 • 由中国开放教育资源协会(CORE)委托北京师范大学教授翻译及审校 • 左侧栏可查阅教学资源和测试习题 [ 阅读全文 ]

编码方案尝试对某个数据流的信息内容进行匹配，使冗余最小。这就是数据压缩技术。但是，有时编码信息的目标却是增加冗余，而不是消除冗余。

使信息编码具体化 针对计算的底层支持 用电压来表示信息 为什么要有处理块? 系统设计的关键 数字抽象 使用电压来实现“数字化” 数字处理元件

为什么要用CMOS 定性的MOSFET模型 构建一个MOSFET CMOS逻辑门 由原子来构造比特 增益和非线性 将场效应晶体管作为开关

静态规范要求我们避免灰色区域，它对应的不是有效输入而是无效输出。最终结果：组合设备必须有增益，并且是非线性的。

布尔表达式最小化一种代数方法 重复应用公式： 对于任意表达式α和变量A： 这是大多数软件简化方法的基础 。我们能否通过重写真值表来使“可合并”项变得更加显而易见

是什么使得该电路与我们前面已经讨论过的那些电路变得如此不同？ 1、“状态”——例如，该电路有记忆功能。 2、其输出是由某个输入“事件”（按下某个按钮）来改变的，而不是由某个输入“值”来改变的。

有限状态机 必须注意时序假定条件 一个简单的时序电路… 特殊抽象：有限状态机 状态转换图 有效的状态图 离散状态, 时间 有限状态机的团队游戏

通过进行避免提出摸棱两可的问题（在电压和时间维度上使用禁区）这种训练，就有可能避免各种错误的产生:

是指从某个输入建立到与该输入相关联的输出变成有效之间的延迟时间。 假设洗衣服尽可能早地开始，并且干洗机一直等待（衣服湿），直到有干洗机可用时为止。

二进制乘法 利用n位乘法来实现2n位乘法 基本原理: 部分积的“砖墙”视图 乘法器操作指南 性能/成本分析 重新改造后的函数 第二次访问的延时

组合逻辑电路 CPU体系结构: 程序代码的解释器 逻辑门场效应晶体管与电压 时序逻辑: 有限状态机可编程性: 模型

利用这个数据通路计算N*(N-1)是一个多步骤的过程. 我们可以利用一个有限状态机来控制这个过程的每个步骤。如果可以允许将不同控制序列装载到这个控制有限状态机中，则该计算机就必须是可编程的。

图灵机的解释模型： 从某个较难编程的通用计算机（称之为M1）开始 为M1编写一个小程序，用来模拟一个较容易的计算机（称之为M2）的行为； 结果：一个“虚拟”的M2。

在c语言中，调用程序的任务是计算其参数和参数表达式的值，并将该结果值传给被调用程序…因此，变量名只不过是表达式的一个简单例子罢了。

最大性能: 用每秒可执行的指令数来测度最低成本:用集成电路的大小来测度最高性价比: 用MIPS（每秒可执行的百万条指令数）与集成电路大小之比来测度。 在重视能量消耗的应用中，MIPS与瓦特之比是很重要的。

计划：中断正在运行的程序；调用异常处理程序（就像过程调用一样）；返回并继续执行。我们会为以下情况执行可恢复的中断：•由CPU或系统产生的同步事件、故障（例如，非法指令，除以0，非法存储地址）、陷阱&系统调用（例如，读取一个字符）

在对某个寄存器执行写操作的流水线阶段之前，后续指令都能够访问该寄存器的内容。在软件中对它进行处理：让所有指令都能够看到该流水线情况。增加特殊硬件来维持指令集体系结构的顺序执行语义。

每列有两条位线，一条提供该位，另一条提供它的求补。在某个读周期内某条字线被激活（驱动到“1”），并且访问晶体管所允许选择的单元及其求补，驱动到位线上。除了利用所需的单元值去驱动位线以外，写过程与读过程相似。写操作时必须要比存储单元的原有内容有“更强的能量”。

设置 请求者向数据仓库提出了一连串的查找请求访问模式中一些观察到的可预测性——例如，局部性。诀窍 在请求者与数据仓库之间设置小型的快速高速缓存存储器。最有可能请求的是带有成对<标记，数值>的高速缓存。

哑总线的出现:ISA与EISA 原始的初级方法——仅仅控制来自CPU模块的信号和数据总线，对它进行缓冲，并且称之为“总线”。

在计算机设计上能犯的惟一错误就是很难恢复——没有足够的地址位用于存储器寻址和存储器管理。

单序列机，它每次能做一件事——执行一条指令、一次I/O操作、一个程序；小配件的通用性——例如，I/O设备——它可以做一些略微有些不同的相似事情。

在编写并发程序时，我们必须非常小心。特别是在修改共享数据时，更是如此。对于某些特定代码段，称为关键段，我们希望确保没有两种执行是重叠的。这个约束条件被称为互斥。

当服务等待时间超过某个截止时间时，经常会发生一些不好的事情——”实时“必须考虑：字符丢失；系统崩溃；核心程序损毁。

减小路径长度：更好的编译；“做更多事情的”复杂指令。减少每指令的时钟数（CPI）：简单的流水线指令；减少流水线暂停。