计算机组成原理考点总结

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计算机组成原理知识点总结

计算机组成原理知识点总结第一章一、数字计算机的五大部件（硬件）及各自主要功能（P6）计算机硬件组成：存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备。

1、存储器（主存）主要功能：保存原始数据和解题步骤。

包括：内存储器（CPU 直接访问），外存储器。

2、运算器主要功能：进行算术、逻辑运算。

3、控制器主要功能：从内存中取出解题步骤（程序）分析，执行操作。

包括：计算程序和指令（指令由操作码和地址码组成）。

4、输入设备主要功能：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式。

5、输出设备主要功能：把计算机处理的结果变换为人或其他机器所能接收和识别的信息形式。

注：1、冯诺依曼结构：存储程序并按地址顺序执行。

2、中央处理器（CPU）：运算器和处理器的结合。

3、指令流：取指周期中从内存读出的信息流，流向控制器。

数据流：在执行器周期中从内存读出的信息流，由内存流向运算器。

二、数字计算机的软件及各自主要功能（P11）1、系统软件：包括服务性程序、语言程序、操作程序、数据库管理系统。

2、应用程序：用户利用计算机来解决某些问题而设计。

三、计算机的性能指标。

1、吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量，用bps度量。

2、响应时间：表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来度量。

3、利用率：在给定的时间间隔内，系统被实际使用的时间所在的比率，用百分比表示。

4、处理机字长：常称机器字长，指处理机运算中一次能够完成二进制运算的位数，如32位机、64位机。

5、总线宽度：一般指CPU从运算器与存储器之间进行互连的内部总线一次操作可传输的二进制位数。

6、存储器容量：存储器中所有存储单元（通常是字节）的总数目，通常用KB、MB、GB、TB来表示。

7、存储器带宽：单位时间内从存储器读出的二进制数信息量，一般用B/s（字节/秒）表示。

8、主频/时钟周期：CPU的工作节拍受主时钟控制，按照规定在某个时间段做什么（从什么时候开始、多长时间完成），主时钟不断产生固定频率的时钟信号。

(完整版)计算机组成原理重点整理

一.冯·诺依曼计算机的特点1945年，数学家冯诺依曼研究EDVAC机时提出了“存储程序”的概念1.计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成2.指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。

3.指令和数据均用二进制数表示。

4.指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。

5.指令在存储器内按顺序存放。

通常，指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。

6.机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。

二.计算机硬件框图1.冯诺依曼计算机是以运算器为中心的2.现代计算机转化为以存储器为中心各部件功能：1.运算器用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内。

2.存储器用来存放数据和程序。

3.控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果4.输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式（鼠标键盘）。

5.输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式（打印机显示屏）。

计算机五大子系统在控制器的统一指挥下，有条不紊地自动工作。

由于运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系十分紧密，尤其在大规模集成电路制作工艺出现后，两大不见往往集成在同一芯片上，合起来统称为中央处理器（CPU）。

把输入设备与输出设备简称为I/O设备。

现代计算机可认为由三大部分组成：CPU、I/O设备及主存储器。

CPU与主存储器合起来又可称为主机，I/O设备又可称为外部设备。

主存储器是存储器子系统中的一类，用来存放程序和数据，可以直接与CPU交换信息。

另一类称为辅助存储器，简称辅存，又称外村。

算术逻辑单元简称算逻部件，用来完成算术逻辑运算。

控制单元用来解实存储器中的指令，并发出各种操作命令来执行指令。

ALU和CU是CPU的核心部件。

I/O设备也受CU控制，用来完成相应的输入输出操作。

计算机组成原理知识点汇总

计算机组成原理知识点汇总x《计算机组成原理知识点汇总》一、算术逻辑单元1、算术逻辑单元（ALU）的功能算术逻辑单元（ALU）是一个对存储在寄存器中的数据进行算术和逻辑操作的硬件单元，它执行CPU中算术逻辑操作的所有活动。

主要有：加减乘除运算以及位操作（AND，OR，NOT）等。

2、算术逻辑单元的组成算术逻辑单元（ALU）由控制单元（CU）、累加器（Accumulator）、比较器（comparator）、移位器（Shift）、全加器（Full-Adder）、多位加法器（Multiple Adders）、多位乘法器（Multiple Multipliers）、掩码器（Mask）、屏蔽器（Shifter）等组成。

3、算术逻辑单元的运算过程（1）算术运算：它包括加减乘除运算，算术运算主要是把操作数从输入总线传到累加器中，进行算术运算以后，将结果存放在累加器中，然后传输到输出总线上。

（2）位操作：它包括AND，OR，NOT，异或等，位操作是把操作数从输入总线传到屏蔽器中，通过屏蔽器进行位操作，将结果存放在累加器中，同样传输到输出总线上。

（3）比较：算术逻辑单元还可以进行比较运算，以及移位，比较运算是把两个操作数从输入总线传到比较器中，比较两个操作数的大小，将结果存放在标志位中，寄存器中存放比较结果。

二、指令周期1、指令周期的概念指令周期是指中央处理器（CPU）执行指令所需要完成的时间，也就是说，指令从被CPU读取到完成执行的时间段称为指令周期。

它也可以简单的理解为一条指令完成执行的时间。

2、指令周期的分类指令周期可以分为主周期和子周期两种，主周期是指一条指令完成执行所需的最少时间，而子周期是指每一步执行完成的时间。

3、指令周期的作用指令周期是指系统的处理速度，它是用来评价计算机的运行速度的重要指标。

在进行计算机系统设计时，可以根据指令周期调整处理器的结构，以提高计算机的处理速度。

408-计算机组成原理考点整理

408-计算机组成原理考点整理一.计算机系统概述1.发展历史●电子管●晶体管●中小规模集成电路●超大规模集成电路2.摩尔定理3.冯·诺伊曼结构特点●采用“存储程序”的工作方式，控制流驱动方式，按地址访问并顺序执行指令●计算机硬件系统由输入输出设备、存储器、运算器、控制器5大部件组成●指令和数据以同等地位存储●指令和数据均为二进制码●指令由操作码和地址码组成4.计算机功能部件●输入设备●输出设备●存储器●主存储器（内存储器）●按地址存取方式●组成●地址寄存器MAR●存放访存地址●位数对应存储单元个数●数据寄存器MDR●暂存要读写的信息●与存储字长相等●时序控制逻辑●产生存储器操作所需的各种时序信号●辅助存储器（外存储器）●运算器●核心●算术逻辑单元ALU●必备寄存器●累加器ACC●乘商寄存器MQ●操作数寄存器X●控制器●组成●控制单元CU Control Unit●程序计数器PC Program Counter●存放当前欲执行指令●指令寄存器IR Instrument Register●存放当前正在执行的指令5.C PU●ALU●通用寄存器组GPRs●标志寄存器●控制器●指令寄存器IR●程序计数器PC●存储器地址寄存器MAR●存储器数据寄存器MDR6.计算机软件●系统软件和应用软件●系统软件●基础软件●作为系统资源提供给用户使用●主要有●操作系统OS●数据库管理软件DBMS●语言处理程序●分布式软件系统●网络软件系统●标准库程序●服务性程序●应用软件●用户为解决某个应用领域中的各类问题而编制的程序、●三个级别的语言●机器语言●二进制代码语言●计算机唯一可以直接识别和执行的语言●汇编语言●助记符●高级语言●翻译程序●汇编程序●将汇编程序汇编成机器程序●解释程序●不生成目标语言代码，同声传译●编译程序●生成目标语言代码，笔译●软件和硬件的逻辑等价性●某一功能，既可用软件实现，又可用硬件实现7.层次结构●下层是上层的基础，上层是下层的扩展8.计算机的性能指标●机器字长、指令字长和存储字长●字长也称机器字长是计算机进行一次整数运算（即定点整数运算）所能处理的二进制数据的位数●指令字长是一个指令字中包含的二进制代码的位数●存储字长是一个存储单元存储的二进制代码的长度●字长越长，数的表示范围越大，计算精度越高●数据通路带宽●数据总线一次所能并行传送信息的位数●主存容量●主存储器所能存储信息的最大容量●运算速度●吞吐量●响应时间●CPU时钟周期●主频●CPI●CPU执行时间●MIPS●MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS、PFLOPS、EFLOPS、ZFLOPS●基准程序●对于不同的应用场景选择不同的基准程序●不一定准确9.系列机●基本特性：指令系统向后兼容10.兼容●计算机软件或硬件之间的通用性●向前兼容（Forward Compatibility）：指老的版本的软／硬件可以使用新版本的软／硬件产生的数据。

《计算机组成原理》总结完整版

《计算机组成原理》总结完整版《计算机组成原理》学科复习总结★第⼀章计算机系统概论本章内容：本章主要讲述计算机系统的组成、计算机系统的分层结构、以及计算机的⼀些主要指标等需要掌握的内容：计算机软硬件的概念，计算机系统的层次结构、体系结构和计算机组成的概念、冯.诺依曼的主要思想及其特点、计算机的主要指标本章主要考点：概念1、当前的CPU由哪⼏部分组成？控制器、运算器、寄存器、cache (⾼速缓冲存储器)2、⼀个完整的计算机系统应包括哪些部分？配套的硬件设备和软件系统3、什么是计算机硬件、计算机软件？各由哪⼏部分组成？它们之间有何联系？计算机硬件是指计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电⼦元器件，各类光、电、机设备的实物组成。

主要包括运算器(ALU)、控制器(CU)、存储器、输⼊设备和输出设备五⼤组成部分。

软件是计算机程序及其相关⽂档的总称，主要包括系统软件、应⽤软件和⼀些⼯具软件。

软件是对硬件功能的完善与扩充，⼀部分软件⼜是以另⼀部分软件为基础的再扩充。

4、冯·诺依曼计算机的特点●计算机由运算器、存储器、控制器、输⼊设备和输出设备五⼤部件组成●指令和数据以同等地位存于存储器内，可按地址寻访●指令和数据⽤⼆进制表⽰●指令由操作码和地址码组成，操作码⽤来表⽰操作的性质，地址码⽤来表⽰操作数在存储器中的位置●指令在存储器内按顺序存放●机器以运算器为中⼼，输⼊输出设备和存储器间的数据传送通过运算器完成5、计算机硬件的主要技术指标●机器字长：CPU ⼀次能处理数据的位数，通常与CPU 中的寄存器位数有关●存储容量：存储容量= 存储单元个数×存储字长；MAR（存储器地址寄存器）的位数反映存储单元的个数，MDR（存储器数据寄存器）反映存储字长主频吉普森法●运算速度MIPS 每秒执⾏百万条指令CPI 执⾏⼀条指令所需的时钟周期数FLOPS 每秒浮点运算次数◎第⼆章计算机的发展及应⽤本章内容：本章主要讲述计算机系统、微型计算机系统的发展过程以及应⽤。

(完整版)计算机组成原理知识点总结(唐朔飞版)

1、硬件：输入输出设备，控制器，存储器，运算器。

2、计算机技术指标：机器字长、存储容量、运算速度。

3、多总线结构的原理：双总线结构特点是将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来，形成主存总线和I/O总线分开的结构。

三总线1由主存总线用于CPU与主存之间的传输，I/O总线供CPU与各类I/O 设备之间传递信息，DMA总线用于高速IO设备与主存之间直接交换信息，任意时刻只能用一种总线，主存总线与DMA总线不能同时对主存进行存取。

三总线2CPU与Cache之间构成局部总线，而且还直接连到系统总线上，cache可通过系统总线与主存传输信息，还有一条扩展总线可以连接IO设备。

四总线由局部总线，系统总线，告诉总线，扩展总线构成。

4、总线判优分为集中式和分布式两种，集中式分为链式查询、计数器定时查询、独立请求方式（排队器）5、总线通信控制的四种方式：同步通信，异步通信，半同步通信，分离式通信。

6、波特率是每秒传输的位数，比特率是每秒传输的有效数据位数（bps）7、存储器技术指标：存储速度，存储容量和位价。

8、存储器分为主存，闪存，辅存和缓存。

9、分层原因：1缓存-主存层解决CPU与主存速度不匹配问题；2主存-辅存层解决系统存储容量的问题。

10、主存的技术指标：存储容量，存储速度（存取时间和存取周期表示）。

11、存储器带宽的计算方法：如存取周期为500ns，每个存取周期可访问16位，则带宽为32M位/秒。

带宽是衡量数据传输率的重要技术指标。

12、动态RAM的刷新方式：集中刷新（是在规定的一个刷新周期内，对全部存储单元集中一段时间逐行进行刷新，此刻必须停止读写操作‘死时间’）分散刷新（指对每行存储单元的刷新分散到每个存取周期内完成。

不存在死时间，整个系统速度降低）异步刷新（前两种方式的结合，即可缩短死时间，又充分利用最大刷新间隔为2ms的特点）。

13、动态RAM集成度远高于静态RAM；动态RAM行列地址按先后顺序输送，减少了芯片引脚，封装尺寸也减少；动态RAM功耗比静态RAM小；动态RAM的价格比静态RAM便宜；由于使用动态元件，因此速度比静态RAM低；动态RAM需要再生，需配置再生电路，也需要消耗一部分功率。

计算机组成原理考点总结

不同厂家生产的具有相同计算机体系结构的计算机称为兼容计算机，简称兼容机。
计算机组成是计算机体系结构的逻辑实现。一
种计算机体系结构可以有多种不同的计算机组成。计算机实现是计算机组成的物理实现。一种计
算机组成也可以有多种不同的计算机实现。
计算机系统的层次结构
第5级：应用语言虚拟机第4级：高级语言虚拟机第3级：汇编语言虚拟机第2级：操作系统虚拟机
多指令流多数据流MIMD
计算机系统的性能评价
1.基本字长
处理器中的算术逻辑单元所输入的操作数的二进制位数，也是处理器内部数据寄存器所包含的二进制位数。对结构的影响：
机器字长 = 数据通路宽度 =寄存器位数（ALU 位数、存储单元长度）
对性能的影响：字长越长，数据表示范围越大，精度越高，运算速度越快。对造价的影响：字长越长，硬件需求量越多，造价越高
冯·诺依曼计算机硬件框图
存放数据将信息和转程换序成机器能识别的形式
存储器
算术将运结算果转换成逻人辑们运熟算悉的形式
输入设备
运算器
输出设备
控制器
指挥程序运行
处理器 ALU
MAR 逻辑运算器加法器
移位器求补器
数据寄存器组 FR MBR
PC IR CU
I D CSG
主机
外设
输出设备
输入设备
r = 4 尾数最高 2 位不全为 0 r = 8 尾数最高 3 位不全为 0
浮点数的规格化
基数不同，浮点数的规格化形式不同
r = 2 左规尾数左移 1 位，阶码减 1 右规尾数右移 1 位，阶码加 1
r = 4 左规尾数左移 2 位，阶码减 1 右规尾数右移 2 位，阶码加 1

计算机组成原理知识点总结

计算机组成原理知识点总结1.计算机系统结构：计算机系统由硬件和软件两个部分组成。

硬件包括中央处理器（CPU）、内存、存储、输入输出设备等；软件包括系统软件和应用软件。

计算机的基本组成包括控制器、运算器、存储器和输入输出设备。

2.布尔代数和逻辑运算：布尔代数是一种逻辑运算的数学体系，计算机的工作原理是基于逻辑运算的。

布尔代数的基本运算有与、或、非、与非等。

逻辑电路是基于这些布尔运算的组合与设计电路，并且逻辑门是构成逻辑电路的基本元件，包括与门、或门和非门等。

3. 数据表示和编码方式：计算机内部使用二进制表示和存储数据。

十进制数可以转换为二进制数，通过位于和非显示十进制数。

计算机采用不同的编码方式来表示字符和数据，例如ASCII码、Unicode等。

4.计算机中的算术运算：计算机进行算术运算包括加法、减法、乘法和除法等。

算术运算是通过逻辑运算和位操作实现的，例如加法器、乘法器和除法器。

5.存储器层次结构：存储器是计算机中用于存储和访问数据的设备。

存储器层次结构包括寄存器、高速缓存、主存储器和辅助存储器等。

存储器的访问速度和容量呈反比，存储器层次结构的设计目标是在速度和容量之间找到一个平衡点。

6.输入输出设备：计算机通过输入输出设备与外部世界交互，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。

输入输出设备通过中断机制和设备控制器实现与CPU的数据交换。

7.中央处理器：中央处理器是计算机的核心，执行指令并控制计算机的运行和运算。

中央处理器由控制器和运算器组成，控制器负责解释和执行指令，运算器负责算术和逻辑运算。

8.指令的执行过程：计算机按照程序顺序依次执行指令，指令的执行过程包括取指令、解码、执行和访存。

指令集架构是计算机硬件和软件交互的接口。

9.总线和IO结构：总线是计算机内部各个部件之间传输数据和信号的通道，包括地址总线、数据总线和控制总线。

IO结构包括存储器映射IO和端口映射IO两种方式。

10.中断和异常处理：计算机中断是指暂停当前程序的执行，转而执行其他程序或处理异常情况。

计算机组成原理知识点整理

第一章概述1、什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：P3计算机系统——计算机硬件、软件和数据通信设备的物理或逻辑的综合体。

计算机硬件——计算机的物理实体。

计算机软件——计算机运行所需的程序及相关资料。

硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要5、冯·诺依曼计算机的特点是什么？解：冯氏计算机的特点是：P9·由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；·指令和数据以同一形式（二进制形式）存于存储器中；·指令由操作码、地址码两大部分组成；·指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；·以运算器为中心（原始冯氏机）。

7、解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。

解：P10 主机——是计算机硬件的主体部分，由CPU+MM（主存或内存）组成；CPU——中央处理器（机），是计算机硬件的核心部件，由运算器+控制器组成；主存——计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；存储单元——可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位；存储元件——存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取；存储字——一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位；存储字长——一个存储单元所存二进制代码的位数；存储容量——存储器中可存二进制代码的总量；机器字长——CPU能同时处理的数据位数；指令字长——一条指令的二进制代码位数；8、解释下列英文缩写的中文含义：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS解：CPU——Central Processing Unit，中央处理机（器），见7题；PC——Program Counter，程序计数器，存放当前欲执行指令的地址，并可自动计数形成下一条指令地址的计数器；IR——Instruction Register，指令寄存器，存放当前正在执行的指令的寄存器；CU——Control Unit，控制单元（部件），控制器中产生微操作命令序列的部件，为控制器的核心部件；ALU——Arithmetic Logic Unit，算术逻辑运算单元，运算器中完成算术逻辑运算的逻辑部件；ACC——Accumulator，累加器，运算器中运算前存放操作数、运算后存放运算结果的寄存器；MQR——Multiplier-Quotient Register，乘商寄存器，乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器。

考研：计算机组成原理考点总结

考研：计算机组成原理考点总结●1 计算机系统和概述●历程●硬件●电子管●晶体管●集成电路●大规模集成电路●摩尔定律●软件●系列机体系结构相同●兼容机器语言兼容●可移植性●固件●结构●硬件●冯诺依曼计算机●同时存储数据和程序●五大部件●输入●输出●存储器●寄存器●通用●专用●mar●mdr●pc●ir●psw●cache●主存●辅存●运算器●算术逻辑单元●寄存器●acc●mq乘商●x操作数●ix变址寄存器●br基址寄存器●控制器●ir●pc●cu●信息存储相同解释不同●指令组成●软件●软件功能●系统软件●os●dbms●应用软件●语言●机器语言(可以被硬件直接执行)●汇编语言●汇编器●高级语言●编译器●解释器●软硬件逻辑功能一致性●层次结构●高级语言虚拟机●汇编语言虚拟机●操作系统虚拟机●机器语言●微程序机器●性能指标●名词●字长●数据通路带宽●空间●时间●吞吐量●处理请求数量ps●响应时间●总时间●主频和CPU时钟周期 T=1/f●CPI●执行一条指令所需的时钟周期数●CPU执行时间●时间=(指令条数xCPI)/主频●MIPS=指令条数/(执行时间x10⁶)=主频/CPI●MFLOPS每秒执行多少百万次浮点运算●基准程序●2 数据的表示和运算●数制与编码●进位及转换●计算机中一切数据都用二进制表示●表示简单●逻辑真假对应●规则简单●数制●二进制●十进制●八进制●十六进制●数制转换●B2O3位转●B2H4位转●X2D权相加●D2X整数：除基取余法小数：乘积取整法●值的编码●各种码制及其关系●原码：用机器数的最高位表示数的符号，其余各位表示数的绝对值。

（计算麻烦）●反码：正数正常表示，负数各位取反●补码：反码末位加1●优势●0的补码唯一●多表示一个数●运算简单●模4补码（双符号位小数）●与真值转换●大于等于0，相等●小于0，逐位取反，末位加一●移码：真值加偏置值●Bias的值●Bias = 2^{k-1}-1，IN IEEE 754●Bias = 2^{k-1}时，移码等于补码的符号位取反●全0最小，全1最大●BCD码：2->10的快速转换●8421●余3●2421●码制的关系●补码、移码在数轴不对称●原码，反码在数轴对称（有2个0）●负数的反码补码越靠近0真值越大●值的表示●整数：定点数●U整数：原码●S整数：补码●小数：IEEE 754 浮点数●阶码：移码●尾数：原码●不考虑字长整数可以精确表示，浮点数不可以精确表示●数的运算●加减运算●运算部件●一位全加器●输出●进位：C_{out} = A_iB_i+ (A_i\oplus B_i)C_i●值：S_n=C_{i}\oplus A_i\oplus B_i（奇数校验）●图●串行进位加法器●把n个全加器相连可得到n位加法器●逻辑图●信号逐级形成，速度慢●并行进位加法器●原理：每个C_i形成条件在最初均已经获得->先行进位●空间换时间●一般采用四位并行●并行加法器的串联与并联●标志位●ZF=\neg(S_{n-1}+...+S_0)0标志，判断结果是否为0●OF=C_{out}\oplus C_{n-1}溢出标志，判断有符号数的结果是否溢出●CF=C_{out}\oplus C_{in}进位标志，判断无符号数是否溢出●SF=S_{n-1}符号标志●补码的加减运算●公式●[A+B]_补=([A]_补+[B]_补)mod\space 2^{n}●[A-B]_补=([A]_补+[-B]_补)mod\space 2^{n}●规则●符号位参与运算●高位截断●电路●减法时作用于取反器与加法器的C0达到求B的补码的效果（减法->加法）●溢出判别●正数相加小于0，负数相加大于0●单符号位：(A_sB_s)\oplus S_s●双符号位：S_{s1}\oplus S_{s2}●标志位：OF●原码的加减运算●加法直接相加●减法取反相加●高位截断●溢出看CF●乘法运算●原码一位乘法●过程●绝对值参与运算，符号位结果为A_{s}\oplus B_{s}●乘数MQ，ACC置空，Cn置为字长值●为1累加，为0不操作●逻辑右移●LOOP●电路●C寄存进位（采用带进位的右移）●Cn存储字长为处置●MQ最低位送至控制器，判断是否加●补码一位乘法（Booth算法）●原理●[x\times y]_补=[x]_补\times (-b_{w-1}\times 2^{w-1}+\sum\limits^{n-2}\limits_{i=0}b_i\times 2^i)●=[x]补\times[2^{n-1}\times(b_{n-2}-b_{n-1})+2^{n-2}\times(b_{n-3}-b_{n-2})+...+2^{0}\times(b_{-1}-b_{0})+b_{-1}]●=[x]补\times[\sum\limits^{n-1}\limits_{i=0}2^{i}\times(b_{i-1}-b_{i})+b_{-1}]●=[x]补\times\sum\limits^{n-1}\limits_{i=0}2^{i}\times(b_{i-1}-b_{i})\space\space (let\space b_{-1}=0)●规则●双符号位，符号参与运算●末位加一位初值为0●根据b_{i-1}-b_i判断●-1加[-x]_补●1加[x]_补●0不变●算数右移●n次移位，最后移位完成再运算一遍●电路●无需C进行右移（符号位参与运算）●除法运算●原码除法●符号Q_s=x_s\oplus y_s●商的值|Q|=|X|/|Y|●恢复余数●步骤●默认商1，小于0则加回来●左移●LOOP●不恢复余数●原理●商多加A，左移，减A\Rightarrow (+A)\times 2-A=+A●商完与除数为负，商0，左移加除数●步骤●余数正商1，左移，减除数●余数负商0，左移，加除数●n次后商0，恢复余数●补码除法●规则●符号参与运算，除数、被除数、商、余数均用补码●除数被除数同号则减，异号则加●余数除数同号上1，左移减除数●余数除数异号上0，右移加除数●LOOP●末尾置1●电路●移位运算●算术移位（针对有符号数）●逻辑移位（无符号数）●循环移位●带进位位●不带进位位●浮点数表示和运算●浮点数表示●V = (−1)^s × M × r^E（r是基数，E是阶码，M称为尾数）●规格化●有效位越多，精度越高●尾数最高位为有效值●IEEE 754●V = (−1)^s × M × 2^E●类型●单精度●1+8+23●双精度●1+11+52●Bias=2^{k-1}-1●E=2^{exp}-Bias●三种类型●Case 1 Normalized Values●Exp is neither all zeros (numeric value 0) nor all ones●E = e − Bias, Bias = 2^{k-1}-1●The significand is defined to be M = 1+ f●M is in the range 1≤M<2● An implied leading 1 representation, getting an additional bit of precision for free●Case 2 Denormalized Values●exponent field is all zeros●E = 1− Bias●M = f●WHY?●Provide a way to represent numeric value 0●+0.0 has a bit pattern of all zeros●when the sign bit is 1, but the other fields are all zeros, we get the value −0.0●Represent numbers that are very close to 0.0●gradual underflow in which possible numeric values are spaced evenly near 0.0.●Case 3: Special Values●the exponent field is all ones●∞ : When the fraction field is all zeros●Overflow●NaN : When the fraction field is nonzero●Result cannot be given as a real number or as infinity● Representing uninitialized data●运算●加减●向大数对阶（损失精度更小）●尾数加减●规格化●舍入●Round-to-even(default mode)●The least significant digit of the result is even●Attempts to find a closest match●It will round upward about 50% of the time and round downward about 50% of thetime.●Round-toward-zero●Positive numbers downward and negative numbers upward●Round-down（截断）●Round-up●溢出判断●右规，exp全1●左规，exp全0●数据存储与转换●数据存储●按“边界对齐”方式存储●一次访存取出●空白填充●空间换时间●数据排列IEEE 754已规范，不影响●Little endian●least significant byte to most●Big endian●from most to least●0x01234567 in Machine●数据转换●C中转换情况●most numbers are signed by default●情况●标明转换●隐含转换●U和S运算均转换到U●同样字长整数转换--- Based on a bit-level perspective●The numeric values might change, But the bit patterns do not●T2U●Conversion from two’s complement to unsigned●Conversion from two’s complement to unsigned.●U2T●Unsigned to two’s-complement conversion●Conv ersion from unsigned to two’s complement●整数向大整数数转换●To convert an unsigned number to a larger data type ------ simply add leading zeros to therepresentation●To convert two’s-complement number to a larger data type------ perform a sign extension●Examples of sign extension●The proof of Expansion of a two’s-complement number by sign extension (by 1 bit)●When converting from short to unsigned, the program first changes the size and then the type.●整数向小整数转换●bit位截断●Truncation of an unsigned number●Truncation of a two’s-complement number●整数与浮点数的转换● int to float●the number cannot overflow●but it may be rounded●int or float to double● exact numeric value can be preserved (because double has both greater range)●greater precision can be preserved● double to float●the value can overflow to +∞ or −∞, since the range is smaller.●Otherwise, it may be rounded, because the precision is smaller.●float or double to int●value may be rounded toward zero●the value may overflow●Intel-compatible microprocessors designate the bit pattern [10 ... 00] (TMin_w forword size w)as an integer indefinite value.●3 存储系统●存储技术●SRAM●双稳态触发器●速度最快●易失性（断电后）●集成度低●Cache、Register File●DRAM●电容●速度快●易失性（2ms）●刷新●分类●集中刷新●固定时间一起刷新，有死区●分散刷新●读完刷新，没有死区，但降低了速度●异步刷新●缩短了死区，提高了效率，可在无请求时刷新●特点●透明●行刷新●破坏性读出●结构●存储体●二维阵列（引脚复用---时间换空间）●控制信号●译码器●片选控制●访存控制●读写控制●Memory●ROM●MROM●直接写入●PROM●一次可编程●EPROM●可擦除可编程●Flash闪存存储器●固态硬盘#ssd●页为单位读写●重写需要擦除整块 ------ 读比写快●随机访问●磁盘驱动器（磁盘）#disk●直接存取存储器●组成●磁盘●扇面●磁道●扇区●柱面●（不同盘面同一磁道）●性能指标●记录密度●磁盘容量●平均存取时间●寻道时间●平均旋转延迟（1/2TMAX）●传输时间●数据传输率●单位时间传输字节数●阵列●RAID0●无校验●无冗余●RAID1●镜像●海明纠错码●RAID2●RAID3●位交叉奇偶校验●RAID4●块交叉奇偶校验●RAID5●无独立校验阵列●光盘●串行读写●性能指标●容量●成本●速度●存取时间●启动存储器至完成操作时间●存取周期●存取时间+恢复时间●带宽●单位时间传输信息量●层次结构●原理●良好的程序符合局部性原理●高层充当下一层的高速缓存●层次●主存●存储技术：DRAM●编址方式●字节编址●容量及速度扩展●容量扩展●位扩展●无需片选●地址线相同●数据线不同●字节扩展●低位地址线相同●高位地址线做片选信号●字位扩展●多模块存储体●单体多字●一个存储单元放多字，速度提高●顺序存取●多体并行●高位交叉编址●顺序存取●地址空间增加，速度不变●低位交叉编址●交叉存放，并行读写●地址空间增加，速度提高●片选信号●线选●译码片选●主存选择与连接●与CPU有直连通道●数据总线●地址总线●决定访存空间●控制总线●读写●片选●选择芯片●ROM存放系统程序、标准子程序●RAM存放用户数据、代码●芯片尽量简化连线●地址线选择低位相连，高位译码●数据线连接●位扩展相连●片选线连接●访存●读写●高位地址线●Cache●存储技术：SRAM●组成●块（传送单元）●组●组中行●映射方式●直接映射●每个组一行●过程●组选择●标志位匹配及有效位检查●字选择●特点●简单●冲突大●组相联●每个组若干行●过程●组选择●每一行同时匹配及有效位检查●字选择●特点●增加硬件成本●冲突降低●全相联●只有一个组●过程●每一行的标志位匹配及有效位检查●字选择●特点●冲突最低●速度最快●硬件价格最高●适用●TLB●数据查找●分类●Miss->Memory●同步，Hit后取消访存●基本过程●组选择●行匹配●字选择●缓存不命中●分类●冷缓存●冲突不命中（放置策略）●容量不命中（容量大小）●替换算法●随机●FIFO●LRU（多维护位1位）●命中：低的加一●不命中有空闲，全体加一●不命中无空闲，最大出，全体加一●抖动●不断加载驱逐相同组●填充解决●写策略●写命中●写直达●写回（多修改位一位）●维护修改位●适用传送时间长●写不命中●非写分配●写分配●分配Cache空间，进Cache写，一般与写回搭配●系统中的Cache●分级Cache●数据、指令Cache●辅存●磁盘存储器#disk●固态硬盘 #ssd●映射关系●Cache—主存（速度）●虚拟存储器------主存—磁盘（容量、进程管理、空间保护）●段式虚拟存储器●页式虚拟存储器●段页式虚拟存储器●用户程序->虚拟地址（段）●用户●过程●段基址（USER）●段首址（SEGMENT）->段虚拟地址●段虚拟地址首地址+段内偏移->虚拟地址●虚拟地址->物理地址（页）●操作系统及硬件●页表●页命中（硬件）●地址翻译●缺页（OS+硬件）●磁盘调页●地址翻译●TLB（快表）●全相联●多级页表●思想●一级空表项无需创建二级页表●主存只需保存一级页表，二级页表随进程调入调出●前表项是后表基址，各个表比较标志位，直至找到物理页号●步骤●接收虚拟地址●MMU生成PTE请求●查询TLB●查询主存中多级页表●页面已加载？●已加载●读取PTE地址●MMU生成PA●未加载●触发异常●寻找牺牲页，若已修改则写回●调入新页面，更新内存●返回原先进程，重新执行指令●4 指令系统●指令系统●所有指令的集合●位于软硬件交界面●指令格式●组成●操作码●操作、功能●识别指令，了解指令功能与组成●地址码●被操作信息●分类●零地址指令●一地址指令●二地址指令●三地址指令●四地址指令●长度●与操作码与地址码长度有关，与机器字长无直接联系●分类●定长操作码●速度快●简化硬件，控制简单●变长操作码●有限字长，丰富功能●扩展操作码●操作码的位数随地址减少而增加●一，二，三地址可以组合●指令种类●数据传送●数据运算●转移●输入输出●寻址方式●指令寻址●顺序●跳跃●PC relative●They encode the difference between the address of the target instruction and the address ofthe instruction immediately following the jump●Give an “absolute” address●数据寻址●类型●隐含寻址●缩短字长●增加硬件●立即数寻址●位数限制●直接寻址●位数限制●间接寻址●扩大寻址范围●多次访存●寄存器寻址●寄存器直接寻址●快●寄存器数目少●寄存器间接寻址●快●访存●相对寻址（PC）●They encode the difference between the address of the target instruction and theaddress of the instruction immediately following the jump●基址寻址●面向操作系统●R中值不可修改●有利于多道程序设计，可用于编制浮动程序●变址寻址●面向用户●R中值可修改●主要用于处理数组问题●基址变址寻址●[BP]+[DI]+disp●比较●汇编指令●寄存器●格式●AT&T●movl $2, 8(%edx, %eax, 3)●Intel●mov long ptr [ebx+eax*3+8], 2●常用指令●数据传输●mov●lea●push●pop●数据运算●add/sub●cmp●inc/dec●mul/imul●div/idiv●被除数隐含在edx:eax●余数edx●and/or/Xor●text●not●neg●shl/shr●转移●jmp●jxx●call/ret●调用过程●存寄存器，存参数●call●存寄存器●。

计算机组成原理考点总结终结版

计算机组成原理考点总结终结版1.计算机的发展历程：从巨型机到小型机、微型机、个人计算机和移动计算机的演变过程，了解每个发展阶段的特点和主要代表机型。

2.计算机的基本组成：CPU（中央处理器）、内存、输入输出设备和外部设备。

了解它们的功能和相互间的连接方式。

3.CPU的结构和工作原理：包括控制器和运算器。

控制器负责控制程序的执行，运算器负责执行算术和逻辑运算。

了解指令的执行过程、寄存器的作用和通用寄存器的设计原则。

4.存储器的层次结构：包括寄存器、高速缓存、主存和辅助存储器。

了解它们在计算机中的作用、特点和层次关系。

5.输入输出设备的工作原理：包括串行和并行传输方式、中断和DMA （直接内存访问）技术。

了解输入输出设备与CPU之间的数据传输方式和控制方法。

7.指令系统的设计与性能指标：了解指令的格式、操作码和寻址方式。

掌握指令的执行周期和性能指标，如CPI（每条指令的时钟周期数）和MIPS（每秒执行百万条指令数）。

8.程序的执行过程：包括指令的获取、分析和执行。

了解程序从存储器到CPU的数据传输过程和指令的执行流程。

9.中断和异常处理：了解中断和异常的概念、分类和处理方法。

掌握中断向量表和中断处理程序的设计和实现。

10.性能评价和优化：了解计算机系统的性能评价指标，如响应时间、吞吐量和效能。

掌握性能优化的方法，如指令级并行和流水线技术。

以上是计算机组成原理中一些重要的考点总结，希望能对大家的学习有所帮助。

在复习过程中，还应结合教材、习题和实验来深入理解和巩固知识，进行综合性的学习。

(完整版)计算机组成原理知识点总结

第2章数据的表示和运算主要内容：（一）数据信息的表示1.数据的表示2.真值和机器数（二）定点数的表示和运算1.定点数的表示：无符号数的表示；有符号数的表示。

2.定点数的运算：定点数的位移运算；原码定点数的加/减运算；补码定点数的加/减运算；定点数的乘/除运算；溢出概念和判别方法。

（三）浮点数的表示和运算1.浮点数的表示：浮点数的表示范围；IEEE754标准2.浮点数的加/减运算（四）算术逻辑单元ALU1.串行加法器和并行加法器2.算术逻辑单元ALU的功能和机构2.3 浮点数的表示和运算2.3.1 浮点数的表示（1）浮点数的表示范围•浮点数是指小数点位置可浮动的数据，通常以下式表示：N=M·RE其中，N为浮点数，M为尾数，E为阶码，R称为“阶的基数（底）”，而且R为一常数，一般为2、8或16。

在一台计算机中，所有数据的R都是相同的，于是不需要在每个数据中表示出来。

浮点数的机内表示浮点数真值：N=M ×2E浮点数的一般机器格式：数符阶符阶码值 . 尾数值1位1位n位m位•Ms是尾数的符号位，设置在最高位上。

•E为阶码，有n+1位，一般为整数，其中有一位符号位EJ，设置在E的最高位上，用来表示正阶或负阶。

•M为尾数，有m位，为一个定点小数。

Ms=0，表示正号，Ms=1，表示负。

•为了保证数据精度，尾数通常用规格化形式表示：当R＝2，且尾数值不为0时，其绝对值大于或等于0.5。

对非规格化浮点数，通过将尾数左移或右移，并修改阶码值使之满足规格化要求。

浮点数的机内表示阶码通常为定点整数，补码或移码表示。

其位数决定数值范围。

阶符表示数的大小。

尾数通常为定点小数，原码或补码表示。

其位数决定数的精度。

数符表示数的正负。

浮点数的规格化字长固定的情况下提高表示精度的措施：•增加尾数位数（但数值范围减小）•采用浮点规格化形式尾数规格化：1/2≤M <1 最高有效位绝对值为1浮点数规格化方法：调整阶码使尾数满足下列关系：•尾数为原码表示时，无论正负应满足1/2 ≤M <1即：小数点后的第一位数一定要为1。

计算机组成原理(考研期末)知识点总结

计算机组成原理（考研期末）知识点总结(一)存储系统1.存储器的基本概念●分类●作用（层次）：CACHE 主存辅存●存储介质：磁半导体光●存取方式●随机存取：RAM ROM●串行访问●顺序存取：磁带●直接存取：磁盘●信息可保存性－－易失性破坏性读出非●性能指标●存储容量字●单位成本每位成本●存储速度（数据传输率主存带宽）●层次化结构●Cache－主存层次：硬件实现，解决速度不匹配问题●主存－辅存层次：硬件+操作系统实现，解决容量问题，逐渐形成虚拟存储系统2.半导体存储器●存储器芯片的基本结构●译码驱动电路(译码器：扩充容量)●存储矩阵●读写电路●地址线，数据线，片选线，读写控制线●半导体存储器RAM（易失性存储器）●SRAM：触发器存储信息，速度快成本高集成度低，用于高速缓存●DRAM：电容存储信息，需要刷新，速度慢成本低，集成度高，用于主存SDRAM●DRAM的刷新：集中刷新，分散刷新，●异步刷新●不需要CPU控制●行为单位，仅需要行地址●存储器中所有芯片同时刷新●RAM的读写周期●ROM（非易失性存储器）●特点：结构简单，位密度比RAM高，非易失性，可靠性高●类型：MROM，PROM，EPPROM，FLASH MEMORY，SSD3.存储器与CPU的协同工作（提高存储系统的工作速度）●主存与CPU的连接●字扩展●位扩展●线选法●译码片选法●译码器的使用●分析地址空间●字位同时扩展●选择存储器芯片●与CPU进行连接●双口RAM和多模块存储器●多模块存储器●单体多字●多体并行●低位交叉编址●高位交叉编址●双端口RAM●高速缓冲存储器●CACHE局部性原理和性能分析●局部性原理●空间局部性●时间局部性●性能分析●命中率和失效率●CACHE----主存体系的平均访问时间●CACHE工作原理●地址映射方式●全相联●直接相联●组相联●替换算法●RAND随机●FIFO先入先出●LRU最近最少使用●LFU最不经常使用●写策略●命中●全写法●写回法●不命中●写分配法●非写分配法●虚拟存储器（主存和辅存共同构成）（增加存储系统的容量）●基本概念：虚地址（逻辑地址）映射到实地址（物理地址）●解决问题：进程并发问题和内存不够用问题●类型●页式●段式●段页式●虚实地址转换（提高速度）●快表TLB●慢表Page(二)指令系统1.指令格式●操作码和地址码组成一条指令●操作码●定长操作码和扩展操作码●操作码类型2.指令寻址方式●指令寻址（通过PC）●顺序寻址●跳跃寻址●数据寻址●隐含寻址●立即寻址：给寄存器赋初值●直接寻址●间接寻址：扩大寻址范围，便于编制程序●寄存器寻址：指令执行速度更快●寄存器间接寻址●偏移寻址（各寄存器内容+形式地址）：基址寻址，变址寻址（处理数组，编制循环程序），相对寻址●堆栈寻址3.CISC和RISC●CISC复杂指令系统计算机（用微程序控制器）●更多更复杂，一般为微程序控制，用于计算机系统●RISC精简指令系统计算机（用硬布线控制器）●指令数目少，字长固定，寻址方式少，寄存器数量多，一般为组合逻辑控制，用于手机(三)中央处理器1.CPU的功能和基本结构●CPU的功能：指令控制，操作控制，时间控制，数据加工，中断处理●运算器●功能：对数据进行加工●基本结构：●算术逻辑单元ALU●暂存寄存器●通用寄存器组●累加寄存器ACC●程序状态字寄存器PSW●移位器，计数器●控制器●功能：取指令，分析指令，执行指令●控制器的基本结构●程序计数器PC●指令寄存器IR●指令译码器，时序系统，微操作信号发生器●存储器地址寄存器MAR●存储器数据寄存器MDR●数据通路的基本结构●专用通路●内部总线2.指令执行过程●指令周期●构成：机器周期、CPU周期——CPU时钟周期、节拍●类型：取指周期，间址周期，执行周期，中短周期●标志触发器FE,IND,EX,INT：区别工作周期●数据流●取指周期：根据PC取出指令代码存放在IR●间址周期：根据IR中指令地址码取出操作数的有效地址●执行周期：根据指令字的操作码和操作数进行相应操作●中断周期：保存断点，送中断向量，处理中断请求●执行方案●单指令周期：串行，指令相同执行时间●多指令周期：串行，指令不同执行时间●流水线方案：隔一段时间启动一条指令，多条指令处于不同阶段，同事并行处理3.数据通路的功能和基本结构（连接路径）●CPU内部总线●单总线●多总线●专用数据通路：多路选择器和三态门●了解各阶段微操作序列和控制信号4.控制器的功能和工作原理●控制器的结构和功能●计算机硬件系统连接关系●控制器的功能：取指令，分析指令，执行指令●控制器的输入和输出●硬布线控制器●硬布线控制单元图：组合逻辑电路+触发器●设计步骤（了解）●分析每个阶段的微操作序列●选择CPU的控制方式●安排微操作序列●电路设计●微程序控制器●基本结构●微地址形成部件●微地址寄存器CMAR●控制存储器CM●微指令寄存器CMDR●微指令的格式●水平型：并行操作●字段直接编码方式●直接编码方式●字段间接编码方式●垂直型：类似机器指令●微指令的地址形成方式●下地址字段指出：断定方式●根据机器指令的操作码形成●基本概念●微命令和微操作●微指令和微周期●主存储器和控制存储器●程序和微程序●寄存器：MAR和CMAR，IR和CMDR●硬布线和微程序的比较（微操作控制信号的实现形式）5.指令流水线●指令流水线的概念●指令执行过程划分为不同阶段，占用不同的资源，就能使多条指令同时执行●表示方法●指令流程图：分析影响流水线的因素●时空图：分析性能●性能指标●吞吐率TP●加速比S●效率E●影响流水线的因素●结构相关（资源冲突）●数据相关（数据冲突）●控制相关（控制冲突）●流水线的分类●按使用级别：部件功能级，处理机级，处理机间●按完成功能：单功能，多功能●按连接方式：动态，静态●按有无反馈信号：线性，非线性●多发技术●超标量流水线技术●超流水线技术●超长指令字技术(四)总线1.总线概念和分类●定义：一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路●分类●按数据传输格式●串行，并行●按功能●片内总线●系统总线●数据总线，地址总线，控制总线●通信总线●按时序控制方式●同步，异步●总线结构●单总线结构——系统总线●双总线结构（通道）●主存总线●IO总线●三总线结构●主存总线●IO总线●DMA总线2.总线的性能指标●总线传输周期（总线周期）●总线带宽●总线宽度（位宽）●总线复用：一种信号线传输不同信息3.总线仲裁●集中仲裁方式●链式查询方式●计数器定时查询方式●独立请求方式●分布仲裁方式4.总线操作和定时●总线传输的四个阶段●申请分配阶段●传输请求●总线仲裁●寻址阶段●传输阶段●结束阶段●定时●同步定时方式（同步通信）●异步定时方式（异步通信）●不互锁●半互锁●全互锁●半同步通信●分离式通信5.总线标准(五)IO系统1.IO系统基本概念●演变过程●早期：分散连接，CUP与IO串行，程序查询方式●接口模块和DMA阶段：总线连接，cpu与io并行，中断方式及DMA方式●具有IO通信结构的阶段●具有IO处理机的阶段●IO系统的基本组成●IO软件——IO指令和通道指令●IO硬件——外设，设备控制器和接口，IO总线等●IO方式简介●程序查询方式：IO与CPU串行，CPU有“踏步等待”现象（由程序控制）●程序中断方式：IO准备数据时CPU继续工作，在指令执行结束时响应中断（由程序控制）●DMA方式：主存与IO交换信息时由DMA控制器控制，在存取周期结束时响应DMA请求（由硬件控制）●通道方式：通过IO指令启动通道，通道程序放在主存中（由硬件控制）2.外部设备●输入设备——键盘，鼠标●输出设备●显示器●分类●阴极射线管（CRT）●液晶（LCD）●发光二极管（LED）●参数●屏幕大小，分辨率，灰度级，刷新频率●显示存储器（VRAM）●容量=分辨率*灰度级位数●带宽=容量*帧频●打印机●外存储器●磁盘存储器●组成●存储区域：磁头，柱面，扇区●硬盘存储器：磁盘驱动器，磁盘控制器，盘片●工作过程：寻址，读盘，写盘对应的控制字，串行读写●性能指标●容量●记录密度●平均存取时间●数据传输率●磁盘阵列RAID——利用磁盘廉价的特点提高存储性能，可靠性和安全性●光盘存储器●固态硬盘SSD——采用FLASH Memory记录数据3.IO接口●主要功能●设备选址功能：地址译码和设备选择●传送命令●传送数据：实现数据缓冲和格式转换●反应IO设备的工作状态●基本结构●设备选择电路，命令寄存器和命令译码器，数据缓冲寄存器DBR，设备状态标记，控制逻辑电路●内部接口和外部接口●编址●统一编址——与存储器共用地址，用访存命令访问IO设备●独立编址：单独使用一套地址，有专门的IO指令●分类●数据传送方式：并行接口，串行接口●主机访问IO设备的控制方式●程序查询接口●中断接口●DMA接口●功能选择的灵活性●可编程接口●不可编程接口4.IO方式●程序查询方式：CPU与IO串行工作，鼠标，键盘●程序中断方式●中断系统●中断的基本概念●工作流程●中断请求●分类●中断请求标记触发器INTR●中断响应●中断响应的条件●中断判优●软件：查询程序●硬件：排队器●优先级的设置●中断处理●中断隐指令●关中断●保存断点PC●引出中断服务程序●中断服务程序●单重中断与多重中断●中断服务程序的具体步骤●中断屏蔽技术●屏蔽字●程序执行轨迹●程序中断方式●工作流程●CPU占用情况●中断响应（隐指令）●中断服务程序●DMA方式●DMA控制器●组成●主存地址计数器：存放要交换数据的主存地址●传送长度计数器：记录传送数据的长度●数据缓冲寄存器：暂存每次传送的数据●DMA请求触发器：设备准备好数据后将其置位●控制/状态逻辑：由控制和时序电路及状态标志组成●中断机构：数据传送完毕后触发中断机构，提出中断请求●主要功能●传送前：接受外设的DMA请求，向CPU发出总线请求，接管总线控制权●传送时：管理总线，控制数据传送，确定主存单元地址及长度，能自动修改对应参数●传送后: 向CPU报告DMA操作的结束●传送过程●预处理：CPU完成寄存器初值设置等准备工作●数据传送：CPU继续执行主程序，DMA控制器完成数据传送●后处理：CPU执行中断服务程序做DMA结束处理。

计算机组成原理考点总结

《计算机组成原理》总结-- 内部复习文件第一章计算机系统概论1.1 计算机的分类电子计算机分两大类：电子模拟计算机、电子数字计算机2.4 计算机的性能指标： (基本运算 p5)⑴处理机字长：处理机运算器一次能够完成二进制运算的位数，如 32 位、 64 位⑵存储器容量：存储器中所有存储单元的总数目，通常用KB,MB,GB,TB 来表示⑶计算机五个组成部分：存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备(其中 cpu 由运算器和控制器组成)⑷冯.诺依曼型计算机的设计思想：存储程序并按地址顺序执行⑸计算机软件一般分为两大类：①系统程序②应用程序⑹硬件可以由软件来实现，软件也可以由硬件来实现，故软件与硬件的逻辑等价性。

第二章运算方法和运算器1.计算机中常用的数据表示格式有两种：一是定点格式，二是浮点格式。

2.阶码位数多，表示数的范围大；尾数位数多，说明该数的精确度越高。

3.数的机器码表示：原码、反码、补码、移码表示法4.浮点加、减法运算步骤： (0 操作数检查) 、(比较阶码大小并完成对阶) 、(尾数求和运算) 、(结果规格化处理) 、(舍入处理)第三章多层次的存储器3.1.1 存储器的分类：1.按存取方式分：随机存储器和顺序存储器2.按存储内容可变分：只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)3.6 cache 基本原理：①cache 解决的问题：为了解决 cpu 与主存之间速度不匹配问题；②cache 基于的原理：程序运行过程中具有 (空间局部性) 和 (时间局部性)原理。

③cache 实现是由(硬件)方式实现④cache 地址没有增加，容量也没有增加。

⑤cache 命中率： (重点 p91 大题计算)3.6.2 主存与 cache 的地址映射①全相联映射方式：主存中的任意一块可以放在 cache 中的任意一行上优点：非常灵活缺点：比较电路难以设计和实现适用：适合于小容量 cache 采用②直接映射方式：主存块只能拷贝到 cache 的一个特定位置上优点：硬件简单，成本低缺点：每个主存块只有一个固定的行位置可存放。

计算机组成原理考点

1.冯·诺依曼型计算机的基本特点是什么？答：采用二进制形式表示数据和指令。

指令由操作码和地址码组成。

•将程序和数据存放在存储器中，使计算机在工作时从存储器取出指令加以执行，自动完成计算任务。

这就是“存储程序”和“程序控制”（简称存储程序控制）的概念。

•指令的执行是顺序的，即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行，程序分支由转移指令实现。

计算机由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成，并规定了5部分的基本功能。

冯•诺依曼型计算机的基本特点也可以用“存储程序”和“程序控制”来高度概括。

2.计算机硬件有哪些部件，各部件的作用是什么？答：计算机的硬件系统由有形的电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、输入输出设备及总线系统组成。

而总线分为数据总线、地址总线、控制总线，其结构有单总线结构、双总线结构及多总线结构。

存储器（Memory）是用来存放数据和程序的部件；运算器是对信息进行运算处理的部件；控制器是整个计算机的控制核心。

它的主要功能是读取指令、翻译指令代码、并向计算机各部分发出控制信号，以便执行指令；输入设备能将数据和程序变换成计算机内部所能识别和接受的信息方式，并顺序地把它们送入存储器中；输出设备将计算机处理的结果以人们能接受的或其它机器能接受的形式送出。

1、什么是总线？以总线组成计算机有哪几种组成结构？答：总线（Bus）就是计算机中用于传送信息的公用通道，是为多个部件服务的一组信息传送连接线。

按照总线的连接方式，计算机组成结构可以分为单总线结构、双总线结构和多总线结构等（详细内容见第7章）。

2、什么是硬件、软件和固件？什么是软件和硬件的逻辑等价？在什么意义上软件和硬件是不等价的？答：计算机硬件（Hardware）是指构成计算机的所有实体部件的集合，通常这些部件由电路（电子元件）、机械等物理部件组成。

计算机软件（Software）是指能使计算机工作的程序和程序运行时所需要的数据，以及与这些程序和数据有关的文字说明和图表资料，其中文字说明和图表资料又称为文档。

计算机组成原理(重点知识总结)

第一章计算机系统概论1.冯•诺依曼计算机模型。

1）计算机由运算器、存储器、控制器和输入/输出五个部件组成；2）存储器以二进制形式存储指令和数据；3）存储程序工作方式；4）五部件以运算器为中心进行组织。

现代计算机以存储器为中心。

2.计算机系统性能指标：字长，主频，主存容量，RASIS特性，兼容性。

第三章系统总线1.总线是连接两个或多个功能部件的一组共享的信息传输线；一个部件发出的信号可以被连接到总线上的其他所有部件所接收。

总线按连接部件不同分为：片内总线、系统总线、通信总线。

系统总线按传输信息不同分为：数据总线（双向，其位数与机器字长和存储字长有关，总线宽度）、地址总线（由CPU输出，单向）、控制总线。

2.总线性能指标：（1）总线宽度：它是指数据总线的根数。

（2）总线带宽：总线的数据传输速率即单位时间内总线上传输数据的位数，单位为MBps（3）时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作的总线称同步总线，与时钟不同步工作的总线称为异步总线。

（4）总线复用：为了提高总线的利用率，优化设计，特将地址总线和数据总线共用一条物理线路，只是某一时刻该总线传输地址信号，另一时刻传输数据信号或命令信号。

（5）信号线数：即地址总线、数据总线和控制总线三种总线数的总和。

（6）总线控制方式：包括并发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等。

3.总线裁决：决定哪个总线主控设备将在下次得到总线使用权的过程称为总线裁决。

•两类总线裁决方式：集中式和分布式集中式裁决方式：使用总线控制器；分布式裁决方式：控制逻辑分散在各个部件或设备中。

集中式裁决方式：链式查询，计数器定时查询，独立请求查询。

总线通信控制：同步通信（通信双方由统一时标控制数据传送）异步通信（采用应答方式，不互锁，半互锁，全互锁）。

第四章存储器1.存储器的主要性能指标容量，速度，价格。

存储器的分类2.按存储介质分类：1）半导体存储器（双极型和MOS型）2）磁表面存储器3）磁芯存储器4）光盘存储器按存取方式分类1）随机存储器2）只读存储器（静态SRAM，动态DRAM）3）串行访问存储器3.半导体只读存储器：掩膜只读存储器ROM可编程ROM（PROM）可擦除和编程的ROM（EPROM）电擦除电改写只读存储器（EEPROM）闪速存储器（flash memory）4.主存的指标存储容量，存储速度（时间和周期）和存储器带宽。

计算机组成原理重点总结(简版)

计算机组成原理重点1）计算机由运算器、存储器、控制器和输入/输出五个部件组成；2）存储器以二进制形式存储指令和数据；3）存储程序工作方式；4）五部件以运算器为中心进行组织。

2.计算机系统性能指标RASIS特性，兼容性，其表示范围为：2-n≤|X|≤1-2-n2. n位定点整数X（不考虑符号），其表示范围为：0≤|X|≤2n-13.采用定点数表示数的范围较小，运算很容易产生溢出。

浮点表示法的最大特点是它可以表示很大的数据范围以及较高的数据精度。

4.一个n位定点整数补码能表示的数值范围是：-2n-1≤X≤2n-1﹣1- 1≤X≤1﹣2-(n-1)2.半导体只读存储器：掩膜只读存储器ROM可编程ROM（PROM）可擦除和编程的ROM（EPROM）电擦除电改写只读存储器（EEPROM）闪速存储器（flash memory）3.高速缓冲存储器工作原理：设置Cache是为了解决CPU和主存之间的速度匹配问题，理论依据是程序访存的局部性规律。

映射方式：有直接映像、全相联映像和组相联映像。

替换算法：先进先出法（FIFO）“近期最少使用”算法（LRU）4. 虚拟存储器功能：1.是一种解决存储容量和存取速度矛盾的一种有效措施，是管理存储设备的有效方法。

2. 用户编制程序时就无需考虑所编程序在主存中是否放得下以及放在什么位置等问题。

3. 虚拟存储器使计算机具有辅存的容量，接近于主存的速度和辅存的位成本。

管理方法：虚拟存储器的管理方式有段式、页式或段页式三种。

5. 磁表面存储器的性能指标存储密度存储容量平均存取时间数据传送速率6.硬磁盘存储器的基本组成主要由磁记录介质、磁盘驱动器、磁盘控制器三大部分组成。

7.硬盘容量和数据传输率的计算！未格式化容量=记录面数×理论柱面数×内圆周长×位密度（bit）！理论上的柱面数应该等于（磁盘有效记录区外径-有效记录区内径）÷2×道密度。

(完整版)计算机组成原理知识点总结

《计算机组成原理》（白中英）复习第一章计算机系统概论电子数字计算机的分类（P1）通用计算机（超级计算机、大型机、服务器、工作站、微型机和单片机）和专用计算机。

计算机的性能指标（P5）数字计算机的五大部件及各自主要功能（P6）五大部件：存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备。

存储器主要功能：保存原始数据和解题步骤。

运算器主要功能：进行算术、逻辑运算。

控制器主要功能：从内存中取出解题步骤(程序)分析，执行操作。

输入设备主要功能：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式。

输出设备主要功能：把计算机处理的结果变换为人或其他机器所能接收和识别的信息形式。

计算机软件（P11）系统程序——用来管理整个计算机系统应用程序——按任务需要编制成的各种程序第二章运算方法和运算器课件+作业第三章内部存储器存储器的分类（P65）按存储介质分类：易失性：半导体存储器非易失性：磁表面存储器、磁芯存储器、光盘存储器按存取方式分类：存取时间与物理地址无关（随机访问）：随机存储器RAM ——在程序的执行过程中可读可写只读存储器ROM ——在程序的执行过程中只读存取时间与物理地址有关（串行访问）：顺序存取存储器磁带直接存取存储器磁盘按在计算机中的作用分类：主存储器：随机存储器RAM ——静态RAM 、动态RAM只读存储器ROM ——MROM 、PROM 、EPROM 、EEPROM Flash Memory高速缓冲存储器（Cache）辅助存储器——磁盘、磁带、光盘存储器的分级（P66）存储器三个主要特性的关系：速度、容量、价格/位多级存储器体系结构：高速缓冲存储器（cache）、主存储器、外存储器。

主存储器的技术指标（P67）存储容量：存储单元个数M ×每单元位数N存取时间：从启动读(写)操作到操作完成的时间存取周期：两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间，时间单位为ns。

存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量，位/秒、字节/每秒，是衡量数据传输速率的重要技术指标。

计算机组成原理知识点总结

分四个阶段( 1 )申请分配阶段：由需要使用总线额的主模块提出申请，经总线仲裁机构决定下一传输周期的总线使用权授予某一申请者。

( 2 )寻址阶段：取得了使用权的主模块通过总线发出本次要访问的从模块的地址及有关命令，启动参与本次传输的从模块。

( 3 ) 传数阶段：主模块和从模块进行数据交换，数据由源模块发出，经数据总线流入目的模块。

( 4 )结束阶段：主模块的有关信息均从系统总线上撤除，让出总线使用权。

连续进行两次独立的存储器操作所需的最小时间间隔；震荡周期，时钟频率的倒数，是计算机最基本的、最小的时间单位，在一个时钟周期内， CPU 仅完成一个最基本的动作，即微指令。

CPU 每取出并执行一条指令所需的全部时间成为指令周期，及完成一条指令的时间存储器操作到完成该操作所需的全部时间。

寻道时间+等待时间三种方法( 1 )链式查询( 2 ) 计数器定时查询( 3 )独立请求方式硬件方法、软件方法优先级包含响应优先级和处理优先级，响应优先级是指 CPU 响应各中断源请求的优先次序，这种次序往往是硬件线路已经设置好的，不便于改动。

处理优先级是指 CPU 实际对各中断源请求的处理优先次序。

如果不采用屏蔽技术，则响应的优先次序就是处理的优先次序。

“存控”内有排队器( central processing unit )中央处理器( program counter ) 程序计数器( instruction register )指令寄存器( control unit )控制单元( arithmetic logic unit )算数逻辑单元( accumulator )累加器( mutiplier_quotient register )乘商寄存器( memmory address register )存储地址寄存器( memory data register )存储器数据缓存寄存器( million instruction per second )每秒执行百万条指令数( cycle per instruction )执行一条指令所需要的时钟周期()机器主频的倒数(floating point operation per second )浮点运算次数每秒，衡量运算速度1 GB = 1024 MB1 MB = 1024 KB1 KB = 1024 Bytes(字节)1 Byte = 8 bits (位)(peripheral component interconnect) 外围部件互连总线忙总线同意信号总线请求( main memory )主存(ramdom access memory) 随机存取存储器(read only memory)只读存储器高速缓冲存储器h=Nc/(Nc+Nm) Nc 为访问 cache 的次数， Nm 为访问主存的次数设 tc 为命中时的 cache 访问时间， tm 为未命中的主存访问时间， 1-h 表示未命中率， cache-主存系统的平均访问时间 ta 为 ta=htc+(1-h)tme 表示访问效率： e=tc/ta * 100%=tc/( htc+(1-h)tm) * 100%缓存的地址分为两段：高 c 位表示缓存的块号，低 b 位表示块内地址，2c =C 表示缓存块数，且 C 远小于 M。

计算机组成原理知识点总结

一．计算机硬件系统组成的基本概念1.要求考生理解计算机系统的层次结构第一级微程序机器级（微指令系统）：微指令由硬件直接执行第二级传统机器级（机器语言）：它用微程序解释机器指令系统第三级操作系统级：用机器语言程序解释作业控制语句第四级汇编语言机器级：用汇编程序翻译成机器语言程序第五级高级语言机器级：用汇编程序翻译成汇编程序或直接翻译成机器语言2.要求考生掌握计算机硬件系统的组成1.CPU：CPU的主要功能室读取并执行指令，在执行指令过程中，它向系统中各个部件发出控制信息，收集各部件的状态信息，与各部件交换数据信息。

CPU由运算部件，寄存器组，控制器组成。

2.存储器：存储器用来存储信息，包括程序、数据、文档。

分为主存（内存）、外存、高速缓存（Cache）三级存储器。

3.输入/输出设备4.总线：总线是一组能为多个不见分时共享的信息传送线。

系统总线可分为地址总线、数据总线、控制总线。

5.接口：为了将标准的系统总线与各具特色的I/O设备连接起来，需要在总线与I/O设备之间设置一些部件，它们具有缓冲，转换，连接等功能，这些部件称为I/O接口。

3.冯诺依曼机的要素冯诺依曼体制的主要思想包括：1.采用二进制代码形式表示信息（数据和指令）；2.采用存储程序的工作方式（诺依曼思想核心概念）；3.计算机硬件系统由五大部件（存储器、运算器、控制器，输入设备和输出设备）组成。

传统的诺依曼机采用串行处理的工作机制，即逐条执行指令序列。

要想提高计算机的性能，其根本方向之一是采用并行处理机制。

4.存储程序的工作原理存储程序包含三点：事先编制程序，先存储程序，自动、连续地执行程序。

1.根据求解问题事先编制程序2.事先将程序存入计算机中3.计算机自纵、连续地执行程序5.要求考生了解信息的数字化表示所需的主要步骤及优点1.在物理上容易实现信息的表示与存储2.考干扰能力强，可靠性高3.数值的表示范围大，表示精度高4.可表示的信息类型极广5.能用数字逻辑技术进行信息处理6.要求考生了解计算机系统的主要性能指标1.基本字长：指参加一次定点运算的操作数的位数。