计算机组成原理资料
计算机组成原理-(完整版)
计算机组成原理-完整版前言计算机组成原理是计算机科学中最基础的课程之一，它主要研究计算机系统的各个组成部分的原理和关系。
它是计算机科学中最基础的课程之一，也是理解其他计算机科学领域的必备基础。
本文将介绍计算机组成原理中涉及的各个方面，从处理器到内存，再到输入输出系统，以及操作系统和应用层，详细解释它们的工作原理和相互关系。
此外，我们还将介绍一些实际的例子，以帮助读者更好地理解这些概念。
计算机硬件组成处理器处理器是计算机的大脑，它是计算机中最为关键的部分之一。
处理器的任务是执行指令，它通过解码指令，再根据指令来执行相应的操作。
处理器包括控制单元和算术逻辑单元两部分。
控制单元是处理器的主控制中心，它决定了处理器要执行的操作，以及操作的顺序。
由于处理器的速度非常快，因此它能够在一个时钟周期内执行多个操作。
算术逻辑单元（ALU）则用于执行运算操作，例如加减乘除、位移等。
ALU从寄存器中读取数据，并根据指令进行相应的计算和操作。
存储器存储器用于存储计算机中的数据和指令。
存储器被分为两种类型：内存和外存。
内存是指计算机中直接可访问的存储，例如DRAM。
它是用于临时存储程序和数据的地方。
内存的访问速度非常快，但只能存储有限的数据量。
外存则是指计算机中不直接可访问的存储，例如硬盘。
它用于长期存储数据和程序。
虽然外存的访问速度相对较慢，但它能够存储大量的数据和程序。
输入输出设备输入输出设备是与计算机交互的途径，例如键盘、鼠标和显示器等。
输入设备用于将数据输入到计算机中，输出设备则用于从计算机中输出数据。
计算机系统架构冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是计算机系统的经典架构，它由储存器、算术逻辑单元、控制单元和输入输出设备组成。
程序存储在内存中，并通过控制单元来控制执行。
该体系结构具有良好的扩展性和通用性，适用于大多数计算机系统。
哈佛体系结构哈佛体系结构是一种采用不同存储器分别用于程序和数据存储的计算机系统。
计算机组成原理(本全)课件
目录
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出(I/O)系统 • 计算机的体系结构 • 计算机的软件系统
01 计算机系统概述
计算机的发展历程
第一代计算机
电子管计算机，20世纪40年代 中期至50年代末期，主要用于
军事和科学研究领域。
CPU每个时钟周期执行的指令数，是 衡量CPU性能的重要指标。
03 存储器系统
存储器的分类和作用
分类
根据存储器的功能和位置，可以分为内存和外存两大类。内存是计算机内部存储器，用 于存放运算数据和程序代码；外存则是计算机外部存储器，用于长期保存大量数据和程
序。
作用
存储器是计算机的重要组成部分，它负责存储程序运行过程中所需的数据、指令等信息 ，使得CPU能够快速、准确地读取和写入数据，从而完成程序的执行。
软件系统
包括系统软件和应用软件两大类。
操作系统
是计算机的软件系统中最基本、最重要的部分，负责 管理和调度计算机的软硬件资源。
计算机的工作原理
二进制数制
计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。
指令和程序
计算机按照程序中预定的指令序列进行自动执 行。
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部，根据指令从存储器中取出数据和指令进行运 算和传输。
内存的工作原理和组织结构
工作原理
内存由多个存储单元组成，每个单元可以存储一个二进制数 。当CPU需要读取或写入数据时，会通过地址总线发送地址 信号，内存控制器根据地址信号找到对应的存储单元，完成 数据的读取或写入操作。
组织结构
内存的组织结构通常采用线性编址方式，即将内存单元按照 一定顺序排列，每个单元都有一个唯一的地址。内存的容量 大小由地址总线的位数决定，地址总线位数越多，可访问的 内存单元数量就越多。
《计算机组成原理》ppt课件
输入输出系统
输入设备
将人类可读的信息转换为计算机 可识别的二进制代码，如键盘、 鼠标等。
I/O控制方式
程序查询方式、中断方式、DMA 方式和通道方式等，用于管理输 入输出操作。
输出设备
将计算机处理后的结果转换为人 类可读的形式，如显示器、打印 机等。
I/O接口
连接输入输出设备与主机，实现 数据缓冲、电平转换和信号匹配 等功能。
括通用寄存器、专用寄存 器等。
指令的执行过程
取指
从内存中读取指令，并将其放入指令寄存器 中。
执行
根据微操作命令序列，控制运算器、寄存器 等部件执行相应的操作。
译码
将指令寄存器中的指令翻译成微操作命令序 列。
写回
将执行结果写回到寄存器或内存中。
CPU的性能指标
主频
CPU的时钟频率，通常以MHz或 GHz表示，主频越高，CPU处理
运算器
执行算术运算和逻辑运算， 处理数据。
寄存器
暂存指令、数据和地址， 提高CPU的运算速度。
存储器
01
主存储器
存放程序和数据的主要区域，直接和CPU交换信息。
02
辅助存储器
长期保存信息，容量大、价格低、速度慢，需通过主存与CPU交换信息。
03
高速缓冲存储器（Cache）
位于CPU和主存之间，存取速度接近CPU，用于缓解主存速度瓶颈问题。
云计算和大数据的融合是未来发展的趋 势，通过云计算平台提供的大数据服务， 可以实现海量数据的存储、处理和分析。 计算机组成原理在云计算和大数据融合 中发挥着重要作用，为构建高效、稳定 的云计算和大数据平台提供了理论支持。
计算机组成原理的发展趋势和挑战
发展趋势
计算机组成原理复习资料
第一章：1.计算机系统由“硬件”和“软件”两大部分组成计算机的软件通常又可分为两大类：系统软件和应用软件2.冯诺依曼计算机的特点：计算机由运算器、储存器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成运算器、控制器、存储器—》主机控制器、运算器==》 CPU输入、输出–》 I/O3机器字长是指CPU一次能够处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
字长越长，数的表示范围越大，精度也越高。
4存储容量=储存单元个数*存储字长MAR的位数反映了储存单元的个数，MDR的位数反映了存储字长如MAR为16位，MDR为32位，存储容量=2的16次方*32=2M位（1M=2的20次方）储存容量2M位=2的18次方字节（一个字节=8位）=2的18次方B=256KB第一章课后题：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：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。
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•诺依曼计算机的特点是：P8计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；指令和数据均用二进制表示；指令由操作码、地址码两大部分组成，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；指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；机器以运算器为中心（原始冯•诺依曼机）。
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：P9-10主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。
CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。
计算机组成原理(本全PPT)
用作固件存储，如BIOS、固件等。
外存储器
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
分类
机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。
外存储器
应用
作为计算机的主要存储设备。
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
外存储器
分类
CD、DVD和蓝光光盘等。
应用
用于数据备份和存储。
高速缓存(Cache)
址和控制信号。
总线按照传输信号类型可以分为 数据总线、地址总线和控制总线。
总线按照连接部件可以分为内部 总线和外部总线，内部总线连接 计算机内部各部件，外部总线连
接计算机与外部设备。
主板的结构与功能
主板的结构包括
处理器插座、内存插槽、扩展插槽、硬盘接口、电源接 口等。
主板的功能包括
提供各部件之间的连接，实现数据传输和控制信号传递 ；保障系统的稳定性和可靠性；提供系统扩展能力。
I/O数据传输方式
优点
CPU可以执行其他任务，适用于高速I/O 设备。
VS
缺点
需要设置中断控制器，实现起来较为复杂 。
I/O数据传输方式
优点
CPU不直接参与数据传输，适用于大数据块 传输。
缺点
需要设置DMA控制器，成本较高。
I/O设备控制方式
要点一
优点
简单、易于实现。
要点二
缺点
CPU效率低下，适用于慢速I/O设备。
计算机组成原理(本全ppt)
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出系统(I/O) • 总线与主板 • 计算机系统性能评价与优化
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
计算机组成原理(本全PPT)白中英
32
为提高数据的表示精度，当尾数的值不为 0 时，其绝 对值应≥0.5，即尾数域的最高有效位应为1,否则以修 改阶码同时左右移小数点的办法，使其变成这一表 示形式，这称为浮点数的规格化表示。
101.1101=0.1011101×20011=0.010111010×20100
规格化表示为尾数是0.1011101，阶码是0011 而尾数是0.01011101，阶码是0100不是规格化表示。
16
(347) 8 =3×82+4×81+7×80=(103)10 (347.5) 8 =3×82+4×81+7×80+5×8-1 =(231.625)10 (34E.5) 16 =3×162+4×161+14×160+5×16-1 =(846.3125)10
17
2、不同数制间的转换 1＞十进制八，十六进制二进制 法则 整数部分：除8（16）取余数 小数部分：乘8（16）取整 重复循环
0≤︱X︱≤2n －1 或： — (2n －1)≤ X≤2n －1 （16位整数范围：— (215 －1)≤ X≤ (215 －1)
25
2、浮点表示法 1＞数的浮点表示 其范围和精度部分分别用定点数表示 123.45=1234.5×10－1=12345×10 －2 =123450×10 － 3 4796.54＝0 . 479654×104 0.00479654＝ 0 . 479654×10－2 －0.00479654＝ －0 . 479654×10－2
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任意十进制N，可以化为 N＝M×10E 其中M为小数，E为整数 一个数S的任意进制表示 （S）R＝m×Re m ：尾数，是一个纯小数。 e ：比例因子的指数，称为浮点的指数，是一个 整数。 R ：比例因子的基数，对于二进计数值的机器 是一个常数，一般规定Ｒ 为2，8或16。
计算机组成原理
计算机组成原理计算机组成原理是指计算机硬件和软件的组成以及它们之间的工作原理。
计算机硬件主要包括中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备和总线等。
计算机软件则由系统软件和应用软件组成。
在计算机中，中央处理器是计算机的核心，它负责执行计算机程序中的指令。
中央处理器由控制器和运算器组成。
控制器用于解码和执行指令，而运算器用于进行数据运算。
存储器用于存储数据和指令，其主要有两种类型：主存储器和辅助存储器。
主存储器一般是随机存取存储器(RAM)，用于存储当前正在执行的程序和数据。
辅助存储器一般是固态硬盘(SSD)或磁盘，用于长期存储数据和程序。
输入输出设备负责将数据和指令输入计算机，并将计算结果输出到外部设备或显示器上。
常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪，而输出设备有显示器、打印机和音频设备等。
总线是计算机各个组件之间进行通信的路径。
总线分为地址总线、数据总线和控制总线。
地址总线用于指示存储器或I/O设备的地址，数据总线用于传输数据，而控制总线用于传输与控制操作有关的信息。
系统软件是计算机操作系统的核心部分，它管理计算机的资源和提供用户与计算机硬件之间的接口。
应用软件则是由用户使用的各种程序，如办公软件、图像处理软件和游戏等。
在计算机工作原理方面，计算机是按照指令的顺序执行程序的。
计算机从存储器中读取指令和数据，存储在寄存器中，并通过总线传递信息。
控制器解码指令并控制算术逻辑单元(ALU)进行数据运算。
运算结果再存储在寄存器中，最后输出到输出设备或存储器中。
总之，计算机组成原理是计算机硬件和软件的组成和工作原理的总称。
通过了解计算机的组成和工作原理，可以更好地理解计算机的工作方式，从而进行计算机系统的设计和优化。
《计算机组成原理》课件
将结果存回内存或寄存器 。
CPU的性能指标
速度
执行指令的速度，通常以MIPS（百万条 指令每秒）表示。
功耗
CPU在工作时的能耗。
集成度
CPU中晶体管的数量和密度。
可靠性
CPU在正常工作条件下无故障运行的概率 。
03
存储器
内存的分类与结构
分类
根据存储介质，内存可以分为RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）。RAM又可以分为DRAM（动态 随机存取存储器）和SRAM（静态随机存取存储器）。
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THANKS
《计算机组成原理》ppt课件
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器 • 存储器 • 输入输出系统 • 总线系统 • 计算机系统可靠性及安全性
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
机械计算机时代
1946年第一台电子计算机ENIAC诞生，占地170平方米，重30吨，运算速度5000次/秒。
晶体管计算机时代
20世纪50年代中期至60年代，计算机体积缩小，运算速度提高，可靠性增强。
集成电路计算机时代
20世纪60年代末至70年代初，微处理器出现，个人电脑开始进入市场。
大规模集成电路计算机时代
20世纪70年代中期至今，计算机体积更小，性能更高，应用领域更广泛。
计算机系统的组成
硬件系统
包括中央处理器、存储器、输入输出设备 等物理部件。
结构
内存主要由存储单元阵列、地址译码器和数据输入/输出缓冲器组成。每个存储单元阵列负责存储数据，地址译 码器负责将地址码转换为相应的存储单元的地址，数据输入/输出缓冲器则负责数据的读写操作。
内存的工作原理
计算机组成原理考研知识点非常全汇编
计算机组成原理考研知识点-非常全汇编一、计算机系统概述1.计算机的基本组成：计算机硬件系统、计算机软件系统、操作系统。
2.计算机的主要性能指标：运算速度、存储容量、输入输出能力、数据传输速率。
3.计算机的应用和发展趋势：人工智能、大数据、云计算、物联网等。
二、运算方法1.数值数据的表示：二进制数、十进制数、十六进制数、非数值数据的表示：字符、图形、音频、视频等。
2.运算方法：二进制数的运算、十进制数的运算、浮点数的运算、逻辑运算。
三、存储系统1.存储器的分类和特点：半导体存储器、磁表面存储器、光存储器。
2.内存储器的组成和编址方式：单元地址、字地址、字节地址、位地址。
3.外存储器的组成和特点：硬盘、U盘、移动硬盘等。
四、指令系统1.指令的组成和格式：指令操作码、指令地址码。
2.指令的分类和功能：算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令等。
3.寻址方式：立即寻址、直接寻址、间接寻址等。
五、中央处理器1.CPU的组成和功能：运算器、控制器、寄存器组。
2.CPU的工作原理：指令的读取和执行、指令流水线技术。
3.CPU的性能指标：吞吐量、响应时间、时钟频率等。
六、输入输出系统1.I/O设备的分类和特点：键盘、鼠标、显示器等。
2.I/O接口的分类和功能：数据缓冲区、控制缓冲区、状态缓冲区等。
3.I/O方式：程序控制I/O、中断I/O、直接内存访问。
七、总线与主板1.总线的分类和功能：数据总线、地址总线、控制总线。
2.总线的基本组成和特点：单总线结构、多总线结构。
3.主板的组成和功能：芯片组、BIOS芯片、总线扩展插槽等。
八、并行计算机的组成和工作原理1.并行计算机的分类和特点：多处理器系统、分布式系统。
2.并行计算机的组成和工作原理：并行处理机、并行存储器等。
3.并行计算机的性能指标：并行度、吞吐量、响应时间等。
(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(本全)ppt课件
定点数的加减法实现
通过硬件电路实现定点数的加减法，包括加 法器、减法器等。
浮点数的加减运算
浮点数的表示方法
包括IEEE 754标准中浮点数的表示方法、规格化表示 和精度。
浮点数的加减法规则
包括阶码和尾数的运算规则、对阶操作、尾数加减运 算和结果规格化等。
浮点数的加减法实现
通过硬件电路实现浮点数的加减法，包括浮点加法器 、浮点减法器等。
指令的执行过程与周期
指令执行过程
取指、译码、执行、访存、写回等阶段 。
VS
指令周期
完成一条指令所需的时间，包括取指周期 、间址周期、执行周期等。
07
中央处理器（CPU）
CPU的功能与组成
控制器
负责指令的取指、译码和执行，控制 数据和指令在CPU内部的流动。
运算器
执行算术和逻辑运算，包括加、减、 乘、除、与、或、非等操作。
多核处理器与并行计算
多核处理器
将多个处理器核心集成在一个芯片上，每个核心可以独立执行指令，提高处理器的并行 处理能力。
并行计算
利用多核处理器或多个处理器同时处理多个任务或数据，加速计算过程，提高计算效率 。
08
输入输出系统
I/O接口与I/O设备
I/O接口的功能
实现主机与外设之间的信息交换，包括数据 缓冲、信号转换、设备选择等。
乘法与除法运算
浮点数的乘除法运算
包括浮点数的乘法、除法和平方根运算等。
定点数的乘除法运算
包括原码一位乘法、补码一位乘法、原码除 法和补码除法等。
乘除法运算的实现
通过硬件组成与设计
运算器的基本组成
包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器组、数据总线等。
运算器的设计原则
计算机组成原理期末复习资料汇总
计算机组成原理?期末复习资料汇总一、名词解释微程序：是指能实现一条机器指令功能的微指令序列。
微指令：在机器的一个CPU周期，一组实现一定操作功能的微命令的组合。
微操作：执行部件在微命令的控制下所进展的操作。
加减交替法：除法运算处理中对恢复余数法来说，当余数为正时，商“1〞，余数左移一位，减除数；当余数为负时，商“0〞，余数左移一位，加除数。
有效地址：EA是一16位无符号数，表示操作数所在单元到段首的距离即逻辑地址的偏移地址.形式地址：指令中地址码字段给出的地址，对形式地址的进一步计算可以得到操作数的实际地址。
相容性微操作：在同一CPU周期中，可以并行执行的微操作。
相斥性微操作：在同一CPU周期中，不可以并行执行的微操作。
PLA：Programmable Logic Arrays，可编程逻辑阵列。
PAL：Programmable Array Logic，可编程阵列逻辑。
GAL：Generic Array Logic，通用阵列逻辑。
CPU：Central Processing Unit，中央处理器。
一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心和控制核心。
RISC：Reduced Instruction Set puter，精简指令系统计算机。
CISC：ple* Instruction Set puter，复杂指令系统计算机。
ALU：Arithmetic Logic Unit，算术逻辑单元。
CPU执行单元，用来完成算术逻辑运算。
二、选择题1.没有外存储器的计算机监控程序可以存放在(B)。
A．RAM B．ROM C．RAM和ROMD．CPU2.完整的计算机系统应包括〔D 〕。
A．运算器．存储器．控制器B．外部设备和主机C．主机和使用程序D．配套的硬件设备和软件系统3.在机器数〔BC 〕中，零的表示形式是唯一的。
A．原码B．补码C．移码D．反码4.在定点二进制运算器中，减法运算一般通过〔D 〕来实现。
A．原码运算的二进制减法器B．补码运算的二进制减法器C．原码运算的十进制加法器D．补码运算的二进制加法器5.*存放器中的值有时是地址，因此只有计算机的〔C〕才能识别它。
计算机类_计算机组成原理复习资料
第1章计算机系统概论一、名词解释：历年真题：名词解释题：（2002年）1．主机：由CPU、存储器与I/O接口合在一起构成的处理系统称为主机。
（2003年）16．主机：由CPU、存储器与I/O接口合在一起构成的处理系统称为主机。
（2004年）18．ALU算术逻辑运算单元，负责执行各种算术运算和逻辑运算。
（2005年）21．应用软件：完成应用功能的软件，专门为解决某个应用领域中的具体任务而编写。
近4年都考了名称解释，所以第一章的名称解释是考试的重点，这里给大家列出了名词解释大家要熟悉一下，这都是本章的基本概念，也有利于做选择题及填空题。
1．主机：由CPU、存储器与I/O接口合在一起构成的处理系统称为主机。
2．CPU：中央处理器，是计算机的核心部件，由运算器和控制器构成。
3．运算器：计算机中完成运算功能的部件，由ALU和寄存器构成。
4．ALU：算术逻辑运算单元，负责执行各种算术运算和逻辑运算。
5．外围设备：计算机的输入输出设备，包括输入设备，输出设备和外存储设备。
6．数据：编码形式的各种信息，在计算机中作为程序的操作对象。
7．指令：是一种经过编码的操作命令，它指定需要进行的操作，支配计算机中的信息传递以及主机与输入输出设备之间的信息传递，是构成计算机软件的基本元素。
8．透明：在计算机中，从某个角度看不到的特性称该特性是透明的。
9．位：计算机中的一个二进制数据代码，计算机中数据的最小表示单位。
10．字：数据运算和存储的单位，其位数取决于具体的计算机。
11．字节：衡量数据量以及存储容量的基本单位。
1字节等于8位二进制信息。
12．字长：一个数据字中包含的位数，反应了计算机并行计算的能力。
一般为8位、16位、32位或64位。
13．地址：给主存器中不同的存储位置指定的一个二进制编号。
14．存储器：计算机中存储程序和数据的部件，分为内存和外存。
15．总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合，包括数据总线．地址总线和控制总线。
计算机组成原理复习资料
计算机组成原理复习资料试题类型：选择题40分、填空题10-20分和分析设计题40-50分。
1、减少指令中地址个数的有效方式是采用隐地址方式。
减少每一个地址码的位数采用？2、主存是按随机存取方式工作的存储器。
（随机存取、顺序存取和直接存储器存取）3、在浮点运算中，若结果的尾数绝对值大于1时，需要进行右规处理。
尾数的绝对值小于1/2时，进行左规处理。
4、动态RAM的特点是：每隔一定时间，需按行读一遍（实质：刷新）。
5、在异步控制方式中，各操作按需分配时间。
（同步控制方式，各操作受统一时序信号的约束）6、CPU响应中断请求是在一条指令结束时。
（响应DMA请求可以在一条指令的执行过程中）7、原码不恢复余数除法，采用操作数的绝对值形式进行计算。
（补码不恢复余数除法，采用操作数的补码形式进行计算）8、DMA传送通常在高速外设与主存之间进行数据传送。
9、在微程序控制中，机器指令和微指令的关系是每一条机器指令由一段微程序来解释执行。
10、在总线传送中，掌握总线控制权的设备通常指主设备。
11、下列叙述中，能反映RISC特征的有③、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨。
①丰富的寻址方式②使用微程序控制器③执行每条指令所需的机器周期数的平均值小于 2 ④多种指令格式⑤指令长度不可变⑥简单的指令系统⑦只有load/store指令访问存储器⑧设置大量的通用寄存器⑨采用多级指令流水线结构。
12、在计数器定时查询方式下，若每次计数从上一次计数的终止点开始，则每个设备使用总线的机会均等。
13、冯诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是指令周期的不同阶段。
14、某机器字长16位，主存按字节编址，转移指令采用相对寻址，由两个字节组成，第一字节为操作码字段，第二字节为相对位移量字段。
假定取指令时，每取一个字节PC自动加1。
若某转移指令所在主存地址为2000H，相对位移量字段的内容为06H，则该转移指令成功转移后的目标地址是2008H 。
(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。
计算机组成原理考试资料
第一章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：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。
2.说明高级语言，汇编语言和机器语言的差别以及联系。
解：高级语言——由用户编写的程序。
汇编语言——符号式的程序设计语言。
机器语言——用0、1代码表示的语言。
3.解释概念：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：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；（早期的运、控不在同一芯片上）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；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
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；（通常主、辅存容量分开描述）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。
第二章1.通常，计算机的更新换代以什么为依据？解：计算机的更新换代硬件技术为依据。
第一代，时间：1946－1957 硬件技术：电子管第二代，时间：1958－1964 硬件技术：晶体管第三代，时间：1965－1971 硬件技术：中小规模集成电路第四代，时间：1972－1977 硬件技术：大规模集成电路第五代，时间：1978－现在硬件技术：超大规模集成电路第三章1.总线如何分类？什么是系统总线？系统总线又分为几类，它们各有作用，是单向的，还是双向的，它们与机器字长存储字长、存储单元有何关系？解：总线的应用很广泛，从不同角度可以有不同的分类方法。
计算机组成原理
计算机组成原理计算机组成原理是指计算机由硬件和软件组成的过程和原理。
它涉及了计算机内部各部件的功能和相互关系，以及它们如何协同工作，实现计算、存储和通信等功能的基本原理。
计算机组成原理主要包括指令执行周期、存储器层次结构、总线结构、I/O系统、中央处理单元（CPU）、寄存器以及各种逻辑门电路等基本概念和原理。
计算机组成原理是计算机科学与技术的核心课程之一，它为我们深入了解计算机的工作原理以及如何有效地设计和优化计算机系统提供了重要基础。
指令执行周期是计算机工作的基本单位，它由取指令、指令译码、指令执行、访问存储器、写回数据等若干步骤组成。
存储器层次结构是指计算机系统中不同速度和容量的存储器层级，包括高速缓存、主存储器和辅助存储器等。
各级存储器通过读写控制线和数据线相连，实现数据的传输和存储。
总线结构是计算机内部各部件之间传输数据和控制信号的途径。
它包括数据总线、地址总线和控制总线等，用于在CPU、存储器和I/O设备之间传输数据和控制信息。
I/O系统是计算机与外部设备之间的接口，负责数据的输入输出和设备的管理。
它通过I/O控制器和外设接口等实现计算机与外部设备的通信。
CPU是计算机的核心部件，负责执行程序中的指令。
它由控制单元和算术逻辑单元组成，控制单元负责指令的控制和管理，算术逻辑单元负责进行数据的运算和逻辑判断。
寄存器是CPU内部用于存储数据和指令的临时存储器，包括通用寄存器、指令寄存器、程序计数器等。
逻辑门电路是计算机中最基本的构建单元，包括与门、或门、非门等。
通过逻辑门的组合和连接，可以实现各种逻辑运算和控制功能。
计算机组成原理涉及的其他概念还包括指令集体系结构、流水线技术、中断处理等。
总之，计算机组成原理是计算机科学与技术中的重要基础课程，它为我们理解计算机工作原理、设计高效的计算机系统提供了基础。
通过学习计算机组成原理，我们可以更好地理解计算机的内部结构和原理，为后续的计算机体系结构、操作系统、编译原理等课程奠定坚实的基础。
(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。
计算机组成原理复习资料
计算机五大部件：运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备运算器：完成算数和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器存储器：存放数据和程序控制器：控制、指挥程序和数据的输入、运行及处理运算结果输入设备：将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式输出设备：将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式硬件名词解释：寄存器：暂存指令、数据、地址的存储设备算数逻辑单元（ALU）：完成算数逻辑运算存储器：存放数据和程序字：一个存储单元中存放的一串二进制代码字节：8位二进制代码字长：字的长度容量：存储单元个数＊存储字长地址：存储单元的编号CPU：中央处理器，包含控制器和运算器主机：CPU与主存储器主存：存放数据与程序，可直接与CPU交换信息辅存：总线：连接多个部件的信息传输线，各部件共享的传输介质数据：兼容：指令流：地址流如何区分存储器中的指令和数据：执行阶段取出的是数据，取址阶段取的是指令总线分类：1.片内总线芯片内部的总线2.系统总线CPU、IO设备、主存之间的信息传输线2.1 数据总线传输各部件的数据信息，双向传递2.2 地址总线指出数据总线上的数据在主存单元的地址或IO设备的地址，单向2.3 控制总线发出各种控制信号的传输线，双向3.通信总线计算机系统之间或与其他系统间的通信2.1 串行通信数据在单条1位宽的传输线上，一位一位按顺序分时传送2.2 并行通信数据在多条并行1位宽的传输线上同事传送总线控制包括判优控制和通信控制，总线控制器统一管理总线的一系列问题1.判优控制由总线控制器按一定的优先等级顺序确定哪个设备能使用总线1.1 链式查询总线同意信号BG串行地从一个IO接口送到下一个IO接口，若BG到达的IO接口有总线请求就不再往下传，该借口获得总线使用权并建立总线忙BS信号。
离总线控制器近的设备有最高优先级，只需很少几根线就能实现总线控制，但对电路故障很敏感，且优先级低的设备很难获得请求。
1.2 计数器定时查询总线控制器接到BR送来的总线请求信号后，在总线未被使用的情况下（BS＝0）内部的计数器开始计数，并通过设备地址线向各设备发出一组地址信号。
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存储容量：
指以字节为单位存储器所能存储的二进制信 息总量。一般以位或以字节为单位。 C＝n×k×s 磁盘存储器有格式化容量和非格式化容量两 个指标： 格式化容量：指按照特定的记录格式存储 信息的总量。 非格式化容量：磁记录表面可以利用的磁 化单元总数。 一般格式化容量是非格式化容量的60%－ 70%。
硬盘存储器的基本结构
1 硬盘驱动器
磁盘驱动器是一种精密的电子和机械装置，因此 各部件的加工安装有严格的技术要求。对温盘驱 动器，还要求在超净环境下组装。各类磁盘驱动 器的具体结构虽然有差别，但基本结构相同，主 要由定位驱动系统、主轴系统和数据转换系统组 成。
磁盘驱动器结构示意图
磁头 磁 盘 组 主轴 通风机 滤尘器 小车 传动皮带 主电机 取数臂 定位驱动器 密封罩 速度 传感器
光盘存储器
信息记录的轨迹称为光道。光道上划分出 一个个扇区，它是光盘的最小可寻址单位。 扇区的结构如图所示。
光盘扇区分为四个区域。2个全零字节和 10个全1字节组成同步区，标志着扇区的 开始。4字节的扇区标识区用于说明扇区 的地址和工作模式。光盘的扇区地址编码 不同于磁盘，它是以分（MN）、秒（SC） 和分秒数（FR，1/75s）时间值作为地址。 由于光盘的恒定线速度是每秒钟读出75个 扇区，故FR的值实际上就是秒内的扇区 号(0—74)。
存储密度高，记录容量大，每位价格低； 记录介质可以重复使用； 记录信息可长时间保存而不致丢失； 非破坏性读出，读出时不需再生信息； 存取速度较低，机械结构复杂，对工作环境要求较严。
磁盘存储设备
对磁盘的直观认识
1
磁记录原理
磁表面记录设备，是在磁头和磁性材料的记录 介质之间有相对运动时，通过一次电磁转换完 成一次读写操作。 磁头：通常由软磁材料（外界磁场的作用消失 后，该磁性材料的磁性容易消失）做成。
【例2】CDROM光盘的外缘有5mm宽的范围因 记录数据困难，一般不使用，故标准的播放时 间为60分钟。计算模式1和模式2情况下光盘存 储容量是多少? 解： 扇区总数=60分×60秒×75扇区/秒=270 000(扇区) 模式1存放计算机程序和数据，其存储容量为 270 000×2048B/220=527MB 模式2存放声音、图像等多媒体数据，其存储容 量为270 000×2336B/220=601MB
完整的硬盘控制逻辑，如图所示。
硬盘存储器的信息分布
硬盘中信息分布呈以下层次：记录面、“磁道、圆柱 面”、扇区。
n
主 轴 0 道 0
记 录 面 滑 架
n 道
扇 区 磁 头 （ a ） （ b ） （ c ）
图 6 － 5 6硬 盘 信 息 分 布 示 意 图
磁道的编址是从外向内依次编 号。最里面的一个同心圆叫n 磁道，该磁道并不用来记录信 息。扇区可连续（交叉因子=1） 或不连续编号。因为读一个扇 区需一定时间，当读完1号扇区 并处理完后，磁头已经滑过2号 扇区，需等盘片转一圈才能找 到2号扇区，降低传输速率。所 以可采用不连续编号。
数据传输率：单位时间内向主机传送数据的位数或字节 数。 对磁盘存储器，单磁头串行读/写半径R0已知，数据 传输率计算如下： 每道信息量=位密度2R0，（R0为内半径） 数据传输率(bps)= 每道信息量转速r，（r是每秒转速） =位密度2R0转速 例：某盘组共9块盘片，有16个盘面来记录数据，每面 分256个磁道，每道有16个扇区，每个扇区存储512个 字节，假设磁盘旋转速度为每分钟3600转，求数据传 输率。 解：每秒钟的的转速=3600/60=60转； 数据传输率=每一磁道容量×每秒钟转速 =16×512×60 =480KB/S
解：(1) 每道记录信息容量=12,288字节 每个记录面信息容量=275×12,288字节 共有4个记录面， 硬盘存储器总容量=4×275×12,288字节=13,516,800字节
(2) 最高位密度D1按最小磁道半径R1计算(R1=115mm)： D1=12,288字节/2π R1≈17字节/mm 最低位密度D2按最大磁道半径R2计算： R2=R1+(275÷5)=115+55=170mm D2=12,288字节/2π R2≈11.5字节/mm
4.4.2光盘存储器
光盘存储器 只读型光盘系统都基于一个共同原理，即光盘上 的信息以坑点形式分布，有坑点表示为“1”，无坑点表 示为“0”，一系列的坑点(存储元)形成信息记录道，见 图（b）。对数据存储用的CDROM光盘来讲，这种坑 点分布作为数字“1”、“0”代码的写入或读出标志。为 此必须采用激光作为光源，并采用良好的光学系统才能 实现。 光盘的记录信息以凹坑方式永久性存储。读出时，当激 光束聚焦点照射在凹坑上时将发生衍射，反射率低；而 聚焦点照射在凸面上时大部分光将返回。根据反射光的 光强变化并进行光电转换，即可读出记录信息。
(3) 硬盘传输率Dr=rN r=3000/60=50转/秒 N=12,288字节(每道信息容量) Dr=r×N=50×12,288字节=614,400字节/秒 (4) 平均等待时间=1/2r=1/(2×50)=10ms (5) 假定只有一台硬盘驱动器，所以不考虑驱动器号地址。有4 个 记录面，每个记录面有 275 条磁道。假定每个扇区记录 1024个 字节，则需要 12,288 字节÷1024 字节 =12 个扇区。由此可得如 下地址格式：
3 磁盘存储器的主要性能指标
记录密度： 单位长度或单位面积所存储的二进制信 息量。 磁盘的记录密度： (a)道密度：指沿磁盘半径方向单位长度上的磁道 数 (b)位密度：指沿磁道的单位长度上记录的二进制 信息位数 (c) 面密度：以上两个乘积。 在磁盘各磁道上所记录的信息量是相同的，而 位密度不同，一般泛指磁盘位密度时，是指内圈磁 道上的位密度。
平均寻址时间：对磁盘存储器，平均寻址时间=平 均寻道时间+平均等待时间 平均等待时间与磁盘转速有关，可用磁盘旋转一 周所需要时间的一半来表示平均等待时间。 例：磁盘的转速为3600r/min，则 平均等待时间=0.5×60/3600=8.3ms。 读写周期：读出/写入一个字的时间称为读写时间， 两次读出/写入操作之间的时间间隔称为读写周期 或存取周期
误码率：是衡量出错概率的参数，等于出错位 数与读写总信息位数之比。 价格：通常用位价格来比较各种外存储器。位 价格是用设备价格除以存储器二进制位总容量。 一个常识： 每面信息量=每道信息量柱面数 =每道信息量道密度（外半径-内半径） 总容量=每面信息量面数
例题：
1. 2. 3. 4. 5.
4.4 辅助存储器
辅助存储器的特点:
容量大 成本低 在断电后能保存信息(其中大部分存储介质还能脱机保存信息)
辅助存储器主要有:
磁表面存储器
光盘存储器
4.4.1 磁表面存储器
计算机的外存储器又称磁表面存储设备。所谓磁表 面存储，是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑 料表面作载磁体来存储信息。磁盘存储器、磁带存 储器均属于磁表面存储器。 特点：
硬盘的地址格式
驱动器号 磁道号 (圆柱面号) 记录面号 扇区号
请注意磁道号(圆柱面号)与记录面号的顺序。 如果有一个较大的文件，在某磁道、某记录面的所有扇 区内存储不下时，应先改变记录面号(即换成与该磁道号对 应的另一记录面存放)，这样可避免磁头的机械运动给存取 速度带来影响。 只有当该磁道号(圆柱面号)对应的所有记录面都存不下 时，才改变磁道号(圆柱面号)。
解：
有效存储区域=16.5-11=5.5(cm) ∵道密度=40道/cm ∴40*5.5=220道 即220个柱面. 2. 内层磁道周长= 2R =2*3.14*11=69.08(cm) 每道信息量=400位/cm*69.08=27632=3454位 每面信息量=3454B*220=759880B 盘组总容量=759880*10=7598800B 3. 磁盘数据传输率 Dr=rN=2400/60*3454=13816B/s
台号
16 15 14
柱面(磁道)号
8 7
盘面(磁头)号
4 3
扇区号
0
2.某硬盘存储器转速为3000r/min，共有4个记录面，每个记录面上共有275 条磁道，每mm为5道，每道记录信息为12,288字节，最小磁道直径为230mm。
问： (1) (2) (3) (4) (5)
磁盘存储器的容量是多少？ 最高位密度与最低位密度是多少？ 硬盘数据传输率是多少？ 平均等待时间是多少？ 给出一个硬盘地址格式方案。
（ a ） 写 入
（ b ） 读 出
图 6 － 5 0读 写 原 理
通过磁头对磁层写入/读出。 磁层上被磁化的小区域，称为磁化单元。 写入信息时，写“1”和写“0”时分别在 读写线圈中通以不同方向的电流，如图650(a)所示。读出信息时，在读/写线圈中 感应出不同方向的电势，分别记为“1” 和“0”。如图6-50(b)所示。
ID区的MD为模式控制。用于控制数据区和校验 区的使用。共有三种模式：模式0规定数据区和 校验区的全部2336个字节都是0，这种扇区不 用于记录数据；模式1规定288个字节的校验区 为4字节的检测码、8字节的保留域和276字节 的纠错码。这种扇区有2048字节的数据并有很 强的检测和纠错能力，适合于计算机程序和数 据。模式2规定288字节的校验区也用于存放数 据，用于保存声音、图像等对误码率要求不高 的数据。
磁记录介质：在刚性或柔性载体上涂有薄磁材 料的物体，记录以磁状态表示的信息。一般选 用硬磁材料（外界磁场的作用消失后，该磁性 材料的磁性尽量多的保留）。
磁表面存储器的读写原理
后 间 隙 写 入 线 圈 I w g 工 作 间 隙 局 部 磁 化 v 局 部 磁 化 单 元 v 磁 力 线 读 出 线 圈 e