计算机组成原理基本知识点

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计算机组成原理基础知识梳理

计算机组成原理基础知识梳理计算机组成原理是计算机科学与技术领域中的一个重要课程，涉及了计算机的硬件和软件方面的基础知识。

本篇文章将从计算机的五大基本组成部分入手，对计算机组成原理的基础知识进行梳理。

一、中央处理器（CPU）中央处理器是计算机的大脑，负责执行所有计算机指令和控制计算机操作的过程。

它由运算器、控制器和寄存器等部件组成。

运算器负责进行数据运算和逻辑操作，控制器负责解析和执行指令，寄存器用于存储数据和指令。

1. 运算器：运算器主要包括算术逻辑单元（ALU）和累加寄存器（AC）。

ALU负责进行算术和逻辑操作，比如加法、减法、与、或等。

AC是一个特殊的寄存器，用于存放操作数和运算结果。

2. 控制器：控制器负责解析指令、产生控制信号和协调各个部件的工作。

它通过时钟信号来同步各个部件的操作，确保指令的顺序执行。

3. 寄存器：寄存器是一种高速存储器件，用于存储数据和指令。

它们与CPU更为接近，可以快速访问。

常见的寄存器包括程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、数据寄存器（DR）等。

二、存储器存储器是计算机用于存储数据和指令的设备，分为主存储器和辅助存储器两种。

1. 主存储器：主存储器是计算机中数据和程序的主要存放地点，也是CPU能直接访问的存储器。

常见的主存储器包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种。

- RAM：RAM是一种易失性存储器，即断电后数据会丢失。

它具有读写功能，用于临时存储数据和程序。

RAM可以按字节寻址，可以被CPU任意读写。

- ROM：ROM是一种只读存储器，其中存放的是永久性数据和程序，不会因为断电而丢失。

ROM的内容只能被读取，不能被修改。

2. 辅助存储器：辅助存储器是一种用于扩展计算机存储容量的设备，如硬盘、光盘和闪存等。

辅助存储器的容量大、速度慢，主要用于长期存储数据和程序。

三、输入输出设备输入输出设备用于实现计算机与外部环境之间的数据交互。

1. 输入设备：输入设备用于将外部信息输入计算机，如键盘、鼠标、扫描仪等。

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。

计算机组成原理知识点总结

计算机组成原理知识点总结一、存储系统(一)存储器的基本概念1.分类a)作用（层次）：CACHE 主存辅存b)存储介质：磁半导体光c)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d)信息可保存性－－易失性破坏性读出非2.性能指标a)存储容量字b)单位成本每位成本c)存储速度（数据传输率主存带宽）3.层次化结构a)Cache－主存层次：硬件实现，解决速度不匹配问题b)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(二)半导体存储器1.存储器芯片的基本结构a)译码驱动电路(译码器：扩充容量)b)存储矩阵c)读写电路d)地址线，数据线，片选线，读写控制线2.半导体存储器RAM（易失性存储器）a)SRAM：触发器存储信息，速度快成本高集成度低，用于高速缓存b)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SDRAMc)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d)RAM的读写周期3.ROM（非易失性存储器）a)特点：结构简单，位密度比RAM高，非易失性，可靠性高b)类型：MROM，PROM，EPPROM，FLASH MEMORY，SSD(三)存储器与CPU的协同工作（提高存储系统的工作速度）1.主存与CPU的连接a)字扩展b)位扩展●线选法●译码片选法●译码器的使用●分析地址空间c)字位同时扩展●选择存储器芯片●与CPU进行连接2.双口RAM和多模块存储器a)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b)双端口RAM3.高速缓冲存储器a)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b)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4.虚拟存储器（主存和辅存共同构成）（增加存储系统的容量）a)基本概念：虚地址（逻辑地址）映射到实地址（物理地址）b)解决问题：进程并发问题和内存不够用问题c)类型●页式●段式●段页式d)虚实地址转换（提高速度）●快表TLB●慢表Page二、指令系统(一)指令格式1.操作码和地址码组成一条指令2.操作码a)定长操作码和扩展操作码b)操作码类型(二)指令寻址方式1.指令寻址（通过PC）a)顺序寻址b)跳跃寻址2.数据寻址a)隐含寻址b)立即寻址：给寄存器赋初值c)直接寻址d)间接寻址：扩大寻址范围，便于编制程序e)寄存器寻址：指令执行速度更快f)寄存器间接寻址g)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h)堆栈寻址(三)CISC和RISC1.CISC复杂指令系统计算机（用微程序控制器）a)更多更复杂，一般为微程序控制，用于计算机系统2.RISC精简指令系统计算机（用硬布线控制器）a)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(一)CPU的功能和基本结构1.CPU的功能：指令控制，操作控制，时间控制，数据加工，中断处理2.运算器a)功能：对数据进行加工b)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3.控制器a)功能：取指令，分析指令，执行指令b)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MDR4.数据通路的基本结构a)专用通路b)内部总线(二)指令执行过程1.指令周期a)构成：机器周期、CPU周期——CPU时钟周期、节拍b)类型：取指周期，间址周期，执行周期，中短周期c)标志触发器FE,IND,EX,INT：区别工作周期2.数据流a)取指周期：根据PC取出指令代码存放在IRb)间址周期：根据IR中指令地址码取出操作数的有效地址c)执行周期：根据指令字的操作码和操作数进行相应操作d)中断周期：保存断点，送中断向量，处理中断请求3.执行方案a)单指令周期：串行，指令相同执行时间b)多指令周期：串行，指令不同执行时间c)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(三)数据通路的功能和基本结构（连接路径）1.CPU内部总线a)单总线b)多总线2.专用数据通路：多路选择器和三态门3.了解各阶段微操作序列和控制信号(四)控制器的功能和工作原理1.控制器的结构和功能a)计算机硬件系统连接关系b)控制器的功能：取指令，分析指令，执行指令c)控制器的输入和输出2.硬布线控制器a)硬布线控制单元图：组合逻辑电路+触发器b)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3.微程序控制器a)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CMDRb)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c)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d)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CMDRe)硬布线和微程序的比较（微操作控制信号的实现形式）(五)指令流水线1.指令流水线的概念a)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b)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2.性能指标a)吞吐率TPb)加速比Sc)效率E3.影响流水线的因素a)结构相关（资源冲突）b)数据相关（数据冲突）c)控制相关（控制冲突）4.流水线的分类a)按使用级别：部件功能级，处理机级，处理机间b)按完成功能：单功能，多功能c)按连接方式：动态，静态d)按有无反馈信号：线性，非线性5.多发技术a)超标量流水线技术b)超流水线技术c)超长指令字技术四、总线(一)总线概念和分类1.定义：一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路2.分类a)按数据传输格式●串行，并行b)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c)按时序控制方式●同步，异步3.总线结构a)单总线结构——系统总线b)双总线结构（通道）●主存总线●IO总线c)三总线结构●主存总线●IO总线●DMA总线(二)总线的性能指标1.总线传输周期（总线周期）2.总线带宽3.总线宽度（位宽）4.总线复用：一种信号线传输不同信息(三)总线仲裁1.集中仲裁方式a)链式查询方式b)计数器定时查询方式c)独立请求方式2.分布仲裁方式(四)总线操作和定时1.总线传输的四个阶段a)申请分配阶段●传输请求●总线仲裁b)寻址阶段c)传输阶段d)结束阶段2.定时a)同步定时方式（同步通信）b)异步定时方式（异步通信）●不互锁●半互锁●全互锁c)半同步通信d)分离式通信(五)总线标准五、IO系统(一)IO系统基本概念1.演变过程a)早期：分散连接，CUP与IO串行，程序查询方式b)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c)具有IO通信结构的阶段d)具有IO处理机的阶段2.IO系统的基本组成a)IO软件——IO指令和通道指令b)IO硬件——外设，设备控制器和接口，IO总线等3.IO方式简介a)程序查询方式：IO与CPU串行，CPU有“踏步等待”现象（由程序控制）b)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）c)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）d)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）(二)外部设备1.输入设备——键盘，鼠标2.输出设备a)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3.外存储器a)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b)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c)光盘存储器d)固态硬盘SSD——采用FLASH Memory记录数据(三)IO接口1.主要功能a)设备选址功能：地址译码和设备选择b)传送命令c)传送数据：实现数据缓冲和格式转换d)反应IO设备的工作状态2.基本结构a)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b)内部接口和外部接口3.编址a)统一编址——与存储器共用地址，用访存命令访问IO设备b)独立编址：单独使用一套地址，有专门的IO指令4.分类a)数据传送方式：并行接口，串行接口b)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c)功能选择的灵活性●可编程接口●不可编程接口(四)IO方式1.程序查询方式：CPU与IO串行工作，鼠标，键盘2.程序中断方式a)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b)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3.DMA方式a)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b)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。

计算机组成原理知识点

计算机组成原理知识点1. 冯·诺依曼体系结构：计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。

2. 运算器：计算机的核心部分，负责执行各种算术运算和逻辑运算。

3. 控制器：负责控制指令的执行次序和操作，包括指令的获取、解码和执行。

4. 存储器：用于存储计算机程序和数据，包括主存储器（RAM）和辅助存储器（硬盘、固态硬盘等）。

5. 输入设备：用于将外部数据或指令输入到计算机，包括键盘、鼠标、扫描仪等。

6. 输出设备：用于将计算机处理后的结果输出到外部，包括显示屏、打印机、音响等。

7. 指令集：计算机能够执行的全部指令的集合。

8. 指令的执行过程：指令的获取、解码、操作和存储四个步骤。

9. 计算机的时钟：用于统一各个部件的工作节奏。

10. 运算器的设计：包括算术逻辑单元（ALU）和寄存器的设计。

11. 控制器的设计：包括指令寄存器、程序计数器和指令译码器的设计。

12. 存储器的分类：根据访问方式可以分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

13. 存储器的层级结构：由高速缓存、主存储器和辅助存储器组成，速度逐级递减，容量逐级递增。

14. 输入输出控制方式：包括程序控制方式、中断方式和直接存储器访问方式。

15. 总线的作用：用于数据和控制信息在计算机各个部件之间传输。

16. 总线的分类：根据传输数据的方式可以分为数据总线、地址总线和控制总线。

17. 中央处理器（CPU）的功能：包括指令的获取、解析、运算和存储。

18. 中央处理器的核心部分：由运算器和控制器组成。

19. 中央处理器的指令周期：包括取指周期、执行周期和存储周期。

20. 中央处理器的性能指标：包括时钟频率、主频和执行速度。

21. 程序和指令：程序是指一系列有序的指令集合，指令是计算机能够识别和执行的最小指令单元。

22. 计算机的存储方式：包括字节顺序、地址分配和寻址方式。

23. 输入输出设备的原理：包括数据传输、数据缓冲和数据控制。

计算机组成原理知识点汇总

计算机组成原理知识点汇总
计算机组成原理是一门计算机科学基础课程，它主要涉及计算机硬件结构和系统软件两个方面。

以下是一些知识点的汇总：
1. 计算机的基本组成：包括运算器、控制器、存储器和输入输出设备。

2. 计算机的存储器层次结构：主要包括寄存器、高速缓存、内存和外存，每一级存储器速度和价格都有所不同。

3. CPU的工作原理：CPU主要由控制器和ALU两部分组成，通过不同的指令和数据进行运算和控制，实现程序的执行。

4. 指令系统和编程：计算机执行的所有程序都是由一系列指令组成的，不同的指令可以执行不同的操作。

5. 总线和I/O系统：总线是连接不同部件的主要通道，而I/O系统则负责计算机与外部设备的数据传输和控制。

6. 中断和异常：计算机系统在执行程序时可能会遇到不正常的情况，这时就需要通过中断和异常机制来处理。

7. 计算机系统的性能分析与优化：通过各种性能指标和分析方法，可以对计算
机系统的性能进行评估和优化，以实现更高效的计算。

以上是计算机组成原理中的一些重要知识点，掌握它们对于理解计算机硬件和系统软件的设计和优化有重要的作用。

计算机组成原理-知识点汇总

《计算机组成原理》80个重要知识点汇总1、硬件包括中央处理器、存储器、外部设备和各类总线等。

1）中央处理器（处理器/CPU）：核心部件，用于执令的执行。

2）存储器:内存和外存3）外部设备（简称外设，也称I/O设备）：输入、输出设备。

4）总线：用于在部件之间传输信息。

2、软件1）系统软件: 操作系统（O/S）2）应用软件: 电子邮件、文字表格软件等。

3、计算机层次结构指令集体系结构ISA（简称体系结构或系统结构）：连接软件和硬件的一个“桥梁”，是一台计机可以执行的所有指令集合。

微体系结构（简称微架构）：具体实现的组织。

是由逻辑电路实现的，而逻辑电路又是按照特定的器件技术实现的。

编程语言低级语言：和运行计算机底层结构密切相关。

例：机器语言汇编语言：是一种机器语言的符号表示语言，通过用简短的英文符号和二进制代码建立对应关系。

高级语言：和底层计算机结构关联不大，大部分编程语言都是高级语言。

翻译程序：源程序→目标程序。

汇编程序：也称汇编器，将汇编语言源程序翻译成机器语言目标程序。

解释程序(解释器)：将源程序中的语句逐条解释，转换成机器指令执行。

编译程序(编译器)：将高级语言源程序翻译成汇编或机器语言目标程序。

4、冯诺依曼结构基本思想（1）采用“存储程序”工作方式。

存储程序: 指将编好的程序和原始数据送入主存并能自动执行的过程。

（2）计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部件组成。

运算器：进行算术和逻辑运算。

控制器：自动执行指令。

存储器：存放数据和指令输入、输出设备：便于操作人员使用计算机。

（3）计算机内部以二进制形式表示指令和数据。

5、冯诺依曼结构模型机通用寄存器组：由若干个通用寄存器组成，用于存放操作数或操作数的地址。

标志寄存器：用来存放ALU运算得到的一些标志信息。

程序计数器（PC）：用来存放将要执行的下一条指令的地址。

指令寄存器（IR）：用于存放从主存储器读出的指令。

主存地址：每个存储单元的唯一编号。

计算机组成原理-基础知识

第1章基本知识1.1 复习提要1．主机由中央处理器和存储器组成。

2．存储器用来存放待处理的初始数据、中间结果和最后结果。

存储器每一个单元的编号称作地址，单元内存放的信息称为内容。

数据的存储及运算均采用二进制。

3．二进制计数原理为逢二进一，以二为基数，用0、1表示。

在进行加、减、乘、除运算时也必须切记逢二进一。

4．十六进制是一种很重要的短格式计数法，与二进制之间的转换非常方便。

它把二进制从低位到高位每4位分成一组，分别用0～9和A～F来表示0000～1111。

而十六进制的每一位数则需要用4位二进制数表示。

5．八进制计数原理与十六进制相同，以3位二进制数为一组。

6．在进制转换时可以采用共同的“除R取余”法，这里的R为目标数制的基数。

7．计算机中的字符数据用ASCLL表示，每个ASCLL占用一个字节(8位)，字符“0”一“9”的ASCLL的十六进制编码为30H一39H，即00110000B一0011100lB。

8．二进制编码的十进制数BCD码有两种：一种是压缩型BCD码，用一个字节表示两位十进制数，如0001010lB表示十进制数15：另一种是非压缩型BCD码，用一个字节表示1位十进制数，其高4位为0000，如00000011B表示3D。

9．BCD码运算采用相应的二进制数运算，再加上适当的校正(或称调整)实现的。

10．原码是一个数相应的二进制码，正数的反码是它原码自身，而负数的反码等于其绝对值各位求反。

11．二进制的负数用补码宋表示。

对一个二进制负数按位求反，末位加1，即得到这个数的补码。

1．2典型例题解析例1．1 将下列二进制数化为十进制数和十六进制数；(1)11010011B (2)11100100B (3)lllllllls (4)10000000s解析：二进制计数原理为逢二进一，以二为基数，化为十进制只需用乘幂法即可，如：1101001l B=1*2^7+1*2^6+0*2^5+1*2^4+0*2^3+O*2^2+l*2^1+l*2^0=128+64+0+16+0+0+2+1=2 11D十六进制与二进制之间的转换非常方便。

计算机组成原理知识点总结

计算机组成原理知识点总结计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要课程，涉及到计算机硬件的各个方面。

下面是对计算机组成原理的一些常见知识点的总结：1. 计算机的基本组成：计算机由中央处理器（CPU）、存储系统（主存储器和辅助存储器）、输入设备和输出设备组成。

2. 中央处理器（CPU）：CPU是计算机的核心部件，负责执行指令和控制计算机的运算。

它包括运算器和控制器两个主要部件。

3. 存储系统：存储系统用于存储和访问计算机的数据和程序，分为主存储器（RAM）和辅助存储器（硬盘、固态硬盘等）两种。

主存储器是CPU直接访问的内存空间，辅助存储器则用于长期存储数据。

4. 输入设备和输出设备：输入设备将外部数据和指令输入到计算机中，输出设备将计算机处理后的结果输出给用户。

常见的输入设备有键盘、鼠标等，输出设备有显示器、打印机等。

5. 数据表示与运算：计算机使用二进制系统来表示和处理数据。

常见的数值表示方法有原码、反码和补码。

计算机可以对数据进行加、减、乘、除等基本运算。

6. 指令与程序：计算机通过指令集来执行各种操作。

指令包括操作码和操作数，操作码表示要执行的操作，操作数表示操作的对象。

程序是一系列指令的集合，通过指令的顺序执行来实现特定功能。

7. 控制器：控制器负责解析和执行指令，控制计算机的各个部件的动作，保证指令的正确执行顺序。

控制器包括指令寄存器、程序计数器和时序控制等模块。

8. 总线：计算机中各个部件之间通过总线进行数据和控制信号的传输。

主要包括数据总线、地址总线和控制总线三种。

9. 中断和异常：中断是指计算机在执行中断指令或外部事件发生时，强制暂停当前程序的执行，转而执行中断处理程序。

异常是指计算机执行指令时遇到的错误或特殊情况，需要进行异常处理。

10. 存储器层次结构：计算机的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多个层次。

不同层次的存储器根据访问速度和容量等特点，提供不同级别的数据存储和访问。

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。

知识点整理----计算机组成原理

一、系统概述（一）计算机发展历程（二）计算机系统层次结构1.计算机硬件的基本组成2.计算机软件的分类3.计算机的工作过程（三）性能指标1.吞吐量对网络、设备、端口、虚电路或其他设施，单位时间内成功地传送数据的数量(以比特、字节、分组等测量)。

2.响应时间3.CPU时钟周期（Clock Cycle）：又称节拍没冲或T周期，是处理操作的最基本单位，是计算机中最基本的、最小的时间单位。

主频的倒数4.主频: 即CPU内核工作的时钟频率（CPU ClockSpeed）。

CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力并没有直接关系。

5.CPI （Clock cycle Per Instruction）表示每条计算机指令执行所需的时钟周期。

6.CPU执行时间7.MIPS(Million Instruction per second)每秒执行百万条指令某机器每秒执行300万条指令，则记作3 MIPS8.MFLOPS (Million Floationg-point Operations perSecond，每秒百万个浮点操作)衡量计算机系统的主要技术指标之一。

对于一给定的程序，MFLOPS的定义为：MFLOPS=操作浮点数/（执行时间*10E6）（10E6位10的6次方）。

1.指令周期：执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成，是从取指令、分析指令到执行完所需的全部时间。

2.机器周期：（又称cpu周期）在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一阶段完成一项工作。

例如，取指令、存储器读、存储器写等，这每一项工作称为一个基本操作。

完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。

通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定因而又称总线周期3.在电子技术中，脉冲信号是一个按一定电压幅度，一定时间间隔连续发出的脉冲信号。

脉冲信号之间的时间间隔称为周期；而将在单位时间（如1秒）内所产生的脉冲个数称为频率。

计算机组成原理基础知识

计算机组成原理基础知识计算机组成原理是计算机科学中的重要学科，它涉及到计算机硬件和软件之间的关系，以及数据在计算机系统中的流动和处理过程。

在本文中，我们将介绍计算机组成原理的基础知识，包括计算机的五大基本组成部分、冯·诺依曼模型、存储器层级结构、指令集体系结构以及中央处理器和外部设备。

一、计算机的五大基本组成部分计算机由五大基本组成部分组成，分别是输入单元、输出单元、控制单元、算术逻辑单元和存储单元。

输入单元负责从外部读取数据，输出单元负责将计算结果发送到外部，控制单元负责控制计算机的操作，算术逻辑单元负责进行数学运算和逻辑判断，存储单元则负责存储程序和数据。

二、冯·诺依曼模型冯·诺依曼模型是计算机组成原理中的基本模型，它包含了指令和数据存储在同一存储器空间的概念。

根据冯·诺依曼模型，计算机执行指令的过程可以分为取指令、解读指令、执行指令和存储结果四个步骤。

三、存储器层级结构存储器层级结构是计算机组成原理中的重要概念，它包括寄存器、高速缓存、主存和辅助存储器等多个层次。

存储器的层级结构按照速度、容量和成本递减的特点排列，寄存器是速度最快但容量最小的存储器，而辅助存储器则是速度最慢但容量最大的存储器。

四、指令集体系结构指令集体系结构是计算机组成原理中的关键内容，它涉及到计算机指令的格式、寻址方式、指令的执行流程等。

根据指令集体系结构的不同，计算机可以分为精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）两种体系结构。

五、中央处理器和外部设备中央处理器是计算机的核心部件，它由运算器和控制器组成。

运算器负责进行数据的运算和逻辑判断，控制器负责控制指令的执行。

外部设备包括输入输出设备和存储设备，输入输出设备用于与计算机交互，存储设备用于数据的长期保存。

综上所述，计算机组成原理是计算机科学中的重要学科，它研究计算机硬件和软件之间的关系，以及数据在计算机系统中的流动和处理过程。

计算机组成原理基础知识全面掌握

计算机组成原理基础知识全面掌握计算机组成原理是计算机科学与技术中的重要基础课程之一，它涉及到计算机的硬件设计与工作原理。

掌握计算机组成原理的基础知识对于理解和运用计算机技术具有重要意义。

本文将从计算机的基本组成、存储器、中央处理器等几个方面，全面介绍计算机组成原理的基础知识。

一、计算机的基本组成计算机是由硬件和软件两部分组成的，硬件包括中央处理器（CPU）、内存、硬盘、输入输出设备等，而软件则包括操作系统、应用软件等。

其中，中央处理器是计算机的核心部件，负责执行指令和处理数据。

1.1 中央处理器中央处理器由运算器和控制器组成，运算器负责进行各种运算操作，而控制器则负责控制计算机的工作流程。

这两个部件通过总线进行信息的传输和交换。

中央处理器的性能主要取决于其时钟频率、缓存容量等因素。

1.2 内存内存是计算机中用来存储数据和指令的地方，它是计算机工作的临时存储器。

常见的内存有主存储器（RAM）和高速缓存（Cache）。

主存储器容量较大，但访问速度相对较慢，而高速缓存容量较小，但访问速度更快。

1.3 硬盘硬盘是计算机中用来永久存储数据的设备，它容量较大且数据保存时间较久。

硬盘通过磁盘扇区的方式来存储和读取数据，其中，扇区是最小的存储单位。

1.4 输入输出设备输入输出设备用于与计算机进行交互，常见的输入设备有键盘、鼠标，而常见的输出设备有显示器、打印机等。

输入设备将人类的指令、数据输入到计算机，而输出设备则将计算机处理的结果显示或打印出来。

二、存储器存储器是计算机中的重要组成部分，包括主存储器和辅助存储器。

主存储器用于存储计算机运行时需要的数据和指令，而辅助存储器则用于长期存储数据。

2.1 主存储器主存储器是计算机中用于暂时存储数据和指令的地方，它以字节为单位进行寻址和存储。

主存储器可以按照字节的地址进行读写操作，它的速度比较快，但容量相对较小。

2.2 辅助存储器辅助存储器用于长期存储数据，它的容量远远大于主存储器。

(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。

计算机组成原理知识点总结

计算机组成原理知识点总结1. 引言计算机组成原理是计算机科学和工程领域的基础学科，它涉及计算机系统的设计和功能实现。

本文档旨在总结计算机组成原理的核心知识点，为读者提供一个清晰的学习框架。

2. 计算机系统概述2.1 计算机的定义与分类2.2 计算机的发展历程2.3 计算机系统的组成3. 数据的表示与处理3.1 数制与编码3.2 定点数与浮点数的表示3.3 数据的运算方法3.4 逻辑运算与逻辑电路4. 指令系统4.1 指令格式与指令类型4.2 指令的执行过程4.3 指令集体系结构4.4 程序的编写与执行5. 存储系统5.1 存储器的层次结构5.2 主存储器与辅助存储器5.3 缓存存储器5.4 虚拟存储器6. 中央处理器（CPU）6.1 CPU的功能与组成6.2 时钟与同步6.3 算术逻辑单元（ALU）6.4 控制单元（CU）6.5 寄存器与寄存器组7. 输入/输出系统7.1 I/O接口的作用与分类7.2 轮询与中断7.3 直接内存访问（DMA）7.4 人机交互设备8. 总线与互连网络8.1 总线的概念与分类8.2 总线协议与标准8.3 互连网络的设计9. 并行组织与流水线9.1 并行处理的概念9.2 流水线的基本原理9.3 超标量与超级流水线9.4 并行处理的挑战10. 性能评估10.1 性能指标10.2 阿姆达尔定律10.3 性能提升策略10.4 能效比的重要性11. 结论本文档总结了计算机组成原理的关键知识点，旨在为读者提供一个全面的理解框架。

通过掌握这些知识点，读者将能够更好地理解计算机系统的工作原理和设计原则。

12. 参考文献[1] Patterson, D. A., & Hennessy, J. L. (2017). Computer Organization and Design MIPS Edition: The Hardware/Software Interface. Morgan Kaufmann.[2] Stallings, W. (2015). Computer Organization and Architecture. Pearson Education.[3] Tanenbaum, A. S., & Austin, T. (2012). Structured Computer Organization. Pearson.请注意，本文档是一个简化的总结，实际的计算机组成原理课程可能会包含更多的细节和深入的讨论。

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、EEPROMFlash 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;SRAM存储器P67基本存储元：用一个锁存器触发器作为存储元;基本的静态存储元阵列P68双译码方式P68读周期、写周期、存取周期P70DRAM存储器P70基本存储元：由一个MOS晶体管和电容器组成的记忆电路;存储原理：所存储的信息1或0由电容器上的电荷量来体现充满电荷：1；没有电荷：0;一个DRAM存储元的写、读、刷新操作P71DRAM的刷新：集中式刷新和分散式刷新P73存储器容量的扩充P73位扩展——增加存储字长P73字扩展——增加存储字的数量P73字、位扩展P74例题P73只读存储器ROM P80掩模ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash 存储器P80-86并行存储器P86双端口存储器：指同一个存储器具有两组相互独立的读写控制线路;多模块交叉存储器：连续地址分布在相邻的不同模块内,同一个模块内的地址都是不连续的;对连续字的成块传送可实现多模块流水式并行存取,大大提高存储器的带宽; cache基本原理P92避免 CPU“空等”现象CPU 和主存DRAM的速度差异程序访问的局部性原理cache由高速的SRAM组成cache的基本原理P93命中、未命中、命中率P93例题P94cache与主存的地址映射P94全相联映像：主存中的任一块可以映象到缓存中的任一块;直接映像：每个缓存块可以和若干个主存块对应；每个主存块只能和一个缓存块对应;组相联映像：某一主存块 j 按模 u 映射到缓存的第i 组中的任一块;替换算法P98先进先出算法FIFO：把一组中最先调入cache的块替换出去,不需要随时记录各个块的使用情况,所以实现容易,开销小;近期最少使用算法LRU：将近期内长久未被访问过的行块换出;每行设置一个计数器,cache每命中一次,命中行计数器清零,其它各行计数器增1;当需要替换时,比较各特定行的计数值,将计数值最大的行换出;最不经常使用LFU：被访问的行计数器增加1,换值小的行,不能反映近期cache的访问情况;随机替换：从特定的行位置中随机地选取一行换出; cache的写操作策略P99写回法、全写法、写一次法P99-100第四章指令系统指令系统P103程序、高级语言、机器语言、指令、指令系统、复杂指令系统计算机CISC、精简指令系统计算机RISCP103指令格式P105操作码：指令操作性质的二进制数代码地址码：指令中的地址码用来指出该指令的源操作数地址一个或两个、结果地址及下一条指令的地址;三地址指令、二地址指令、一地址指令、零地址指令；三种二地址指令SS、RR、RSP106指令字长度、机器字长P107例题P110操作数类型P110地址数据、数值数据、字符数据、逻辑数据寻址方式P112确定本条指令的操作数地址,下一条欲执行指令的指令地址指令寻址顺序寻址——PC+1跳跃寻址——转移类指令数据寻址P112-116立即寻址——形式地址就是操作数直接寻址——有效地址由形式地址直接给出隐含寻址——操作数地址隐含在操作码中间接寻址——有效地址由形式地址间接提供寄存器寻址——有效地址即为寄存器编号寄存器间接寻址——有效地址在寄存器中基址寻址——有效地址=形式地址+基地址变址寻址——有效地址=形式地址+变址寄存器的内容相对寻址——有效地址=PC的内容+形式地址堆栈寻址——栈顶指针段寻址例题P118指令的分类119数据处理、数据存储、数据传送、程序控制RISC技术P121RISC——精简指令系统计算机CISC——复杂指令系统计算机RISC指令系统的特点P121第五章中央处理器CPU的功能P127指令控制、操作控制、时间控制、数据加工CPU的基本组成P127控制器、运算器、cacheCPU中的主要寄存器P128数据缓冲寄存器DR、指令寄存器IR、程序计数器PC、数据地址寄存器AR、通用寄存器、状态字寄存器PSW操作控制器的分类P130时序逻辑型：硬布线控制器存储逻辑型：微程序控制器指令周期P131取出并执行一条指令所需的全部时间;指令周期、机器周期、时钟周期P131一个指令周期含若干个机器周期一个机器周期包含若干个时钟周期取指周期数据流P132执行周期数据流P133—138时序信号的作用和体制P141时序信号的基本体制是电位—脉冲制;数据加在触发器的电位输入端D ,打入数据的控制信号加在触发器的时钟脉冲输入端 CP;电位高低表示数据是1还是0,要求打入数据的控制信号来之前电位信号必须已稳定;节拍电位、节拍脉冲P142控制器的控制方式P144同步控制方式：即固定时序控制方式,各项操作都由统一的时序信号控制,在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲;异步控制方式：不受统一的时钟周期节拍的约束；各操作之间的衔接与各部件之间的信息交换采取应答方式;联合控制方式：同步控制和异步控制相结合的方式,大部分指令在固定的周期内完成,少数难以确定的操作采用异步方式;微程序控制原理P145微程序控制是指运行一个微程序来实现一条机器指令的功能;微程序控制的基本思想：仿照计算机的解题程序,把微操作控制信号编制成通常所说的“微指令”,再把这些微指令按时序先后排列成微程序,将其存放在一个只读存储器里,当计算机执行指令时,一条条地读出这些微指令,从而产生相应的操作控制信号,控制相应的部件执行规定的操作;微程序、微指令、微命令、微操作P145机器指令与微指令的关系P150微命令的编码方法P151直接表示法：微指令的每一位代表一个微命令,不需要译码;编码表示法：把一组相斥性的微命令信号组成一个小组即一个字段,然后通过小组字段译码器对每一个微命令信号进行译码,译码输出作为操作控制信号;混合表示法：把直接表示法与字段编码表示法混合使用,以便能综合考虑微指令字长、灵活性、速度等方面的要求;微指令格式P153水平型微指令：是指一次能定义并能并行执行多个微命令的微指令;垂直型微指令：微指令中设置微操作码字段,采用微操作码编译法,由微操作码规定微指令的功能,称为垂直型微指令;垂直型微指令的结构类似于机器指令的结构;硬连线控制器P155基本思想：通过逻辑电路直接连线而产生的,又称为组合逻辑控制方式;这种逻辑电路是一种由门电路和触发器构成的复杂树形逻辑网络;三个输入：来自指令操作码译码器的输出；来自执行部件的反馈信息；来自时序产生器的时序信号,包括节拍电位信号M和节拍脉冲信号T;一个输出：微操作控制信号硬布线控制器的基本原理：某一微操作控制信号C用一个逻辑函数来表达;并行处理技术P161并行性的概念：问题中具有可以同时进行运算或操作的特性;时间并行：让多个处理过程在时间上相互错开,轮流使用同一套硬件设备的各个部件,以加快硬件周转而赢得速度,实现方式就是采用流水处理部件;空间并行：以数量取胜;它能真正的体现同时性时间+空间并行：综合应用;Pentium中采用了超标量流水线技术;流水线的分类P163指令流水线：指指令步骤的并行;将指令流的处理过程划分为取指令、译码、取操作数、执行、写回等几个并行处理的过程段;算术流水线：指运算操作步骤的并行;如流水加法器、流水乘法器、流水除法器等;处理机流水线：是指程序步骤的并行;由一串级联的处理机构成流水线的各个过程段,每台处理机负责某一特定的任务;流水线中的主要问题P164资源相关：指多条指令进入流水线后在同一机器时钟周期内争用一个功能部件所发生的冲突;数据相关：在一个程序中,如果必须等前一条指令执行完毕后,才能执行后一条指令;解决数据相关冲突的办法：为了解决数据相关冲突,流水CPU的运算器中特意设置若干运算结果缓冲寄存器,暂时保留运算结果,以便于后继指令直接使用,称为“向前”或定向传送技术;控制相关：由转移指令引起的;解决控制相关冲突的办法：延迟转移法、转移预测法;例题P165第六章总线系统总线的概念P184总线是构成计算机系统的互联机构,是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路;总线的分类P184内部总线——CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线;系统总线——CPU和计算机系统中其他高速功能部件相互连接的总线;按系统传输信息的不同,又可分为三类：数据总线,地址总线和控制总线;I/O总线——中、低速I/O设备之间互相连接的总线;总线性能指标P185总线宽度：指数据总线的根数;寻址能力：取决于地址总线的根数;PCI总线的地址总线为32位,寻址能力达4GB;传输率：也称为总线带宽,是衡量总线性能的重要指标;例题P193总线上信息传送方式P190串行传送：使用一条传输线,采用脉冲传送有脉冲为1,无脉冲为0;连续几个无脉冲的处理方法：位时间;并行传送：每一数据位需要一条传输线,一般采用电位传送电位高为1,电位低为0;分时传送：总线复用、共享总线的部件分时使用总线;总线接口P192I/O接口,也叫适配器,和CPU数据的交换一定是并行的方式,和外设数据的交换可以是并行的,也可以是串行的;总线的仲裁P193集中式仲裁：有统一的总线仲裁器;链式查询方式、计数器定时查询方式、独立请求方式P193—195分布式仲裁：不需要中央仲裁器,每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁器和仲裁号;P195总线的定时P196同步定时：事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定;异步定时：后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的出现,即建立在应答式或互锁机制基础上;PCI总线P200PCI：外围设备互连,PCI总线：连接各种高速的PCI设备;PCI是一个与处理器无关的高速外围总线,又是至关重要的层间总线;它采用同步时序协议和集中式仲裁策略,并具有自动配置能力;PCI总线支持无限的猝发式传送;即插即用;第七章外围设备外围设备的定义和分类P209除了CPU和主存外,计算机系统的每一部分都可作为一个外围设备来看待;外围设备可分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备和过程控制设备几大类;磁记录原理P210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;磁性材料上呈现剩磁状态的地方形成了一个磁化元或存储元,是记录一个二进制信息位的最小单位;磁表面存储器的读写原理P211在磁表面存储器中,利用一种称为磁头的装置来形成和判别磁层中的不同磁化状态;通过电-磁变换,利用磁头写线圈中的脉冲电流,可把一位二进制代码转换成载磁体存储元的不同剩磁状态；通过磁-电变换,利用磁头读出线圈,可将由存储元的不同剩磁状态表示的二进制代码转换成电信号输出;磁盘的组成和分类P213硬磁盘是指记录介质为硬质圆形盘片的磁表面存储设备; 它主要由磁记录介质、磁盘控制器、磁盘驱动器三大部分组成;温彻斯特磁盘简称温盘,是一种采用先进技术研制的可移动磁头固定盘片的磁盘机;它是一种密封组合式的硬磁盘,即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写电路等组装成一个不可随意拆卸的整体;磁盘上信息的分布P215记录面、磁道、扇区P215磁道编号P215磁盘地址由记录面号也称磁头号、磁道号和扇区号三部分组成;磁盘存储器的技术指标P216存储密度：存储密度分道密度、位密度和面密度;道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数,单位道/英寸;位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数,单位为位/英寸;面密度：位密度和道密度的乘积,单位为位/平方英寸;平均存储时间=寻道时间+等待时间+数据传送时间P216数据传输率P217例题P217磁盘cacheP218磁盘cache是为了弥补慢速磁盘和主存之间速度上的差异;磁盘阵列RAIDP218RAID：独立磁盘冗余阵列廉价冗余磁盘阵列,或简称磁盘阵列;简单的说, RAID 是一种把多块独立的硬盘物理硬盘按不同方式组合起来形成一个硬盘组逻辑硬盘,从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据冗余的技术;组成磁盘阵列的不同方式成为 RAID 级别;RAID 0 提高存储性能的原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取, 这样,系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行,每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求;这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽,显着提高磁盘整体存取性能;第八章输入输出系统外围设备的速度分级P236在CPU和外设之间数据传送时加以定时：速度极慢或简单的外设：CPU只需要接受或者发送数据即可;慢速或者中速的设备：可以采用异步定时的方式;高速外设：采用同步定时方式;I/O和主机信息交换方式P237程序查询方式、程序中断方式、直接内存访问DMA方式、通道方式程序查询方式P239数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制;当需要输入/输出时,CPU暂停执行主程序,转去执行设备输入/输出的服务程序,根据服务程序中的I/O指令进行数据传送;这是一种最简单、最经济的输入/输出方式,只需要很少的硬件;但由于外围设备动作很慢,程序进入查询循环时将浪费CPU时间;中断的概念P242中断是指CPU暂时中止现行程序,转去处理随机发生的紧急事件,处理完后自动返回原程序的功能和技术;程序中断方式的原理P242在程序中断方式中,某一外设的数据准备就绪后,它“主动”向CPU发出请求中断的信号,请求CPU暂时中断目前正在执行的程序而进行数据交换;当CPU响应这个中断时,便暂停运行主程序,并自动转移到该设备的中断服务程序;当中断服务程序结束以后,CPU又回到原来的主程序;中断处理过程中的几个问题P243CPU只有在当前一条指令执行完毕后,即转入公操作时才受理设备的中断请求;保存现场P243中断屏蔽P243中断处理过程P243单级中断和多级中断P245单级中断系统中,所有的中断源都属于同一级,所有中断源触发器排成一行,其优先次序是离CPU近的优先权高; 当响应某一中断请求时,执行该中断源的中断服务程序;在此过程中,不允许其他中断源再打断中断服务程序,既使优先权比它高的中断源也不能再打断;多级中断系统是指计算机系统中有相当多的中断源,根据各中断事件的轻重缓急程度不同而分成若干级别,每一中断级分配给一个优先权;优先权高的中断级可以打断优先权低的中断服务程序,以程序嵌套方式工作;一维多级中断是指每一级中断里只有一个中断源,二维多级中断是指每一级中断里又有多个中断源;DMA的基本概念P253直接内存访问DMA是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式;在这种方式中,DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制,数据交换不经过CPU,而直接在内存和I/O设备之间进行;DMA方式一般用于高速传送成组数据;DMA方式的优点P253DMA能执行的一些操作P254从外围设备发出DMA请求；CPU响应请求,把CPU工作改成DMA操作方式,DMA控制器从CPU接管总线的控制；由DMA 控制器对内存寻址,即决定数据传送的内存单元地址及数据传送个数的计数,并执行数据传送的操作；发中断,向CPU报告DMA操作的结束;DMA传送方式P254停止CPU访问内存、周期挪用、DMA与CPU交替访内P254 DMA数据传送过程P257传送前预处理；正式传送；传送后处理;P257通道的基本概念P261通道是一个特殊功能的处理器,它有自己的指令和程序专门负责数据输入输出的传输控制,而CPU将“传输控制”的功能下放给通道后只负责“数据处理”功能;这样,通道与CPU 分时使用内存,实现了CPU内部运算与I/O设备的平行工作;通道的功能P253通道具有两种类型的总线：存储总线：承担通道与内存、CPU与内存之间的数据传输任务;通道总线即I/O总线,承担外围设备与通道间的数据传送任务;从逻辑结构上讲,I/O系统一般具有四级连接：CPU与内存通道设备控制器外围设备优先级别：由于大多数I/O设备的读写信号具有实时性,不及时处理会丢失数据；所以通道与CPU同时要求访内时,通道优先权高于CPU;CPU对通道的管理P262CPU是通过执行I/O指令以及处理来自通道的中断,实现对通道的管理;来自通道的中断有两种,一种是数据传送结束中断,另一种是故障中断;通道对I/O模块的管理P262通道通过使用通道指令控制I/O模块进行数据传送操作,并以通道状态字接收I/O模块反映的外围设备的状态;通道的类型P262选择通道、数组多路通道、字节多路通道P263第九章操作系统支持虚拟存储器的概念P282虚拟存储器是借助于磁盘等辅助存储器来扩大主存容量,使之为更大或更多的程序所使用;是一个容量非常大的存储器的逻辑模型,不是任何实际的物理存储器;它指的是主存-外存层次;以透明的方式给用户提供了一个比实际主存空间大得多的程序地址空间;实地址：或物理地址,计算机物理内存的访问地址,由CPU引脚送出,是用于访问主存的地址,对应的存储空间——物理存储空间或主存空间;虚地址：或逻辑地址,在编制程序时独立编址,使用的地址,对应的存储空间——虚存空间或逻辑地址空间;虚地址到实地址的转换过程——程序的再定位;虚存的访问过程P283虚拟存储器的用户程序以虚拟地址编址并存放在辅存中；程序运行时CPU以虚地址访问主存,由辅助硬件找出虚地址和物理地址的对应关系,判断这个虚地址指示的存储单元是否已装入主存：如果在主存,CPU就直接执行已在主存的程序；如果不在,要进行辅存向主存的调度;虚存与cache的异同P283几种虚拟存储器P284段式、页式、段页式页式虚拟存储器P284页、页表：页式虚拟存储系统中,虚地址空间被分成等长大小的页,称为逻辑页；主存空间也被分成同样大小的页,称为物理页;相应地,虚地址分为两个字段：高字段为逻辑页号,低字段为页内地址偏移量；实存地址也分两个字段：高字段为物理页号,低字段为页内地址;通过页表可以把虚地址逻辑地址转换成物理地址;页式虚存地址映射：地址变换时,用逻辑页号作为页表内的偏移地址索引页表,并找到相应物理页号,用物理页号作为实存地址的高字段,再与虚地址的页内偏移量拼接,就构成完整的物理地址;虚页内容若没有调入主存,则计算机启动输入输出系统,把虚地址指示的一页内容从辅存调入主存,再提供CPU访问;转换后援缓冲器P285段式虚拟存储器P286段式虚拟存储器,是以程序的逻辑结构所形成的段如主程序、子程序、过程、表格等作为主存分配单位的虚拟存储器管理方式的存储器;每个段的大小可以不相等;每个程序都有一个段表映象表,用于存放该道程序各程序段从辅存装入主存的状况信息;段表一般驻留在主存中;段式虚存地址映射P287段页式虚拟存储器P287把程序按逻辑单位分段以后,再把每段分成固定大小的页;程序对主存的调入调出是按页面进行的,但它又可以按段实现共享和保护,兼备页式和段式的优点;虚存的替换算法P289虚拟存储器中的替换策略一般采用LRU Least Recent1y Used算法、LFU算法、FIFO算法,或将两种算法结合起来使用;例题P289。

计算机组成原理知识点

计算机组成原理知识点计算机组成原理是计算机科学的一个重要分支，是研究计算机系统内部工作原理的学科。

主要内容包括：1.计算机的五大基本组成部分：中央处理器（CPU）、主存储器（RAM）、输入设备、输出设备、存储设备。

这五部分构成了计算机的基本硬件结构，是计算机能够运行的基础。

2.计算机的硬件结构和功能：计算机的硬件结构包括中央处理器、主存储器、输入设备、输出设备、存储设备以及这些硬件之间的连接方式。

这些硬件的功能分别是处理计算机的指令、存储计算机的数据、将外界信息输入计算机、将计算机的信息输出到外界、存储计算机的数据和程序。

3.计算机的软件结构和功能：计算机的软件结构包括操作系统、系统软件和应用软件。

操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机的硬件资源和提供操作界面。

系统软件是指与操作系统相关的软件，如驱动程序、系统工具等。

应用软件是专门用于完成特定任务的软件，如办公软件、图形软件等。

4.计算机的系统架构：计算机的系统架构是指计算机系统的总体架构，包括硬件结构、软件结构和数据结构。

计算机的系统架构决定了计算机的功能、性能、扩展性和可维护性。

5.计算机的系统软件：计算机的系统软件是指与操作系统相关的软件，包括驱动程序、系统工具、系统服务等。

这些软件负责管理计算机的硬件资源，并提供用户与计算机的接口，是计算机能够正常运行的基础。

6.计算机的应用软件：计算机的应用软件是指专门用于完成特定任务的软件，包括办公软件、图形软件、娱乐软件等。

这些软件能够帮助用户完成各种各样的工作，是计算机在各行各业中的重要应用。

7.计算机的数据结构：计算机的数据结构是指计算机系统中数据的存储方式和组织方式。

常见的数据结构包括数组、链表、栈、队列、树等。

不同的数据结构适用于不同的场合，能够帮助用户更有效地管理和处理数据。

计算机组成原理的基础知识

计算机组成原理的基础知识计算机组成原理是计算机科学中最基础的学科之一，它研究了计算机的各个部件之间的相互关系和工作原理。

了解计算机组成原理的基础知识对于理解计算机的运行机制和性能优化至关重要。

本文将介绍计算机组成原理的几个基础知识点。

一、计算机的五大基本组成部分计算机由五大基本组成部分构成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

1. 运算器：负责进行算术和逻辑运算，包括加法、减法、乘法、除法等。

2. 控制器：控制整个计算机系统的运行。

它从存储器中读取指令，解释并执行它们。

3. 存储器：用于存储数据和指令。

存储器可以分为主存储器和辅助存储器两种类型。

4. 输入设备：用于将外部数据输入到计算机系统中，如键盘、鼠标、扫描仪等。

5. 输出设备：用于将计算机处理后的结果输出给用户，如显示器、打印机、音响等。

二、冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是现代计算机体系结构的基础。

它由冯·诺依曼于1945年提出，并成为现代计算机的基本原则。

冯·诺依曼体系结构包含了四个基本要素：存储器、运算器、控制器和输入/输出。

1. 存储器：冯·诺依曼体系结构中，数据和指令都存储在同一个存储器中，以二进制形式表示。

2. 运算器：负责执行算术和逻辑运算，处理数据和指令。

3. 控制器：控制整个计算机系统的运行，根据指令从存储器中读取并执行相应的操作。

4. 输入/输出：负责将数据和结果输入到计算机系统，以及将计算机处理后的结果输出给用户。

三、指令类型及其执行计算机的指令可以分为三种类型：数据传输指令、算术运算指令和逻辑运算指令。

1. 数据传输指令：用于将数据从一个地方传输到另一个地方。

例如，将数据从存储器传输到寄存器，或者将数据从输入设备传输到存储器。

2. 算术运算指令：用于进行算术运算，如加法、减法、乘法和除法等。

3. 逻辑运算指令：用于进行逻辑运算，如与、或、非等。

逻辑运算主要用于比较和判断。

知识点计算机组成原理

知识点计算机组成原理知识点-计算机组成原理计算机组成原理重要知识点第一章绪论一、冯．诺依曼思想体系――计算机（硬件）由运算器、控制器、存储器、输入输出设备五部分组成，存储程序，按地址出访、顺序继续执行二、总线的概念。

按传送信息的不同如何划分；按逻辑结构如何划分三、冯．诺依曼结构（普林斯顿结构）与哈弗结构的存储器设计思想四、计算机系统的概念，软件与硬件的关系、计算机系统的层次结构（实际机器与交互式机器）五、计算机的主要性能指标的含义（机器字长，数据通路宽度，主存容量，运算速度）六、cpu和主机两个术语的含义，完备的计算机系统的概念，硬件、软件的功能分割七、总线概念和总线分时共享资源的特点、三态门与总线电路第二章数据的机器层次表示一、真值和机器数的概念数的真值变为机器码时存有四种则表示方法：原码表示法，反码表示法，补码表示法，移码则表示码。

其中移码主要用作则表示浮点数的阶码e，以利比较两个指数的大小和对阶操作方式二、一个定点数由符号位和数值域两部分组成。

按小数点位置不同，定点数有纯小数和纯整数两种表示方法。

几种定点机器数的数值则表示范围。

三、浮点数浮点数的标准表示法：符号位s、阶码e、尾数m三个域组成。

其中阶码e通常用移码表示（其值等于指数的真值e加上一个固定偏移值）。

规格化浮点数（原码，补码则表示的规格化浮点数的区别）五、处理字符信息（符号数据即非数值信息），七、常用的bcd码：8421码、2421码、余3码、格雷码（有权码，无权码，特点）八、检错纠错码：奇偶校验（掌握奇偶校验原理及校验位的形成及检测方法）,海明码的纠错原理（理解）第三章指令系统一、指令格式:指令的基本格式,指令的地址码结构（3、2、1、0地址指令的区别），非规整型指令的操作码（扩展览会操作码）二、编址方式（位，字节，字…）三、操作数串行方式――立即串行、轻易串行、间接串行、寄存器串行、寄存器间接串行、相对串行、基址寻址、变址寻址、页面寻址四、指令串行方式――顺序对串行方式、弹跳串行方式五、指令类型及功能六、不同的计算机的i/o指令差别很大，通常有两种方式：独立编址方式,统一编址方式第四章数值的机器运算一、为运算器构造的简单性，运算方法中算术运算通常采用补码加减法，原码乘除法或补码乘除法。

计算机组成原理知识点

1.各种进制之间的转换2.冯诺依曼机器特点，基本思想P81)计算机由五大部件组成：运算器，存储器，控制器，输入设备，输出设备2)指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访3)指令和数据用二进制表示4)指令由操作码和地址码组成5)指令在存储器内顺序存放6)以运算器为中心3.总线分类P43总线是连接各个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质。

1)片内总线：芯片内部的总线（CPU内部，寄存器与寄存器之间，寄存器与逻辑单元）2)系统总线（CPU、主存I/O设备等各大部件间信息传输线）A.数据总线双向数据信息传输，与机器字长，存储字长有关B.地址总线单向由CPU输出C.控制总线双向发出各种控制信号3)通信总线A.串行数据在单条1位宽的传输线上，适用于远距离B.并行数据在多条1位宽的传输线上，适用于近距离4.总线带宽，宽度P46带宽：总线的数据传输速率，通常用每秒传输的字节数来衡量，单位MBps （即为：频率*字节数）◆宽度：数据总线的根数5.总线的判优控制方式P57◆主设备(模块) 对总线有控制权◆从设备(模块) 响应从主设备发来的总线命令◆总线判优控制A.集中式：将逻辑集中在一处（1.链式查询2.计数式定时查询3.独立请求方式）B.分布式：将逻辑分散在各个部件中6.总线通信控制P59◆四种方式A.同步通信：通信双方统一时标控制数据传送B.异步通信：采用应答方式，没有公共时钟标准C.半同步通信：同步异步结合D.分离式通信：各模块有权申请占用总线；采用同步方式通信，不等对方回答；各模块准备数据时，不占用总线；总线被占用时，无空闲；7.总线接口的功能使外部设备或用户电路与微型计算机成为一体，控制数据缓存状态设置，数据转换整理程序中断8.存取周期=存取时间+恢复时间9.存储器分类及其特点P69◆按存储介质分类1)半导体存储器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)只读存储器串行访问存储器◆按在计算机中的作用分类主存储器可与CPU直接交换信息，速度快、容量小、价位高辅助存储器是主存储器的后援存储器，不能与CPU直接交换，速度慢、容量大、价位低缓冲存储器用在两个不同的部件之中起到缓冲作用。

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