计算机组成原理—最系统的算机基础知识
【计算机组成原理】基础知识汇总（必背）
【计算机组成原理】基础知识汇总（必背）整理了⼀下超星上的题⽬以及教材《计算机组成原理第3版》——唐朔飞的课后题。
第 1 章计算机系统概论超星题⽬说明计算机系统的层次结构。
说明冯诺依曼体系结构的特点。
计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输⼊设备和输出设备5⼤部件组成。
指令和数据以同等地位存储在存储器中，并可按地址寻访。
指令和数据均⽤⼆进制代码表⽰。
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。
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。
早期的冯·诺依曼机以运算器为中⼼，输⼊/输出设备通过运算器与存储器传送数据。
知识点：冯·诺依曼机的基本⼯作⽅式是：控制流驱动⽅式冯·诺依曼机⼯作⽅式的基本特点：按地址访问并顺序执⾏指令什么是机器字长、指令字长、存储字长？机器字长是指CPU⼀次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
指令字长是⼀个指令字中包含⼆进制代码的总位数。
指令字长取决于从操作码的长度、操作码地址的长度和操作码地址的个数。
存储字长是⼀个存储单元存储⼆进制代码的位数。
存储字是存放在⼀个存储单元中的⼆进制代码组合存储单元是存放⼀个存储字的所有存储元集合。
其他存放欲执⾏指令的寄存器是：IR⼀个8位的计算机系统以16位来标⽰地址，则该计算机系统中有（65536）个地址空间。
指令流通常是（主存流向控制器）CPU内通⽤寄存器的位数取决于（机器字长）。
课后题什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？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。
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。
十六位体系结构计算机组成原理
十六位体系结构计算机组成原理
十六位体系结构计算机组成原理是指计算机的硬件和软件组成原理，可以分为以下几个部分：
1.中央处理器(Central Processing Unit, CPU)：负责执行计算机指令和进行数据处理。
CPU包括指令寄存器、程序计数器、算术逻辑单元(ALU)和寄存器等。
2.存储器：存储器包括主存储器和辅助存储器。
主存储器用于存储正在运行的程序和数据，可分为RAM和ROM。
辅助存储器用于长期存储程序和数据，如硬盘、光盘等。
3.输入输出设备：用于与外部设备进行数据交互，如键盘、鼠标、打印机、显示器等。
4.总线(Bus)：计算机内各个部件之间传送数据和控制信息的通道。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线。
5.指令系统：计算机的指令系统决定了计算机的操作特性和功能。
按照十六位体系结构，指令由16位表示，可以包括逻辑运算、算术运算、存储和转移等操作。
6.中断系统：用于处理紧急情况和异步事件，如异常中断、硬件中断和软件中断等。
7.时钟系统：用于同步计算机内各个部件的工作节奏和时序，提供时钟脉冲。
8.控制单元(Control Unit)：负责控制计算机的操作，根据指令操作码的不同，控制单元产生特定的控制信号和时序信号，控制各个部件的工作。
9.运算器(アrithmetic and Logic Unit, ALU)：负责进行算术运算和逻辑运算，包括加法、减法、乘法、除法和与、或、非、异或等逻辑运算。
以上是十六位体系结构计算机组成原理的基本内容，具体实施中可能会有一些差异。
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。
计算机四级计算机组成原理知识点总结
计算机四级计算机组成原理知识点总结
计算机四级计算机组成原理涉及多个关键知识点，主要包括：
1.**计算机的基本组成**：计算机主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。
其中，运算器和控制器合称为中央处理器（CPU）。
2.**指令系统**：指令是计算机执行某种操作的命令，通常由操作码和操作数地址码组成。
指令系统是指一台计算机中所有指令的集合。
指令的长度取决于操作码的长度、操作数地址码的长度和操作数地址的个数，与机器字长没有固定的关系。
指令可以分为零地址指令、一地址指令等多种类型。
3.**计算机硬件层次结构**：计算机硬件层次结构可以分为微程序机器层（M0）、传统机器层（M1）、虚拟机器层（M2）、汇编语言机器层（M3）和高级语言机器层（M4）。
每一层都对应着不同的指令系统和执行方式。
4.**存储系统**：存储系统包括主存储器（内存）和辅助存储器（外存）。
主存储器是计算机直接访问的存储部件，其速度快，但容量小。
辅助存储器则容量大，速度慢，需要通过输入输出设备才能访问。
5.**输入输出系统**：输入输出系统负责计算机与外部世界的联系，包括输入设备和输出设备。
输入设备用于将外部信息输入到计算机中，输出设备用于将计算机的处理结果输出到外部世界。
6.**总线系统**：总线是连接计算机各部件的通信线路，包括数据总线、地址总线和控制总线。
总线系统负责在各部件之间传输数据和控制信号。
以上就是计算机四级计算机组成原理的主要知识点，掌握了这些知识，就能对计算机的基本组成和工作原理有深入的理解。
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。
计算机组成原理知识点汇总
计算机组成原理知识点汇总本文将计算机组成原理的知识点做了系统的整理，方便大家系统学习。
如果您正在学习计算机体系结构，可以按照本文的知识点进行扩展学习。
计算机体系结构一、发展历史1.1946 ENIAC2.冯诺依曼EDVAC1)计算机思想：二进制存储控制2)计算机组成控制器运算器存储器输入输出3)时间轴a)代际划分第一代计算机1946-1957 电子管第二代计算机1958-1964 晶体管第三代计算机1965-1972 中、小规模集成电路第四代计算机1972~至今超大规模集成电路b)我国计算机发展2009研发出天河一号2010天河一号A 成为最快计算机2017神威太湖一号位于榜首4)辅助技术：CADCAMCAECAICIMS二、相关计算1.容量单位1B=8 bit1KB = 2^10 B= 1024 BTB PB EB ZB YB BB NB DB2.进制转换1)二进制、八进制、十进制、十六进制2)换算方法：统一换算成十进制，在转换为其他进制十进制转换为二进制十进制除以2 保留余数倒数3)各个进制的小数点转换：当前位数的值*（1/(进制^位数)）3.二进制码表示1)原码：表示范围-2^(n-1)-1 ~ 2^(n-1)-1如8位的就是-127~1272)反码：正数的反码等于补码负数的反码等于除符号位以外取反3)补码：正数的补码=反码负数的补码=反码+1表示范围-2^(n-1) ~ 2^(n-1)-1如8位的就是-128~127 -128的补码是1000000 人为规定4)移码补码的符号位取反5)特性00的补码、移码相同6)运算原码运算反码运算补码运算4.校验码1)奇偶校验码：根据1的位数1位数为奇数则是奇数校验码2)循环冗余CRC：多项式模2除法只能检错不能纠错3)海明校验码：有纠错功能5.ASCII编码1)汉字编码6.浮点数表示三、中央处理器CPU1.组成结构1)运算器a)作用：完成算术和逻辑运算，实现数据加工与处理b)组成：i.算术与逻辑计算单元ALUii.累加器AC（为ALU提供工作区，暂存ALU的操作数或运算结果）iii.状态字寄存器PSW：表征当前运算的状态及程序的工作方式一个保存各种状态条件标志的寄存器保存中断和系统工作状态等信息iv.寄存器组v.多路转换器2)控制器a)作用：取指令分析指令执行指令b)指令的组成指令码操作码c)内部寄存器i.程序计数器PC保存下一条指令的地址ii.指令寄存器IR保存当前执行的指令地址iii.指令译码器对IR中的指令的操作码进行译码iv.关系从PC中取出指令地址，送入IR，由译码器译码以后执行3)寄存器组a)数据寄存器DRi.暂时存放由主存储器读出的一条指令或一个数据字ii.作用作为CPU与外部存储设备的中转站弥补CPU与外部存储设备的速度差异b)地址寄存器AR用来保存当前CPU访问的主存的地址，直到主存信息读取完毕4)内部总线2.指令系统1)周期a)时钟周期：振荡周期计算机中最小、最基本的时间单位，一个时钟周期内，CPU只完成一个基本动作b)机器周期：完成一项基本操作的时间c)指令周期：完成一条指令需要的时间2)周期关系一条指令周期包含若干机器周期，一个机器周期包含若干时钟周期指令周期>机器周期>时钟周期3)流水线技术Pipeline程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术4)指令集a)复杂指令集CISCi.指令系统复杂，指令数目多ii.设有专用寄存器iii.指令字长不固定，指令格式多，寻址方式多iv.可访存指令不受限制v.各种指令的执行时间差大vi.采用微程序控制器vii.难以用优化编译生成高效的目标代码b)精简指令集RISCi.选取使用频度较高的简单指令以及很有用但不复杂的指令ii.指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少iii.只有取数、存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器中完成iv.CPU 中有多个通用寄存器v.采用流水线技术，大部分指令在一个时钟周期内完成vi.控制器采用组合逻辑控制为主vii.采用优化编译技术3.寻址方式1)数据寻址a)立即寻址：操作数包含在指令中b)直接寻址：操作数位于内存中，指令中直接给出操作数的内存地址c)间接寻址：操作数位于内存中，指令中给出操作数地址的地址d)寄存器寻址：操作数存放寄存器中，指令中给出存放操作数的寄存器名e)寄存器间接寻址：操作数存放在内存中，操作数的内存地址位于某个寄存器中f)变址寻址：指令给出的形式地址A 与编制寄存器Rx 的内容相加，形成操作数有效地址；应用广泛如一组连续存放在主存中的数据g)基址寻址基址寄存器Rb 的内容与形式地址A 相加，形成操作数有效地址；基址寻址和变址寻址在形成有效地址时所用的算法是相同的；变址寻址是面向用户的，用于访问字符串、向量和数组等成批数据；基址寻址用于逻辑地址和物理地址的变换，解决程序在主存中的再定位和扩大寻址空间h)相对寻址：基址寻址的一种变通，由程序计数器PC 提供基准地址i)隐含寻址：指令中不明显地给出操作数的地址，其操作数的地址隐含在操作码或某个寄存器中j)堆栈寻址2)指令寻址a)顺序寻址：程序计数器PC +1b)跳跃寻址：程序转移执行时的指令寻址方式，它通过转移类指令实现4.性能指标1)主频a)计算机的时钟频率b)时钟周期=1/主频c)单位是GHzd)时钟频率为1GHz，时钟信号周期等于1ns 时钟频率为2GHz，时钟周期为0.5ns2)字长8位32位64位3)MIPS：每秒处理百万级的机器语言指令数4)MFLOPS：每秒百万个浮点操作，反映浮点运算情况5)CPI：每条指令的时钟周期数6)平均无故障时间MTBF：Mean Time Between Failure多次相继失效之间的平均时间该指标和故障率衡量系统的可靠性7)平均修复时间MTTR：多次故障发生到系统修复后的平均时间间隔。
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
2、总线规范
每个总线标准都有详细的规范说明，一般包括以下几个部分 1）机械性能规范：模板尺寸、插头、连接器的规格及位置 等。 2）功能规范：信号线的序号、名称及功能等。 3）电气特性的规范：信号线的电平种类、动态转换时间、 负载能力等。
五、总线的性能指标
评价总线性能的优劣 1、总线宽度：主要是指数据总线的数目。如4/8/16/32/64 直接影响总线的传输率（吞吐量） 2、标准传输率（总线带宽） 单位时间内总线上传输数据的位数。以MB/S表示。 例如：某总线工作频率为8.33MHZ，总线宽度为16位，则 标准传输率为 8.33M×2B/s=16.66MB/s 3、总线定时协议（握手机制） 数据传输采用何种时钟控制。分为同步、异步、半同步、 分离式几种 4、总线控制方式：如仲裁机制、自动配置等。 5、总线复用 两种不同时出现的信号共用一组物理线路，即分时使用同 一组总线，称为总线的多路分时复用。其目的在于减少芯 片的引脚数。 6、信号线数：总线所包含的全部信号线的总数。 7、其它指标：如负载能力、电源电压、能否扩展等。
第三章 系统总线
3.1 总线概述 3.2 常用的总线标准 3.3 总线结构
3.4 总线控制
3.1 总线概述
一、为什么要用总线
机内部件间互连方式：
早期：分散连接 以运算器为核心，内部连线复杂，尤其是当I/O 与存储器交换信息时，都需要经过运算器，严重影 响CPU的工作效率。
采用存储器为核心的分散连接结构，虽采用中断、 DMA等技术，仍无法解决I/0设备与主机之间连接的 灵活性。 目前：总线连接
MAR MDR 容量 10 8 1 K × 8位 16 32 64 K × 32位
1K = 210
2 b = 1 KB 1B = 23b 221b = 256 KB 80 GB
计算机原理知识点
5.算罗单元（ALU）：是中央处理器CPU的一部分，用以计算机指令集中的执行算术与逻辑操作。某些处理器中，将ALU切分为两部分，即算术单元（AU）与逻辑单元（LU）
6.系统总线：是指CPU,主存，I/O设备各大部件之间的信息传输线。由于这些部件通常安放在主板和插件板（插卡）上，故又称为板级总线或板间总线。
一.选择题
1.完整的计算机系统应包括( )
A、 运算器 存储器 控制器
B、 外部设备和主机
C、 主机和应用程序
D、 配套的硬件设备和软件系统
我的答案：D
2.( )的功能是将机器语言转换成人类语言。
A、控制器
B、输入设备
C、输出设备
D、存储器
我的答案：C
3.以下语句错误的是
A、输入设备可以将机器语言转化为人类熟悉的形式
A、 存放在一个存储单元中的二进制代码组合
B、 存放在一个存储单元中的二进制代码位数
C、 存储单元的个数
D、 机器指令的位数
我的答案：A
二.填空题
1.完成一条指令分为_取出指令、_分析指令、__执行指令_三步。（请按顺序填写）
2____CPI__是指执行一条指令所需时钟周期数。
3.如果MAR12位，MDR8位，则所连接的存储器容量为___4___KB。
B、8
C、16
D、32
正确答案：C
二.填空题
3 总线上信息传递的方式有__串行___和__并行___两种。
4.___系统总线_____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。
5.按连接部件的不同，总线通常可以分为_片内总线_____、_系统总线____和_____通信总线。
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。
计算机组成原理讲义
计算机组成原理讲义计算机组成原理是一门研究计算机硬件和软件协同工作的学科。
它研究计算机系统的组成、结构、工作原理和设计方法，涉及到计算机的各个层次、各个组成部分和各种操作。
计算机组成原理作为计算机科学和计算机工程的基础课程，对于理解计算机的工作原理和提高计算机系统设计和性能优化具有重要意义。
首先，计算机组成原理涵盖了计算机的硬件组成。
计算机的硬件部分主要包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备和总线等。
中央处理器是计算机的核心部件，又被称为计算机的大脑。
它包括算术逻辑单元（ALU）和控制单元（CU），负责执行指令、算术运算和逻辑运算等。
存储器用于存储数据和指令，分为主存储器（RAM）和辅助存储器（硬盘、固态硬盘等）。
输入输出设备用于与计算机交互，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
总线用于连接计算机的各个组成部分，包括数据总线、地址总线和控制总线等。
了解计算机硬件组成，对于设计和优化计算机系统具有重要意义。
其次，计算机组成原理涉及计算机的工作原理。
计算机的工作原理主要包括数据的表示和存储、指令的执行和流水线技术等。
数据的表示和存储是计算机进行数据处理的基础。
计算机使用二进制表示数据，将数据存储在内存中。
指令的执行是计算机进行计算和逻辑操作的基本单元。
计算机通过解码和执行指令，对数据进行处理。
流水线技术是提高计算机执行效率的一种重要方法。
通过将指令执行分解成多个阶段，可以提高指令的吞吐量。
计算机组成原理对于理解计算机工作原理和提高计算机系统性能具有重要意义。
最后，计算机组成原理涉及计算机的设计方法。
计算机的设计方法包括指令系统的设计、组合逻辑电路的设计和微程序设计等。
指令系统的设计是计算机体系结构的基础，决定了计算机的功能和性能。
组合逻辑电路设计是实现计算机各个功能模块的基础，包括加法器、乘法器、寄存器和控制电路等。
微程序设计是实现指令的执行和控制的基础，将指令分解成微指令并存储在控制存储器中。
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。
计算机组成原理知识点
第一课时1、指令分为操作码和地址码，操作码指明了操作类型，地址码指明了对哪两个数进展操作。
2、CPU的时钟频率也即是CPU的主频。
3计算机系统构造：概念性构造和功能特性。
是指硬件子系统的概念性构造和功能特性。
由指令系统所规定的所有属性，所以也称指令集体系构造。
主要研究计算机系统软件和硬件的功能分配，以及如何最正确地实现分配给硬件的功能。
例如：指令系统中是否包括乘法指令？4、计算机组织：也称计算机组成：计算机主要部件的类型、数量、组成方式、控制方式和信息流动方式以及相互连接而构成的而系统。
主要研究数据和指令的组织，数据的存取、传送和加工处理。
数据流和指令流的控制方式根本运算的算法例如：如何实现乘法指令？5计算机实现：计算机功能的物理实现。
6、加法指令执行速度因为加法指令能反映乘除等运算，而其他指令的执行时间也大体与加法指令相当。
7、CP I，执行一条指令所需时钟周期数，是主频的倒数。
8、等效指令速度法9存储器不仅能存放数据，而且也能存放指令，两者在形式上没有区别，但计算机应能区分数据还是指令。
10 有时我们说某个特定的功能是由硬件实现的，但并不是说不要编写程序，如乘法功能可由乘法器这个硬件实现，但要启动这个硬件〔乘法器〕工作，必须先执行程序中的乘法指令。
11 指令译码器是译指令的操作码。
而是在读出之前就知道将要读的信息是数据还是指令了12 在计算机领域中，站在某一类用户的角度，如果感觉不到某个事物或属性的存在，即“看〞不到某个事物或属性，那么称为“对xxxx用户而言，某个事物或属性是透明的〞。
13程序控制器：〔PC〕是执行指令的机器。
14 机器字长定义为CPU中在同一时间内一次能够处理的二进制数的位数，实际上就是CPU中数据通路的位数15 浮点运算器的数据通路要宽得多。
16所以一般把定点运算器的数据通路宽度定为机器字长。
因为机器字长与内存单元的地址位数有关，而地址计算是在定点运算器中进展的。
17、一个字的宽度并不等于机器字长。
计算机组成原理(本全)ppt课件(2024)
I/O设备的分类
按数据传输方式可分为字符设备和块设备；按设备 共享属性可分为独占设备和共享设备。
I/O接口与I/O设备的连 接方式
包括并行接口和串行接口，其中并行接口传 输速度快，但传输距离短，而串行接口传输 速度慢，但传输距离长。
I/O控制方式与中断技术
I/O控制方式
包括程序查询方式、中断方式和DMA方式。程序查询方 式需要CPU不断查询I/O设备的状态，效率低下；中断方 式可以在I/O设备准备好数据后主动通知CPU，提高了 CPU的利用率；DMA方式则允许I/O设备与内存直接交 换数据，进一步提高了数据传输效率。
计算机的发展
计算机经历了从电子管、晶体管、集成电路到超大规模集成 电路等多个发展阶段，性能和体积不断得到优化和改进。目 前，计算机已广泛应用于各个领域，成为现代社会不可或缺 的工具。
计算机系统的组成
要点一
硬件系统
计算机硬件是计算机系统的物质基础，包括中央处理器、 内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等部分。其中 ，中央处理器是计算机的核心部件，负责解释和执行指令 ；内存储器用于暂时存储数据和程序；外存储器用于长期 保存数据和程序；输入设备用于将数据和信息输入到计算 机中；输出设备则将计算机处理结果以人们能够识别的形 式输出。
人们日常生活中最为熟悉的数制，每一位上的数码都是 0~9之间的数字。
十六进制表示法
在二进制基础上发展起来的一种数制，每一位上的数码由 0-9和A-F（对应十进制中的10-15）组成，常用于表示内 存地址和机器码等信息。
数的定点表示与浮点表示
定点表示法
小数点固定在某一位置的数制表示方 法，包括定点整数和定点小数，适用 于表示范围较小的数值。
总线技术
计算机组成原理第一章
计算机组成原理第一章计算机组成原理第一章主要涉及计算机发展的历史背景及计算机的基本概念。
在计算机产生之前，人们使用机械计算器进行数学计算，并且需要手动操作进行算术运算。
而计算机的诞生改变了这种情况，计算机可以自动执行计算任务，大大提高了计算速度和精确度。
计算机系统由硬件和软件两部分组成。
硬件包括中央处理器(CPU)、内存、输入输出设备等。
而软件则是安装在计算机硬件上的程序和数据。
计算机通过执行软件中的指令来完成各种任务。
计算机的基本运算包括加法、减法、乘法和除法。
在计算机中，数值以二进制形式表示，并且利用电子开关来表示0和1。
这种二进制形式的计算和存储使得计算机系统更加高效和可靠。
在计算机系统中，信息的传输是通过电路连接实现的。
信息可以通过数据总线、控制总线和地址总线进行传输。
数据总线负责传输数据，控制总线负责控制和协调计算机内部各个部件的工作，地址总线用于指定存储器或者设备的地址。
计算机也需要进行数据的存储和检索。
内存是计算机存储数据和程序的地方，它被划分为多个存储单元，每个存储单元可以存储一个数据或者指令。
计算机还需要外部存储器来存储大量的数据，例如硬盘和光盘等。
计算机的指令集架构是计算机体系结构的重要组成部分。
指令集架构定义了计算机系统中处理器的指令和寄存器，以及指令的执行方式。
目前常用的指令集架构包括x86、ARM和MIPS 等。
计算机的工作方式可以分为单指令周期工作方式和多指令周期工作方式。
单指令周期工作方式意味着计算机每个指令在一个时钟周期内完成执行。
而多指令周期工作方式则允许计算机在一个时钟周期内执行多个指令。
总之，计算机组成原理第一章主要介绍了计算机的基本概念和发展历史，以及计算机系统的组成和工作方式。
了解这些基本知识对于理解计算机的工作原理和设计原则非常重要。
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
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。
计算机组成原理_ 计算机系统概述
计算机系统概述
相关知识点：
• 计算机处理的对象是数字化信息，计算机具有数据处理、数据存储、数据 传送三种基本功能，这些功能通过计算机硬件自动执行程序的指令完成的
• 计算机由硬件和软件组成，硬件是物理装置的总称，如各种芯片、板卡、 外设、电缆等。软件包括运行在硬件上的程序和相关的文档
• 总线(bus)是传输信息的通路，用于在部件之间传输信息，CPU、主存和I/O模 块通过总线互连。
1.1.2 现代计算机的基本组成
• 从外部来看，普通台式个人计算机(PC)是用各种电缆将显示器、键盘、 鼠标和机箱等连接而成的一个装置。机箱内是一组电路板、芯片和连线， 有主板、电源、风扇和硬盘驱动器等。
• 程序是指挥计算机如何操作的一个指令序列，即程序由指令组成，而指令 则是计算机硬件能够理解并执行的最基本操作，数据是指令操作的对象。
1.1 计算机硬件的基本组成
• 1945年3月，冯·诺依曼领导的小组发表了"存储程序(stored-program)”方式的电 子数字计算机方案EDVAC,宣告了现代计算机结构思想的诞生。
第一阶段（1946-1956年）
第一台计算机上的 第一个机器代码程 序出现到实用的高 级语言
从实用的高级程序 设计语言出现到软 件工程概念出现以 前这段时间为
“软件工程”概念 和方法的出现
1.2 计算机软件概述
• 根据软件的用途，将软件分为系统软件和应用软件两大类 • 系统软件(system software):包括为有效、安全地使用和管理计算机以及为开
1.1.1冯·诺依曼结构基本思想
1. 采用"存储程序”工作方式。 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 3. 存储器不仅能存放数据，而且也能存放指令，形式上数据和指令没有区别，但
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。
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1981-PC元年
• 早在1980年7月，一个负责“跳棋计划”的13人小组秘密来到佛罗 里达州波克罗顿镇的IBM研究发展中心，开始开发后来被称为IBM PC的产品。一年后的8月12日，IBM公司在纽约宣布第一台IBM PC诞生，这个开创计算机历史新篇章的时刻。 • 第一台IBM PC采用了主频为4.77MHz的Intel 8088 • 操作系统是Microsoft提供的MS-DOS • IBM将其命名为“个人电脑（Personal Computer）
数字硬件： 对数字进行处理、传输、和存储的硬件 转换硬件： 将各种形式的信息转换为数字信息，或者将数字 信息转换为各种形式的硬件（图像、声音、文字输入 输出设备，目前重要的设备是显示器）
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数字技术的三分天下
处理：
CPU, DSP, ASIC 传输： 总线(CPU内部、系统总线, I/O总线), 网络（LAN，WAN，INTERNET,无线网） 存储： RAM，ROM，FLASH，硬盘，光盘， 存储系统（RAID ，SAN ，NAS）
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硬件是相似的， 软件则各有各的不同
• 各种硬件在数字域都有相同或相似的内脏（只工具和设备外部虽然千变万化，内部 都是一样的（统一性）
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CPU的组成 示意图
1. 控制器 从内存取出一条 指令,并指出下条指 令的地址; 对指令进行译码, 产生相应的控制信号; 指挥并控制CPU, 内存和I/O设备之间 的数据传送. 2.运算器 加工信息.包括: 算术运算， 逻辑运算
注意： 寄存器、总线的位宽 /字长
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对计算机硬件的理解
硬件：对数字操作的机器系统
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计算机发展的理论基础和规律
1、逻辑代数
2、图灵机：英国数学家图灵证明理想的通用数字计算机是可以制造出来的。
现代通用数字计算机的数学模型
3、冯.诺依曼计算机原理：二进制存储程序并按地址顺序执行(程序控制） 4、Moore定律：微处理器内晶体管数每18个月翻一番 5、Bell定律：如果保持计算能力不变，微处理器的价格每18个月减少一半 6、Gilder定律： 未来25年（1996年预言）里，主干网的带宽将每6个月增加一倍 7、Metcalfe定律： 网络价值同网络用户数的平方成正比 8、半导体存储器发展规律：DRAM密度每年增加60%，每三年翻四倍 9、硬盘存储技术发展规律： 硬盘的密度每年增加约一倍
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4004
4004包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm×4mm，计 算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。 19
8008
1972年4月，霍夫等人开发出 第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P 沟道MOS微处理器，因此仍 属第一代微处理器。
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8080 第二代微处理器
小 型 机
微 型 机
单 片 机
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3、计算机硬件系统
• 计算机硬件：一切构成计算机的物理实体
硬件系统构成思想：计算机的基础理论 （冯诺依曼思想： 存储程序，程序控制等，大部分 已经有50年）未变
因此，计算机的关键部件没有大的改变
即：计算机五大功能部件
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计算机硬件系统的组成
• 运算器（完成算术运算，逻辑运算）
二
三
IBM360/370系列 CDC6000/7600,STAR-100,CRAY-1 NOVA,PDP-11 DJS-130/200 微型机 APPLE, IBM-PC VAX系列 长城0520, …………….
IBM CDC 美 中国 APPLE ， IBM DEC 长城计算机
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四
世界上第一台电子数字计算机 ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)，由美国宾夕 法尼亚大学于1946年研制成功并投入使用。
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第一台微型计算机：Altair 8800
• 1975年4月，MITS发布第一个通用型Altair 8800，售价375 美元，带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。 • Altair定位在青年电脑迷市场 • Paul Allen和Bill Gates在三周内为Altair开发出BASIC语言， MITS成为两个未来富翁的第一个客户
• 总线基本概念
• 总线的仲裁
• 影响总线性能的基本因素
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第八章重点内容
• I/O设备的特点
• I/O接口的功能
• 常用设备
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第九章重点内容
• • • • 查询方式基本原理 中断方式基本原理 DMA方式基本原理 通道方式基本原理
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1. 计算机的发展简史
类型 时期 主要器件 重 要 特 征
量子计算机：
量子计算的概念远比光子计算和生物计算出现得晚，但却具有更大的革 命潜力 。
信息存储器
目前，在室温下能够制造出单电子内存，在大约7平方纳米大小的位元 上，每一平方纳米就能存储250GB的信息。
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2、计算机的分类
计算机
电子模拟计算机
电子数字计算机
通用计算机
专用计算机
巨 型 机
大 型 机
中 型 机
• 1978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微处理器，标 志着第三代微处理器问世。它采用16位寄存器、16位 数据总线和29000个3微米技术的晶体管，售价360美 元。
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Z80微处理器
• Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器，广泛用于微 型计算机和工业自动控制设备。当时，zilog、 Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。
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第五章重点内容
• 指令系统基本概念 • 指令基本格式 • 指令系统寻址方式
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第六章重点内容
• CPU的功能（控制器的功能）
• 指令周期基本概念
• 常用指令的指令周期及其数据通路流程 • 时序产生器和控制方式基本原理 • 微程序控制器工作原理 • 微程序设计基本概念
• 硬布线控制器基本概念
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第七章重点内容
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第四代计算机中 微处理器的发展：Intel 4004
• 1971年1月，Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4 位芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微 处理器和微机时代从此开始。 • 1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包 括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存 器芯片和4004微处理器）
• 主存储器（存放程序以及数据）
• 控制器（控制指令的执行序列，根据指令的功能给出 实现指令功能所需要的控制信号） • 输入设备，能将人能够识别的信息形式转换为机器能 够识别的形式 • 输出设备
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计算机硬件组成框图
运算器 系统总线 控制器 CPU
存储器
主机
接口——输入设备 外围设备 接口——输出设备
• 1953年开始研究，1958年研究出第一台计算机，103型通用计算 机 • 50年来相继研究出了第二代，第三代计算机。 • 80年代研究出了每秒１亿次的巨型机，银河I,II,其他如曙光天演 (清华BBS,学校高性能计算中心)。1985年6月，中国第一台自行 研制的微机长城0520研制成功，其广告词是：“一台我们自己制 造的能够处理中文的电脑”。 • 在高性能计算，并行计算上已紧跟国际先进水平，但计算机的核 心部件CPU技术还远远落后。 • 中科院研究开发的龙芯／GODSON
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第1章 计算机系统概论
1、 计算机发展简史 2、 计算机分类 3、 计算机硬件系统 4、 计算机软件系统
5、 计算机系统层次结构
第一章 重点内容
• • • • • 计算机发展简史 计算机分类、应用 计算机硬件系统 计算机软件系统 计算机系统层次结构
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第二章重点内容
• 二进制表示以及进制转换运算 • 2X、X/2 、X/64的求解方法 • 真值、原码、补码、 移码、 反码的编码方法。
1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微 处理器就此诞生。 主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍， 可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000 个晶体管，处理速度为0.64MIPS。
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Intel 8086 第三代微处理器
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Apple
• 1976年3月，Steve Wozniak和Steve Jobs开发出微型计 算机Apple I，4月1日愚人节这天，两个Steve成立了 Apple计算机公司。 • Apple II是第一个带有彩色图形的个人计算机，售价为 1300美元。Apple II及其系列改进机型风靡一时，这使 Apple成为微型机时代最成功的计算机公司。
– 熟练掌握
• 纠错码和检错码
– 奇偶校验熟练掌握 – 海明计算
• BCD码 机器数 校验码概念
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第三章重点内容
• • • • • 原码补码一位乘法运算 无符号位乘法器的电路实现 先行进位电路CLA74182原理 利用74182及74181电路构造多级先行进位电路 浮点数加减法运算
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第四章重点内容（一）
• • • • 存储器的分类和技术指标 存储器的分级结构及相关特点 半导体读写存储器组成、工作原理及特点 半导体只读存储器分类及特点 • DRAM刷新原理及方法
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第四章重点内容（二）
• 存储器译码方式
• 存储器扩展方式,与CPU的连接(重点)
• 高速存储器(双端口存储器,相联存储器基本 概念,交叉编址) • 高速缓冲存储器的组成及工作原理 (重点)
第一代
1 9 4 6 - 电子管 1958
19581964 19641971