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。
计算机组成原理总结精选全文完整版

可编辑修改精选全文完整版第一章计算机系统概论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)。
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:指CPU一次能处理的二进制数据的位数,通常与CPU的寄存器位数有关。
指令字长:一条指令的二进制代码位数。
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。
大学计算机科学知识点归纳

大学计算机科学知识点归纳1. 计算机科学基础1.1 计算机组成原理- 计算机硬件:CPU、内存、I/O设备、存储器等- 计算机指令:机器指令、汇编指令、高级指令等- 计算机体系结构:冯诺依曼结构、哈佛结构等1.2 数据结构与算法- 线性结构:数组、链表、栈、队列、串等- 非线性结构:树、图、哈希表等- 算法:排序算法、查找算法、图算法等1.3 计算机网络- 网络结构:OSI七层模型、TCP/IP四层模型等- 网络设备:交换机、路由器、网关等1.4 操作系统- 进程管理:进程、线程、进程调度、死锁等- 内存管理:内存分配、回收、虚拟内存等- 文件系统:文件、目录、文件系统结构等- 设备管理:设备驱动、I/O调度等2. 编程语言与编译原理2.1 编程语言- 高级语言:C、C++、Java、Python等- 低级语言:汇编、机器码等2.2 编译原理- 词法分析:词法单元、词法分析器等- 语法分析:语法规则、语法分析树、分析算法等- 中间代码生成与优化:三地址码、SSA等- 目标代码生成:汇编代码、机器代码等3. 软件工程- 软件开发过程:需求分析、设计、编码、测试、维护等- 软件设计模式:面向对象设计模式、架构模式等- 软件项目管理:项目计划、进度控制、风险管理等- 软件质量保证:代码审查、测试策略等4. 数据库系统- 数据库概念:数据模型、实体-关系模型、关系模型等- 数据库设计:范式、E-R图、SQL等- 数据库查询:SQL查询、视图、索引等- 数据库事务:ACID属性、并发控制、故障恢复等5. 人工智能与机器- 人工智能基础:知识表示、推理、搜索算法等- 机器算法:线性回归、决策树、神经网络等- 自然语言处理:分词、词性标注、命名实体识别等- 计算机视觉:图像处理、目标检测、人脸识别等6. 计算机科学其他领域- 并行与分布式系统:进程并发、分布式算法、云计算等- 网络安全:加密算法、防火墙、入侵检测等- 物联网:传感器、嵌入式系统、物联网协议等- 人机交互:用户界面设计、交互技术、虚拟现实等以上是对大学计算机科学知识点的简要归纳,希望对您有所帮助。
《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。
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计算机组成原理是计算机科学与技术的基础课程之一,涉及到计算机系统的硬件和软件组成,以及它们之间的交互关系。
以下是一些计算机组成原理的重要知识点总结:1. 计算机的分类:计算机可以根据规模、用途和结构等方面进行分类。
常见的分类有超级计算机、服务器、工作站、个人电脑、嵌入式系统等。
2. 计算机的基本组成:计算机由硬件和软件两部分组成。
硬件包括中央处理器(CPU)、内存、输入输出设备和存储设备等。
软件包括系统软件和应用软件。
3. 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,它包含了存储器、算术逻辑单元(ALU)、控制单元和输入输出单元。
4. 存储器层次结构:计算机的存储器层次结构从高速缓存到主存再到辅助存储器,层层递进,速度和容量逐渐增大,成本逐渐减小。
5. 数据表示和运算:计算机使用二进制表示数据,并且可以进行不同进制间的转换。
在计算过程中,计算机使用算术逻辑运算对数据进行操作。
6. 指令集体系结构:指令集体系结构是计算机硬件和软件的接口,定义了计算机的指令集和指令执行方式。
常见的指令集体系结构有精简指令集(RISC)和复杂指令集(CISC)。
7. CPU的工作原理:CPU执行计算机指令的过程包括取指令、译码指令、执行指令和写回结果等步骤。
这些步骤是由控制单元和算术逻辑单元(ALU)完成的。
8. 输入输出系统:计算机通过输入输出设备与外部环境进行交互。
输入输出系统包括输入输出控制器、输入输出接口和输入输出设备等。
9. 总线:计算机内部各个硬件部件之间通过总线进行通信和数据传输。
总线包括数据总线、地址总线和控制总线。
10. 中断和异常:中断是计算机在执行过程中响应外部事件的一种机制,可以中断当前的执行流程。
异常是由于程序错误或硬件错误而引起的计算机响应机制。
以上是计算机组成原理的一些重要知识点总结,它们构成了计算机系统的基础,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。
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计算机组成原理知识点总结机器语言和汇编语言:机器语言是用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合,具有灵活、直接执行和速度快等特点。
汇编语言则是一种用符号表示的、面向CPU指令的程序设计语言,可以充分利用机器硬件的全部功能,程序目标代码占用内存少,执行速度快,效率高,具有实时性,但不能被计算机直接识别。
性能指标:计算机的性能指标包括主频、字长、运算速度、存储容量、可靠性、可维护性、可用性和兼容性等。
冯·诺依曼型计算机原理:冯·诺依曼型计算机采用二进制表示程序和指令,指令由操作码和地址码组成。
它将程序和数据放在存储器中,通过“存储程序”和“程序控制”的方式工作。
总线:计算机通常将部件之间数据交换通路加以归并,组成多位总线结构,不同部件的信息可以在共用传输总线上分时传送。
总线分为内部总线和外部总线,内部总线指CPU内各部件之间的连线,外部总线指系统总线,即CPU与存储器、I/O系统之间的连线。
运算器:运算器包括算术逻辑运算单元(ALU)、阵列乘/除法器、寄存器组、多路开关、三态缓冲器、数据总线等逻辑部件,通常集成在CPU芯片中。
控制器:控制器包括指令部件、时序部件和中断控制逻辑等,负责指令的读出、识别、解释和协调各部件执行指令。
存储体系:计算机采用多级存储体系结构,包括cache、主存和外存。
CPU能直接访问内存(cache、主存),但不能直接访问外存。
中断和DMA:中断是指计算机由任何非寻常的或非预期的急需处理的事件引起CPU暂时中断现有程序的执行而转去执行另一服务程序来处理这些事件,等处理完成后又返回原程序。
DMA是一种子完全由硬件执行I/O交换的工作方式,DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制,数据不经过CPU,而直接在内存和I/O设备之间进行。
以上是计算机组成原理的一些关键知识点,涵盖了计算机的基本结构和功能、性能指标、冯·诺依曼型计算机原理、总线、运算器、控制器、存储体系和中断与DMA等方面。
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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。
计算机组成原理必看总结

一,冯.诺依曼机的特点:1.计算机由运算器,存储器,控制器和输入设备,输出设备五大部件组成2.指令和数据以同等地位存于存储器内,并可按地址访问3.指令和数据均用二进制代码表示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6.以运算器为中心计算机与日常使用的袖珍计算机的本质区别在于自动化程度的高低二,计算机的硬件指标(1)机器字长:C P U一次能处理数据的位数,通常与C P U寄存器位数有关(2)存储容量:包括主存和辅存,是存放二进制代码的总和,可以用位或字节来衡量。
(3)运算速度:可以用MI P S,C PI (每执行一条指令所需要的时钟周期数)或F L OP S (每秒浮点运算次数)。
三,电子管-----晶体管--------中小规模集成电路----------大规模集成电路计算机分类方法很多,按信息的形式可以分为数字计算机和模拟计算机,前者以离散型数字脉冲形式传递,而后者的信息是以连续型电波形式传递的,两者结合为数字模拟混合式计算机。
1 94 6年研制成功的第一台计算机称为EN I A C.数控机床是计算机在过程控制方面的应用,邮局实现信息自动分拣是计算机在模式识别方面的应用。
计算机在过程控制应用中,除计算机外,A/D转换器是重要部件,能把模拟量转换成计算机能识别的信号。
计算机发展至今,虽然与早期相比面貌全非,但存储程序的特点不变四,摩尔定律:微芯片上集成的晶体管数目以每三年翻两番的规律递增,由于受到物理极限的制约,不能永远生效五,什么是总线?特点?总线是连接多个部件的信息传输线,是各个部件共享的传输介质。
而且在某一个时刻允许有一个部件向总线发送信息,但多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。
总线周期:申请分配阶段,寻址阶段,传送阶段,结束阶段六,总线控制包括:总线判优控制和总线通信控制。
前者又分为集中式和分布式良种,其中集中式总线判优逻辑有链式查询,计数器定时查询,独立请求方式。
计算机组成原理要点

计算机组成原理要点计算机组成原理是计算机科学与技术领域的基础学科,它涉及到了计算机的硬件、软件和通信等方面。
下面将介绍一些计算机组成原理的重要要点。
1. 计算机硬件计算机硬件由多个不同的组件构成,包括中央处理器(CPU)、内存、输入输出设备以及存储设备等。
CPU 是计算机的核心,它执行指令、处理数据和控制其他硬件设备。
内存用于存储程序和数据,它分为随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)两种类型。
输入输出设备用于与计算机交互,例如键盘、鼠标、显示器和打印机等。
存储设备包括硬盘、固态硬盘和光盘等,用于长期存储数据和程序。
2. 指令执行计算机中的指令以二进制形式表示,计算机根据指令来执行不同的操作。
指令集体系结构(ISA)定义了计算机所支持的指令集,包括指令的格式和操作的功能等。
指令通常包括操作码和操作数,操作码表示指令的类型,操作数指定了指令要操作的数据和寄存器等。
指令的执行过程包括取指、译码、执行和访存等阶段,计算机按照指令的顺序逐步执行。
3. 运算器和控制器计算机中的运算器负责进行算术和逻辑操作,它包括算术逻辑单元(ALU)和寄存器等组件。
ALU 能够执行各种算术和逻辑运算,例如加法、减法和与或非等。
寄存器用于暂时存储数据,包括通用寄存器、指令寄存器和程序计数器等。
控制器负责解释和执行指令,它与算术逻辑单元和存储器之间进行数据传输和控制信号的交互。
控制器还包括时钟、总线和解码器等。
4. 存储器层次结构计算机的存储器采用存储器层次结构,以满足不同存储需求和性能要求。
存储器层次结构从上到下分为高速缓存、主存和辅助存储器等级别。
高速缓存作为最快速的存储器,用于暂时存储经常被访问的数据和指令。
主存是计算机的主要存储器,用于存储正在运行的程序和数据。
辅助存储器包括硬盘、固态硬盘和光盘等,用于长期存储大量数据和程序。
5. 总线和输入输出计算机中的总线用于连接和传输数据和控制信号。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线等。
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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一、和周期、时间有关的概念1、总线周期完成一次总线操作的时间分四个阶段(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。
2、存取周期连续进行两次独立的存储器操作所需的最小时间间隔;3、时钟周期震荡周期,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。
4、指令周期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5、存取时间存储器操作到完成该操作所需的全部时间。
6、Cache平均访问时间7、平均寻址时间寻道时间+等待时间二、各判优逻辑1、总线判优逻辑三种方法(1)链式查询(2)计数器定时查询(3)独立请求方式2、IO设备中断源的判优硬件方法、软件方法3、屏蔽技术改变优先级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。
4、 MM中多体模块存储器用“存控”对其他设备判优“存控”内有排队器三、各章名词的缩写1、CPU(central processing unit)中央处理器PC(program counter)程序计数器IR(instruction register)指令寄存器CU(control unit)控制单元ALU(arithmetic logic unit)算数逻辑单元ACC(accumulator)累加器MQ(mutiplier_quotient register)乘商寄存器MAR(memmory address register)存储地址寄存器MDR(memory data register)存储器数据缓存寄存器MIPS(million instruction per second)每秒执行百万条指令数CPI(cycle per instruction)执行一条指令所需要的时钟周期()机器主频的倒数FLOPS(floating point operation per second)浮点运算次数每秒,衡量运算速度3、KB B b1 GB = 1024 MB1 MB = 1024 KB1 KB = 1024 Bytes(字节)1 Byte = 8 bits(位)PCI (peripheral component interconnect) 外围部件互连BS 总线忙BG 总线同意信号BR 总线请求4、MM (main memory)主存RAM (ramdom access memory) 随机存取存储器ROM (read only memory)只读存储器Cache高速缓冲存储器h h=Nc/(Nc+Nm) Nc为访问cache的次数,Nm为访问主存的次数e 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%C 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。
M主存的地址分为两段:高m位表示主存的块地址,低b位表示块内地址,则2m = M 表示主存的块数5、DMA 直接存储器存取INTR 中断请求触发器MASK 屏蔽触发器INTP 设备中断请求触发器EINT 允许中断触发器AR 主存地址寄存器WC 字计数器BR 数据缓冲寄存器DREQ 向DMA接口提出申请HRQ 发出总线使用权的请求信号HLDA CPU发出的响应信号DACK通知设备已被授予一个DMA 周期四、功能与组成1、Cache的组成主要由三大部分组成:Cache存储体:存放由主存调入的指令与数据块。
地址转换部件:建立目录表以实现主存地址到缓存地址的转换。
替换部件:在缓存已满时按一定策略进行数据块替换,并修改地址转换部件。
2、半导体存储芯片组成译码驱动+存储矩阵+读/写电路+地址线、片选线、数据线、读/写控制线3、系统总线的组成数据总线+地址总线+控制总线4、接口的功能与组成(1)数据线传送数据的功能(2)设备选择线选址功能(3)命令线传送命令功能(4)状态线反映I/O设备工作状态的功能5、DMA接口的功能与组成接口功能:(1)向CPU申请DMA传送(2)在CPU允许DMA工作时,处理总线控制权的转变,避免因进入DMA工作而影响CPU正常活动或引起总线竞争。
(3)在DMA期间管理系统总线,控制数据传送。
(4)确定数据传送的起始地址和数据长度,修正数据传送过程中的数据地址和数据长度。
(5)在数据块传送结束时,给出DMA操作完成的信号。
接口的基本组成:(1)主存地址寄存器(AR)(2)字计数器(WC)(3)数据缓冲寄存器(BR)(4)DMA控制逻辑(5)中断机构(6)设备地址寄存器(DAR)6、IO系统的组成IO接口IO管理部件及有关软件7、CPU的功能与组成功能:(1)取指令(2)分析指令(3)执行指令组成:寄存器、ALU、CU、中断系统五、指令格式1、指令操作码 + 地址码2、IO指令操作码 + 命令码 + 设备码六、性能指标1、CPU硬件的性能指标(1)主频、外频和倍频主频(CPU Clock Speed)也叫做时钟频率,表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。
主频越高,CPU 在一个时钟周期里所能完成的指令数也就越多,CPU的运算速度也就越快。
(2)制造工艺早期的CPU大多采用0.5pm的制作工艺,后来随着CPU频率的提高,0.25pm制造工艺被普遍采用。
在1999年底,Intel公司推出了采用0.18um制作工艺的PentiumⅢ处理器,即Coppermine(铜矿)处理器。
更精细的工艺使得原有晶体管门电路更大限度地缩小了,能耗越来越低,CPU也就更省电。
(3)扩展总线速度扩展总线速度(Expansion—Bus Speed),是指微机系统的局部总线,如:ISA、PCI或AGP总线。
(4)前端总线前端总线是AMD在推出K7 CPU时提出的概念,一直以来很多人都误认为这个名词不过是外频的一个别称。
前端总线速度指的是数据传输的速度。
例如100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡1000万次,而100MHz前端总线则指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是lOOMHz×64bit÷8bit/Byte=800MB。
就处理器速度而言,前端总线比外频更具代表性。
2 总线性能指标(1)总线宽度通常是指数据总线的根数,用bit(位)表示,8位、16位、32位、、即8根、16根、32根、、、、(2)总线带宽可以理解为总线的传输速率,及单位时间内总线上传输数据的位数,通常用每秒传输信息的字节数来衡量。
(3)时钟同步/异步总线上的数据与时钟同步工作的总线称为同步总线,与时钟不同步工作的总线称为异步总线。
(4)总线复用一条信号线上分时传送两种信号(5)信号线数地址总线、数据总线和控制总线三种总线数的和。
(6)总线控制方式包括突发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式(7)其他指标负载能力、电源电压、总线宽度能否扩展等七、各模块的工作过程1、计算机的工作步骤(1)上机前的准备a)建立数学模型b)确定计算方法c)编制解题步骤(2)计算机的工作过程a)主存储器b)运算器c)控制器d)I/O2、程序查询流程1)由于传送数据时要占用CPU中的寄存器,所以首先需要将寄存器原内容保护起来2)由于传送往往是一批数据,因此需要先设置I/O设备与主机交换数据的计数值3)设置欲传送数据在主存缓冲区的地址4)CPU启动I/O设备5)将I/O接口中的设备状态标志取至CPU并测试I/O设备是否准备就绪6)CPU执行I/O指令7)修改主存地址8)修改计数值9)判断计数值10)结束I/O传送,继续执行现行程序3、IO中断的处理过程(1)CPU响应中断管的条件和时间(2)I/O中断处理的过程a)由CPU发启动I/O设备指令,将接口中的B置“1”,D置“0”。
b)接口启动输入设备开始工作。
c)输入设备将数据送入数据缓冲寄存器d)输入设备向接口发出“设备工作结束”信号,将D置“1”,B置“0”,标志设备准备就绪。
e)当设备准备就绪(D=1),且本设备未被屏蔽(MASK=0)时,在指令执行阶段的结束时刻,向CPU发出中断查询信号。
f)设备中断请求触发器INTR被置“1”,标志设备向CPU提出中断请求。
g)若CPU允许中断(EINT=1),设备又被排队选中,即进入中断响应阶段,由中断响应信号INTA将排队器输出至编码器形成向量地址。
h)向量地址送至PC,作为下一条指令的地址。
i)由于向量地址中存放的是一条无条件转移指令,故这条指令执行结束后,即无条件转至该设备的服务程序入口,开始执行中断服务程序,进入中断服务阶段,通过输入指令将数据缓冲寄存器的输入数据送至CPU的通用寄存器,再存入主存相关单元。
j)中断服务程序的最后一条指令是中断返回指令,当其执行结束时,即中断返回至源程序的断点处。
至此一个完整的程序中断处理过程即告结束。
4、DMA的工作过程(1)DMA传送过程预处理●给DMA控制逻辑指明数据传送方向是输入还是输出●向DMA设备地址寄存器送入设备号,并启动设备。
●向DMA主存地址寄存器送入交换数据的主存起始地址●对字计数器赋予交换数据的个数数据传送数据输入a)当设备准备好一个字时,发出选通信号,将该字读到DMA的数据缓冲寄存器(BR)中目标是数据缓冲寄存器“满”。
b)与此同时设备向DMA接口发请求(DREQ)c)DMA接口向CPU申请总线控制权(HRQ)d)CPU发回HLNA信号,表示允许将总线控制权交给DMA接口e)将DMA主存地址寄存器中主存地址送到地址线,并命令存储器写f)通过设备已被授予一个DMA周期(DACK),并为下一个字做准备g)将DMA数据缓冲寄存器的内容送到数据线h)主存将数据总线上当的信息写至地址总线指定的存储单元中i)修改主存地址和字计数值j)判断数据块是否传送结束,若未结束,则继续传送,若已结束,则向CPU申请程序中断,标志数据块传送结束。
后处理(2)DMA接口与系统的连接方式第一种:具有公共请求线的DMA请求第二种:独立的DMA请求(3)DMA小结(对比程序中断方式,DMA方式特点)a)从数据传送看,程序中断方式靠程序传送,DMA方式靠硬件传送b)从CPU的响应时间来看,程序中断方式是在一条指令执行结束时响应,而DMA方式可在执行周期内任一存取周期结束时响应c)程序中断方式有处理异常事件的能力,DMA方式没有这种能力,主要用于大批数据的传送,如硬盘存取、图像处理、高速数据采集系统等,可提高数据吞吐量。