计算机组成原理知识点整理-

一、计算机系统概述

本章主要是一些计算机专业常识类的概念，非常基础，也非常重要（不仅仅针对考试）。

✶计算机系统；

✶理解层次结构的计算机系统；

硬件（只能理解机器语言）、第一级虚拟机（汇编语言）、第二级虚拟机（高级语言）；

理解计算机是一个层次结构的系统，对于大家理解硬件与软件之间的关系，理解高

级语言是怎样被计算机执行的，理解组成原理涉及的知识与操作系统、编译软件、

高级语言编写的应用软件之间的关系，都很重要，希望大家真的能够理解这种层次

结构。

✶冯.诺依曼机的特点、核心思想，对应的计算机系统的硬件框图，与现代计算机不同的地方。理解计算机硬件各部件的作用；

✶衡量计算机性能的主要指标- 机器字长、主频、CPI、MIPS、FLOPS等等

二、系统总线

✶什么是总线？总线的特点？

✶总线的分类

（按照连接对象分类：片内总线、系统总线、通信总线）；系统总线的组成；

数据线、控制线、地址线；数据线的根数有什么意义，地址线的根数有什么意

义。

✶总线的性能指标

总线宽度、总线带宽、总线复用、时钟同/异步、控制方式；

总线带宽（总线数据传输率）= 总线时钟频率×总线宽度（结合课后练习）✶总线标准

理解总线标准的意义，看看你知道主板上的几种标准总线，AGP、PCI、PCI

Express、USB、SATA、IDE、RS-232等等；

✶理解多级总线结构的设计原则

因为总线的共享特性，某一时间，总线上只能有一个设备进行数据的发送，这

样，速度不同的设备挂接在同一条总线上，速度快的设备因为等待使用总线，

而丧失了效率，因此有了多总线结构。

原则：速度相近的设备挂接在同一条总线上；速度越快的总线距离CPU越近。

✶总线控制-仲裁

为什么要进行总线控制？主设备、从设备，总线控制的几种仲裁方式的仲裁过

程、特点、用于仲裁的连接线的数量。

✶总线控制-通信

对存储器的读/写操作是一种基于系统总线同步通信，想想这个过程，看看时

序图，理解什么是同步通信方式，它和异步通信的最大不同在哪里？

三、存储器

✶存储器的分类

按存储介质、按照访问方式分类（RAM/ROM各自的特点和分类）、按在计算机中的作用分类

✶计算机的层次结构（三级存储体系）

程序局部性访问原理的思想、结构图、Cache-主存层次和主存-辅存两个层次各自的作用。

✶主存储器

➢主存储器的性能指标（存储容量、存储速度（存取周期和存取时间）、存储器带宽）；

➢CPU与存储器的连接（存储器扩展）

半导体芯片的管脚：地址线/数据线和容量之间的关系、片选信号的作用；

字扩展/位扩展/字位同时扩展的实施过程：芯片的挑选、地址空间的划分、片

选逻辑的设计，以及最后CPU与各芯片之间的连接图。

➢DRAM的刷新问题（为什么要刷新？各种刷新方式及比较）；

➢提高访存速度的措施–多体交叉存储器（高位/低位多体交叉的地址在体间的分布、应用特点）

✶高速缓冲存储器Cache

➢程序访问的局部性原理

➢命中率/缺失率（计算方法）

➢影响命中率的因素- Cache容量、Cache的块长

➢理解带有Cache的存储系统的读操作过程

➢Cache的三种映像机制

主存地址和Cache地址的划分问题、命中率的计算方法。

➢Cache的替换方式

FIFO/LRU，学过操作系统的同学都会，替换过程和页管理一样。

✶辅助存储器

➢磁表面存储器（磁盘）的性能指标

道密度、位密度、道容量、存储容量、平均访问时间、平均找道时间、平均等

待时间

四、输入输出系统

✶外部设备的分类（常识）

✶显示设备的指标（分辨率，灰度级，帧存储器的大小）

✶IO编址方式（端口地址空间与存储器存储空间关系）

✶为什么要使用IO接口？

✶IO接口的功能与内部寄存器结构

✶IO控制方式–程序查询方式

➢IO查询程序的流程

➢查询方式的特点

✶IO控制方式–程序中断方式

➢IO中断方式与IO查询方式进行比较

➢中断服务程序的流程（单重中断/多重中断）

➢关于中断技术本身的相关知识点，放在CPU一章说明

✶IO控制方式– DMA方式

➢什么是DMA？

➢DMA与CPU分时使用主存（系统总线）的三种方法；比较死区问题

➢DMA接口的组成与各部件的功能

➢DMA传送过程及各阶段对CPU的占用情况

➢选择型DMA接口与多路型DMA接口（在数据传输率的计算方面不同）

➢DMA与中断技术的比较

五、计算机的运算方法

✶编码

➢定点编码

①求编码

由十进制真值求原/反/补码；

由补码求相反数的补码；

补码与移码之间的转换关系；

②求表示范围

一定长度的机器码，原/反、补/移的表示范围；

原、反、补、移码的零的表示；

➢浮点编码

①概念

什么是规格化？给定一个浮点数，判断是否为规格化；

明确浮点数的精度和范围分别取决于尾数的长度和阶码的长度；

②求规格化的浮点表示形式

给定十进制真值，指定阶码和尾数的编码方式，求规格化的浮点表示；

求IEEE754标准格式的浮点表示；

高级语言中的数据类型以及类型转换

灵活考查定点和浮点编码知识的运用能力，结合高级语言中各种不同数据类型

的长度，要求能够求出给定数据的机器表示。

类型转换的主要方式有：长转短（截低位），短转长（扩展高位，视有符号数

和无符号数扩展内容不同），整型转浮点（没有问题），浮点转整型（丢精度）。✶运算

➢定点运算

①补码移位运算

明确移位运算的意义；

能够正确的求给定补码移位运算后的结果；

明确高级语言C中，移位运算符及相应操作的方式。

②补码的加减法及溢出判断方法。

③乘法（注意需要描述运算过程）

原码一位乘（不带符号运算）；

补码一位乘Booth算法；

④除法（注意需要描述运算过程）

原码不恢复余数法（加减交替法）；

补码的不恢复余数法；