《计算机组成原理》总结完整版.
欢迎使用KNKJ2012DXZY系统 1 《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由那几部分组成组成 ？ 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那些部分 ？ 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。 ❖ 需要掌握的内容：计算机的发展的不同阶段区分的方法、微型计算机发展中的区分、摩尔定律 ❖ 本章主要考点：概念 1、解释摩尔定律 欢迎使用KNKJ2012DXZY系统 2 微芯片上集成的晶体管数目每3年翻两番，每18个月翻一番 2、计算机发展的不同时期是如何区分的？ 主要以组成计算机基本电路的元器件为依据进行区分，如电子管、晶体管、集成电路等 3、计算机能够直接识别和处理的语言是 什么语言？ 机器语言
★第三章 系统总线 ❖ 本章内容：本章主要讲述计算机系统的总线类型、总线分类、总线性能、总线结构以及总线仲裁和总线控制。 ❖ 需要掌握的内容：总线的概念、总线的分类、总线的性能指标、总线标准、特殊标准总线的特点、不同总线类型对计算机的影响、总线的控制以及总线的仲裁；总线仲裁方式的优劣分析 ❖ 本章主要考点：概念和一些简单的计算 1、为了解决多个 主设备 同时竞争总线控制权，必须具有 总线仲裁 部件。 2、在 A 的计算机系统中，外设可以和主存储器单元统一编址，因此可以不使用I/O指令。 A）单总线 B）双总线 C）三总线 D）多总线 3、计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化，同时 C 。 A）减少了信息传输量 B）提高了信息传输的速度 C）减少了信息传输线的条数 D）加重了CPU的工作量 4、从信息流的传送效率来看， A 工作效率最低。 A） 单总线系统 B） 双总线系统 C） 三总线系统 D） 多总线系统 5、集中式总线仲裁中，______响应时间最快。( B) A） 菊花链方式 B） 独立请求方式 C） 计数器定时查询方式 6、三种集中式总线仲裁中，_____方式对电路故障最敏感。(A) A）链式查询 B）计数器定时查询 C）独立请求 7、下列选项中的英文缩写均为总线标准的是 (D) A） ISA、CPI、VESA、EISA B） PCI、CRT、USB、EISA C） ISA、SCSI、RAM、MIPS D） ISA、EISA、PCI、PCI-Express 8、同步控制是______。(C) A） 只适用于CPU控制的方式 B） 只适用于外围设备控制的方式 C） 由统一时序信号控制的方式 D） 所有指令执行时间都相同的方式 9、什么是系统总线？什么是局部总线？ 系统总线是微型计算机系统的公共总线，是多处理机系统中各个处理机模块之间的公共总线，因此也称作全局总线。它支持多个处理机模块之间的以及和它们的共享模块之间的数据交互。 局部总线是微处理器模块具有的本地总线，它可连接多个非主模块，但与系统总线上的其他主模块无关。局部总线也称作本地总线，如PCI总线、IP总线、IO CHANNEL等等。
★第四章 存储器（重点） 欢迎使用KNKJ2012DXZY系统 3 ❖ 本章内容：本章主要讲述计算机中的存储系统。分为三个层次介绍。主存、高速缓存、虚拟存储器 ❖ 需要掌握的内容：存储系统的层次结构、主存储器的分类、性能以及扩展存储器的一般方法；高速缓存的概念、地址映射方法、替换算法、性能以及实现；虚拟存储器的概念、页式存储器管理、段式存储器管理以及地址变换方法；磁盘存储器的管理、柱面、磁道、扇区以及簇的基本概念，磁盘容量的计算以及文件分配表的使用等 ❖ 本章主要考点：概念、★替换算法（某种算法）、★主存储器的设计、★磁盘容量的计算 1、为什么存储器要采用分层结构？ 在微计算机存储器系统的设计当中，需要考虑容量、存取时间和价格三个因素，但这三者之间的关系又是互相制约的。为了实现快的访问速度和大的存储容量，同时价格还要相对低廉，于是提出了分层的存储器结构。 2、主存储器的性能指标主要是 存储容量 、 存取时间 、存储周期和存储器带宽。 3、半导体只读存储器(ROM)与半导体随机存储器(RAM)的主要区别在于（A） A） ROM可永久保存信息,RAM在掉电后,原存信息会消失 B） ROM在掉电后,原存信息会丢掉,RAM永久保存信息 C） RAM是内存,ROM是外存 D） ROM是内存,RAM是外存 4、读写存储器简称为(A) A） RAM B） ROM C） PROM D） EPROM 5、计算机的内存储器比外存储器(B) A） 更便易 B） 存取速度快 C） 存储容量更大 D） 虽贵但能存储更多的信息 6、主存储器容量为1MB，虚存容量为4GB，则虚拟地址为 32 位，物理地址为 20 位。 7、已知cache 命中率 H=0.98，主存存取周期为200ns，且为cache的4倍，则cache-主存的平均（或等效）访问时间为 54ns 。 8、主存贮器和CPU之间增加cache的目的是 A 。 A） 解决CPU和主存之间的速度匹配问题 B） 扩大主存贮器的容量 C） 扩大CPU中通用寄存器的数量 D） 扩大外存的容量 9、在主存和CPU之间增加cache存储器的目的是 C 。 A） 增加内存容量 B） 提高内存可靠性 C） 解决CPU和主存之间的速度匹配问题 D） 增加内存容量，同时加快存取速度 10、在虚拟存储器中，当程序正在执行时，由______完成地址映射。（A） A） 操作系统 B） 装入程序 C） 程序员 D） 编译器 11、采用虚拟存储器的目的是______。（B） A） 提高主存储器的存取速度 B） 扩大主存储器的存储空间，并能进行自动管理和调度 C） 提高外存储器的存取速度 D） 扩大外存储器的存储空间 12、相联存储器是按_____进行寻址的存储器。（C） A） 地址指定方式 B） 堆栈存取方式 C） 内容指定方式 D） 地址指定方式与堆栈存取方式结合 欢迎使用KNKJ2012DXZY系统 4 13、存储周期是指______。（C） A） 存储器的读出时间 B） 存储器的写入时间 C） 存储器进行连续读和写操作所允许的最短时间间隔 D） 存储器进行连续写操作所允许的最短时间间隔 14、硬盘工作时，数特别注意避免______。（C） A） 光线直射 B） 环境卫生不好 C） 强烈震动 D） 噪声 15、解释什么是FAT？ FAT是操作系统对磁盘进行管理时使用的一个线性链表，他存储一个文件在磁盘中占用的存储区域位置，在该表中存储文件后续区域所占用的簇号，又称为文件分配表。 16、磁盘碎块整理的目的是什么？ 磁盘使用一段时间后，由于反复的复制、生成和删除文件，使文件在磁盘上的存储位置不连续，导致计算机在读取磁盘数据时，花费的时间就要长一些，直接影响到计算机的运行速度，所以要定期整理磁盘，让每个文件不再破碎，以提高计算机运行速度。 17、在一个Cache存储系统中，主存储器的访问周期、存储容量和单位价格分别为60ns、64MB和10元/MB，Cache的访问周期、存储容量和单位价格分别为10ns、512KB和100元/MB，Cache的命中率为0.98。 (1)计算这个Cache存储系统的等效访问周期、存储容量和单位价格。 (2)计算这个Cache存储系统的访问效率。 解：(1)这个Cache存储系统的等效访问周期： T＝Tc*H＋Tm（1－H）＝10ns×0.98＋60ns×（1－0.98）＝11ns 等效存储容量： S＝64MB 等效单位价格： C＝（Cc*Sc ＋ Cm*Sm）/Sm ＝（100×0.5＋10×64）/64 ＝10.78(元/MB) (2)这个Cache存储系统的访问效率：e＝Tc/T＝10/11＝0.91 ★18、某双面磁盘，每面有220道，内层磁道周长为70cm，内层位密度400位/cm，转速3000转/分，问：（1）磁盘存储容量是多少？ （2）数据传输率是多少？ （1）每道信息量=400位/cm×70cm=28000位=3500B 每面信息量=3500B×220=770000B 磁盘总容量=770000B×2=1540000B （2）磁盘数据传输率，也即磁盘的带宽Dr=roN N为每条磁道容量，N=3500B r为磁盘转速r=3000转/60S=50转/S 所以，Dr=r×N=50/S×3500B=175000B/S ★19、一个磁盘存储器的存储容量为16GB（1GB=230Byte），有8个盘片（16个记录面），每条磁道有512个扇区，每个扇区512个字节，每分钟8000转，定位时间（寻道时间）为4.25ms。 (1)计算这个磁盘存储器的有效数据传输率。 (2)这个磁盘存储器有多少个柱面（磁道）？ (3)这个磁盘存储器的寻址时间（包括定位时间和等待时间）是多少？ 解：(1)这个磁盘存储器的有效数据传输率为： 512Bx512x8000/60＝33.3MB/S 或：512B x 512x 8000/60＝35MB/S (2)这个磁盘存储器的柱面数为： N＝16MB/（512Bx16x512）＝4096 (3)这个磁盘存储器的寻址时间为： 等待时间为：60/8000/2＝3.75ms 寻址时间为：定位时间＋等待时间＝4.25ms＋3.75ms＝8ms
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。
计算机组成原理复习总结
计算机组成原理复习总结第⼀章（P3、4、5、6）⼀、计算机的硬件组成（P4 图1-1）1、主机部分：中央处理器、主存储器（内存储器）。
2、外围设备：输⼊设备、输出设备、辅助存储器。
⼆、计算机的主要部件输⼊设备输出设备存储器运算器控制器三、计算机的总线结构（⼏⼤总线、信息流向（单/双？））单总线结构（系统总线）：最简单的总线结构。
注：单总线并不是指只有⼀根信号线。
系统总线按传送信息的不同可以分为：地址总线(A)：由单⽅向的多根信号线组成，⽤于CPU向主存、外设传输地址信息。
数据总线(D)：由双⽅向的多根信号线组成，CPU可以沿这些线从主存或外设读⼊数据，也可以沿这些线向主存或者外设送出数据。
控制总线(C)：传输的是控制信息，包括CPU送出的控制命令和主存（或外设返回CPU的反馈信号）。
第⼆章数据的机器层次表⽰⼀、数值数据表⽰1、⽆符号数和带符号数⽆符号数：就是整个机器字长的全部⼆进制位均表⽰数值位（没有带符号位），相当于数的绝对值。
如：N=01001表⽰⽆符号数9，M=11001表⽰⽆符号数25。
注：机器字长为n+1位的⽆符号数表⽰范围是0—（2的n+1次⽅减1）带符号数：即正、负数。
规定最⾼位为符号位，0表⽰正号，1表⽰负号2、原码、反码、补码、移码。
（转换关系见于P22 表2-1 图2-1）a、正数b、负数补码=原码取反+1区别：1、对于正数，他们都等于真值本⾝、对于负数则各有不同的表⽰。
2、最⾼位都表⽰符号位，补码和反码的符号位可作为数值位的⼀部分看待，和数值位⼀起参加运算；但原码的符号位不允许和数值位同等看待，必须分开进⾏处理3、对于真值0，原码和反码各有两种不同的表⽰形式，⽽补码只有唯⼀的⼀种表⽰形式。
4、原码、反码表⽰的正、负数范围相对0来说是对称的，但补码负数表⽰范围较正数表⽰范围宽，能多表⽰⼀个最负的数（绝对值最⼤的负数），其值等于-2的n次⽅（纯整数）或-1（春⼩数）。
移码【X】移=偏置值+X（见于P28 表2-3）1、在移码中，最⾼位为0表⽰负数，最⾼位为1表⽰正数2、移码全为0时，他所对应的真值最⼩；全为1时，所对应的真值最⼤3、真值0在移码中的表⽰形式也是唯⼀的4、同⼀数值的移码和补码除最⾼位相反外，其他各位相同。
计算机组成实践报告总结(2篇)
第1篇一、实践背景随着计算机技术的飞速发展，计算机组成原理作为计算机科学的基础课程，对于计算机专业的学生来说至关重要。
为了更好地理解和掌握计算机组成原理的知识，我们组织了一次计算机组成实践课程。
本次实践旨在通过实际操作，加深对计算机组成原理的理解，提高动手能力。
二、实践目的1. 掌握计算机组成原理的基本概念和原理；2. 熟悉计算机各部件的结构和功能；3. 提高动手能力，培养团队合作精神；4. 通过实践，加深对计算机组成原理的理解，为后续课程打下坚实基础。
三、实践内容1. 计算机硬件认识：认识计算机的各个部件，如CPU、内存、硬盘、主板等，了解其功能和作用。
2. 硬件搭建：根据计算机组成原理，搭建一台简易的计算机系统，包括CPU、内存、硬盘、主板等。
3. 系统调试：对搭建的计算机系统进行调试，确保其正常运行。
4. 系统优化：根据实际需求，对计算机系统进行优化，提高其性能。
5. 项目实践：结合所学知识，完成一个小型项目，如设计一个简单的计算机程序。
四、实践过程1. 认识计算机硬件：通过查阅资料和教师讲解，了解计算机硬件的基本知识，如CPU、内存、硬盘、主板等。
2. 硬件搭建：在教师指导下，根据计算机组成原理，搭建一台简易的计算机系统。
首先，准备所需的硬件材料，如CPU、内存、硬盘、主板等。
然后，按照一定的顺序，将硬件连接到主板上，确保连接正确无误。
3. 系统调试：在硬件搭建完成后，对计算机系统进行调试。
首先，检查硬件连接是否牢固，确保各部件正常工作。
然后，通过BIOS设置，调整计算机启动顺序，使系统能够从硬盘启动。
最后，检查操作系统是否正常安装，确保计算机能够正常运行。
4. 系统优化：根据实际需求，对计算机系统进行优化。
例如，调整内存分配、提高硬盘读写速度等。
5. 项目实践：结合所学知识，设计一个简单的计算机程序。
通过编写程序，了解计算机程序的基本结构和运行原理。
五、实践成果1. 掌握计算机组成原理的基本概念和原理；2. 熟悉计算机各部件的结构和功能；3. 提高动手能力，培养团队合作精神；4. 通过实践，加深对计算机组成原理的理解，为后续课程打下坚实基础。
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。
计算机组成原理知识点总结
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。
(完整版)计算机组成原理期末复习+内容总结
第一章计算机系统概论1、基本概念硬件：是指可以看得见、摸得着的物理设备（部件）实体，一般讲硬件还应包括将各种硬件设备有机组织起来的体系结构。
软件：程序（代码）+ 数据 + 文档。
由两部分组成，一是使计算机硬件能完成运算和控制功能的有关计算机指令和数据定义的组合，即机器可执行的程序及有关数据；二是机器不可执行的，与软件开发、过程管理、运行、维护、使用和培训等有关的文档资料。
固件：将软件写入只读存储器ROM中，称为固化。
只读存储器及其写入的软件称为固件。
固件是介于硬件和软件之间的一种形态，从物理形态上看是硬件，而从运行机制上看是软件。
计算机系统的层次结构：现代计算机系统是由硬件、软件有机结合的十分复杂的整体。
在了解、分析、设计计算机系统时，人们往往采用分层（分级）的方法，即将一个复杂的系统划分为若干个层次，即计算机系统的层次结构。
最常见的是从计算机编程语言的角度划分的计算机系统层次结构。
虚拟计算机：是指通过配置软件扩充物理机（硬件/固件实现）功能以后所形成的一台计算机，而物理机并不具备这种功能。
虚拟机概念是计算机分析设计中的一个重要策略，它将提供给用户的功能抽象出来，使用户摆脱具体物理机细节的束缚。
2、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。
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。
计算机组成原理总结
计算机体系结构(Computer Architecture)主要研究硬件和软件功能的划分，确定硬件和软件的界面，哪部分功能由硬件系统来完成，哪部分功能由软件系统来完成。
计算机组成原理(Computer Organization)是依据计算机体系结构，在确定且分配了硬件子系统的概念结构和功能特性的基础上，设计计算机各部件的具体组成，以及它们之间的连接关系，实现机器指令级的各种功能和特性，这点上说计算机组成原理是计算机体系结构的逻辑实现。
计算机实现(Computer Implementation)是计算机组成的物理实现，包括中央处理器、主存储器、输入输出接口和设备的物理结构，所选用的半导体器件的集成度和速度，器件、模块、插件、底板的划分，电源、冷却、装配等技术，生产工艺和系统调试等各种问题。
总之，就是将完成逻辑设计的计算机组成方案转换成真实的计算机，也就是将满足设计、运行、价格等各项要求的计算机系统真正地制作并调试出来。
计算机组成原理【考查目标】1. 理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理,组成结构以及相互连接方式,具有完整的计算机系统的整机概念.2. 理解计算机系统层次化结构概念,熟悉硬件与软件间的界面,掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法3. 能够运用计算机组成的基本原理和基本方法,对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算,分析,并能对一些基本部件进行简单设计.一, 计算机系统概述(一) 计算机发展历程第一台电子计算机ENIAC诞生于1946年美国宾夕法尼亚大学.ENIAC 用了18000电子管,1500继电器,重30吨,占地170m2,耗电140kw,每秒计算5000次加法.冯•诺依曼(VanNeumann)首次提出存储程序概念,将数据和程序一起放在存储器,使编程更加方便.50年来,虽然对冯•诺依曼机进行很多改革,但结构变化不大,仍称冯•诺依曼机.一般把计算机的发展分为五个阶段:发展阶段时间硬件技术速度/(次/秒) 第一代1946-1957 电子管计算机时代40 000第二代1958-1964 晶体管计算机时代200 000第三代1965-1971 中小规模集成电路计算机时代1 000 000第四代1972-1977 大规模集成电路计算机时代10 000 000第五代1978-现在超大规模集成电路计算机时代100 000 000字积分机和计算机EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)电子离散变量计算机组成原理是讲硬件结构的系统结构是讲结构设计的摩尔定律微芯片上的集成管数目每3年翻两番.处理器的处理速度每18个月增长一倍.每代芯片的成本大约为前一代芯片成本的两倍新摩尔定律全球入网量每6个月翻一番.数学家冯·诺依曼(von Neumann)在研究EDVAC机时提出了“储存程序”的概念.以此为基础的各类计算机通称为冯·诺依曼机.它有如下特点:①计算机由运算器,控制器,存储器,输入和输出五部分组成②指令和数据以同等的地位存放于存储器内,并可按地址寻访③指令和数据均用二进制数表示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机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成图中各部件的功能·运算器用来完成算术运算和逻辑运算并将的中间结果暂存在运算器内·存储器用来存放数据和程序·控制器用来控制,指挥程序和数据的输入,运行以及处理运行结果·输入设备用来将人们熟悉的信息转换为机器识别的信息·输出设备将机器运算结果转为人熟悉的信息形式运算器最少包括3个寄存器(现代计算机内部往往设有通用寄存器)和一个算术逻辑单元(ALU Arithmetic Logic Unit).其中ACC(Accumulator)为累加器,MQ(Multiplier-Quotient Register)为乘商寄存器,X为操作数寄存器,这3个寄存器在完成不同运算时,说存放的操作数类别也各不相同.计算机的主要硬件指标(4.a) 主机完成一条指令的过程——以取数指令为例(4.b) 主机完成一条指令的过程——以存数指令为例(二) 计算机系统层次结构1. 计算机硬件的基本组成计算机硬件主要指计算机的实体部分,通常有运算器,控制器,存储器,输入和输出五部分.CPU 是指将运算器和控制器集成到一个电路芯片中.2. 计算机软件的分类计算机软件按照面向对象的不同可分两类:系统软件:用于管理整个计算机系统,合理分配系统资源,确保计算机正常高效地运行,这类软件面向系统.(包括:标准程序库,语言处理程序,OS,服务程序,数据库管理系统,网络软件)应用软件:是面向用户根据用户的特殊要求编制的应用程序,这类软件通常实现用户的某类要求.3. 计算机的工作过程(1)计算机的工作过程就是执行指令的过程指令由操作码和操作数组成:操作码指明本指令完成的操作 地址码指明本指令的操作对象 (2)指令的存储 指令按照存储器的地址顺序连续的存放在存储器中.(3)指令的读取 为了纪录程序的执行过程,需要一个记录读取指令地址的寄存器,称为指令地址寄存器,或者程序计数器.指令的读取就可以根据程序计数器所指出的指令地址来决定读取的指令,由于指令通常按照地址增加的顺序存放,故此,每次读取一条指令之后,程序操作码 地址码计数器加一就为读取下一条指令做好准备.(4)执行指令的过程在控制器的控制下,完成以下三个阶段任务:1)取指令阶段按照程序计数器取出指令,程序计数器加一2)指令译码阶段分析操作码,决定操作内容,并准备操作数3)指令执行阶段执行操作码所指定内容(三) 计算机性能指标1. 吞吐量,响应时间(1) 吞吐量:单位时间内的数据输出数量.(2) 响应时间:从事件开始到事件结束的时间,也称执行时间.2. CPU时钟周期,主频,CPI,CPU执行时间(1) CPU时钟周期:机器主频的倒数,T C(2)主频:CPU工作主时钟的频率,机器主频Rc(3)CPI:执行一条指令所需要的平均时钟周期(4)CPU执行时间:T CPU=In×CPI×T CIn执行程序中指令的总数CPI执行每条指令所需的平均时钟周期数T C时钟周期时间的长度3. MIPS,MFLOPS(1)MIPS:(Million Instructions Per Second)Te:执行该程序的总时间=指令条数/(MIPS×)In:执行该程序的总指令数Rc:时钟周期Tc的到数MIPS只适合评价标量机,不适合评价向量机.标量机执行一条指令,得到一个运行结果.而向量机执行一条指令,可以得到多个运算结果.(2) MFLOPS: (Million Floating Point Operations Per Second) MFLOPS=Ifn/(Te×)Ifn:程序中浮点数的运算次数MFLOPS测量单位比较适合于衡量向量机的性能.一般而言,同一程序运行在不同的计算机上时往往会执行不同数量的指令数,但所执行的浮点数个数常常是相同的.特点：1.MFLOPS取决于机器和程序两方面,不能反映整体情况,只能反映浮点运算情况2.同一机器的浮点运算具有一定的同类可比性,而非同类浮点操作仍无可比性当前微处理器的发展重点①进一步提高复杂度来提高处理器性能②通过线程进程级的并发性提高处理器性能③将存储器集成到处理器芯片来提高处理器性能④发展嵌入式处理器软件开发有以下几个特点1)开发周期长2)制作成本昂贵3)检测软件产品质量的特殊性计算机的展望一、计算机具有类似人脑的一些超级智能功能要求计算机的速度达1015/秒二、芯片集成度的提高受以下三方面的限制•芯片集成度受物理极限的制约•按几何级数递增的制作成本•芯片的功耗、散热、线延迟计算机辅助设计CAD 计算机辅助制造CAM计算机辅助工艺规划 Computer Aided Process Planning CAPP 计算机辅助工程 Computer Aided Engineering CAE 计算机辅助教学 Computer Assisted Instruction CAI科学计算和数据处理工业控制和实时控制网络技术应用虚拟现实办公自动化和管理信息系统 Computer Aided DesignCAD,CAM,CIMS ComputerAided Manufacturing多媒体技术 ComputerIntegrated Manufacturing System人工智能,模式识别,文字/语音识别,语言翻译,专家系统,机器人…二, 数据的表示和运算(一) 数制与编码1. 进位计数制及其相互转换1)进位计数制进位计数制是指按照进位制的方法表示数,不同的数制均涉及两个基本概念:基数和权.基数:进位计数制中所拥有数字的个数.权:每位数字的值等于数字乘以所在位数的相关常数,这个常数就是权.任意一个R 进制数X,设整数部分为n 位,小数部分为m 位,则X 可表示为:X ＝a n-1r n-1 + a n-2r n-2 + ┅ + a 0r 0 + a -1r -1 + a -2r -2 + ┅ + a -m r -m(X)r = ∑--=mn i i i r K 12)不同数制间的数据转换(1)二,八,十六进制数转换成十进制数利用上面讲到的公式: (N)2=∑Di•2i,(N)8=∑Di•8i, (N)16=∑Di•16i,进行计算.(2)十进制数转换成二进制数通常要对一个数的整数部分和小数部分分别进行处理,各自得出结果后再合并.◆对整数部分,一般采用除2取余数法,其规则如下:将十进制数除以2,所得余数(0或1)即为对应二进制数最低位的值.然后对上次所得商除以2,所得余数即为二进制数次低位的值,如此进行下去,直到商等于0为止,最后得的余数是所求二进制数最高位的值.◆对小数部分,一般用乘2取整数法,其规则如下:将十进制数乘以2,所得乘积的整数部分即为对应二进制小数最高位的值,然后对所余数的小数部分部分乘以2,所得乘积的整数部分为次高位的值,如此进行下去,直到乘积的小数部分为0,或结果已满足所需精度要求为止.(3)二进制数,八进制数和十六进制数之间的转换八进制数和十六进制数是从二进制数演变而来的:由3位二进制数组成1位八进制数;由4位二进制数组成1位十六进制数.对一个兼有整数和小数部分的数以小数点为界,小数点前后的数分别分组进行处理,不足的位数用0补足.对整数部分将0补在数的左侧,对小数部分将0补在数的右侧.这样数值不会发生差错.2. 真值和机器数真值:数据的数值通常以正(+)负(-)号后跟绝对值来表示,称之为“真值”.机器数:在计算机中正负号也需要数字化,一般用0表示正号,1表示负号.把符号数字化的数成为机器数.3. BCD码(Binary Coded Decimal以二进制编码的十进制码)在计算机中采用4位二进制码对每个十进制数位进行编码.4位二进制码有16种不同的组合,从中选出10种来表示十进制数位的0～9,用0000,0001,…,1001分别表示0,1,…,9,每个数位内部满足二进制规则,而数位之间满足十进制规则,故称这种编码为“以二进制编码的十进制(binary coded decima1,简称BCD)码”.在计算机内部实现BCD码算术运算,要对运算结果进行修正,对加法运算的修正规则是:如果两个一位BCD码相加之和小于或等于(1001)2,即(9)10,不需要修正;如相加之和大于或等于(1010)2,或者产生进位,要进行加6修正,如果有进位,要向高位进位.4. 字符与字符串在计算机中要对字符进行识别和处理,必须通过编码的方法,按照一定的规则将字符用一组二进制数编码表示.字符的编码方式有多种,常见的编码有ASCII码,EBCDIC码等.1)ASCII码(American Standard Code for Information Interchange 美国信息交换标准码)ASCII码用7位二进制表示一个字符,总共128个字符元素,包括10个十进制数字(0-9),52个英文字母(A-Z和a-z),34专用符号和32控制符号.2)EBCDIC码为Extended Binary Coded Decimal Interchange Code的简称,它采用8位来表示一个字符.3)字符串的存放向量存储法:字符串存储时,字符串中的所有元素在物理上是邻接的.串表存储法:字符串的每个字符代码后面设置一个链接字,用于指出下一个字符的存储单元的地址.5. 校验码Check Digit数据校验码是一种常用的带有发现某些错误或自动改错能力的数据编码方法.其实现原理,是加进一些冗余码,使合法数据编码出现某些错误时,就成为非法编码.这样,可以通过检测编码的合法性来达到发现错误的目的.合理地安排非法编码数量和编码规则,可以提高发现错误的能力,或达到自动改正错误的目的.码距:码距根据任意两个合法码之间至少有几个二进制位不相同而确定的,仅有一位不同,称其码距为1.1)奇偶校验码(Parity Bit)WIKI(开销最小,能发现数据代码中一位出错情况的编码,常用于存储器读写检查或ASCII字符或其它类型的信息传输的检查)P216 它的实现原理,是使码距由1增加到2.若编码中有1位二进制数出错了,即由1变成0,或者由0变成1.这样出错的编码就成为非法编码,就可以知道出现了错误.在原有的编码之上再增加一位校验位,原编码n位,形成新的编码为n+1 位.增加的方法有2种:奇校验:增加位的0或1要保证整个编码中1的个数为奇数个.偶校验:增加位的0或1要保证整个编码中1的个数为偶数个.2)海明校验码(Hamming Code)P100实现原理,在数据中加入几个校验位,并把数据的每一个二进制位分配在几个奇偶校验组中.当某一位出错就会引起有关的几个校验组的值发生变化,这不但可以发现出错,还能指出是哪一位出错,为自动纠错提供了依据.假设校验位的个数为r,则它能表示2r个信息,用其中的一个信息指出“没有错误”,其余2r-1个信息指出错误发生在哪一位.然而错误也可能发生在校验位,因此只有k=2r-1-r个信息能用于纠正被传送数据的位数,也就是说要满足关系:2r k+r+13)CRC校验码(Cyclic Redundancy Check 循环冗余校验)P144CRC校验码一般是指k位信息之后拼接r位校验码.关键问题是如何从k位信息方便地得到r位校验码,以如何从位k+r信息码判断是否出错.将带编码的k位有效信息位组表达为多项式:式Ci中为0或1.若将信息位左移r位,则可表示为多项式M(x).xr.这样就可以空出r位,以便拼接r位校验位.CRC码是用多项式M(x).xr除以生成多项式G(x)所得的余数作为校验码的.为了得到r位余数,G(x)必须是r+1位.设所得的余数表达式为R(x),商为Q(x).将余数拼接在信息位组左移r位空出的r位上,就构成了CRC码,这个码的可用多项式表达为: M(x)·xr+R(x)=[Q(x)·G(x)+R(x)]+R(x)=[Q(x)·G(x)]+[R(x)+R(x)]=Q(x)·G(x)因此,所得CRC码可被G(x)表示的数码除尽.将收到的CRC码用约定的生成多项式G(x)去除,如果无错,余数应为0,有某一位出错,余数不为0.(二) 定点数的表示和运算1. 定点数的表示1)无符号数的表示无符号数就是指正整数,机器字长的全部位数均用来表示数值的大小,相当于数的绝对值.对于字长为n+1位的无符号数的表示范围为: 0-12)带符号数的表示 (真值范围-n-1n)带符号数是指在计算机中将数的符号数码化.在计算机中,一般规定二进制的最高位为符号位,最高位为“0”表示该数为正,为“1”表示该数为负.这种在机器中使用符号位也被数码化的数称为机器数.根据符号位和数值位的编码方法不同,机器数分为原码,补码和反码.(1)原码表示法机器数的最高位为符号位,0表示正数,1表示负数,数值跟随其后,并以绝对值形式给出.这是与真值最接近的一种表示形式.原码的定义:(2)补码表示法机器数的最高位为符号位,0表示正数,1表示负数,其定义如下:(3)反码表示法机器数的最高位为符号,0表示正数,1表示负数.反码的定义:原码补码反码整数(mod ) (mod()) 小数(mod 2) (mod(2-))=0.0000=1.0000=0.0000 =0.0000=1.1111负数原码求反+1 负数每位求反移码移码表示中零也是唯一的真值的移码和补码仅差一个符号位.若将补码的符号位由0改为1或从1改为0即可得到真值的移码乘法运算可用移码和加法来实现,两个n位数相乘,总共要进行n次加法运算和n次移位运算·三种机器数的最高位均为符号位.符号位和数值位之间可用“.”(对于小数)或“,”(对于整数)隔开·当真值为正时,原码,补码和反码的表示形式均相同,即符号位用“0”表示,数值部分与真值部分相同·当真值为负时,原码,补码和反码的表示形式不同,其它符号位都用“1”表示,而数值部分有这样的关系,即补码是原码的“求反加1”,反码是原码的“每位求反”.2. 定点数的运算1)定点数的位移运算左移,绝对值扩大;右移,绝对值缩小.算术移位规则码制添补代码正0:算术移位:带符号数移位;逻辑移位:无符号数移位;2)原码定点数的加/减运算;对原码表示的两个操作数进行加减运算时,计算机的实际操作是加还是减,不仅取决指令中的操作码,还取决于两个操作数的符号.而且运算结果的符号判断也较复杂.例如,加法指令指示做(＋A)＋(－B)由于一操作数为负,实际操作是做减法(＋A)-(+B),结果符号与绝对值大的符号相同.同理,在减法指令中指示做(＋A)－(－B)实际操作做加法(＋A)＋(＋B),结果与被减数符号相同.由于原码加减法比较繁琐,相应地需要由复杂的硬件逻辑才能实现,因此在计算机中很少被采用.3)补码定点数的加/减运算;(1) 加法整数 [A]补 + [B]补= [A+B]补(mod 2n+1)小数 [A]补 + [B]补= [A+B]补(mod 2)(2) 减法整数 [A]补 - [B]补= [A+(-B)]补=[A]补+ [-B]补(mod 2n+1)小数 [A]补 - [B]补= [A+(-B)]补=[A]补 + [-B]补(mod 2)无需符号判定,连同符号位一起相加,符号位产生的进位自然丢掉4)定点数的乘/除运算(1)一位乘法<1>原码定点一位乘法两个原码数相乘,其乘积的符号为相乘两数的异或值,数值两数绝对值之积.设 [X]原=X0 X1 X2 …Xn[Y]原=Y0 Y1 Y2 …Yn[X·Y]原=[X]原·[Y]原= (X0⊕Y0)∣(X1 X2 …Xn)·(Y1 Y2 …Yn)符号∣表示把符号位和数值邻接起来.原码两位乘和原码一位乘比较原码一位乘原码两位乘符号位操作数绝对值绝对值的补码移位逻辑右移算术右移移位次数n最多加法次数n有的机器为方便加减法运算,数据以补码形式存放.乘法直接用补码进行,减少转换次数.具体规则如下:[X·Y]补=[X]补(－Y0 + 0. Y1 Y2… Yn )<3>布斯法“布斯公式”: 在乘数Yn后添加Yn+1=0.按照Yn+1 ,Yn相邻两位的三种情况,其运算规则如下:(1) Yn+1 ,Yn =0( Yn+1 Yn =00或11),部分积加0,右移1位;(2) Yn+1 ,Yn =1( Yn+1 Yn =10) ,部分积加[X]补,右移1位;(3) Yn+1 ,Yn =-1( Yn+1 Yn =01) ,部分积加[－X]补,右移1位最后一步不移位.(2)两位乘法<1>原码两位乘法,因此实际操作用Yi-1,Yi,C三位来控制,运算规Yi-1 Yi C 操作0 0 0 0 0 1 0 1 00 1 11 0 0 1 0 1 1 1 0 +0, 右移2位0→C+X, 右移2位0→C+X, 右移2位0→C+2X, 右移2位<2>补码两位乘法根据前述的布斯算法,将两步合并成一步,即可推导出补码两位乘的公式.1 11求部分积的次数和右移操作的控制问题.当乘数由1位符号位和以n(奇数)位数据位组成时,求部分积的次数为(1＋n)／2,而且最后一次的右移操作只右移一位.若数值位本身为偶数n,可采用下述两种方法之一:①可在乘数的最后一位补一个0,乘数的数据位就成为奇数,而且其值不变,求部分积的次数为1+(n+l)/2,即n/2＋1,最后一次右移操作也只右移一位.②乘数增加一位符号位,使总位数仍为偶数,此时求部分积的次数为n/2+1,而且最后一次不再执行右移操作.笔算除法和机器除法的比较笔算除法机器除法商符单独处理符号位异或形成心算上商余数不动低位补“0”减右移一位的除数余数左移一位低位补“0”减除数2 倍字长加法器 1 倍字长加法器上商位置不固定在寄存器最末位上商1>恢复余数法被除数(余数)减去除数,如果为0或者为正值时,上商为1,不恢复余数;如果结果为负,上商为0,再将除数加到余数中,恢复余数.余数左移1位.2>加减交替法当余数为正时,商上1,求下一位商的办法,余数左移一位,再减去除数;当余数为负时,商上0,求下一位商的办法,余数左移一位,再加上除数.<2>定点补码一位除法(加减交替法)1〉如果被除数与除数同号,用被除数减去除数;若两数异号,被除数加上除数.如果所得余数与除数同号商上1,否则,商上0,该商为结果的符号位.2〉求商的数值部分.如果上次商上1,将除数左移一位后减去除数;如果上次商上0,将余数左移一位后加除数.然后判断本次操作后的余数,如果余数与除数同号商上1,如果余数与除数异号商上0.如此重复执行n-1次(设数值部分n位).3〉商的最后一位一般采用恒置1的办法,并省略了最低+1的操作.此时最大的误差为2-n.5)溢出概念和判别方法当运算结果超出机器数所能表示的范围时,称为溢出.显然,两个异号数相加或两个同号数相减,其结果是不会溢出的.仅当两个同号数相加或者两个异号数相减时,才有可能发溢出的情况,一旦溢出,运算结果就不正确了,因此必须将溢出的情况检查出来.判别方法有三种:1〉当符号相同的两数相加时,如果结果的符号与加数(或被加数)不相同,则为溢出.2〉当任意符号两数相加时,如果C=Cf,运算结果正确,其中C为数值最高位的进位,Cf为符号位的进位.如果C≠Cf ,则为溢出,所以溢出条件=C⊕Cf .3〉采用双符号f s2f s1.正数的双符号位为00,负数的双符号位为11.符号位参与运算,当结果的两个符号位甲和乙不相同时,为溢出.所以溢出条件= fs2⊕fs1 ,或者溢出条件= fs2fs1 + fs2fs1(三) 浮点数的表示和运算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×R E其中,N为浮点数,M(Mantissa)为尾数(可正可负),E(Exponent)为阶码(可正可负),R(Radix)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.因此,浮点数的机内表示一般采用以下形式::Ms E M位Ms是尾数的符号位,设置在最高位上.E为阶码(移码),有n+1位,一般为整数,其中有一位符号位,设置在E的最高位上,用来表正阶或负阶.M为尾数(原码),有m位,由Ms和M组成一个定点小数.Ms=0,表示正号,Ms=1,表示负.为了保证数据精度属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)10.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.浮点数的表示范围以通式N=M×R E设浮点数阶码的数值位取m位,尾数的数值位取n位2)IEEE754标准(Institute of Electrical and Electronics Engineers美国电气和电子工程协会)S 阶码(含尾数阶符)数符小数点位置:符号位S阶码尾数总位数短实数 1 8 23 32长实数 1 11 52 64临时实数 1 15 64 80另有一位符号位S,处在最高位.由于IEEE754标准约定在小数点左部有一位隐含位,从而实际有效位数为24位.这样使得尾数的有效值变为1.M .例如,最小为x1.0…0,,最大为x1.1…1.规格化表示.故小数点左边的位横为1,可省去.阶码部分采用移码表示,移码值127,1到254经移码为-126到以采用非规格化数表示,减少下溢精度损失.非规格化数的隐含位是0,不是1.2. 浮点数的加/减运算加减法执行下述五步完成运算:1)“对阶”操作比较两浮点数阶码的大小,求出其差ΔE,保留其大值E,E=max(Ex, Ey).当ΔE≠0时,将阶码小的尾数右移ΔE位,并将其阶码加上ΔE,使两数的阶码值相等.2)尾数加减运算执行对阶之后,两尾数进行加减操作.3)规格化操作规格化的目的是使得尾数部分的绝对值尽可能以最大值的形式出现.4)舍入在执行右规或者对阶时,尾数的低位会被移掉,使数值的精度受到影响,常用“0”舍“1”入法.当移掉的部分最高位为1时,在尾数的末尾加1,如果加1后又使得尾数溢出,则要再进行一次右规.5)检查阶码是否溢出阶码溢出表示浮点数溢出.在规格化和舍入时。
计算机组成原理总结
字扩展：地址线，数据线，读写控制线并联，片选信号区分。
字和位同时扩展：
CPU 对主存的基本操作： 读：
1.地址->MAR->AB CPU 将地址信号送入地址总线。
2.Read
CPU 发出读命令。
3.Wait for MFC 等待存储器工作完成信号。
4.M（MAR）->DB-> MDR 读出信息经数据总线送至 CPU
当前页寻址 EA=（PC）//A 堆栈和堆栈操作 自底向上－－》低地址方向。
第四章
补码加减运算 ［Ｘ＋Ｙ］补＝［Ｘ］补＋［Ｙ］补 ； ［Ｘ－Ｙ］补＝［Ｘ］补＋［－
Ｙ］补
补码溢出判断：双符号位 ０１正溢 １０负溢
补码的移位运算 原码 补０ 补码 正数补零 负数右移补１
进位的产生和传递 Ｃｉ＝Ｇｉ＋Ｐｉ＊Ｃｉ－１；
提高带宽：缩短存取周期，增加存储字长，增加存储体。
3.可靠性 4.功耗 机器字长：计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数，通常与 CPU 的寄存器 的位数有关。
存储字长：一个存储单元存储一串二进制代码（存储字），这串二进制代码的位数称为存储
字长。 RAM： 记忆单元：存放一个二进制位的物理器件。
Nm： 主存完成存取的总次数
Cache 主存系统效率 e = （访问 Cache 时间）*100%/平均访问时间
= tc*100%/（h*tc+(1-h)*tm）
Tc 为访问 Cache 时间。Tm 为访问主存时间。
第六章 控制器的组成： 1.指令部件：程序计数器，指令寄存器，指令译码器，地址形成部件。 2.时序部件：脉冲源，启停控制逻辑，节拍信号发生器。 3.微操作信号发生器 4.中断控制逻辑 控制器的基本功能有： （１） 从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位 置。（２）对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。（３）指 挥并控制 CPU 、主存和输入输出设备之间的数据流动。 时序系统： 指令周期：从取指令，分析取数到执行完该指令所需的全部时间。 通常把一个指令周期划分为若干个机器周期，每个机器周期完成一个基本操作。 一般，一个指令所需的最短时间为两个机器周期：取指周期和执行周期。 节拍：节拍的宽度取决于 CPU 完成一次微操作的时间。 工作脉冲： 多级时序系统： CPU 的寄存器设置：通用寄存器，专用寄存器（PC 计数器，指令寄存器，存储器数据寄存 器，存储器地址寄存器，状态标志寄存器） 指令执行的基本过 程： 取指令阶段，分析取数阶段，执行阶段。 微指令编码法：1.直接控制法 2.最短编码法 3.字段编码法 （段内互斥） 微程序控制器的基 本组成：控制存储器（CM），微指令寄存器（μIR），微地址形成部件，微 地址寄存器， 微程序入口地址的形成：一级功能转换，二级功能转换，通过 PLA 电路实现功能转换。 后继微地址的形成：1.增量方式 2.断定方式