计算机组成原理知识点总结
【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。
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。
计算机基础运用知识点总结
计算机基础运用知识点总结一、计算机基础概念1. 计算机的定义：计算机是一种能够按照事先设定的程序进行自动处理数据的智能电子设备，它由硬件系统和软件系统组成。
2. 计算机的组成：计算机由中央处理器、内存、输入设备、输出设备和存储设备等组成。
3. 计算机的工作原理：计算机通过输入设备接收数据，经过中央处理器的运算处理后，输出到输出设备，实现信息的处理和传递。
二、计算机硬件基础知识1. 中央处理器（CPU）：是计算机的核心组件，负责执行程序、控制数据传输和协调各个硬件设备的工作。
2. 内存：计算机的临时存储器，存放程序和数据，是CPU进行运算的地方。
3. 存储设备：硬盘、固态硬盘等，用于长期存储数据和程序。
4. 输入设备：键盘、鼠标、摄像头等，用于向计算机输入数据。
5. 输出设备：显示器、打印机、音响等，用于从计算机输出数据。
三、操作系统基础知识1. 操作系统的定义：操作系统是控制和管理计算机硬件资源的系统软件，提供用户界面、文件管理和进程管理等功能。
2. Windows操作系统：常用的操作系统之一，具有图形化用户界面和广泛的应用程序支持。
3. Linux操作系统：支持多用户、多任务的操作系统，用于服务器和嵌入式系统等领域。
4. MacOS操作系统：苹果公司的操作系统，适用于Mac电脑。
四、计算机网络基础知识1. 网络的定义：网络是将不同地域、不同地点的计算机通过通信设备连接起来，实现信息共享和资源共享。
2. 互联网：由全球各地的网络相互连接而成的巨大网络系统，提供全球性的信息传递和资源共享。
3. 局域网（LAN）：是指在一个较小的范围内，比如学校、企业内部，通过网线或者无线设备连接的计算机网络。
4. 广域网（WAN）：是无线设备，能够覆盖比较大的范围，比如城市、国家范围内的计算机网络。
五、计算机安全基础知识1. 计算机病毒：是一种具有破坏性和复制能力的恶意程序，能够危害计算机系统和数据。
2. 防火墙：是计算机网络中的一道安全防线，用于监控和过滤网络数据，保护计算机免受网络攻击。
24王道计算机组成原理pdf
24王道计算机组成原理pdf 24王道计算机组成原理pdf，这是一本经典的计算机教材，涵盖了计算机组成原理的重要知识点。
本文将从硬件和软件两个方面介绍计算机组成原理的基本概念和相关内容。
1、计算机组成原理的概述 计算机组成原理是研究计算机硬件系统和软件系统如何结合实现计算机功能的一门学科。
它包括计算机硬件的组成结构以及与之相关的软件系统的组成原理。
2、计算机硬件系统的组成结构 计算机硬件系统由中央处理器（CPU）、主存储器、输入输出设备（I/O）和总线等组成。
其中，CPU是计算机的核心，负责执行程序和进行数据处理。
主存储器用于存储程序和数据。
输入输出设备用于与外部设备进行信息交换。
总线是这些硬件组件之间传输数据和信号的通道。
3、计算机硬件系统的功能模块 计算机硬件系统包括运算器、控制器、存储器和输入输出设备等功能模块。
运算器负责进行算术和逻辑运算，控制器负责控制计算机的运行，存储器用于存储数据和指令，输入输出设备用于与外部设备进行数据传输。
4、计算机软件系统的组成原理 计算机软件系统由系统软件和应用软件两部分组成。
系统软件是指计算机操作系统和系统工具软件，它们管理和控制计算机的硬件资源，提供基础的运行环境。
应用软件是指在计算机上运行的各种具体应用程序，如办公软件、娱乐软件等。
5、计算机指令的执行过程 计算机指令的执行过程包括取指令、译码、执行和访存等阶段。
取指令阶段是从主存储器中读取指令，并将其送入控制器。
译码阶段是将指令中的操作码转换为控制信号，控制器根据控制信号控制硬件模块的工作。
执行阶段是根据指令进行计算、逻辑运算等操作。
访存阶段是从主存储器中读取数据或向主存储器中写入数据。
6、计算机的层次结构 计算机的层次结构分为硬件层次和软件层次。
硬件层次包括门电路、组合逻辑电路、顺序逻辑电路、微程序控制器和指令系统等。
软件层次包括机器语言、汇编语言、高级语言、操作系统和系统工具等。
7、计算机性能的评价指标 计算机性能的评价指标包括执行时间、吞吐量和响应时间等。
中职计算机必背知识点总结
中职计算机必背知识点总结一、计算机基础知识1. 计算机的基本组成：计算机由硬件和软件两部分组成。
硬件包括主机、输入设备、输出设备、存储设备和通信设备；软件包括系统软件和应用软件。
2. 计算机的工作原理：计算机主要通过输入设备输入数据，经过中央处理器的处理，然后通过输出设备输出结果。
其中，CPU是计算机的核心部件，负责处理数据和指令。
3. 计算机的存储设备：计算机的存储设备包括内存和外存。
内存主要用于临时存储数据和程序，外存主要用于长期存储数据和程序。
4. 计算机的运行原理：计算机的运行原理是按照程序指令的要求，运用各种逻辑运算和算数运算，依次处理数据，最终得到结果并输出到输出设备。
5. 计算机的发展历程：计算机从最初的巨型机器到现在的微型计算机，经历了多次技术革新和发展，发展历程可以分为五个阶段：机械计算机、电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机和大规模集成电路计算机。
6. 计算机网络的基本概念：计算机网络是指将地理位置不同的计算机通过通信设备进行连接，形成一个网络，实现资源共享和信息交换。
7. 计算机网络的分类：计算机网络按照规模可以分为局域网、城域网、广域网和互联网；按照连接方式可以分为点对点网络和客户-服务器网络。
8. 计算机网络的组成：计算机网络由计算机、通信设备和传输介质组成。
计算机通过通信设备和传输介质进行通信和数据交换。
9. 计算机网络的通信原理：计算机网络的通信原理是通过通信协议和协议栈进行数据封装和传输，通过路由选择和数据传输实现网络通信。
10. 计算机安全和保护：计算机安全是指保护计算机系统、网络系统和信息系统的安全，防止未经授权的访问、修改、窃取和破坏。
计算机安全包括网络安全、信息安全和系统安全。
二、计算机硬件知识1. 主机的组成：主机由主板、CPU、内存、显卡、硬盘、电源和机箱组成。
其中，主板是主机的核心部件，连接CPU、内存和各种外设。
2. 输入设备的种类和原理：输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪等。
大一学期计算机知识点总结
大一学期计算机知识点总结在大一的学习中，我们接触了许多计算机相关的知识点，这些知识点对于我们的计算机科学专业学习具有重要的基础性作用。
下面将对大一学期所学的计算机知识点进行一个总结。
一、计算机科学导论计算机科学导论是大一学期中最基础的课程之一，它帮助我们了解计算机科学的发展历程、学科体系、基本概念以及计算机科学的应用等方面的知识。
通过学习这门课程，我们对计算机科学有了更加全面的认识。
二、计算机组成原理计算机组成原理是大一学期中的另一门重要课程，它主要讲述了计算机硬件的组成和工作原理。
学习这门课程时，我们了解了计算机的层次结构、指令系统、数据表示和存储、中央处理器以及输入输出等方面的知识，为我们后续的学习打下了坚实的基础。
三、数据结构与算法数据结构与算法是计算机科学中的核心内容之一，它主要介绍了数据的组织方式和相应的操作算法。
在这门课程中，我们学习了线性表、树、图以及常用的排序和查找算法等知识。
数据结构与算法的学习对于我们编写高效的程序非常重要。
四、程序设计基础程序设计基础是大一学期中的重要课程之一，它主要讲解了计算机程序设计的基本概念和方法。
在这门课程里，我们学习了编程语言的基本语法、程序的控制结构、函数的定义和调用等。
通过这门课程的学习，我们不仅掌握了编程技巧，也培养了解决问题和设计程序的能力。
五、数据库原理与应用数据库原理与应用是介绍数据库概念、模型、语言和应用技术的课程。
在这门课程中，我们学习了关系数据库模型、SQL语言、数据库设计和规范化等知识。
了解数据库的原理和应用，对于我们进行数据管理和信息处理非常重要。
六、操作系统原理操作系统原理是大一学期中的一门重要课程，它介绍了操作系统的基本概念、功能和设计原理。
通过学习这门课程，我们了解了操作系统的基本组成、进程调度、内存管理、文件系统等方面的知识。
掌握操作系统的原理有助于我们更好地使用和管理计算机系统。
七、计算机网络计算机网络是介绍计算机网络原理和协议的课程，它主要讲解了计算机网络的基本概念、体系结构、传输方式和网络协议等。
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。
计算机专升本重点知识点汇总
计算机专升本重点知识点汇总计算机专升本考试是对于计算机相关专业的学生进行进一步学术提升的一种方式。
在准备考试过程中，掌握重点知识点是非常重要的。
下面将对计算机专升本考试的一些重点知识点进行汇总。
一、计算机组成原理1. 计算机的基本组成部分：中央处理器（CPU）、存储器（内存）、输入设备和输出设备。
2. CPU的结构和功能：控制单元（CU）和算术逻辑单元（ALU）。
3. 存储器的层次结构：主存储器（内存）和辅助存储器（硬盘、光盘等）。
4. 输入输出设备的种类和功能：键盘、鼠标、显示器、打印机等。
5. 计算机的工作原理：指令的执行过程和计算机的时钟周期。
二、数据结构与算法1. 数据结构的基本概念：线性结构、树形结构和图形结构。
2. 常见的数据结构：数组、链表、栈、队列、树和图。
3. 算法的分析与设计：时间复杂度和空间复杂度的计算，递归算法和迭代算法的比较。
4. 常见的算法：排序算法（冒泡排序、插入排序、快速排序等）、查找算法（顺序查找、二分查找等）。
三、操作系统1. 操作系统的基本概念和功能：进程管理、内存管理、文件管理和设备管理。
2. 进程管理：进程的创建、调度和撤销，进程间的通信与同步。
3. 内存管理：内存的分配与回收，虚拟内存的管理。
4. 文件管理：文件的组织和存储，文件的访问和保护。
5. 设备管理：设备的分配与释放，设备的驱动程序和中断处理。
四、数据库原理与应用1. 数据库的基本概念和结构：数据模型、数据模式、数据实例。
2. 数据库管理系统（DBMS）的功能和特点。
3. 关系数据库的基本操作：关系代数运算（投影、选择、并、差等）。
4. 数据库的设计与规范化：关系模型的规范化理论和方法。
5. SQL语言的基本操作：基本查询、嵌套查询、连接查询等。
五、网络技术与应用1. 计算机网络的基本概念和分类：局域网、广域网和互联网。
2. TCP/IP协议族的基本功能和特点。
3. IP地址的分类和子网划分。
计算机组成原理考点总结终结版
内部资料,转载请注明出处,谢谢合作;一、计算机系统概述（一）计算机发展历程了解知识点一：第一台计算机 ENIAC知识点二：冯诺依曼VanNeumann首次提出存储程序的概念,将数据和程序一起放在存储器中,使得编程更加方便;50多年来,虽然对冯诺依曼机进行了很多改革,但结构变化不大,仍然称为冯诺依曼机;知识点三：一般把计算机的发展分为四个阶段：第一代1946-50‘s后期：电子管计算机时代；第二代50‘s中期-60’s后期：晶体管计算机时代；第三代60‘s中期-70’s前期：集成电路计算机时代；第四代70‘s初-：大规模集成电路计算机时代;知识点四：冯·诺依曼计算机的特点冯·诺依曼体系计算机的核心思想是“存储程序”的概念;它的特点如下：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 指令和数据都用二进制代码表示；3 指令和数据都以同等地位存放于存储器内,并可按地址寻访；4 指令是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所在存储器中的位置；5 指令在存储器内是顺序存放的；6 机器以运算器为核心,输入输出设备与存储器的数据传送通过运算器;（二）计算机系统层次结构了解计算机系统的层次结构,通常可有五个以上的层次,在每一个层次上都能进行程序设计;由下自上可排序为：第一级微程序机器级,微指令由机器直接执行,第二级传统机器级,用微程序解释机器指令,第三级操作系统级,一般用机器语言程序解释作业控制语句,第四级汇编语言机器级,这一级由汇编程序支持和执行,第五级高级语言机器级,采用高级语言,由各种高级语言编译程序支持和执行;还可以有第六级应用语言机器级,采用各种面向问题的应用语言;1.计算机硬件的基本组成图中实线为控制线,虚线为反馈线,双线为数据线;图中各部件的功能是：1 运算器用来完成算术运算和逻辑运算,并将运算的中间结果暂存在运算器内；2 存储器用来存放数据和程序；3 控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、运行及处理运算结果；4 输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式,常见的有键盘、鼠标等；5 输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式如打印机输出、显示器输出等;计算机的五大部件在控制器的统一指挥下,有条不紊地自动工作;由于运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系十分紧密,尤其在大规模集成电路制作工艺出现后,这两大部件往往制作在同一芯片上,因此,通常将他们合起来统称为中央处理器,简称CPU;把输入设备与输出设备简称为I/O 设备;因此,现代计算机可认为由三大部分组成：CPU、I/O设备及主存储器MM;CPU与MM合起来称为主机,I/O设备叫作外设;存储器分为主存储器MM和辅助存储器;主存可直接与CPU交换信息,辅存又叫外存;2.计算机软件的分类计算机的软件通常又分为两大类：系统软件和应用软件;系统软件又称为系统程序,主要用来管理整个计算机系统,监视服务,使系统资源得到合理调度,确保高效运行;它包括：标准程序库、语言处理程序、操作系统、服务性程序、数据库管理系统、网络软件等等;应用软件又称为应用程序,它是用户根据任务所编制的各种程序;3.计算机的工作过程1．运算器运算器包括三个寄存器和一个算逻单元ALU;其中ACC为累加器,MQ为乘商寄存器,X为操作数寄存器;这三个寄存器在完成不同运算时,所存放在操作数类别也各不相同;2．存储器主存储器包括存储体、各种逻辑部件及控制电路等;主存的工作方式就是按存储单元的地址号来实现对存储字各位的存写入、取读出;这种存取方式叫做按地址存取,也即按地址访问存储器简称访存;为了能实现按地址访问的方式,主存中还必须配置两个寄存器MAR和MDR;MAR是存储器地址寄存器,用来存放欲访问的存储单元的地址,其位数对应存储单元的个数;MDR是存储器数据寄存器,用来存放从存储体某单元取出的代码或者准备往某存储单元存入的代码,其位数与存储字长相等;要想完整地完成一个取或存操作;3．控制器控制器是计算机组成的神经中枢,由它指挥全机各部件自动、协调地工作;具体而言,它首先要命令存储器读出一条指令,这叫取指过程;接着对这条指令进行分析,指出该指令要完成什么样的操作,并按寻址特征指明操作数的地址,这叫分析指令过程;最后根据操作数所在的地址,取出操作数并完成某种操作,这叫作执行过程;以上就是通常所说的完成一条指令操作的取指、分析和执行三阶段; 控制器由程序计数器PC,指令寄存器IR以及控制单元CU几部分组成;PC 用来存放当前欲执行指令的地址, 它与主存的MAR之间有一条直接通路,且具有自动加1的功能, 即可自动形成下一条指令的地址;IR用来存放当前的指令, IR 的内容来自主存的MDR;IR中的操作码送到CU,用来分析指令；其地址码作为操作数的地址送至存储器的MAR; CU用来分析当前指令所需完成的操作,并发出各种微操作命令序列,用以控制所有被控对象;4．I/OI/O子系统包括各种外部设备及相应的接口;每一种设备都是由I/O接口与主机联系的,它接受CU发出的各种控制命令完成相应的操作;计算机的解题过程如下：首先把构成程序的有序指令和数据,通过键盘输入到主存单元中,并置PC的初值为0即令程序的首地址为0;启动机器后,计算机便自动按存储器中所存放的指令顺序,有序地逐条完成取指令、分析指令和执行指令,直至执行到程序的最后一条指令为止;（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,Tc2主频：CPU工作主时钟的频率,机器主频Rc3CPI：执行一条指令所需要的平均时钟周期4CPU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、MFLOPS1MIPS：MIPSMillion Instructions Per SecondMIPS = In/Te×106= In/In×CPI×Tc×106= Rc/CPI×106Te：执行该程序的总时间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：MFLOPSMillion Floating Point Operations Per SecondMFLOPS=Ifn/Te×106Ifn：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;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2.真值和机器数3.BCD码4.字符与字符串5.校验码（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的功能和机构三、存储器层次机构cache-主存-外存的层次结构、cache的三种不同映象方式、主存芯片的子扩展和位扩展方案设计以及续存相关地址转换的内容是重点（一）存储器的分类1．按存储介质分1半导体存储器;存储元件由半导体器件组成的叫半导体存储器;其优点是体积小、功耗低、存取时间短;其缺点是当电源消失时,所存信息也随即丢失,是一种易失性存储器;2磁表面存储器;按载磁体形状的不同,可分为磁盘、磁带和磁鼓;现代计算机已很少采用磁鼓;由于用具有矩形磁滞回线特性的材料作磁表面物质,它们按其剩磁状态的不同而区分“0”或“1”,而且剩磁状态不会轻易丢失,故这类存储器具有非易失性的特点;3 磁芯存储器不用了4光盘存储器;光盘存储器是应用激光在记录介质磁光材料上进行读写的存储器,具有非易失性的特点;光盘记录密度高、耐用性好、可靠性高和可互换性强等; 2．按存取方式分类按存取方式可把存储器分为随机存储器、只读存储器、顺序存储器和直接存取存储器四类;1随机存储器RAMRandom Access Memory;RAM是一种可读写存储器, 其特点是存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取,而且存取时间与存储单元的物理位置无关;计算机系统中的主存都采用这种随机存储器;由于存储信息原理的不同, RAM又分为静态RAM 以触发器原理寄存信息和动态RAM以电容充放电原理寄存信息;2只读存储器ROMRead only Memory;只读存储器是能对其存储的内容读出,而不能对其重新写入的存储器;这种存储器一旦存入了原始信息后,在程序执行过程中,只能将内部信息读出,而不能随意重新写入新的信息去改变原始信息;因此,通常用它存放固定不变的程序、常数以及汉字字库,甚至用于操作系统的固化;它与随机存储器可共同作为主存的一部分,统一构成主存的地址域;只读存储器分为掩膜型只读存储器MROMMasked ROM、可编程只读存储器PROMProgrammable ROM、可擦除可编程只读存储器EPROMErasable Programmable ROM、用电可擦除可编程的只读存储器EEPROMElectrically Erasable Programmable ROM;以及近年来出现了的快擦型存储器Flash Memory,它具有EEPROM的特点,而速度比EEPROM快得多;3串行访问存储器;如果对存储单元进行读写操作时,需按其物理位置的先后顺序寻找地址,则这种存储器叫做串行访问存储器;显然这种存储器由于信息所在位置不同,使得读写时间均不相同;如磁带存储器,不论信息处在哪个位置,读写时必须从其介质的始端开始按顺序寻找,故这类串行访问的存储器又叫顺序存取存储器;还有一种属于部分串行访问的存储器,如磁盘;在对磁盘读写时,首先直接指出该存储器中的某个小区域磁道,然后再顺序寻访,直至找到位置;故其前段是直接访问,后段是串行访问,叫直接存取存储器;3．按在计算机中的作用分类按在计算机系统中的作用不同,存储器又可分为主存储器、辅助存储器、缓冲存储器;（二）存储器的层次化结构主要是为了解决速度匹配问题存储器有3个重要的指标：速度、容量和每位价格,一般来说,速度越快,位价越高；容量越大,位价越低,容量大,速度就越低;上述三者的关系用下图表示：寄存器缓存主存磁盘磁带存储系统层次结构主要体现在缓存-主存-辅存这两个存储层次上,如下图所示：（三）半导体随机存取存储器1.SRAM存储器的工作原理静态RAM由于静态RAM是触发器存储信息,因此即使信息读出后,它仍保持其原状态,不需要再生;但电源掉电时,原存信息丢失,故它属易失性半导体存储器2.DRAM存储器的工作原理（四）只读存储器（五）主存储器与CPU的连接（六）双口RAM和多模块存储器（七）高速缓冲存储器Cache1.程序访问的局部2.Cache的基本工作原理3.Cache和主存之间的映射方式4.Cache中主存块的替换算法5.Cache写策略（八）虚拟存储器1.虚拟存储器的基本概念2.页式虚拟存储器3.段式虚拟存储器4.段页式虚拟存储器5.TLB快表四、指令系统（一）指令格式1.指令的基本格式2.定长操作码指令格式3.扩展操作码指令格式（二）指令的寻址方式1.有效地址的概念2.数据寻址和指令寻址3.常见寻址方式（三）CISC和RISC的基本概念五、中央处理器CPU（一）CPU的功能和基本结构（二）指令执行过程（三）数据通路的功能和基本结构（四）控制器的功能和工作原理1.硬布线控制器2.微程序控制器微程序、微指令和微命令；微指令的编码方式；微地址的形式方式; （五）指令流水线1.指令流水线的基本概念2.超标量和动态流水线的基本概念（一）总线（二）总线概述（三）总线的基本概念总线是连接计算机内部多个部件之间的信息传输线,是各部件共享的传输介质;多个部件和总线相连,在某一时刻,只允许有一个部件向总线发送信号,而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息;总线是由许多传输线或通路组成,每条线可传输一位二进制代码,如16条传输线组成的总线,可同时传输16位二进制代码;（四）总线的分类按数据传送方式：并行传输总线和串行传输总线按总线的适用范围：计算机总线,测控总线,网络通信总线按连接部件不同：重点片内总线：片内总线是指芯片内部的总线,如在CPU芯片内部, 寄存器与寄存器之间、寄存器与算术逻辑单元之间都有总线连接;系统总线：系统总线是指CPU、主存、I/O各大部件之间的信息传输线;按传输信息的不同,可分为三类：数据总线、地址总线和控制总线;数据总线用来传输各功能部件之间的数据信息,它是双向传输总线,其位数与机器字长、存储字长有关;数据总线的条数称为数据总线宽度,它是衡量系统性能的一个重要参数;例子：总线宽8位,指令字长16位,CPU需要两次访主存地址总线主要用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或在I/O设备上的地址;它是单向传输的;地址线的位数与存储单元的个数有关,如地址线为20根,则对应的存储单元个数为220;控制总线是用来发出各种控制信号的传输线;对单一控制线来说,传输单向；对控制总线,是双向的;对CPU而言,控制信号既有输入又有输出;通信总线：这类总线用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统如控制仪表、移动通讯等之间的通信;（五）总线的组成及性能指标总线的组成：总线组成包括信号线、总线控制器、附属电路;信号线包括数据线、地址线和控制线总线性能指标：1总线宽度：它是指数据总线的根数, 用bit位表示,如8位、16位、32位、64位;2总线带宽：总线的数据传输速率即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,单位为MBps兆每秒;例如,总线频率33MHZ,总线宽度32位4B,则总线带宽334=132MBps;3时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作的总线称同步总线,与时钟不同步工作的总线称为异步总线;4总线复用：通常地址总线与数据总线在物理上是分开的两种总线;地址总线传输地址码,数据总线传输数据信息;为了提高总线的利用率,优化设计,特将地址总线和数据总线共用一条物理线路,只是某一时刻该总线传输地址信号,另一时刻传输数据信号或命令信号;这叫总线的多路复用;5信号线数：即地址总线、数据总线和控制总线三种总线数的总和;6总线控制方式：包括并发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等;7 其他指标：如负载能力问题等;总线结构的三种形式：以CPU为中心的双总线结构：这种结构在I/O设备与主存交换信息时仍然要占用CPU,因此会影响CPU的工作效率;单总线结构：它是将CPU、主存、I/O设备都挂在一组总线上,允许I/O之间、I/O与主存之间直接交换信息;因为只有一组总线,当某一时刻各部件都要占用时,就会出现争夺现象;双总线结构的特点是将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来,形成主存总线与I/O总线分开的结构;三总线结构中, 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之间传递信息；DMA总线用于高速外设磁盘、磁带等与主存之间直接交换信息;在三总线结构中,任一时刻只能使用一种总线;（六）总线仲裁总线控制总线控制主要包括判优控制和通信控制;总线判优控制可分集中式和分布式两种,前者将控制逻辑集中在一处如在CPU中,后者将控制逻辑分散在与总线连接的各个部件或设备上;集中仲裁方式常见的集中控制有三种优先权仲裁方式：1．链式查询菊花链图中控制总线中有三根线用于总线控制BS总线忙；BR总线请求、BG总线同意,其中总线同意信号BG是串行地从一个I/O接口送到下一个I/O接口;如果BG到达的接口有总线请求,BG信号就不再往下传;意味着该接口获得了总线使用权,并建立总线忙BS信号,表示它占用了总线;这种方式的特点是：只需很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制,并且很容易扩充设备,但对电路故障很敏感;2．计数器定时查询计数器定时查询方式如下图所示;它与链式查询方式相比,多了一组设备地址线,少了一根总线同意线BG;总线控制部件接到由BR 送来的总线请求信号后,在总线未被使用BS＝0的情况下,由计数器开始计数,向各设备发出一组地址信号;当某个有总线请求的设备地址与计数值一致时,便获得总线使用权,此时终止计数查询;这种方式的特点是：计数可以从“0”开始,此时设备的优先次序是固定的；计数也可以从终止点开始,即是一种循环方法,此外,对电路故障不如链式查询方式敏感,但增加了主控制线设备地址数,控制也较复杂;3．独立请求方式独立请求方式如下图所示;由图可见,每一设备均有一对总线请求线BRi和总线同意线BGi;当设备要求使用总线时,便发出该设备的请求信号;总线控制部件中有一排队电路,可根据优先次序确定响应哪一设备的请求;这种方式的特点是：响应速度快,优先次序控制灵活通过程序改变,但控制线数量多,总线控制更复杂;总线通信控制没要求分布仲裁方式同集中式仲裁相比,分布式仲裁不需要中央仲裁器,而是让各个主设备功能模块都有自己的仲裁号和仲裁电路;需要使用总线时,各个设备的功能模块将自己唯一的仲裁号发送到共享的总线上,各自的仲裁电路再将从仲裁总线上获得的仲裁号和自己的仲裁号相对比,获胜的仲裁号将保留在仲裁总线上,相应设备的总线请求获得响应;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号和仲裁器;当它们有总线请求时,把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上,每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较;如果仲裁总线上的号大,则它的总线请求不予响应,并撤消它的仲裁号;最后,获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上;显然,分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础（七）总线操作和定时总线操作目前在总线上的操作主要有以下几种：1读和写读是将从设备如存储器中的数据读出并经总线传输到主设备如CPU；写是主设备到从设备的数据传输过程;2块传送主设备给出要传输的数据块的起始地址后,就可以利用总线对固定长度的数据一个接一个的读出或写入;3写后读或读后写主设备给出地址一次,就可以进行先写后读或者先读后写操作,先读后写往往用于校验数据的正确性,先写后读往往用于多道程序的对共享存储资源的保护;4广播和广集主设备同时向多个从设备传输数据的操作模式称为广播;广集操作和广播操作正好相反,它将从多个从设备的数据在总线上完成AND或OR操作,常用于检测多个中断源;定时：事件出现在总线上的时序关系;1、同步定时在同步定时协议中,事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定;所以包含始终信号线由于采用了公共时钟,每个功能模块什么时候发送或接收信息都由统一时钟规定,因此,同步定时具有较高的传输频率;同步定时适用于总线长度较短、各功能模块存取时间比较接近的情况;2．异步定时在异步定时协议中,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;在这种系统中,不需要统一的共公时钟信号;总线周期的长度是可变的;（八）总线标准六、输入输出I/O系统（一）I/O系统基本概念（二）外部设备1.输入设备：键盘、鼠标2.输出设备：显示器、打印机3.外存储器：硬盘存储器、磁盘阵列、光盘存储器（三）I/O接口I/O控制器1.I/O接口的功能和基本结构2.I/O端口及其编址（四）I/O方式1.程序查询方式2.程序中断方式中断的基本概念；中断响应过程；中断处理过程；多重中断和中断屏蔽的概念;3.DMA方式DMA控制器的组成；DMA传送过程;4.通道方式七、计算机系统概述（四）计算机发展历程（五）计算机系统层次结构4.计算机硬件的基本组成5.计算机软件的分类6.计算机的工作过程（六）计算机性能指标吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间；MIPS、MFLOPS;八、数据的表示和运算（五）数制与编码6.进位计数制及其相互转换7.真值和机器数8.BCD码9.字符与字符串10.校验码（六）定点数的表示和运算3.定点数的表示无符号数的表示；有符号数的表示;4.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;（七）浮点数的表示和运算3.浮点数的表示浮点数的表示范围；IEEE754标准4.浮点数的加/减运算（八）算术逻辑单元ALU3.串行加法器和并行加法器4.算术逻辑单元ALU的功能和机构九、存储器层次机构（九）存储器的分类（十）存储器的层次化结构（十一）半导体随机存取存储器3.SRAM存储器的工作原理4.DRAM存储器的工作原理（十二）只读存储器（十三）主存储器与CPU的连接（十四）双口RAM和多模块存储器（十五）高速缓冲存储器Cache6.程序访问的局部7.Cache的基本工作原理8.Cache和主存之间的映射方式9.Cache中主存块的替换算法10.Cache写策略（十六）虚拟存储器6.虚拟存储器的基本概念7.页式虚拟存储器8.段式虚拟存储器9.段页式虚拟存储器10.TLB快表十、指令系统（四）指令格式4.指令的基本格式5.定长操作码指令格式6.扩展操作码指令格式（五）指令的寻址方式4.有效地址的概念5.数据寻址和指令寻址6.常见寻址方式（六）CISC和RISC的基本概念十一、中央处理器CPU（六）CPU的功能和基本结构（七）指令执行过程（八）数据通路的功能和基本结构（九）控制器的功能和工作原理3.硬布线控制器4.微程序控制器微程序、微指令和微命令；微指令的编码方式；微地址的形式方式;（十）指令流水线3.指令流水线的基本概念4.超标量和动态流水线的基本概念十二、总线（九）总线概述1.总线的基本概念2.总线的分类3.总线的组成及性能指标（十）总线仲裁1.集中仲裁方式2.分布仲裁方式（十一）总线操作和定时1.同步定时方式。
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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、EEPROM Flash 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P70 DRAM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P71 DRAM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ROMP80 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P94 cache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P121 RISC——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、cache CPU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P192 I/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