2011计算机组成原理考研大纲解析

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 计算机组成原理部分文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.第一部分：总论一．计算机组成与结构总结1. 2. 3.计算机系统的层次结构计算机基本组成计算机基本结构１．１计算机系统❖ 硬件（Hardware）➢ 计算机的实体部分，可以实现计算机最基本的操作行为。

❖ 软件（Software）➢ 使计算机实现各种功能的程序集合。

包括系统软件、应用软件两大类。

１．２计算机系统层次结构❖ 计算机的层次结构的演变高级语言汇编语言机器语言虚拟机器M3 （高级语言程序）虚拟机器M2 （汇编语言程序）实际机器M1 （机器语言程序）１．２计算机系统层次结构❖ 三级层次结构的计算机系统第三级第二级第一级虚拟机器M3（高级语言程序）虚拟机器M2（汇编语言程序）实际机器M1（机器语言程序）将高级语言程序先翻译成汇编语言程序或机器语言程序，再在Ｍ１或Ｍ２上运行将汇编语言程序先翻译成机器语言程序，然后在Ｍ１上运行机器语言程序直接在Ｍ１上运行１．３计算机的基本组成❖ 运算器：实现数据处理的部件➢ 完成最基本的算术逻辑运算➢ ALU (Arithmetic and Logic Unit）＋Registers＋DataPath ➢ 运算器与机器字长（字的概念）的关系➢ 性能指标：MIPS❖ 简单运算器结构图１．３计算机的基本组成❖ 存储器：实现数据存储的部件➢ 保存程序和数据（二进制信息）➢ 存储单元：bit, Byte, Word➢ 地址的概念：每一个字节单元拥有一个唯一的地址（索引）➢ 存储器的工作方式：读、写❖ 存储器结构简图１．３计算机的基本组成❖ 控制器：实现控制功能的部件➢ 提供各部件工作所需的控制信号，控制计算机其他部件协同工作➢ 指令部件（Instruction Register，Instruction Decoder）➢ 指令顺序控制（Program Counter）➢ 时序逻辑部件（Clock，Timer，Sequencing Logic）➢ 控制信号生成部件（Control Signal Generator or Control Memory）❖ 控制器结构简图１．３计算机的基本组成❖ 输入输出：实现数据交换的部件➢实现计算机内部与外界（其他系统或人类）的信息交换➢实现数据交换的设备：输入设备、输出设备➢接口标准与接口部件❖ 计算机整体结构简图１．３机器结构简化图总线机器结构简化图ＡＡＣＡＬＵＧＲＢ微操作控制信号微操作信号发生器ＩＤＩＲＰＣＭＢＲ存储器ＭＡＲＡＣ：累加器ＡＬＵ：算术逻辑运算单元Ａ，Ｂ：缓冲器ＧＲ：通用寄存器ＩＲ：指令寄存器ＩＤ：指令译码器ＰＣ：程序计数器ＭＡＲ：地址寄存器ＭＢＲ：数据寄存器第二部分存储系统一．主存储器的组成与工作原理二．高速缓冲存储器的结构与工作原理三．磁表面存储器存储器的层次结构Reg.CacheMain memoryDisk CacheMagnetic DiskMagnetic Tape Optical Disk二级存储系统指：高速缓冲存储器（Cache）＋主存储器❖SRAM存储单元电路（六管单元电路）VccT1，T2：工作管；ＤT 5 T 3T 1T 4T 2字选线T 6 ＤT3，T4：负载管；T5，T6：门控管；稳定状态：T1截止，T2导通，表示1T2截止，T1导通，表示0保持状态：字选线低电平，T5和T6截止，内部保持稳定状态。

考研计算机组成原理计算机组成原理是计算机科学与技术领域中的一门重要课程，它涵盖了计算机硬件的各个方面，从低层次的逻辑门电路、微操作、到高层次的指令集和处理器体系结构等等。

本文旨在帮助考研学子全面了解计算机组成原理的核心内容，以便在备战考研的过程中更好地理解和掌握这门课程。

首先，我们来介绍计算机组成原理的基础概念。

计算机是由硬件和软件两部分组成的，其中硬件是执行计算任务所必需的物理组件，而软件则是指导计算机进行运算和操作的程序。

计算机组成原理研究的是计算机硬件的设计和实现原理，它包括了计算机的层次结构、指令系统、处理器结构、存储器层次、输入输出和总线系统等等。

其次，我们了解一下计算机的层次结构。

计算机的层次结构分为硬件层次和软件层次两个部分，硬件层次主要指的是计算机硬件组件的组织、连接和控制方式，而软件层次则主要指的是对硬件的抽象和接口标准化。

在硬件层次中，我们首先要了解的是逻辑门电路和微操作。

逻辑门电路是由各种逻辑门组成的，常见的逻辑门有与门、或门、非门等。

逻辑门电路由逻辑门连接而成，用于实现布尔逻辑运算。

微操作是对计算机指令进行分解和控制的最小操作单位，它包括了寄存器之间的数据传输、算术逻辑运算、逻辑分支等操作。

接下来是软件层次中的指令系统和处理器结构。

指令系统是定义了计算机硬件能够执行的所有指令的集合，它包括了指令的格式、地址寻址方式、指令的执行顺序等等。

处理器结构则是指处理器的组织和运行方式，由运算器、控制器、时序逻辑等组成。

处理器结构中的运算器负责执行指令的算术和逻辑运算，控制器则负责指令的解析和执行控制。

此外，存储器层次也是计算机组成原理中的一个重要内容。

存储器分为主存储器和辅助存储器两个层次，主存储器是计算机中用于存储数据和指令的地方，它采用了随机访问存储器（RAM）的形式，读写速度快但容量有限。

辅助存储器则用于存储大量的数据和指令，例如硬盘、光盘等，读写速度相对较慢但容量较大。

与存储器相对应的是输入输出和总线系统。

《计算机组成原理》考试大纲Ⅰ考试性质《计算机组成原理》是高等学校计算机类专业的一门技术基础必修课。

该课程考核的目的在于学生是否具备初步的硬件系统分析、设计和使用的能力。

Ⅱ考试内容《计算机组成原理》从组成硬件系统的五大部件出发，讲解了各组成部分的工作原理、设计方法以及构成整机系统的基本原理。

主要内容有：计算机系统、数码系统、运算和运算器、存储系统、指令系统、中央处理器、总线和人机交互系统。

通过对计算机各部件的工作原理、控制过程的分析，使学生掌握基本的分析方法、设计方法和互连成整机的技术，能了解计算机一般组成原理与内部运行机制，为学习后续课程和进行与硬件有关的技术工作打好基础。

一、计算机与计算机系统⒈考试内容（1）计算机系统的硬件组成；（2）冯•诺依曼体系结构的组成及特点；（3）计算机的主要性能指标。

⒉考试要求（1）了解计算机的发展史、计算机的应用与发展趋势；（2）了解计算机系统的层次结构，掌握计算机硬件的基本组成、计算机软件的分类和计算机的基本工作过程；（3）了解计算机的主要性能指标及不同指标之间的相互关系。

二、数码系统⒈考试内容（1）进位计数制及其转换；（2）真值表示为原码、反码、补码、变形补码、移码等形式的机器数；（3）十进制数的编码；（4）文本数据的描述。

（1）掌握进位计数制，能够进行不同数制之间的转换；（2）理解真值和机器数的概念，能够将真值表示为原码、反码、补码、变形补码、移码等形式的机器数；（3）了解定点数中无符号数和有符号数在计算机中的表示方法；（4）了解浮点数在计算机中的表示方法；（5）掌握十进制数的编码。

三、运算和运算器⒈考试内容（1）定点数的补码加、减法；（2）溢出的判别法；（3）定点数的原码一位乘；（4）浮点数加、减法。

⒉考试要求（1）掌握定点数的加、减、乘、除运算；（2）掌握溢出概念和判别方法；（3）了解浮点数的加、减、乘、除运算；（4）理解并行加法器和算术逻辑单元ALU的组成和结构。

《计算机组成原理》知识点提纲一、计算机组成系统与结构概述，多层次结构，衡量性能的指标，冯诺依曼机概念，软件分类、特点，全加器、74LS181、74LS182组成多位运算器。

超级计算机系统发展现状。

二、数制转换，定点小数和整数的原码、反码、补码、移码的概念表示。

考核的知识点：（1）十进制的小数、整数转换为二进制数（2）二进制的小数、整数的原码、反码、补码表示（3）移码的概念、特点、用途，与补码关系。

三、二-十进制编码的概念，位权、有权码与无权码的概念。

考核的知识点：（1）位权的概念（2）判定编码系统的方法。

（3）二-十进制编码（BCD码）、ASCII码概念四、定点数、浮点数的表示，移码概念，IEEE754标准，隐藏位技术概念，浮点数运算。

考核的知识点：（1）补码加减法运算，溢出判断。

（2）原码一位除法、补码一位乘法、布斯改进乘法（3）定点数格式与表示（4）浮点数格式与表示，浮点数的规格化方法，隐藏位（IEEE754标准），移码。

（5）浮点数的加减（乘除）运算。

五、定点运算器的功能、组成。

六、奇偶校验、海明码纠错、CRC校验的概念。

七、主存、虚拟存储技术、高速缓冲存储器及其映射方式考核的知识点：（1）静态芯片特性，动态芯片特性（行列地址、刷新含义、方式），FLASH只读存储器特性，用途（2）内存与CPU连接；（3）容量表示（地址范围、单元位数），存储器字、位扩展；（4）高速缓冲存储器系统的概念，工作原理及性能分析。

局部性原理，高速缓存的组成、映象方式、性能指标。

（5）虚存页面LRU替换算法内涵与实施、命中率八、数据输入输出方式（1）输入输出设备编址方式、端口概念，I/O设备与CPU或内存3种传送数据的方式及其比较（2）中断概念、分类（可屏蔽、不可看屏蔽、软件中断）、中断屏蔽中断屏蔽、响应、优先级的改变（3）DMA概念、DMA方式（4）输入输出设备：显示器的技术指标、鼠标器原理九、总线总线类型、各类型特点，总线判优控制方式、特点，总线传输周期串行与并行通信概念十、CPU及其内部的控制器单元RISC和CISC的特点寻址方式、寻址方式与指令执行速度关系指令分类、功能CPU内部组成框架、寄存器名称用途指令流水线概述、影响因素、指标、多发技术微指令、微程序、组合逻辑控制器、概念微指令的操作控制方式、特点（直接控制、字段直接编码控制、字段间接编码控制）微指令的格式。

2009年真题1.冯·诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是A.指令操作码的译码结果B.指令和数据的寻址方式C.指令周期的不同阶段D.指令和数据所在的存储单元2.一个C语言程序在一台32位机器上运行。

程序中定义了三个变量x，y和z，其中x和z为int 型，y为short型。

当x=127，y=-9时，执行赋值语句z=x+y后，x，y和z的值分别是A.x=0000007FH，y=FFF9H，z=00000076HB.x=0000007FH，y=FFF9H，z=FFFF0076HC.x=0000007FH，y=FFF7H，z=FFFF0076HD.x=0000007FH，y=FFF7H，z=00000076H3.浮点数加、减运算过程一般包括对阶、尾数运算、规格化、舍入和判溢出等步骤。

设浮点数的阶码和尾数均采用补码表示，且位数分别为5和7位（均含2位符号位）。

若有两个数x=27*29/32，y=25*5/8，则用浮点加法计算x+y的最终结果是A. 001111100010 B. 001110100010 C. 010********* D. 发生溢出4.某计算机的Cache共有16块，采用2路组相联映射方式（即每组2块）。

每个主存块大小为32字节，按字节编址。

主存129号单元所在主存块应装入到的Cache组号是A. 0 B. 1 C. 4 D. 65.某计算机主存容量为64KB，其中ROM区为4KB，其余为RAM区，按字节编址。

现要用2K×8位的ROM芯片和4K×4位的RAM芯片来设计该存储器，则需要上述规格的ROM芯片数和RAM芯片数分别是A．1，15 B．2，15 C．1，30 D．2，306.某机器字长16位，主存按字节编址，转移指令采用相对寻址，由两个字节组成，第一字节为操作码字段，第二字节为相对位移量字段。

假定取指令时，每取一个字节PC自动加1。

一、计算机组成原理考查目标2011年的统考大纲对组成原理的考查目标定位为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；理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法；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。

在中央处理器部分与10年相比新增微程序的编码格式，这一部分在以前也是要求掌握的，所以总体来说与2010年的大纲相比，2011年的大纲基本没有发生变化。

同学们可以依据原来制定的复习计划，在已有基础上继续进行复习。

这门课对于很多计算机的考生都是难点，对于跨专业考生来说更是如此，建议大家在理解课本的基础上，多做习题，对一些典型的题目要做到烂熟于心。

至于参考书，推荐使用高教版哈工大唐朔飞老师的书，这本书有配套的习题，讲得也比较细，是比较适合作为备考用书的。

二、计算机组成原理考点解析计算机系统概述一章几乎没有出综合应用题的可能，大部分知识点只要了解就可以了。

数据的表示与运算一章可考的点多，但单独出现在综合应用题中的可能性不大。

数在机器中的不同表示方法及其相互转换时选择题的一个常考点。

存储器层次结构是组成原理这门课的重点，大家在复习这一章的时候要注意Cache-主存-外存的层次结构，对比Cache-主存和虚拟存储器的相关思想、原理和方法。

本章是综合应用题常考点，典型的考题包括Cache的三种不同映像方式的相关计算，的分数。

中央处理器这一章是重点和难点，组成原理考试几乎必考的章节。

输入输出系统也不属于考试的热点。

主要是记忆一些概念，知道不同的设备以及一些相关的参数，需要熟练掌握的是硬盘读写过程和一些参数的计算，中断相关的概念和原理，以敬请关注万学海文2011大纲解析系列文章之（五）、（六）、（七）、（八），祝愿2011考研学子旗开得胜，马到成功！。

全国硕士研究生入学统一考试，计算机科学与技术学科联考计算机学科专业基础综合考试大纲(2011年版)新近出炉，我们第一时间为您解析。

预祝您考研成功！一、大纲变动内容(1)考查内容方面：试卷考核内容仍然是4个部分：数据结构、计算机组成原理、操作系统和计算机网络。

(2)分值方面：数据结构45分、计算机组成原理45分、操作系统35分以及计算机网络25分。

(3)题型方面：仍然延续单项选择题80分(40小题，每小题2分)，综合应用题70分的试卷结构。

(4)考核的知识点变化情况及其分析：(一)数据结构部分(1) 只有考查目标部分有较大变化。

(2) 首先，数据结构由理解变为掌握，新增了对基本原理和基本方法的要求。

(3) 去掉了对数据的逻辑结构、存储结构的差异的考查。

(4) 新增了运用数据结构基本原理分析问题的要求。

(二)计算机组成原理没有发生变化。

(三)操作系统没有发生变化。

(四)计算机网络(1) 在物理层中，只对信源与信宿进行基本概念的考察。

(2) 在数据链路层中，去掉了对单帧、多帧滑动窗口的考察。

(3) 在网络层中，去掉了组播路由算法。

与去年考纲相比，知识点变化并不明显，但考察的侧重点有所改变。

部分知识点被删除，其中计算机网络部分删除较多。

对数据结构部分要求明显提高，更加注重知识的应用和分析问题的能力。

二、重难点解析(一) 数据结构(1) 线性表部分由于比较简单，又是整个数据结构的基础，所以考察的内容会比较细致。

对于线性表灵活运用的程度要求较高。

复习时，应充分理解线性表的顺序存储，链式存储(单链表、静态链表、循环链表、双向链表)。

熟练掌握初始化、插入、删除等基本操作。

此部分，有可能出大题的地方：集合求并、一元多项式求和。

(2) 栈、队列和数组时数据结构的重要工具，考查重点偏向于应用。

对于具体的定义的方式简单清楚就可以，重点是理解栈、队列的特点，熟练掌握栈、队列的一些经典的应用，在编程题中，常常会用到栈、队列数组作为工具。

考研计算机组成原理计算机组成原理是计算机科学与技术领域的基础课程之一。

它涵盖了计算机硬件的各个方面，包括计算机的基本组成部分、数据的表示、存储器和存储体系的设计、指令系统和指令执行、中央处理器（CPU）的设计与控制、输入输出（IO）系统以及计算机总线等。

本文将重点介绍一些计算机组成原理的基本概念和知识点。

首先，计算机的基本组成部分包括中央处理器（CPU）、存储器和输入输出设备。

中央处理器是计算机的核心部件，负责执行各种指令并进行数据处理。

存储器用于存储指令和数据，分为主存储器（RAM）和辅助存储器。

输入输出设备用于与外部环境交互，例如键盘、鼠标、显示器和打印机等。

数据的表示是计算机组成原理中的重要概念。

计算机中的数据以二进制形式表示，其中最基本的单位是位（bit），用0和1表示。

多个位可以组成更高级别的数据单位，如字节（byte）、字（word）和双字（doubleword）等。

不同类型的数据可以使用不同的数据表示方法，如整数、浮点数和字符等。

存储器和存储体系是计算机组成原理中的关键内容。

存储器分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

RAM是一种易失性存储器，以二进制形式存储数据，可读写。

ROM是一种非易失性存储器，它存储了计算机的启动程序和固件等数据。

指令系统和指令执行是计算机组成原理中的核心内容。

指令系统定义了计算机的各种指令集，包括指令的格式和功能等。

指令执行是指计算机按照指令执行相应的操作，如算术运算、逻辑运算和数据传输等。

中央处理器（CPU）是执行指令的关键部件，它由运算器、控制器和寄存器等组成。

计算机的输入输出（IO）系统是计算机组成原理中的重要部分。

它负责将计算机与外部设备连接起来，实现数据的输入和输出。

输入输出设备通过接口与计算机系统相连接，并通过IO控制器进行数据传输和控制。

最后，计算机的总线是计算机组成原理中的重要概念。

总线是计算机内部各个部件之间进行通信和数据传输的路径。

计算机网络高传善课后答案【篇一：计算机统考教材与参考书】计算机专业基础综合复习书目一、数据结构★严蔚敏、吴伟民编著：《数据结构（c语言版）》，清华大学出版社★严蔚敏、吴伟民编著：《数据结构题集(c语言版)》，清华大学出版社二、计算机组成原理★唐朔飞编著：《计算机组成原理》，高等教育出版社，1999年版★唐朔飞编著：《计算机组成原理学习指导与习题解答》，高等教育出版社，2005年9月★白中英主编：《计算机组成原理》，科学出版社三、操作系统★汤小丹、梁红兵、哲凤屏、汤子瀛编著：《计算机操作系统(第三版)》，西安电子科技大学出版社★梁红兵、汤小丹编著：《计算机操作系统》学习指导与题解(第二版)，西安电子科技大学出版社，2008年9月四、计算机网络★谢希仁编著：《计算机网络(第5版)》，电子工业出版社★高传善、毛迪林、曹袖主编：《数据通信与计算机网络（第2版）》，高等教育出版社说明：★为首推书；出版年份不需要严格要求，一般是越新越好，关键以出版社和作者为主要参照。

相关参考辅导书：★本书编写组：《2011计算机考研大纲解析——全国硕士研究生入学统一考试计算机专业基础综合考试大纲解等教育出版社，2010年8月★上海恩波学校，上海翔高教育计算机统考命题研究中心暨培训中心编著：《计算机学科专业基础综合复习旦大学出版社，2010年9月★巩微、冯东晖主编：《2011年考研计算机学科专业基础综合考试全真模拟试题集》，原子能出版社，2010年★阳光考研命题研究中心编写：《2011年考研计算机科学专业基础综合考试教程》，中国人民大学出版社，20说说：一、数据结构1.教材：《数据结构》严蔚敏清华大学出版社2.辅导书：《算法与数据结构考研试题精析（第二版）》机械工业出版社二、计算机组成原理1.教材：《计算机组成原理》唐朔飞高等教育出版社《计算机组成原理》白中英科学出版社2.辅导书：《计算机组成原理考研指导》徐爱萍清华大学出版社《计算机组成原理--学习指导与习题解答》唐朔飞高等教育出版社三、操作系统1.教材：《计算机操作系统(修订版)》汤子瀛西安电子科技大学出版社2.辅导书：《操作系统考研辅导教程(计算机专业研究生入学考试全真题解) 》电子科技大学出版社四、计算机网络1.教材：《计算机网络(第五版)》谢希仁电子工业出版社2.辅导书：《计算机网络知识要点与习题解析》哈尔滨工程大学出版社【篇二：《计算机网络》教学大纲】t>中文名称：计算机网络课程编号：课程类型：专业基础课学时：总学时 80（含20学时实验）学分：适用对象：计算机相关专业本科生主讲教师：孙家启使用教材：谢希仁，计算机网络教程，人民邮电出版社，2002课程教学大纲一、课程性质、目的和任务1. 本课程是计算机相关专业必修的一门专业基础课程。

3.3考研真题详解1．假定一台计算机采用3通道存储器总线，配套的内存条型号为DDR3-1333，即内存条所接插的存储器总线的工作频率为1333MHz、总线宽度为64位，则存储器总线的总带宽大约是（）[2019年408统考]A．10.66GB/sB．32GB/sC．64GB/sD．96GB/s【答案】B【解析】首先总线的宽度为64bit，即8字节（Byte），则采用三通道的存储器总线的总带宽为8×1333×3=31.992≈32GB/s2．在系统总线的数据线上，不可能传输的是（）。

[2011年408统考]A．指令B．操作数C．握手（应答）信号D．中断类型号【答案】C【解析】握手（应答）信号属于通信联络控制信号应该在通信总线上传输，不可能在数据总线上传输。

而指令、操作数和中断类型号都可以在数据线上传输。

3．下列选项中，在I/O总线的数据线上传输的信息包括（）。

[2012年408统考]Ⅰ．I/O接口中的命令字Ⅱ．I/O接口中的状态字Ⅲ．中断类型号A．仅Ⅰ、ⅡB．仅Ⅰ、ⅢC．仅Ⅱ、ⅢD．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ【答案】D【解析】在程序查询方式中，向I/O接口发出的命令字和从I/O接口取回的状态字，以及中断方式中的中断类型号（确定相应的中断向量）都是通过I/O总线的数据线传输的。

4．假设某系统总线在一个总线周期中并行传输4B信息，一个总线周期占用两个时钟周期，总线时钟频率为10MHz，则总线带宽是（）。

[2009年408统考]A．10MB/sB．20MB/sC．40MB/sD．80MB/s【答案】B【解析】总线带宽是指单位时间内总线上可传输数据的位数，通常用每秒钟传送信息的字节数来衡量，单位可用字节/秒（B/s）表示。

根据题意可知，在两个时钟周期内传输了4B的信息。

时钟周期=1/(10MHz)=0.1µs，也就是每0.2µs可以传输4B的信息，故每秒可以传输的信息数为4B/(0.2)us=4B/0.2×10-6s=20MB/s。

计算机组成原理考研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，作为计算机考研的知识点之一，它涉及到计算机的硬件结构、指令系统、运算器、控制器、存储器、输入输出设备等方面的内容。

本文将对计算机组成原理的知识点进行总结。

一、计算机系统结构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，而软件则包括操作系统、应用程序等。

计算机硬件可以分为运算器、控制器和存储器三部分，它们共同协作完成计算机的各种任务。

二、指令系统指令系统是计算机中的指令集合，用于规定计算机能够执行的操作。

指令系统包括机器指令的格式和指令的编码方式。

机器指令格式包括操作码、操作数、寻址方式等内容。

指令的编码方式有定长编码和变长编码两种方式。

三、运算器运算器是计算机的主要执行部件，负责进行各种算术和逻辑运算。

运算器包括算术逻辑单元（ALU）和寄存器。

ALU是进行算术和逻辑运算的核心部件，寄存器用于存储运算中的数据和结果。

四、控制器控制器是计算机的指挥部，负责协调指令的执行和各个部件的工作。

控制器包括指令寄存器、程序计数器、指令译码器等。

指令寄存器用于存储当前执行的指令，程序计数器用于存储下一条将要执行的指令的地址，指令译码器用于解析指令的操作码和操作数。

五、存储器存储器用于存储计算机运行时的指令和数据。

存储器包括主存储器和辅助存储器。

主存储器是计算机中运行速度最快的存储器，用于存储当前运行的程序和数据。

辅助存储器包括硬盘、光盘等，用于长期存储数据。

六、输入输出设备输入输出设备用于与外部环境进行信息交互。

输入设备将外界的信息输入到计算机中，包括键盘、鼠标、扫描仪等；输出设备将计算机处理的结果输出到外界，包括显示器、打印机、音响等。

七、总线总线是计算机中各个部件之间传输数据和信号的通路。

总线可以分为数据总线、地址总线和控制总线。

数据总线用于传输数据，地址总线用于传输数据的地址，控制总线用于传输控制信号。

计算机组成原理考研指定教材习题解答《计算机组成原理》考研指定教材习题解答李淑芝欧阳城添江西理⼯⼤学计算机科学与技术教研室2013.9⽬录第1章计算机系统概论 (1)第2章计算机的发展及应⽤ (6)第3章系统总线 (8)第4章存储器 (13)第5章输⼊输出系统 (32)第6章计算机的运算⽅法 (44)第7章指令系统 (65)第8章 CPU的结构和功能 (70)第9章控制单元的功能 (78)第10章控制单元的设计 (85)第1章计算机系统概论1.1 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：计算机系统由硬件和软件两⼤部分组成。

硬件即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，如主机、外设等。

软件是看不见摸不着的，由⼈们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，⽤来充分发挥硬件功能，提⾼机器⼯作效率，便于⼈们使⽤机器，指挥整个计算机硬件系统⼯作的程序、资料、数据集合。

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。

1.2 如何理解计算机系统的层次结构？解：（1）第⼀级：实际机器M1 (机器语⾔机器)，机器语⾔程序直接在M1上执⾏；（2）第⼆级：虚拟机器M2（汇编语⾔机器），将汇编语⾔程序先翻译成机器语⾔程序，再在M1-上执⾏；（3）第三级：虚拟机器M3(⾼级语⾔机器)，将⾼级语⾔程序先翻译成汇编语⾔程序，再在M2、M1（或直接到M1）上执⾏；（4）第零级：微程序机器M0（微指令系统），由硬件直接执⾏微指令。

（5）实际上，实际机器M1和虚拟机器M2之间还有⼀级虚拟机，它是由操作系统软件构成，该级虚拟机⽤机器语⾔解释操作系统。

（6）虚拟机器M3还可以向上延伸，构成应⽤语⾔虚拟系统。

1.3 说明⾼级语⾔、汇编语⾔和机器语⾔的差别及联系。

解：机器语⾔由0、1代码组成，是机器能识别的⼀种语⾔。

⽤机器语⾔编写程序时要求程序员对他们所使⽤的计算机硬件及其指令系统⼗分熟悉，编写程序难度很⼤，操作过程也极易出错。

万学海文2011年考研计算机大纲变化详解：操作系统（五）万学教育·海文考研专业课教研中心计算机教研室田启隆一、操作系统考查目标今天我们来解析一下计算统考大纲操作系统部分的知识点。

操作系统的研发能力很能够体现计算机软件发展的水平，因此操作系统是计算机课程体系里很重要的一门专业核心基础原理课程。

在考研大纲里，操作系统占了35分，次于数据结构和组成原理，但高于计算机网络。

总的来说，操作系统实际上是四门考察课程里最简单的。

除了PV操作这一大难点，基本没有其它特别难的原理或复杂的算法。

重要的是区分清楚各个不同的算法，不要混淆。

复习参考书推荐国内操作系统最经典的教材，西电汤子瀛版的《操作系统》。

很多高校都在使用这本书做操作系统课程的教材或者课内参考书，计算机考研统考大纲也和这本书的目录比较一致，建议大家复习时采用。

操作系统在大纲中的考查目标是了解操作系统在计算机系统中的作用、地位、发展和特点；理解操作系统的基本概念、原理，掌握操作系统设计方法与实现技术；能够运用所学的操作系统原理、方法与技术分析问题和解决问题。

这些和10、09年大纲相比都没有发生变化。

事实上，大纲操作系统部分列出要考查的知识点的变化也很小，只是做了一些微小的调整。

二、操作系统考点解析操作系统概述这一章出现大题的可能性微乎其微。

选择题中常出现的点主要是这些：操作系统的定义，引入单道批处理系统、多道批处理、分时系统、实时系统的原因，这些不同阶段的操作系统共的特征如何，相互之间的差别在什么地方；操作系统的基本特征和功能；操作系统的运行环境。

进程管理是重点和难点之所在。

考点既可以出现在选择题中，又可以出在综合应用题中。

按照大纲考点的顺序，诸如进程的概念、基本特征、组成结构，进程与程序的区别与联系，进程的状态及其相互转换的条件及过程，进程间的通信方式，线程的定义以及和进程的区别与联系，调度的基本概念、时机、切换过程和各种调度算法，进程同步相关的概念，实现同步与互斥的机制，信号量和PV操作，管程的基本组成结构和运行过程，死锁的基本概念，死锁产生的四个必要条件，预防、避免、检测和解除死锁的原理与方法，这些点都可以出现在选择题中进行考查。

计算机组成原理（考研+期末）重点知识点总结一、Ch01&02: 概论与数据表示●计算机系统组成1.硬件系统●冯·诺依曼思想●提出使用二进制作为计算机数制基础|●二进制运算规则简单●0/1状态更容易用物理状态实现●适合采用布尔代数方法实现运算电路●存储程序将程序存放在计算机的存储器中●程序控制计算机中控制器逐条取出存储器中的指令并按顺序执行●五大部件●运算器运算器完成算术运算，逻辑运算●控制器控制器控制指令的执行，根据指令功能给出实现指令功能所需的控制信号●存储器主存储器存放程序及数据●输入设备●输出设备●系统互联总线（Bus）是连接两个或多个设备的公共通信线路2.软件系统●应用软件●系统软件●操作系统●固件（Firmware）固化的软件，兼具硬件和软件的特性，如BIOS3.层次结构●高层是底层功能的扩展，低层是高层的基础●计算机性能指标与评价1.非时间指标●字长CPU一次操作能处理的最大数据位宽，一般与寄存器、运算器、数据总线的位宽相等●主存容量主存能存储的最大信息量，一般用MxN表示（M表示存储单元数，又称子容量；N表示每个存储单元存储的二进制位数，也称位容量）2.与时间有关的性能指标●时钟周期时钟周期是计算机中最小最基本的时间单元，在一个时钟周期内CPU完成一个最基本的动作时钟周期是时钟频率的倒数，也称节拍周期或T周期，随着主频的提高时钟周期将变短●CPI（Clock Cycles Per Instruction）执行每条指令所需要的平均时钟周期数●计算机数据表示1.进制转换●十进制转二进制真值●整数部分除2取余，倒着取，直到商为0为止●小数部分乘2取整，正着取，直到满足位数或小数部分为0为止2.数值编码●真值用正负号+/-表示正负的二进制数值●机器码将符号和数值一起编码表示的二进制数●原码符号位0正1负，数值位不变●表示区间●定点小数●定点整数●反码符号位与原码相同，数值位上正数与原码相同，负数为原码取反●表示区间与原码一致●补码●模的概念a ≡b (mod m) 模为m●时钟原理：表示负数时可以使用模的性质转换成正数，即把减法变成加法●负数的补码可以用模数加上该负数获得●有字长限制的二进制运算为有模运算，模数为最高位进位的权值●计算机中补码的定义●设定点小数x0.x1x2...xn 其中x0为符号位，该数模数为最高位进位2●根据补码定义可知●扩展至n位定点整数而言●求补码的简便方法●反码法（适合机器运算）当X为负数时，补码等于反码末位加1当x为正数时，补码与原码一致●扫描法（适合手工计算）当X为负数时，对真值部分从右到左扫描，右起第一个1及其右边的0保持不变，左边的真值位全部取反●移码●只能用于定点正数的表示，通常用于表示浮点数的阶码●移码与补码只有符号位相反，其余全相同3.浮点数表示●二进制浮点数采用了类似十进制科学计数法的表示方法●阶码E（Exponent）是定点整数，用移码表示●尾数M（Mantisa）是定点小数，用补码表示●浮点数表示范围●IEEE754标准4.汉字区位码●GB2312编码●双字节编码，16位，其中两个字节的最高位都是1，实际有14位编码空间●实际没有填满，使用94x94的矩阵表示所有汉字字符，矩阵的每一行称为“区”，每一列称为“位”●转换公式：区位码 + A0A0H = GB2312编码●汉字机内码计算机内部存储的汉字编码，如GB系列编码●汉字输入码（外码）使用英文键盘输入汉字的编码，即输入方案●流水码●音码（拼音）●形码（五笔）●音形码●汉字字形码（输出码）输出汉字的图形点阵数据，字形码按区位码排列的二进制文件称为汉字库●数据校验1.码距与校验●校验码在原始数据中引入部分冗余信息用于校验●码距/海明距离一个编码集内两个不同编码对应二进制位不同的个数●校验码的目的在于提高编码集中最小码距●码距越大，抗干扰能力越大，纠错能力越强，数据冗余越大，编码效率越低2.奇偶校验●冗余位：1位校验位P●检验串中1的个数●检错位G=1一定出错●只能提供奇数位错误的检错3.二维奇偶校验/交叉奇偶校验●将一个串分成很多等长的子串，按行分布在二维矩阵里，同时进行行和列的奇偶校验●一个数据位参加多个检验组，发生错误可在多个检测码中反馈4.海明校验5.CRC循环冗余校验●模2运算不考虑进位和借位的运算●生成步骤●1. 将原数值M左移r位得到R●2. 找一个r+1位的二进制串G●3. 用模2除法求R除以G得到的余数填在右边的空白r位上就是冗余码部分●解码将校验码除以生成多项式（约定的二进制串G）后余数为0表示数据正常二、Ch03: 运算器●定点加减法运算1.运算定义●补码加法●补码减法2.溢出检测●监测符号位：正正得负 & 负负得正 -> 溢出●监测进位：符号位进位与数值位进位不同为溢出●双符号位：将符号位扩展成两位进行运算●若相加后两个符号位不同为溢出●符号位最高位永远是正确符号位3.逻辑实现●全加器（FA）带进位的一位加法器●逻辑表达式●逻辑电路●半加器（HA）没有进位输入●多位串行加法器●先行进位加法器●定点乘法运算1.原码一位乘法●符号位：异或●真值部分：普通竖式运算●部分积使用累加寄存器存储2.补码一位乘法●符号位参与运算，可以采用单符号位，双符号位用于溢出检验●运算步骤●先写出[X]补，[-X]补，[Y]补备用，画出运算表格，注意[Y]补要在最右边扩充一个0●判断乘数[Y]补最后两位，决定部分积加哪个数●01：[X]补●00/11：0●10：[-X]补●将部分积和乘数都右移一位，注意左边移出的位接在右边●部分积是算术右移，即符号位扩展右移，且右边没有限制●乘数右边是位宽墙，不需要扩展●重复上述步骤直到乘数不足一位，将最终结果与移出位拼起来形成答案●浮点运算1.浮点加减法运算●阶码和尾数均采用补码表示●对阶：使两浮点数阶数相等，尾数就可以直接相加●规则：小阶向大阶看齐小阶放大，尾数减小，右移损失的是影响较小的低位●步骤●求阶差：减法运算●尾数移位●保留附加位移除的低位部分（的最高位），作为附加位参与中间运算提高精度●通常保留三个保留附加位，从右到左排序（高位到低位）●保护位●舍入位●粘位舍入位右侧还有数则粘位为1，否则为0●尾数运算●结果规格化目的是保证浮点数编码唯一性，真值格式是数据位的最高位一定是1●规格化方法●左移规格化（左规放大）●绝对值小于0.5需要放大●移动（逻辑左移，补0）多少位阶码减多少●注意符号位一起移●右移规格化（右规减小）●绝对值超过1，发生上溢●只需要算术右移（保留符号位）一位，阶码+1●舍入●末位恒置1法只要移位丢失的位中有一位是1，结果末位就是1●0舍1入法丢失位最高位若是1则将尾数末位+1●舍入可能破坏规格化结果，因此需要再次规格化●溢出判断●只有阶码移除才算溢出●当阶码符号位为01或10时结果溢出●IEE754浮点数●阶码用移码表示，尾数用原码表示，且尾数的最高位隐藏●对阶和规格化采用移码的计算规则●尾数隐藏位参与运算，采用原码运算规则2.浮点乘法运算●第一步：阶码相加●第二步：尾数相乘●第三步：规格化舍入三、Ch04: 存储系统●存储系统概述1.存储器的分类●按存储介质●磁存储器包含机械装置，体积大，速度慢，成本低●半导体存储器了解其是什么，不必掌握原理●双极型存储器●MOS存储器●静态MOS存储器（SRAM）●动态MOS存储器（DRAM）●光存储器（光盘）●按存储方式●随机存储器（RAM，Random Access Memory）根据地址随机读写数据单元，访问时间与访问位置顺序无关半导体存储器是随机存储器●顺序存储器（SAM，Sequential Access Memory比如磁带存储器●直接存储器（DAM，Direct Access Memory）不需要顺序搜索就能直接存取信息，兼具RAM和SAM的特性（根据地址读写，但时间和位置并非完全没有关系）磁盘是DAM，由于机械结构的延迟导致其时间和磁头与目标扇区的距离有关●按可写性●读写存储器●只读存储器（ROM，Read-Only Memory）●按可保存性●易失性存储器●非易失性存储器●按功能和速度●寄存器存储器●高速缓冲存储器（高速缓存Cache）隐藏在寄存器和主存之间的高速小容量存储器，用于存放CPU常用或即将使用的指令和数据，一般由SRAM构成，用于缓冲CPU寄存器和主存之间的性能差异●主存储器（主存）CPU除寄存器外唯一能直接访问的存储器，用于存放指令和数据，通过地址直接、随机地读写主存主存一般是半导体存储器，但还包括BIOS和硬件端口等●外存储器（外存/辅助存储器）容量大，但速度块，如磁盘、磁带、光盘、网络存储阵列等2.存储器性能指标●存储容量●位表示法用存储器中存储单元总数与存储字长（每个单元的位数）的乘积表示，如1K*4位（K=1024）●字节表示法带B表示法，1B=8位●存取速度●存取时间（访问时间）启动一次存储器操作到操作完成的时间，注意读写时间可能不同（DRAM读慢写快，闪存读快写慢）●存取周期连续启动两次操作之间最短的间隔时间，略大于存取时间对于主存而言，周期除了包括存取时间还包括状态恢复时间●存储器带宽单位时间内存储器能传输的信息量，与存储时间的长短和一次传输的数据位多少有关一般来说，存取时间越短，数据位宽越大，存储带宽越高3.存储系统层次结构4.DRAM刷新●刷新的概念定期补充电荷以避免电荷泄露（泄露电流）引起的信息丢失●刷新周期●刷新周期是存储器实际完成两次完整刷新的时间间隔●最大刷新周期：信息存储到数据丢失之前的时间间隔●按行刷新动态存储器的刷新按行进行●减少存储矩阵的行数，增加列数，可以减少刷新周期●刷新地址由刷新地址计数器产生，而不是CPU发出，位数与存储芯片的行数有关●每个刷新周期内，刷新地址计数器从0到最大值循环遍历一次●刷新时DRAM不能响应CPU访问，称为死时间●刷新方式由于CPU和内存刷新控制器存在内存争用问题，由不同的解决方案决定了不同的刷新方式●集中刷新●最大刷新周期：2ms●在数据丢失之前集中刷新所有行，即一个最大刷新周期的时间的最后部分全部用于刷新，其余时间用于读写●存在死区（集中刷新的区段CPU长时间无法访问），用于实时要求不高的场合●分散刷新●最大刷新周期：2ms●一次读写操作后紧跟着一个刷新操作，一个读写+刷新操作被称作一个存储周期●刷新次数过多，浪费了时间，用于低速系统●异步刷新（最常用）●最大刷新周期：2ms●各刷新周期分散地安排在一个最大刷新周期中●假设存储矩阵有有128行，每隔2ms/128=15.5微秒刷新一行,将128次刷新分散●主存系统1.主存特征●基本结构●空间逻辑上可以看作一个一维数组，每个数组元素存储一个m位的数据单元，主存地址就是数组的下标索引●硬件结构由存储体（DRAM）和外围电路（包括译码器、数据寄存器和读写控制电路构成）●存储体有2^n个m位的存储单元●地址译码器接受来自CPU的n位地址信号，转换成2^n根地址译码信号，其中每根译码信号都连接一个存储单元，2^n个译码信号中有且只有一个信号有效●数据暂存器暂存CPU送来写入的数据或主存读出的数据●读写控制电路接受CPU的读写控制信号，决定存储器的读写模式●数据存放●存储字长主存中每个存储单元存储的位数●数据字长（字长）计算机一次能处理的二进制位数，存储字长和数据字长不一定相同●地址访问模式存储字长都是字节（8-bit）的整倍数，通常按字节编址●字节地址（8位）●半字地址（16位）●字地址（32位）●小端（Little-Endian）存储数字中低位先存（在地位内存），大端存储与之相反●边界对齐●跨n个字节地址的变量访问需要消耗n个存取周期●对齐后访问速度高，不对齐节约主存空间2.主存的组织与CPU连接●存储器扩展左侧是4片2K x 2位的字长扩展右侧是4片8K x 8位的字数扩展●位扩展（DBUS，字长扩展/数据总线扩展）适用于存储芯片的数据总线位宽小于CPU数据总线位宽●各芯片同时并行工作●字扩展（ABUS，字数扩展/容量扩展/地址总线扩展）适用于存储芯片的单元字长小于要求的存储单元字长●CPU给出地址后，经译码器片选后，同一时刻只有一个芯片在工作●综合扩展●考察重点●根据要求对存储器的组合●不同存储器之间的关系（串联OR并联/多合一OR一分多）3.并行主存系统●SDRAM（同步DRAM，Sync Dynamic Random Access Memory）●普通DRAM的访问过程是CPU给出地址和控制信号 -> 经过存取时间后完成操作，存取时间内CPU只能等待●同步DRAM与CPU的数据交换时钟信号同步，不需要等待●DDR（Double Data Rate）SDRAM●在时钟周期的上/下沿各进行两次数据传输●DDRn代表2^n路总线，提升总带宽●双端口存储器双端口存储器有两组相互独立的端口，分别可独立地进行读写操作●两个端口地址不同时，不会发生冲突，可以并行读写●两个端口地址相同时，发生冲突●每个端口有一个阻塞标志BUSY，置0时表示阻塞，置1表示复位●冲突发生时由逻辑判断哪个端口优先操作，并将另一个端口置0，优先端口操作完成后再复位另一个端口，继续操作●多通道内存技术组织方式与存储扩展中的字长扩展方式一致（并联）●单体多字存储器（联动模式）多个存储模块共享地址总线，因此读取一个地址时可以并行读取到多个模块中同一地址的单元，从而实现在一个周期内访问多个存储字，m个存储模块可以提升m倍带宽●所有存储模块同步并发，共用同一个地址寄存器●单存储周期访问多个存储字，数据线为合并结果●性能线性增长，总线位宽变换●要求内存的容量、频率、时许完全一致●多体多字存储器（非联动模式）两个模块之间通过独立的片选信号、地址总线和读写控制线，数据总线也彼此独立，因此两根内存不需要同步，但仍是并发工作●多体单字存储器（多体交叉存储器/编址方式）由多个容量、存取速度相同的存储模块构成，但彼此之间不是并发运行，根据其编址方式的不同进行分类（把地址中哪一部分交给选片器）●高位多体交叉（顺序编址）●多模块串行，相邻地址在同一存储体内先顺着编完一个模块，再编下一个模块●可以扩充容量，但由于程序具有局部性和连续性的特点，往往会导致一个存储体访问频繁而其他存储器空闲●方便故障隔离，无性能提升●低位多体交叉（交叉编址）●多模块流水并行，相邻地址在不同存储体中●可以扩充容量并提升性能（减少恢复时间的影响）●适合突发的顺序访问，是带cache的主存（SDRAM和多通道内存）编址模式●考察重点：不同编址方式下的带宽计算（时间）●存储周期公式：T=nt●T=存储模块的存储周期●n=交叉模块数（通常为2的幂次方）●t=总线的反应时间/存储体切换时间●顺序编址读写时间：t总=nT●T=存储周期●n=读写的存储字个数●交叉编址读写：t总=T+(n-1)t●T=存储周期●n=读写的存储字个数●t=最短反应时间●带宽：W=B*n/t总●B=总线位宽度●n=读写的存储字个数●t总=读写总时间4.高速缓冲存储器（cache）SRAM相比DRAM速度更快，但容量小、功耗大、价格高，可用于缓冲（cache），缓解主存与CPU之间的性能差异，推而广之，一切有性能差异的地方都可以有cache●cache 工作原理●根据SRAM中cache块的大小，将主存进行分块（块大小与cache块大小相同），并对主存块进行编号●使用cache的理论依据：程序局部性在一段时间内，整个程序的执行仅限于程序中的某一部分，而执行程序所需的指令也仅限于某个存储区域●时间局部性（反复调用）当程序访问一个存储位置时，该程序在未来可能被多次访问（如循环体）●空间局部性（连续存放）一旦程序访问了某个存储单元，其临近的存储单元大概率也即将被访问（代码、数组等数据在主存中均按顺序存放）●cache 读操作流程●CPU接受要读取的地址，解码并在cache中查找地址●如果命中，则根据地址读出cache中数据并返回CPU●如果缺失，则为缺失的数据分配cache块（可能发生块替换），载入内容并更新cache，然后再读取数据返回CPU●cache 写操作流程●CPU接受地址，解码并在cache中寻找对应地址●若查找命中，则直接进行数据写入；若查找缺失，则根据是否采用写分配法进行下一步操作●写分配法（Write-Allocate）需要先将数据块载入cache，重新进行写命中流程●非写分配法则直接将数据写入主存●在写命中后，将数据写入到cache中●若采用写回（Write-Back, WB）策略，则将该cache行的修改位（脏位，Dirty Bit）置为1，并在该cache块被替换时才会将修改写入主存●若采用写穿（Write-Through, WT）策略（又称直写法），当写命中时，同时修改cache和主存中的同一数据块多CPU/多核系统下，各CPU都有自己的cache，因此这种情况下写穿法无法保证其他CPU中cache的同步更新●cache 相关术语●数据命中（Hit）CPU访问的数据在cache中找到●命中访问时间 tc命中时数据访问所需的时间，包括查找时间和cache访问时间●数据缺失（Miss）CPU访问的数据不能在cache中找到●缺失补偿（Miss Penalty）数据缺失时访问所需时间，包括查找时间、主存访问时间和cache访问时间，其中主存访问时间占大头，通常用tm表示●数据块（Block）cache和主存都被分为若干固定大小的数据块（cache和主存中块大小相同），每个块包含若干字（节），以块为单位交换数据，这也是一种预读策略●进行分块后，主存和cache地址都可以用块地址（序号）:块内偏移地址（偏移字节数）的二维地址空间进行描述●命中率（Hit Ratio）h=Nc/(Nc+Nm)某程序运行期间，命中cache的次数比上访问主存的总次数●缺失率（Miss Ratio）1-命中率●平均访问时间 ta = htc + (1-h)tm●访问效率 e = tc/ta●各种因素间的关系●cache 命中率与容量的关系●块容量与命中率的关系空间局部性越好，时间局部性越差●地址映射方式与命中率的关系●cache 行/槽（Line/Slot）将一个cache数据块和相关的标记标志信息合称一个cache行●cache 关键技术●数据查找（Data Identification）如何快速判断数据是否在cache中●全相联映射中使用相联存储器（Content Addressable Memory, CAM）实现快速查找●CAM是一种直接按内容进行访问（输入的不是地址而是要查询的key）的存储器，用于存放查找表，其基本存储数据单元是键值对●硬件成本高（比较器多），通常用于存放查找表/全相联cache●存储容量=查找表容量=表项数*表项大小cache中用于存放块表，虚拟存储器中用于存放段/页表●CPU片内缓存●查找表与缓存副本一体●存放cache行（有效位+主存块序号+数据块副本）●片外缓存/片内查找表●查找表与缓存副本分离●只存放查找信息（有效位+主存块序号+cache块地址）●读逻辑实现●Valid位用于判定当前键值对是否有效（若无效直接不输出）●所有存储单元中的Key要与输入的关键字进行并发比较，有n个存储单元就有n个比较器●所有比较器的输出结果取或，输出为Hit结果●将每个比较器的输出结果输入三态门控制端，若Hit成功则输出对应Value●地址映射（Address Mapping）如何将主存数据放入cache行中●全相联（Full Associative Mapping）映射全相联模式下，主存中每一个数据块都可以放入cache中的任意数据块（任意行）中●新的主存数据块可以载入cache中的任意一个空行，只有cache满时才会进行替换，因此利用率最高，但需要CAM提供的快速查找功能，查找成本较高●优点：映射灵活，cache利用率高，冲突率低，命中率高●缺点：淘汰算法复杂，查找成本高●主存地址分为主存块地址/序号（tag，长度为s）和块内偏移量（offset，长度为w）两部分●cache块（数据块副本）应与主存中数据块大小相同，即容纳偏移量最大值数量的字节数，因此cache块大小为2^w字节●主存容量对应为2^(s+w)字节●所有cache行的实际容量为 n*(1+s+8*2^w)位●n：cache行数●1：每行有效位●s：每行tag部分（主存块序号）●8*2^w：数据块容量从字节转换成位●逻辑硬件实现假设cache块大小为4W(=4*16Bit)，共8行主存按字访问，地址长度为9位，采用全相联映射●块大小为4W，且读取单位是字（W），则偏移地址为0~4，则w=2●tag部分由于地址总长度为9位，则s=9-2=7●其后过程与CAM类似，只是需要使用偏移地址选择最后的输出●查找表和数据块副本分开存放，用相联存储器连接●直接相联（Direct Mapping）直接相联模式下，每一个（类）主存块地址（序号）只能映射到cache中固定的行●映射规则：cache块号 i = 主存块号 j mod (cache行数 n)上述规则等价于将主存按cache总大小进行分区，每个分区中包含的数据块数量与cache行数相同，每个分区中的数据块只能填入对应序号的cache行中●主存地址可以细分为区地址（tag）、区内行索引（index）和偏移地址（offset）三部分●tag字段表示主存中分区的序号（查找标记）●index字段表示当前分区下cache行的序号●offset与全关联相同●cache的实际容量为n*(1+s-r+8*2^w)位●s是块地址总长度，r是行索引长度，s-r是区地址长度（直接相连cache只用存储区地址用于查询）●硬件逻辑实现●由于主存块只能放置在index对应的cache行中，因此不需要全相联查找，也不需要将查找表放在CAM中，直接通过index就可以访问对应数据●结构中没有相联存储器，所有cache行共用一个比较器●查找表和数据副本一起存放，无需相联存储器●优点是映射速度快，查找成本低，替换算法简单；缺点是命中率低，易冲突导致cache利用率低●组相联（Set Associative Mapping）组相联映射是将直接相联映射和全相联映射两种方式的折中，既能提高命中率，又能降低查找硬件的开销●k-路组相联将cache分成固定大小的组，每组有k行●主存数据块首先采用直接相联映射的方式定位到cache中固定的组，映射规则为cache组号 = 主存块号 mod (cache组数)等价于把k组cache块看成一个数据块进行映射，其中具体某一块的映射则由完全映射决定●然后采用全相联映射到组内任何一个cache行●主存地址可以分为标记字段（tag），组索引（index）和块内偏移（offset）三部分●tag字段与直接相联中分区序号类似●index字段是cache组的索引，即映射规则中得到的余数●cache的实际容量为 kn*(1+s-d+8*2^w)位●k为k路中的每组行数●n为cache组数●s-d是标记位长度●逻辑硬件实现●直接相联映射让数据查找的范围快速缩小到一个cache组，大大减少了查找范围，降低了硬件开销；组内采取全相联映射规则，避免了高冲突率，提高了cache的命中率●k路组相联只需要k个并发比较器●大容量cache可采用直接映射方式（cache够大可以提升命中率），小容量cache一般采用全相联映射或组相联映射●替换策略（Placement Policy）cache满后如何处理●先进先出法（FIFO）●最近不经常使用方法（LFU，Least Frequent Used）每行设置一个计数器，统计自处理器启动以来每个cache行的调用次数，当需要替换时替换掉调用次数最少的行。