计算机组成原理重点整理

计算机组成原理知识点1. 冯·诺依曼体系结构：计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。

2. 运算器：计算机的核心部分，负责执行各种算术运算和逻辑运算。

3. 控制器：负责控制指令的执行次序和操作，包括指令的获取、解码和执行。

4. 存储器：用于存储计算机程序和数据，包括主存储器（RAM）和辅助存储器（硬盘、固态硬盘等）。

5. 输入设备：用于将外部数据或指令输入到计算机，包括键盘、鼠标、扫描仪等。

6. 输出设备：用于将计算机处理后的结果输出到外部，包括显示屏、打印机、音响等。

7. 指令集：计算机能够执行的全部指令的集合。

8. 指令的执行过程：指令的获取、解码、操作和存储四个步骤。

9. 计算机的时钟：用于统一各个部件的工作节奏。

10. 运算器的设计：包括算术逻辑单元（ALU）和寄存器的设计。

11. 控制器的设计：包括指令寄存器、程序计数器和指令译码器的设计。

12. 存储器的分类：根据访问方式可以分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

13. 存储器的层级结构：由高速缓存、主存储器和辅助存储器组成，速度逐级递减，容量逐级递增。

14. 输入输出控制方式：包括程序控制方式、中断方式和直接存储器访问方式。

15. 总线的作用：用于数据和控制信息在计算机各个部件之间传输。

16. 总线的分类：根据传输数据的方式可以分为数据总线、地址总线和控制总线。

17. 中央处理器（CPU）的功能：包括指令的获取、解析、运算和存储。

18. 中央处理器的核心部分：由运算器和控制器组成。

19. 中央处理器的指令周期：包括取指周期、执行周期和存储周期。

20. 中央处理器的性能指标：包括时钟频率、主频和执行速度。

21. 程序和指令：程序是指一系列有序的指令集合，指令是计算机能够识别和执行的最小指令单元。

22. 计算机的存储方式：包括字节顺序、地址分配和寻址方式。

23. 输入输出设备的原理：包括数据传输、数据缓冲和数据控制。

冯.诺依曼机的基本特点：计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。

采用存储程序的方式，程序和数据放在同一存储器中，由指令组成的程序可以修改。

数据以二进制码表示指令由操作码和地址码组成。

指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序递增。

机器以运算器为中心，数据传送都经过运算器。

1、计算机系统的层次结构：高级语言层，汇编语言层，操作系统软件层，指令系统层，微体系结构层，数字逻辑层2、软件和硬件逻辑上的等价性计算机系统以硬件为基础，通过软件扩充其功能，并以执行程序方式体现其功能。

硬件完成最基本的功能，而复杂的功能则通过软件实现。

计算机是一个软件和硬件结合的整体系统。

在机器中，许多功能既可由硬件实现，也可由软件实现。

3、为什么计算机使用二进制？（1）基本符号个数最少，物理上容易实现（2）二进制码表示数值数据运算规则简单（3）与二值逻辑的真、假两个值对应简单基数：进位计数制中所具有的数字符号的个数及进位规律。

位权：数码在不同位置上的倍率值。

真值：数据的数值通常以正、负号后跟绝对值来表示，称为“真值”。

机器数：在计算机中使用的连同数符一起数码化的数值称为机器数。

码字：若干位二进制代码组成的一个字称为“码字”。

码制：包含若干种码字的集合称为“码制”。

码距：一种码制中各码字间的最小距离定为这种码制的“码距”。

4、浮点数加、减运算的步骤：（1）对阶操作：低阶向高阶补齐，使阶码相等。

（2）尾数运算：阶码对齐后直接对尾数运算。

（3）结果规格化：对运算结果进行规格化处理（使补码尾数的最高位和尾数符号相反）。

如溢出则需右规；如不是规格化时应左规。

（4）舍入操作：丢失位进行0舍1入或恒置1处理。

（5）判断溢出：判断阶码是否溢出，下溢则将运算结果置0（机器0），上溢则中断。

5、运算器的结构组成（5个）：算术逻辑运算单元，数据寄存器，累加器，多路转换器和数据总线等部件。

《计算机组成原理》考试重点整理不完整的自己添加!!!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。

1.5 冯·诺依曼计算机的特点是什么?(1)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;(2)指令和数据以同等地位存放于存储器内,并可以按地址访问;(3)指令和数据均用二进制表示;(4)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;(5)指令在存储器中顺序存放,通常自动顺序取出执行;(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。

1.6 画出计算机硬件组成框图,说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标。

解:现代的计算机组成框图如图1.1所示:输入设备控制器运算器输出设备存储器控制线反馈线数据线计算结果计算步骤和原始数据各部件的功能:(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,运行以及处理运算结果。

(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,常见有键盘、鼠标等。

(5)输出设备可以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。

硬件的主要技术指标:(1) 机器字长:指CPU一次能处理数据的位数,通常与CPU的寄存器位数有关。

一.冯·诺依曼计算机的特点1945年，数学家冯诺依曼研究EDVAC机时提出了“存储程序”的概念1.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2.指令和数据以同等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。

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。

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。

二.计算机硬件框图1.冯诺依曼计算机是以运算器为中心的2.现代计算机转化为以存储器为中心各部件功能：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、运行以及处理运算结果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（鼠标键盘）。

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（打印机显示屏）。

计算机五大子系统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，两大不见往往集成在同一芯片上，合起来统称为中央处理器（CPU）。

把输入设备与输出设备简称为I/O设备。

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。

CPU与主存储器合起来又可称为主机，I/O设备又可称为外部设备。

主存储器是存储器子系统中的一类，用来存放程序和数据，可以直接与CPU交换信息。

另一类称为辅助存储器，简称辅存，又称外村。

算术逻辑单元简称算逻部件，用来完成算术逻辑运算。

控制单元用来解实存储器中的指令，并发出各种操作命令来执行指令。

ALU和CU是CPU的核心部件。

I/O设备也受CU控制，用来完成相应的输入输出操作。

1.存储系统的三级及其特点。

主存：存放CPU当前使用的程序和数据（速度快、容量有限）辅存：存放大量后备程序和数据（速度较慢、容量大）高速缓存：存放CPU在当前一小段时间内多次使用的程序和数据（速度很快、容量小）2.指令和数据都存放在内存，计算机如何区分它们是指令还是数据？在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息；而在执行周期中从存储器中读出的信息即为数据信息。

3.存储器按照存取特性分为：随机存储器RAM：易失性存储器；只读存储器ROM：非易失性存储器。

4.SRAM存储原理、DRAM存储原理及两者的比较。

SRAM：利用触发器保存信息，只要不断电，信息就不会丢失；DRAM：利用MOS电容存储电荷来保存信息，需不断给电容充电才能保持信息。

（容量大、功耗小、价格低、速度慢、有刷新）5.非易失性半导体存储器分为几种及其特点。

只读存储器（ROM）只能读不能写——可编程序的只读存储器（PROM）一次性写入存储器——可擦可编程序的只读存储器（EPROM）编程次数不受限制——可电擦可编程序的只读存储器（E^2PROM）电擦除，10万次——快擦除读写存储器（Flash Memory）用电擦除，6.存储器的扩展及其与CPU的连接：数据线、地址线、读/写命令线、片选线位扩展：字长扩充（2个16K*4位芯片组成1个16K*8位）字扩展：字扩充（4个16K*8位芯片组成1个64K*8位）字位扩展：（8个1K*4位芯片组成1个4K*8位）7.cache的工作原理。

程序的局部性（时间局部性、空间局部性）8.地址映射、地址变换的概念。

地址映射：主存中数据块调入cache中时，主存数据块与cache块之间的映射关系；地址变换：cpu访存时，将主存地址按映射关系变换成cache地址的过程。

9.cache的三种地址映射方式及其原理。

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）全相联映像（主存中的任一项可以映像到缓存中的任一块）——组相联映像（组间直接映像，组内全相联）10.cache的替换策略、写策略。

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。

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。

冯.诺依曼计算机的特点 1.计算机由五大部件组成，分别是存储器、运算器、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.存储程序, 指令在存储器内按顺序存放和执行 6.以运算器为中心计算机五大部件及其功能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存储器用来存放数据和程序 2.控制器是计算机的指挥中心和控制中心，它使计算机中的各个部件自动协调地工作 3.输入设备用来将外部的信息输送到主机内部的设备 3.输出设备用来将计算机内部的信息以不同并且相应的形式反馈给人们的设备主存储器、运算器、控制器内部细化结构及各部分功能1.主存储器主存储器包括存储体，各种逻辑部件及控制电路等，存储体由存储单元组成，存储单元由存储元件组成，其中MAR存储器地址寄存器反映存储单元的个数，MDR存储器数据寄存器反映存储字长2.运算器至少包括ALU算术逻辑单元X 操作寄存器ACC 累加器MQ乘商寄存器3.控制器PC 存放当前欲执行指令的地址，具有自动加1的功能；R 存放当前欲执行的指令；CU执行指令计算机硬件的主要技术指标1.机器字长CPU 一次能处理数据的位数2.运算速度MIPS每秒执行百万条指令3.存储容量存放二进制信息的总位数，其中主存容量为存储单元个数×存储字长总线判优控制三种集中式优先权仲裁方式的工作原理、优点、缺点、特点1.链式查询工作原理：用3条控制线进行控制，BS(总线忙); BR(总线讲求); BG(总线允许)，将BG 行地从一部件(I/O接口)送到下一个部件,直到到达有请求的部件为止优点：只需要很少几根线就可以按一定的优先次序实现总线控制，并且很容易扩充设备缺点：对电路的故障很敏感，且优先级低的设备很难获得请求特点：距离仲裁器最近的设备优先级最高2.计数器定时查询工作原理：总线上的任一设备要求使用总线时,通过BR线发出总线请求.中央仲裁器接到请求信号以后,在BS线为"0"的情况下让计数器开始计数,计数值通过一组地址线发向各设备.每个设备接口都有一个设备地址判别电路,当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时,该设备置"1"BS线,获得了总线使用权,此时中止计数查询.优点：设备使用总线的优先级相等；计数器的初始值可由程序设置，故优先次序可以改变缺点：对电路故障不如链式查询方式敏感，增加了控制线（设备地址）数，控制也较为复杂3.独立请求方式优点：响应速度快，优先次序控制灵活（通过程序改变）缺点：控制线数量多，总线控制更复杂从控制线来看，链式查询中仅用两根线确定总线使用权属于哪个设备；计数器查询中大致使用log2n根线，其中n是允许接纳的最大设备数；独立请求方式需采用2n根线总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题；常见的集中式总线控制有三种：链式查询、计数器定时查询、独立请求；特点：链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感；计数器定时查询方式优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求方式速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。