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。

名词解释1．总线机器周期：基准，存取周期。

2．周期挪用：DMA方式中由DMA接口向CPU申请占用总线，占用一个存取周期。

3．双重分组跳跃进位：n位全加器分成若干大组，大组内又分成若干小组，大组中小组的最高进位同时产生，大组与大组间的进位串行传送。

4．水平型微指令：水平型微指令的特点是一次能定义并执行多个并行操作的微命令。

从编码方式看，直接编码、字段直接编码、字段间接编码以及直接编码和字段直接和间接混合编码都属水平型微指令。

其中直接编码速度最快，字段编码要经过译码，故速度受影响。

5．超标量：在每个时钟周期内可同时并发多条独立指令，即以并行操作方式将两条或以上指令编译并执行，在一个时钟周期内需要多个功能部件6．时钟周期7．向量地址8．系统总线9．机器指令10．超流水线1．某机主存容量为4M×16位，且存储字长等于指令字长，若该机的指令系统具备97种操作。

操作码位数固定，且具有直接、间接、立即、相对、基址五种寻址方式。

（1）画出一地址指令格式并指出各字段的作用；一地址指令格式为（1分）OP 操作码字段，共7位，可反映120种操作；M 寻址方式特征字段，共3位，可反映5种寻址方式； A 形式地址字段，共16 – 7 – 3 = 6位（1分）（2）该指令直接寻址的最大范围（十进制表示）；直接寻址的最大范围为26 = 64 （1分）（3）一次间址的寻址范围（十进制表示）；由于存储字长为16位，故一次间址的寻址范围为216 = 65536 （1分）（4）相对寻址的位移量（十进制表示）。

相对寻址的位移量为– 32 ~ + 31 （1分）2．除了采用高速芯片外，分别指出存储器、运算器、控制器和I/O系统各自可采用什么方法提高机器速度，各举一例简要说明。

3．总线通信控制有几种方式，简要说明各自的特点。

4．控制器中常采用哪些控制方式，各有何特点？答：控制器常采用同步控制、异步控制和联合控制。

（1分）同步控制即微操作序列由基准时标系统控制，每一个操作出现的时间与基准时标保持一致。

1．若浮点数x的754标准存储格式为(41360000)16，求其浮点数的十进制数值。

解：将16进制数展开后，可得二制数格式为0 100 00010011 0110 0000 0000 0000 0000S 阶码(8位) 尾数(23位)指数e=阶码-127=10000010-01111111=00000011=(3)10包括隐藏位1的尾数1.M=1.011 0110 0000 0000 0000 0000=1.011011于是有x=(-1)S×1.M×2e=+(1.011011)×23=+1011.011=(11.375)102. 将数(20.59375)10转换成754标准的32位浮点数的二进制存储格式。

解:首先分别将整数和分数部分转换成二进制数：20.59375=10100.10011然后移动小数点，使其在第1，2位之间10100.10011=1.010010011×24e=4于是得到：S=0, E=4+127=131, M=010010011最后得到32位浮点数的二进制存储格式为：01000001101001001100000000000000=(41A4C000)163.假设由S,E,M三个域组成的一个32位二进制字所表示的非零规格化浮点数ｘ,真值表示为（非IEEE754标准）：ｘ＝(－1)s×(1.M)×2E－128问：它所表示的规格化的最大正数、最小正数、最大负数、最小负数是多少？(1)最大正数0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111ｘ＝[1＋(1－2-23)]×2127(2)最小正数000 000 000000 000 000 000 000 000 000 00ｘ＝1.0×2－128(3)最小负数111 111 111111 111 111 111 111 111 111 11ｘ＝－[1＋(1－2－23)]×2127Word 资料100 000 000000 000 000 000 000 000 000 00ｘ＝－1.0×2－1284.用源码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算xXy。

第2章数据的表示和运算主要内容：（一）数据信息的表示1.数据的表示2.真值和机器数（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2.3 浮点数的表示和运算2.3.1 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·RE其中，N为浮点数，M为尾数，E为阶码，R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。

浮点数的机内表示浮点数真值：N=M ×2E浮点数的一般机器格式：数符阶符阶码值 . 尾数值1位1位n位m位•Ms是尾数的符号位，设置在最高位上。

•E为阶码，有n+1位，一般为整数，其中有一位符号位EJ，设置在E的最高位上，用来表示正阶或负阶。

•M为尾数，有m位，为一个定点小数。

Ms=0，表示正号，Ms=1，表示负。

•为了保证数据精度，尾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。

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。

浮点数的机内表示阶码通常为定点整数，补码或移码表示。

其位数决定数值范围。

阶符表示数的大小。

尾数通常为定点小数，原码或补码表示。

其位数决定数的精度。

数符表示数的正负。

浮点数的规格化字长固定的情况下提高表示精度的措施：•增加尾数位数（但数值范围减小）•采用浮点规格化形式尾数规格化：1/2≤M <1 最高有效位绝对值为1浮点数规格化方法：调整阶码使尾数满足下列关系：•尾数为原码表示时，无论正负应满足1/2 ≤M <1即：小数点后的第一位数一定要为1。

《计算机组成原理》重点归纳张齐整理第一章 计算机系统概论一、计算机的分类超级计算机、大型机、服务器、工作站、微型机、单片机二、计算机的性能指标吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量，单位是字节/秒（B/S ）。

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，用时间单位来度量利用率：表示在给定的时间间隔内，系统被实际使用的时间所占的比率，一般用百分比表示。

处理机字长：指处理机运算器中一次能够完成二进制数运算的位数。

字长越长，表示计算的精度越高。

总线宽度：一般指CPU 中运算器与存储器之间进行互连的内部总线二进制位数。

存储器容量：存储器中所有存储单元的总数目，通常用KB 、MB 、GB 、TB 来表示。

其中K=210，M=220，G=230，T=240，B=8位（1个字节）。

存储器带宽：存储器的速度指标，单位时间内从存储器读出的二进制数信息量，一般用字节数/秒表示。

主频/时钟周期：CPU 的工作节拍受主时钟控制，主时钟不断产生固定频率的时钟，主时钟的频率（f ）叫CPU 的主频。

度量单位是MHz （兆赫兹）、GHz （吉赫兹）。

CPU 执行时间表示CPU 执行一段程序所占用的CPU 时间，可用下式计算：CPU 执行时间＝CPU 时钟周期数×CPU 时钟周期长CPI ：表示每条指令周期数，即执行一条指令所需的平均时钟周期数。

用下式计算：CPI ＝执行某段程序所需的CPU 时钟周期数该程序包含的指令条数MIPS ：表示每秒百万条指令数，用下式计算： MIPS ＝ 指令条数 程序执行时间×106 ＝时钟频率CPI×106程序执行时间Te 为： Te ＝指令条数MIPS×106MFLOPS ：表示每秒百万次浮点操作次数，用下式计算： MFLOPS ＝程序中的浮点操作次数程序执行时间×106MIPS 是单位时间内的执行指令数，所以MIPS 值越高说明机器速度越快。

●总线控制逻辑基本集中在一起的称为：集中式总线控制●总线控制逻辑分布在总线各个部位上，称为：分布式总线控制●按总线上两种部件通讯时采用的同步方式不同，总线控制可分为：同步通信，异步通信●集中式总线控制可分为：链式查询，计数器定时查询，独立请求方式。

其中，独立请求方式响应时间最快，链式查询方式对电路故障最敏感●高速cache一般采用：随机存取方式●静态SRAM的存储原理：信息不再变化●存储周期：存储器进行连续读或写操作所允许的最短时间间隔。

●主存，缓存，辅存组成三级存储系统，分级目的是：解决存储器的容量，速度，价位三者之间的矛盾。

●半导体静态RAM,靠触发器原理存储信息，半导体动态RAM靠电容充放电原理存储信息，信息动态半导体存储器的刷新分：集中刷新和分散刷新，之所以刷新是因为电容上的电荷一般只能维持一定时间。

●主机与设备传送数据时采用：程序查询方式，主机与设备是串行工作的。

●中断向量地址：中断服务程序入口地址的地址。

●I/O与主机交换信息的方式中，中断方式的特点：CPU 设备并行工作，传送与主程序并行工作●I/O的编址方式分不统一编址和统一编址，前者需要专用的I/O指令，后者可通过访存指令和设备交换信息。

●I/O和CPU的联络方式可分为立即响应方式，异步应答信号联络，同步时标联络。

●主机与设备交换信息中，程序查询方式中主机与设备是串行的，程序中断方式和DMA方式主机与设备是并行的。

且DMA方式主程序与信息传送是并行的。

●CPU管理主机与外围设备之间信息交换方式有：I/O编址方式，设备寻址传送方式，联络方式。

●DMA方式中，CPU与DMA控制器通常采用三种方法来分时使用内存，它们是：停止CPU访问，周期挪用，DMA与CPU交替访问。

●.通常控制器的设计可分为：组合逻辑设计和微程序设计两大类，相对应的控制器结构：组合逻辑式和微程序式，前者采用的拉压器件是CU,后者为控存。

指令周期是CPU完成一条指令的时间，它包括若干个机器周期。

知识点计算机组成原理知识点-计算机组成原理计算机组成原理重要知识点第一章绪论一、冯．诺依曼思想体系――计算机（硬件）由运算器、控制器、存储器、输入输出设备五部分组成，存储程序，按地址出访、顺序继续执行二、总线的概念。

按传送信息的不同如何划分；按逻辑结构如何划分三、冯．诺依曼结构（普林斯顿结构）与哈弗结构的存储器设计思想四、计算机系统的概念，软件与硬件的关系、计算机系统的层次结构（实际机器与交互式机器）五、计算机的主要性能指标的含义（机器字长，数据通路宽度，主存容量，运算速度）六、cpu和主机两个术语的含义，完备的计算机系统的概念，硬件、软件的功能分割七、总线概念和总线分时共享资源的特点、三态门与总线电路第二章数据的机器层次表示一、真值和机器数的概念数的真值变为机器码时存有四种则表示方法：原码表示法，反码表示法，补码表示法，移码则表示码。

其中移码主要用作则表示浮点数的阶码e，以利比较两个指数的大小和对阶操作方式二、一个定点数由符号位和数值域两部分组成。

按小数点位置不同，定点数有纯小数和纯整数两种表示方法。

几种定点机器数的数值则表示范围。

三、浮点数浮点数的标准表示法：符号位s、阶码e、尾数m三个域组成。

其中阶码e通常用移码表示（其值等于指数的真值e加上一个固定偏移值）。

规格化浮点数（原码，补码则表示的规格化浮点数的区别）五、处理字符信息（符号数据即非数值信息），七、常用的bcd码：8421码、2421码、余3码、格雷码（有权码，无权码，特点）八、检错纠错码：奇偶校验（掌握奇偶校验原理及校验位的形成及检测方法）,海明码的纠错原理（理解）第三章指令系统一、指令格式:指令的基本格式,指令的地址码结构（3、2、1、0地址指令的区别），非规整型指令的操作码（扩展览会操作码）二、编址方式（位，字节，字…）三、操作数串行方式――立即串行、轻易串行、间接串行、寄存器串行、寄存器间接串行、相对串行、基址寻址、变址寻址、页面寻址四、指令串行方式――顺序对串行方式、弹跳串行方式五、指令类型及功能六、不同的计算机的i/o指令差别很大，通常有两种方式：独立编址方式,统一编址方式第四章数值的机器运算一、为运算器构造的简单性，运算方法中算术运算通常采用补码加减法，原码乘除法或补码乘除法。

1.浮点数的规格化2.原码、反码和补码的表示范围3.寻找方式4.存储器的扩展5.中断向量、中断入口地址6.流水线7.I/O设备与主机信息传递的控制方式8.异步通信方式（总线控制里面）应答方式9.总线标准10.CPU有哪些部分构成11.高速缓冲器的特点12.计算机性能指标13.中断服务程序的流程14.RISC和CISC的功能、特点与区别15.动态RAM刷新16.指令周期机器周期17.浮点数补码的加减运算定点数加减运算18.Cache-主存地址映射19.单总线指令20.字、字节、字地址、字节地址21.堆栈进出方式22.中断服务入口地址方法23.地址码的组成24.指令操作类型25.存储器的层次结构26.微指令的下地址怎么产生27.端口接口1．冯·诺依曼计算机的特点（P8）2．计算机硬件的主要技术指标机器字长存储容量运算速度（P16）3．总线的分类：片内总线系统总线(数据总线地址总线控制总线) 通信总线（P43）4．总线判优控制集中式(链式查询计数器定时查询独立请求查询) 分布式（P57）5．总线通信的4个阶段（P59）6．总线通信控制的四种方式：同步通信异步通信(不互锁半互锁全互锁) 半同步通信分离式通信7．程序查询流程：测试指令传送指令转移指令8．中断服务程序流程：保护现场中断服务恢复现场中断返回（P199）9．DMA和主存交换信息的三种方式：停止CPU访问主存周期挪用DMA和CPU 交替访问（P202）10. 指令由操作码和地址码组成11. 操作数的类型有地址数字字符逻辑数据12. 十种寻址方式（P310）13. RISC的主要特点（P330）14. CPU的结构和功能（P337）15. 指令流水（P346）16. 影响流水线性能的因素（P348）17. 流水线的性能（P353）18. 流水线中的多发技术（P355）19. 中断服务程序入口地址的寻址：硬件向量法软件查询法（P361）20. 保护现场应该包括_____和_____两个方面（P364）21. 恢复现场是指________________________（P364）22. 采用屏蔽技术的中断服务程序（P368）23. 采用屏蔽技术可以改变中断优先级。

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。

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（Electronic Numerical Integrator And Computer）诞生于1946年的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170m3、耗电140kw、每秒计算5000次加法。

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。

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。

（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。

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。

计算机组成原理重点第一章1.冯·诺依曼计算机模型。

1）计算机由运算器、存储器、控制器和输入/输出五个部件组成；2）存储器以二进制形式存储指令和数据；3）存储程序工作方式；4）五部件以运算器为中心进行组织。

2.计算机系统性能指标字长，主频，主存容量，RASIS特性，兼容性第二章数据表示1.n位定点小数X（不考虑符号），其表示范围为：2-n≤|X|≤1-2-n2. n位定点整数X（不考虑符号），其表示范围为：0≤|X|≤2n-13.采用定点数表示数的范围较小，运算很容易产生溢出。

浮点表示法的最大特点是它可以表示很大的数据范围以及较高的数据精度。

4.一个n位定点整数补码能表示的数值范围是：-2n-1≤X≤2n-1﹣15.一个n位定点小数补码能表示的数值范围是：- 1≤X≤1﹣2-(n-1)第四章存储系统1.存储器的主要性能指标容量，速度，价格2.半导体只读存储器：掩膜只读存储器ROM可编程ROM（PROM）可擦除和编程的ROM（EPROM）电擦除电改写只读存储器（EEPROM）闪速存储器（flash memory）3.高速缓冲存储器工作原理：设置Cache是为了解决CPU和主存之间的速度匹配问题，理论依据是程序访存的局部性规律。

映射方式：有直接映像、全相联映像和组相联映像。

替换算法：先进先出法（FIFO）“近期最少使用”算法（LRU）4. 虚拟存储器功能：1.是一种解决存储容量和存取速度矛盾的一种有效措施，是管理存储设备的有效方法。

2. 用户编制程序时就无需考虑所编程序在主存中是否放得下以及放在什么位置等问题。

3. 虚拟存储器使计算机具有辅存的容量，接近于主存的速度和辅存的位成本。

管理方法：虚拟存储器的管理方式有段式、页式或段页式三种。

5. 磁表面存储器的性能指标存储密度存储容量平均存取时间数据传送速率6.硬磁盘存储器的基本组成主要由磁记录介质、磁盘驱动器、磁盘控制器三大部分组成。

7.硬盘容量和数据传输率的计算！未格式化容量=记录面数×理论柱面数×内圆周长×位密度（bit）！理论上的柱面数应该等于（磁盘有效记录区外径-有效记录区内径）÷2×道密度。