计算机组成原理个人总结

1 计算机组成原理总结

第一章

计算机结构是对程序员可见的系统属性，这些特性对程序的运行逻辑有直接的影响。

计算机组织指计算机系统的各操作部件以及按照“计算机结构”的特性要求各部件的连接方式

冯.诺依曼计算机特征：1、计算机内信息（数据和控制信息）用二进制表示。2、计算机硬件由五大部分组成。3、计算机的工作原理：存储程序的工作原理.4. 指令由操作码和地址码组成.5.指令在存储器中按执行顺序存放,由PC指明要执行的指令所在的单元地址,一般按顺序递增,但可按运算结果或外界条件而改变.6.机器以运算器为中心.

总线按功能划分可分为CPU内部总线、局部总线、系统总线、外总线，按时序可分为同步总线和异步总线，按数据传送方式划分可分为并行总线和串行总线，按传送方向可分为单向总线和双向总线，按信息类型分为数据总线、地址总线、控制总线。

以CPU为中心的双总线结构：优点：总线上的负载不重，速度较高，缺点：增加了CPU的开销，降低了CPU的性能。

单总线结构：各部件通过一组总线相连，优点：简化操作，便于系统的扩展，CPU的效率提高了。缺点：对总线的速率要求高了，负担重，而且控制管理也更复杂了。

机器语言：有二进制代码表示的指令（操作码、地址码）组成

组成计算机的基本部件有中央处理器（CPU包括运算器和控制器，用于处理数据和控制程序（指令流）的执行，发出执行每条指令所需要的控制信号）、存储器（起存储、缓冲、传递信息的作用）和输入输出设备（输入设备用来输入原始数据和处理这些数据的程序，输出设备用来输出计算机的处理结果），各部分是有总线联系的

光传输系统的组成：1、传输介质（传输线）为光缆 2、光源是发光二极管LED或激光二极管（前者的传输为几千米，后者为100千米） 3、接受信号的检测器利用光电二极管检测信号

字长：一般与运算器中的二进制位数相等

计算机系统可分为的几个层次

第二章

▲★超前进位思想：先行进位解决的问题是进位的传递速度。其基本思想是：让各位的进位与低位的进位无关，仅与两个参加操作的数有关。由于每位的操作数是同时给出的，各进位信号几乎可以同时产生，和数也随之产生，所以先行进位可以提高进位的传递速度，从而提高加法器的运算速度。

第一章 计算机系统概述

1. 电子（电子线路）数字（电子线路是数学式）通用（计算机本身功能多样）计算机系统。

2. 计算机系统由计算机硬件（构成计算机的所有实体部件的组合）和计算机软件（一系列按照待定顺序组织的计算机数据和指令的集合）组成。

3. 硬件指由中央处理器，存储器以及外围设备等组成的实际装置，硬件的作用是完成每条指令规定的功能。指令是计算机运行的最小的功能单位，指令是指示计算机硬件执行某种运算，处理功能的命令。

4. 软件是为了使用计算机而编写的各种系统的和用户的程序，程序由一个序列的计算机指令组成。指令是用于设计的一种计算机语言。

5. 计算机系统的层次结构：数字逻辑层，微体系结构层（这两层是硬件部分），指令系统层（处在硬件和软件系统），操作系统层，汇编语言层，高级语言层（这三层是软件部分）。

6. 运算器（ALU，算术逻辑单元）

（1）算术运算和逻辑运算

（2）在计算机中参与运算的数是二进制的

（3）运算器的长度一般是8，16，32或64位。

7. 存储器

（1）存储单元：在存储器中保存一个n位二进制数的n个触发器，组成一个存储单元。

（2）存储器地址：存储器是由许多存储单元组成，每个存储单元的编号称为地址。

（3）内存储器（ROM,RAM）

8. 信息单位

（1）位（bit，简写b）数字计算机信息单位；包含1位二进制（0或1）

（2）字节（Byte,简写B）由8位二进制信息组成

（3）字（Word）计算机一次所能处理的二进制位数，至少一个字节，通常把组成一个字的二进制位数称为字长

9. 存储器的分类

（1）按照在计算机中的作用（主存储器，寄存器，闪速存储器，高速缓冲存储器，辅助存储器等）

10. 主存储器（主存）通常采用半导体存储器

（1）随机存取存储器（RAM）CPU可读写，断电时内容被消除

（2）只读存储器（ROM）CPU只能读写，断电后可保留其数据，存储在ROM中的软件常被称为固件。

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。

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。

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。

CPI：执行一条指令所需要的平均时钟周期数，可用下式计算

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：平均每秒执行多少百万条定点指令数，用下式计算

MIPS=指令条数 /（程序执行时间 × 106） FLOPS：平均每秒执行浮点操作的次数，用来衡量机器浮点操作的性能，FLOPS=程序中的浮点操作次数/程序执行时间（秒）

指令流：在取指周期中从内存中读出的信息流称为指令流，它通过总线、CPU内部数据通路流向控制器。

数据流：在执行周期中从内存中读出的信息流称为数据流，它通过总线、CPU内部数据通路流向运算器。

2、冯·诺依曼计算机

（1）主要设计思想

由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分构成计算机硬件系统概念结构；

采用二进制代码表示数据和指令；

采用存储程序控制方式（指令驱动）。

（2）主要组成部分及结构

要求：能简要描述清楚其工作过程。

3、计算机如何区分指令和数据？

从时间上来说，取指令事件发生在取指周期（取指令阶段），取数据事件发生在执行周期（执行指令阶段）；

计算机组成原理

第一章—计算机系统概论

1.1计算机系统的简介

1. 计算机系统由硬件与软件两大部分组成2. 将高级程序语言翻译成机器语言的程序称为翻译程序，翻译程序有两种，一种是编译程序，一种是解释程序，编译与解释的区别在于，编译程序是将高级语言程序一次性翻译为机器语言程序，而解释程序是翻译一句，执行一句。3. 高级语言经过编译程序翻译为汇编语言，汇编语言经汇编程序，翻译为机器语言程序

1.2计算机的基本组成

1.1945年冯诺依曼提出了"存储程序"的概念，冯诺依曼机特点：

1. 计算机由存储器，运算器，控制器，输入设备与输出设备组成2. 指令与数据以同等地位存放在存储器内，按地址寻访3. 指令与数据均按二进制数表示4. 指令由操作码与地址码组成，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. 计算机以运算器为中心，输入设备与输出设备的数据传送通过运算器来完成

2.冯诺依曼机是由运算器为中心的，现代计算机是以存储器为中心的

3.计算机的工作过程（必考）

涉及的元器件：MAR(地址寄存器)，MDR(指令寄存器)，ALU(算数逻辑单元)，ACC(累加器)，MQ(乘商寄存器)，PC(程序计数器)，IR(指令寄存器)

（掌握执行指令的全过程）

4.机器字长：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

5.存储容量：

存储容量存储单元个数存储字长

6.运算速度(可能出计算)：Vm = 1 / Tm 单位MIPS(百万指令每秒)

CPI （执行每条指令所需要的时钟周期）= 1 / IPC(CPU每一周期执行指令的条数，一旦CPU设计完成，IPC的值不会变)第三章—系统总线

3.1总线的基本概念

总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的介质（总线的每条传输线可以传输1位二进制代码）

3.2总线的分类

总线按照数据传送方式可分为两类：

1. 并行传输总线2. 串行传输总线