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计算机组成原理黑皮书笔记计算机组成原理是计算机科学与技术专业的核心课程之一，是理解计算机硬件工作原理和体系结构的基础。
黑皮书系列是该领域最经典、权威的教材之一，对于学习和理解计算机组成原理具有重要的参考价值。
第一章：引言计算机组成原理是研究计算机硬件系统的基本原理和方法，是计算机科学与技术的核心领域。
它是从硬件角度探讨计算机的结构、功能、性能和工作方式等问题，为软件开发提供了重要的指导。
黑皮书笔记旨在帮助读者深入理解计算机组成原理的核心概念和原则，以及其中涉及的各种技术和工程实践。
第二章：数字逻辑电路数字逻辑电路是计算机硬件的基础组成部分，负责完成数据的存储、传输、处理和控制。
其中包括布尔逻辑、数字信号和逻辑门电路等内容。
通过学习这一章节，我们能够了解到计算机中各种数字组件的工作原理和相互连接方式。
第三章：指令系统与汇编语言指令系统与汇编语言是计算机中实现软件和硬件交互的桥梁。
指令系统规定了计算机能够执行的指令集合，而汇编语言是一种底层的程序设计语言，用于编写与硬件直接交互的程序。
本章节将介绍指令系统的设计原则和汇编语言的基本语法。
第四章：中央处理器中央处理器（CPU）是计算机的核心组件，负责执行指令、进行数据处理和控制系统的运行。
在这一章节中，我们将深入了解CPU的组成结构和工作原理，包括指令周期、流水线技术、缓存等重要概念。
第五章：存储器和存储系统存储器是计算机中用于存储数据和程序的设备，包括主存储器和辅助存储器。
本章将介绍存储器的层次结构、存储技术和存储系统的设计原则，帮助读者理解计算机内存的组织和管理方式。
第六章：输入输出系统输入输出系统是计算机与外部设备进行信息交互的通道，包括输入设备和输出设备。
本章将介绍输入输出系统的工作原理、接口标准和通信方式，帮助读者理解计算机与外设之间的数据传输和控制方式。
第七章：计算机总线计算机总线是各个硬件组件之间进行数据传输和控制的纽带。
本章将介绍总线的类型、结构和工作原理，以及总线的性能和扩展技术。
主存储器与存储系统1、存储系统的组成1.1、存储器的分类按存储器在计算机系统中的作用分类：高速缓冲存储器：高速缓冲存储器(Cache)位于主存和CPU之间，用于存放正在执行的程序段和数据，以便CPU能高速地使用它们。
Cache的存储速度与CPU的速度相匹配，但存储量较小，价格较高，一般制作在CPU芯片中主存储器：主存用来存放计算机运行期间所需要的程序和数据，CPU可直接随机地进行读写访问。
主存有一定容量，存储速度较高。
由于CPU要频繁地访问主存，所以主存的性能在很大程度上影响了整个计算机系统的性能辅助存储器：辅助存储器又称为外部存储器或后援存储器，用于存放当前暂不参与运行的程序和数据以及一些需要永久性保存的信息。
辅存设在主机外部，容量极大且成本很低，但存储速度较低，而且CPU不能直接访问它。
辅存中的信息必须通过专门的程序调入主存后，CPU才能使用1.2、存储系统的层次结构为了解决容量、存储速度和价格之间的矛盾，通常把各种不同的存储容量、不同存储速度的存储器，按一定的体系结构组织起来，形成一个统一整体的存储系统由高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次，其中高速缓存和主存之间称为Cache-主存存储层次(cache存储系统)，主存-辅助存储层次(虚拟存储系统)Cache存储系统是为解决主存速度不足而提出来的。
在Cache和主存之间，增加辅助硬件，让它构成一个整体。
从CPU看，速度接近Cache的速度，容量是主存的容量。
Cache存储系统全部用硬件来调度，对应用程序员和系统程序员都是透明的虚拟存储系统是为解决主存容量不足而提出来的。
在主存和辅存之间，增加辅助的软硬件，让它们构成一个整体。
从CPU看，速度接近主存的速度，容量是虚拟的地址空间。
虚拟存储系统需要通过操作系统来调度，对系统程序员是不透明的，但对应用程序员是透明的2、主存储器的组织2.1、主存储器的基本结构主存通常由存储体、地址译码驱动电路、I/O和读写电路组成存储体是主存储器的核心，程序和数据都存放在存储体中地址译码驱动电路实际上包含译码器和驱动器两部分。
存储器、存储系统以及操作方法与流程存储器是计算机系统中最基本、最重要的部件之一，用于存储程序、数据等信息，是计算机系统中重要的资源之一、存储器的主要功能是数据的存储和读取，在计算机系统中有着非常重要的地位。
存储器不同于处理器，处理器只能处理当前的数据信息，在不同的应用场景中不断运行，而存储器可以存储更多、更长时间的数据信息并保证数据的安全、可靠性和稳定性。
存储器主要分类存储器主要分为两大类：内存和外存。
内存包括随机存取内存（RAM）和只读存储器（ROM），其中RAM又包括动态随机存取内存（DRAM）和静态随机存取内存（SRAM）两种；外存又称为辅助存储器，包括硬盘、软盘、光盘、闪存以及U盘等。
存储系统的架构存储系统包括计算机系统的内存与外存两个部分，主要分为主存储器、高速缓存、辅助存储器等三个层次。
其中主存储器一般是指DRAM和SRAM，常常直接集成在CPU中，是CPU和外部设备（如硬盘、光盘等）间信息交换的媒介；高速缓存是位于主存之外，但比主存存储更快、相应时间更短的存储器，用于加快主存储器与CPU之间的数据传输，同时也减轻了对内存访问的压力；辅助存储器则包括各种外存。
操作方法与流程存储器的操作包括存储和检索两个阶段，下面将分别解释存储器的操作方法与流程。
1. 存储操作流程存储操作是将数据写入存储器的过程，其主要流程如下：（1）CPU通过地址总线将存储地址传给内存控制器。
（2）内存控制器接收到地址信息后，将其分解为行地址和列地址，并将其传给DRAM芯片。
（3）DRAM芯片从内存数组中选取对应的行，然后读取该行中所有的列，并将这些数据通过输出信号传给内存控制器。
（4）内存控制器接收到DRAM芯片输出的数据后，将其写入内存，同时向CPU发送写入成功的信号。
2. 检索操作流程检索操作是从存储器中读取数据的过程，其主要流程如下：（1）CPU通过地址总线将存储地址传给内存控制器。
（2）内存控制器接收到地址信息后，将其分解为行地址和列地址，并将其传给DRAM芯片。
第5章存储器管理习题与解答5.2 例题解析例5.2.1 为什么要引入逻辑地址？解引入逻辑地址有如下原因：(1) 物理地址的程序只有装入程序所规定的内存空间上才能正确执行，如果程序所规定内存空间不空闲或不存在，程序都无法执行；(2) 使用物理地址编程意味着由程序员分配内存空间，这在多道程序系统中，势必造成程序所占内存空间的相互冲突；(3) 在多道程序系统中，程序员门无法事先协商每个程序所应占的内存空间的位置，系统也无法保证程序执行时，它所需的内存空间都空闲。
(4) 基于上述原因，必须引入一个统一的、在编程时使用的地址，它能够在程序执行时根据所分配的内存空间将其转换为对应的物理地址，这个地址就是逻辑地址。
(5) 逻辑地址的引入为内存的共享、保护和扩充提供方便。
例5.2.2 静态重定位的特点有哪些？(1) 实现容易，无需增加硬件地址变换机构；(2) 一般要求为每个程序分配一个连续的存储区；(3) 在重定位过程中，装入内存的代码发生了改变；(4) 在程序执行期间不在发生地址的变换；(5) 在程序执行期间不能移动，且难以做到程序和数据的共享，其内存利用率低。
例5.2.3 动态重定位的特点有哪些？(1) 动态重定位的实现要依靠硬件地址变换机构，且存储管理的软件算法比较复杂；(2) 程序代码是按原样装入内存的，在重定位的过程中也不发生变化，重定位产生的物理地址存放在内存地址寄存器中，因此不会改变代码；(3) 同一代码中的同一逻辑地址，每执行一次都需要重位一次；(4) 只要改变基地址，就可以很容易地实现代码在内存中的移动；(5) 动态重定位可以将程序分配到不连续的存储区中；(6) 实现虚拟存储器需要动态重定位技术的支持；尽管动态重定位需要硬件支持，但他支持程序浮动，便于利用零散的内存空间，利于实现信息共享和虚拟存储，所以现代计算机大都采用动态重定位。
例5.2.4 装入时动态链接的优点有哪些？（1）便于软件版本的修改和更新在采用装入时动态链接方式时，要修改或更新各个目标模块，是件非常容易的事，但对于经静态链接以装配在一起的装入模块，如果要修改或更新其中的某个目标模块时，则要求重新打开装入模块，这不仅是低效的，而且对于普通用户是不可能的。
