计算机组成原理

1、计算机组成原理学习总结计算机概述计算机的基本组成:· 存储器:实现记忆功能的部件用来存放计算程序及参与运算的各种数据· 运算器:负责数据的算术运算和逻辑运算即数据的加工处理· 控制器:负责对程序规定的控制信息进行分析,控制并协调输入,输出操作或内存访问· 输入设备:实现计算程序和原始数据的输入· 输出设备:实现计算结果输出组成的联系:· 图一· 图二计算机的工作过程:· 用户打开程序· 系统把程序代码段和数据段送入计算机的内存· 控制器从存储器中取指令· 控制器分析,执行指令,为取下一

2、条指令做准备· 取下一条指令,分析执行,如此重复操作,直至执行完程序中全部指令,便可获得全部指令 冯·诺依曼机制:· 程序存储· 采用2进制计算机系统的体系结构:· 图一:· 图二数据概述数据信息的两种基本方法:· 按值表示:要求在选定的进位制中正确表示出数值，包括数字符号，小数点正负号· 按形表示:按一定的编码方法表示数据信息的存储单位:·  1KB=210B=1024Byte·  1MB=220B=1024KB·  1GB=230B=1o24

3、MB·  1TB=240B=1024GB浮点表示法:公式:N=2(+-e)*(+-s)说明:· E为阶码它是一个二进制正整数· 阶符（Ef）E前的+为阶码的符号· S称为尾数它是一个二进制正小数· 尾符（Sf）S前的+为尾数的符号· “2”是阶码E的底线R进制表示法:计算机中常用的进制数的表示:进位制二进制八进制十进制十六进制规则  逢二进一 逢八进一    逢十进一    逢十六进一基数  R=2 R=8 R=10 R=16数码  0、1 &#

4、160; 07 09 0F权 2i  8i  10i   16i形式表示  B  Q  D   H不同进制之间的转化:· 十进制与R进制转换:十进制转R进制:整数的转化:“采用除R取余法”，从最后一次除得余数读取.小数部分的转化:“采用乘R取整数”将所得小数从第一次乘得整数读起，就是这个十进制小数所对应的R进制小数R进制转十进制:使用权相加，即将各位进制数码与它对应的权相乘，其积相加，和数即为该R进制数相对应的十进制数· 二进制，八进制，十六进制转化:·  （二进制 八进制）“三位并一

5、位”· （八进制 二进制）“一位拆三位”· （二进制 十六进制）“四位并一位”· （十六进制 二进制）“一位拆四位”· （十六进制 八进制）“一位拆两位”· （八进制 十六进制）“二位并一位”原码,反码,补码,BCD码:二进制的原码,反码及补码:· 真值:一个数的正号用“+”表示,负号用“”表示,即为该数真值· 机器数:以0表示整数的符号,用1表示负数的符号,并且每一位数值也用0,1表示,这样的数叫机器数也叫机器码· 原码:数的原码表示在机器中用符号位的0和1表示数的正负号,而其余表示其数本身· 反码:&

6、#183; 对于正数其反码与原码相同· 对于负数其反码与原码的符号位不变数值各位取反即0变1,1变0· 补码:· 对于正数其补码与原码相同· 对于负数补码与原码的符号位不变,数值各位取反,末尾加1原码,反码,补码之间的关系:BCD码:(二十进制) 用思维二进制代码对一位十进制数进行编码例：(931)10=(1001 0011 0001)2BCD奇偶校验码:十进制BCD码奇校验码偶校验码0000000001 000001000100010 000112001000100 001013001100111 0011040

7、10001000 01001 二进制四则运算:运算规则:· 加法规则:0+0=0;0+1=1+0=1 1+1=1· 减法规则:0-0=0;1-0=1;1-1=0;0-1=1· 乘法规则:0*0=0;0*1=1*0=0;1*1=1· 除法规则:01=0;11=1运算公式:· 【X】补+【Y】补=【X+Y】补· 【X-Y】补=【X+(-Y)】补=【X】补+【-Y】补逻辑运算:· 定义:实现了逻辑变量之间的运算· 分类:· 逻辑加法 (或运算)· 逻辑乘法 (与运算)·

8、逻辑否定 (非运算)逻辑运算:· 或:· 运算规则:00=0;01=1;10=1;11=1【1真,0假】· 运算式:C=AB 或 C=A+B(只有决定某一事件条件中有一个或一个以上成立,这事件才能发生)· 与:· 运算规则:00=0;01=0; 10=0; 11=1· 运算式:C=AB 或 C=AB 或C=A*B(只有决定某一事件的所有事件全部具备,这事才能发生)· 非:· 运算规则: = 1; = 0· 运算式:C=A(当决定某一事件的条件满足时,事件不发生,反之事件发生)· 异或:·

9、; 运算规则:0异或0=0;0异或1=1;1异或0=1;1异或1=0· 运算式:C=A异或B【相同为0,不同为1】逻辑代数常用公式· 0-1律:    A+0=A;A*0=0· 重叠律:   A+1=1;A*1=A;A+A=1;A*A=A· 互补律:   A*(!A)=0;A+(!A)=1· 又拾律:   !(!A)=A· 交换律:   A+B=B+A;A*B=B*A· 结合律:   A+(B+C)=(A+B)+C;A*(B*C)=(A*B)*C·

10、; 分配率:   A*(B+C)=A*B+A*C;A+(B*C)=(A+B)*(A+C)· 摩尔定律:!(A+B)=(!A)*(!B);!(A*B)=(!A)+(!B)总线定义:连接计算机各部件之间或各计算机直接的一束公共信息线,它是计算机中传送信息代码的公共途径特点:· 同一组总线在同一时刻只能接受一个发送源,否则会发生冲突· 信息的发送则可同时发送给一个或多个目的地分类:· 传送分类· 串行总线二进制各位在一条线上是一位一位传送的· 并行总线一次能同时传送多个二进制位数的总线· 信息分类· 数据总线在

11、中央处理器与内存或I/0设备之间传送数据· 地址总线用来传送单元或I/O设备接口信息· 控制总线负责在中央处理器或内存或外设之间传送信息· 对象位置分类· 片内总线指计算机各芯片内部传送信息的通道<I2C总线,SPL总线,SCI总线>· 外部总线微机和外部设备之间总线用了插件板一级互连<ISA总线,EISA总线,PCI总线>· 系统总线微机中各插件与系统板<USB总线,IEEE-488总线,RS-485总线,RS-232-C总线>总线标准依据:物理尺寸,引线数组,信号含义,功能和时序,工作频率,总线

12、协议中央处理器运算器组成:· 算术逻辑单元(ALU)· 通用寄存器组(R1 Rn)· 多路选择器(Mn)· 标志寄存器(FR)控制器组成:· 时标发生器(TGU)· 主脉冲振荡器(MF)· 地址形成器(AGU)· 程序计数器(PC)· 指令寄存器(IR)· 指令译码器(ID)总线:· 数据总线(DBUS)· 地址总线(ABUS)· 控制总线(CBUS)CPU运行原理图:CPU主要性能指标:· 主频:CPU内部工作的时钟频率,是CPU运算时工作频率·

13、; 外频:主板上提供一个基准节拍供各部件使用,主板提供的节拍成为外频· 信频:CPU作频率以外频的若干倍工作,CPU主频是外频的倍数成为CPU的信频,这CPU工作频率=信频*外频· 基本字长:CPU一次处理的二进制数的位数· 地址总线宽度:地址总线宽度(地址总线的位数)决定了CPU可以访问的存储器的容量,不同型号的CPU总线宽度不同,因而使用的内存的最大容量也不一样· 数据总线宽度:数据总线宽度决定了CPU与内存输入输出设备之间一次数据传输的信息量存储器定义:计算机存储是存放数据和程序的设备分类:· 主存储器:也称内存,存储直接与CPU交换信息

14、,由半导体存储器组成· 辅助存储器:也称外存,存放当前不立即使用的信息,它与主存储器批量交换信息,由磁带机,磁带盘及光盘组成存储层次:内存与外存的比较:主存    辅存  类型ROMRAM    软盘   硬盘  光盘造价高    高  低+ 低低+速度快 快  慢+ 慢   慢+容量  小+  小    断电  有 

15、无   有有有主存:功能:主存储器是能由CPU直接编写程序访问的存储器,它存放需要执行的程序与需要处理的数据,只能临时存放数据,不能长久保存数据组成:· 存储体(MPS):由存储单元组成（每个单元包含若干个储存元件,每个元件可存一位二进制数）且每个单元有一个编号,称为存储单元地址（地址）,通常一个存储单元由8个存储元件组成· 地址寄存器(MAR):由若干个触发器组成,用来存放访问寄存器的地址,且地址寄存器长度与寄存器容量相匹配（即容量为1K,长度无210=1K）· 地址译码器和驱动器· 数据寄存器(MDR):数据寄存器由若干个触发器组

16、成,用来存放存储单元中读出的数据,或暂时存放从数据总线来的即将写入存储单元的数据【数据存储器的宽度（w）应与存储单元长度相匹配】主要技术指标:· 存储容量:一般指存储体所包含的存储单元数量（N）· 存取时间(TA):指存储器从接受命令到读出写入数据并稳定在数据寄存器（MDP）输出端· 存储周期(TMC):两次独立的存取操作之间所需的最短时间,通常TMC比TA长· 存取速率:单位时间内主存与外部（如CPU）之间交换信息的总位数· 可靠性:用平均故障间隔时间MTBF来描述,即两次故障之间的平均时间间隔高速缓冲存储器:定义:高速缓冲存储器是由存取速率

17、较快的电路组成小容量存储单元,即在内存的基础上,再增加一层称为高速缓冲存储器特点:比主存快5 10倍虚拟存储器:它是建立在主存-辅存物理结构基础之上,由附加硬件装置及操作系统存储管理软件组成的一种存储体系,它将主存与辅存的地址空间统一编址,形成一个庞大的存储空间,因为实“际上CPU只能执行调入主存的程序,所以这样的存储体系成为“虚拟存储器”ROM与RAMRAM(随机存储器)可读出,也可写入,随机存取,意味着存取任一单元所需的时间相同,当断电后,存储内容立即消失,称为易失性ROM(只读存储器)· 定义:ROM一旦有了信息,不易改变,结构简单,所以密度比可读写存储器高,具有易失性

18、3; 分类:· 固定掩模型ROM（不能再修改）· PROM可编程之读存储器（由用户写入,但只允许编程一次）· EPROM可擦除可编程只读存储器(可用紫外线照射擦除里面内容)· E2PROM电擦除可编程只读存储器（由电便可擦除里面内容）辅存(硬盘)说明:是以铝合金圆盘为基片,上下两面涂有磁性材料而制成的磁盘优点:体积小,重量轻,防尘性好,可靠性高,存储量大,存取速度快,但多数它们固定于主机箱内,故不便携带,价格也高于软盘性能指标:转速,超频性能,缓存,单碟容量,传输模式,发热量,容量,平均等待时间硬盘组成图:     

19、;     注意:在整颗磁碟的第一个磁区特别的重要,因为他记录了整颗磁碟的重要资讯！ 磁碟的第一个磁区主要记录了两个重要的资讯,分别是：· 主要启动记录区(Master Boot Record, MBR)：可以安装启动管理程序的地方,有446 bytes<MBR是很重要的,因为当系统在启动的时候会主动去读取这个区块的内容,这样系统才会知道你的程序放在哪里且该如何进行启动>· 分割表(partition table)：记录整颗硬盘分割的状态,有64 bytes磁盘分区表(partition table):利用参考对照磁柱号码的方式来切

20、割硬盘分区！ 在分割表所在的64 bytes容量中,总共分为四组记录区,每组记录区记录了该区段的启始与结束的磁柱号码. 若将硬盘以长条形来看,然后将磁柱以直条图来看,那么那64 bytes的记录区段有点像底下的图示：上图中我们假设硬盘只有400个磁柱,共分割成为四个分割槽,第四个分割槽所在为第301到400号磁柱的范围.由於分割表就只有64 bytes而已,最多只能容纳四笔分割的记录, 这四个分割的记录被称为主要(Primary)或延伸(Extended)分割槽. 根据上面的图示与说明,我们可以得到几个重点资讯：· 其实所谓的分割只是针对那个64 bytes的分割表进行配置而已！&#

21、183; 硬盘默认的分割表仅能写入四组分割资讯<主要分割与扩展分配最多可以有四条(硬盘的限制)>· 这四组分割资讯我们称为主要(Primary)或延伸(Extended)分割槽· 扩展分配最多只能有一个(操作系统的限制)· 逻辑分割是由扩展分配持续切割出来的分割槽,如果扩展分配被破坏,所有逻辑分割将会被删除· 能够被格式化后,作为数据存取的分割槽为主要分割与逻辑分割.扩展分配无法格式化· 分割槽的最小单位为磁柱(cylinder)· 逻辑分割的数量依操作系统而不同,在Linux系统中,IDE硬盘最多有59个逻辑分割(5号到

22、63号), SATA硬盘则有11个逻辑分割(5号到15号)· 当系统要写入磁碟时,一定会参考磁盘分区表,才能针对某个分割槽进行数据的处理总结:· 扇区(Sector)为最小的物理储存单位，每个扇区为 512 bytes；· 将扇区组成一个圆，那就是磁柱(Cylinder)，磁柱是分割槽(partition)的最小单位；· 第一个扇区最重要，里面有：(1)主要启动区(Master boot record, MBR)及分割表(partition table)， 其中 MBR 占有 446 bytes，而 partition table 则占有 64 byte

23、s。输入/输出设备输入设备分类:· 字符:键盘· 图形:鼠标器 , 操纵杆 , 光笔· 模拟:语音 , 模数转化· 图像:摄影机 , 扫描仪 , 传真机· 光学阅读:光学标记阅读机 , 光学字符阅读机键盘分类(以接口类型):·  PS2接口的· USB接口的· 无线的鼠标分类:·  PS2接口 , USB接口 ( 以接口类型 )· 机械式鼠标 , 光电式鼠标 ( 以内部构造 )· 两键鼠标 , 三键鼠标 ( 以按键数 )语音输入设备: 主要部分:输入器 , 模数转换器 , 语音识别器输出设备打印机:· 分类:· 击打式打印机· 原理:利用机械动作打击字体使色带和打印纸相撞· 分类:活字式打印 , 点阵式打印· 特点:结构简单，价格便宜· 非击打式打印机· 原理:用各种物理或化学的方法印刷字符· 分类:激光打印机 , 喷墨式打印· 特点:速度快，质量高，无噪声，但价格高· 主要性能指标:分辨率 , 接口类型 , 打印速度显示器:&