(新)计算机组成原理考点总结终结版汇总

1、(新)计算机组成原理考点总结终结版汇总(新)计算机组成原理考点总结终结版汇总17/17(新)计算机组成原理考点总结终结版汇总所谓的光芒岁月，其实不是此后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。内部资料，转载请注明出处，感谢合作。一、计算机系统概括（一）计算机发展历程（认识）知识点一：第一台计算机ENIAC知识点二：冯?诺依曼（VanNeumann）首次提出储蓄程序的见解，将数据和程序一同放在储蓄器中，使得编程更为方便。50多年来，诚然对冯?诺依曼机进行了很多改革，但构造变化不大，仍旧称为冯?诺依曼机。知识点三：一般把计算机的发展分为四个阶段：第一代（1946-50s后期）：电子管计算机时

2、代；第二代（50s中期-60s后期）：晶体管计算机时代；第三代（60s中期-70s先期）：集成电路计算机时代；第四代（70s初-）：大规模集成电路计算机时代。知识点四：冯诺依曼计算机的特点冯诺依曼系统计算机的核心思想是“储蓄程序”的见解。它的特点以下：计算机由运算器、储蓄器、控制器和输入设施、输出设施五大零件组成；指令和数据都用二进制代码表示；指令和数据都以相同地位寄存于储蓄器内，并可按地点寻访；指令是由操作码和地点码组成，操作码用来表示操作的性质，地点码用来表示操作数所在储蓄器中的地点；指令在储蓄器内是序次寄存的；机器以运算器为核心，输入输出设施与储蓄器的数据传达经过运算器。（二）计算机系统

3、层次构造（认识）计算机系统的层次构造，平时可有五个以上的层次，在每一个层次上都能进行程序设计。由下自上可排序为：第一级微程序机器级，微指令由机器直接履行，第二级传统机器级，用微程序解说机器指令，第三级操作系统级，一般用机器语言程序解说作业控制语句，第四级汇编语言机器级，这一级由汇编程序支持和履行，第五级高级语言机器级，采用高级语言，由各样高级语言编译程序支持和履行。还能够够有第六级应用语言机器级，采用各种面向问题的应用语言。计算机硬件的基本组成同是寒窗苦读，怎愿顶礼膜拜！1所谓的光芒岁月，其实不是此后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。图中实线为控制线，虚线为反应线，双线为数据线。图

4、中各零件的功能是：运算器用来达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；储蓄器用来寄存数据和程序；控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、运行及办理运算结果；(4)输入设施用来将人们熟悉的信息形式变换为机器能识其他信息形式，常有的有键盘、鼠标等；(5)输出设施可将机器运算结果变换为人们熟悉的信息形式如打印机输出、显示器输出等。计算机的五大零件在控制器的一致指挥下，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构造上联系十分亲密，特别在大规模集成电路制作工艺出现后，这两大零件经常制作在同一芯片上，因此，平时将他们合起来统称为中央办理器，简称CPU。把输入设施与输出设施简称为I

5、/O设施。因此，现代计算机能够为由三大多数组成：CPU、I/O设施及主储蓄器MM。CPU与MM合起来称为主机，I/O设施叫作外设。储蓄器分为主储蓄器MM和协助储蓄器。主存可直接与CPU交换信息，辅存又叫外存。计算机软件的分类计算机的软件平时又分为两大类：系统软件和应用软件。系统软件又称为系统程序，主要用来管理整个计算机系统，监察服务，使系统资源得到合理调动，保证高效运行。它包括：标准程序库、语言办理程序、操作系统、服务性程序、数据库管理系统、网络软件等等。应用软件又称为应用程序，它是用户依据任务所编制的各样程序。计算机的工作过程同是寒窗苦读，怎愿顶礼膜拜！2所谓的光芒岁月，其实不是此后，闪耀的

6、日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。1运算器运算器包括三个寄存器和一个算逻单元ALU。其中ACC为累加器，MQ为乘商寄存器，X为操作数寄存器。这三个寄存器在达成不相同运算时，所寄存在操作数种类也各不相同。2储蓄器主储蓄器包括储蓄体、各样逻辑零件及控制电路等。主存的工作方式就是按储蓄单元的地点号来实现对储蓄字各位的存（写入）、取（读出）。这类存取方式叫做按地点存取，也即按地点接见储蓄器（简称访存）。为了能实现按地点接见的方式，主存中还必然配置两个寄存器MAR和MDR。MAR是储蓄器地点寄存器,用来寄存欲接见的储蓄单元的地点，其位数对应储蓄单元的个数。MDR是储蓄器数据寄存器,用来寄存从储蓄体某

7、单元取出的代码或许准备往某储蓄单元存入的代码，其位数与储蓄字长相等。要想圆满地达成一个取或存操作。3控制器控制器是计算机组成的神经中枢，由它指挥全机各零件自动、协调地工作。详细而言，它第一要命令储蓄器读出一条指令，这叫取指过程。接着对这条指令进行解析，指出该指令要达成什么样的操作，并按寻址特点指明操作数的地点，这叫解析指令过程。最后依据操作数所在的地点，取出操作数并达成某种操作，这叫作履行过程。以上就是平时所说的达成一条指令操作的取指、解析和履行三阶段。控制器由程序计数器PC，指令寄存器IR以及控制单元CU几部分组成。PC用来寄存目前欲履行指令的地点，它与主存的MAR之间有一条直接通路，且拥有

8、自动加1的功能，即可自动形成下一条指令的地点。IR用来寄存目前的指令，IR的内容来自主存的MDR。IR中的操作码送到CU，用来解析指令；其地点码作为操作数的地点送至储蓄器的MAR。CU用来解析目前指令所需达成的操作，并发出各样微操作命令序列，用以控制所有被控对象。同是寒窗苦读，怎愿顶礼膜拜！3所谓的光芒岁月，其实不是此后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。4I/OI/O子系统包括各样外面设施及相应的接口。每一种设施都是由I/O接口与主机联系的，它接受CU发出的各样控制命令达成相应的操作。计算机的解题过程以下：第一把组成程序的有序指令和数据，经过键盘输入到主存单元中，并置PC的初值为0

9、（即令程序的首地点为0）。启动机器后，计算机便自动按储蓄器中所寄存的指令序次，有序地逐条达成取指令、解析指令和履行指令，直至履行到程序的最后一条指令为止。（三）计算机性能指标吞吐量、响应时间1)吞吐量：单位时间内的数据输出数量。2)响应时间：从事件开始到事件结束的时间，也称履行时间。CPU时钟周期、主频、CPI、CPU履行时间1）CPU时钟周期：机器主频的倒数，Tc2）主频：CPU工作主时钟的频次，机器主频Rc3）CPI：履行一条指令所需要的平均时钟周期4）CPU履行时间：T=InCPITCPUCIn履行程序中指令的总数CPI履行每条指令所需的平均时钟周期数C时钟周期时间的长度MIPS、MFL

10、OPS1）MIPS：MIPS(MillionInstructionsPerSecond)MIPS=In/(Te106)=In/(InCPITc106)=Rc/(CPI106)Te：履行该程序的总时间In：履行该程序的总指令数Rc：时钟周期Tc的到数MIPS只适合议论标量机，不适合议论向量机。标量机履行一条指令，获得一个运行结果。而向量机履行一条指令，能够获得多个运算结果。2）MFLOPS：MFLOPS(MillionFloatingPointOperationsPerSecond)MFLOPS=Ifn/(Te106)Ifn：程序中浮点数的运算次数MFLOPS测量单位比较适合于权衡向量机的性能。

11、一般而言，同一程序运行在不相同的计算机上时经常会履行不相同数量的指令数，但所履行的浮点数个数经常是相同的。同是寒窗苦读，怎愿顶礼膜拜！4所谓的光芒岁月，其实不是此后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。二、数据的表示和运算（一）数制与编码进位计数制及其相互变换真值和机器数BCD码字符与字符串校验码（二）定点数的表示和运算定点数的表示无符号数的表示；有符号数的表示。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；溢出见解和鉴别方法。（三）浮点数的表示和运算浮点数的表示浮点数的表示范围；IEEE754标准浮点数的加/减运算（四）算术逻辑单元

12、ALU串行加法器和并行加法器算术逻辑单元ALU的功能和机构三、储蓄器层次机构（cache-主存-外存的层次构造、cache的三种不相同映象方式、主存芯片的子扩展和位扩展方案设计以及续存有关地点变换的内容是重点）（一）储蓄器的分类1按储蓄介质分（1）半导体储蓄器。储蓄元件由半导体器件组成的叫半导体储蓄器。其优点是体积小、功耗低、存取时间短。其缺点是当电源消失时，所存信息也随即扔掉，是一种易失性储蓄器。同是寒窗苦读，怎愿顶礼膜拜！5所谓的光芒岁月，其实不是此后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。2）磁表面储蓄器。按载磁体形状的不相同，可分为磁盘、磁带和磁鼓。现代计算机已很少采用磁鼓。由于

13、用拥有矩形磁滞回线特点的资料作磁表面物质，它们按其剩磁状态的不相同而划分“0或”“1，”而且剩磁状态不会轻易扔掉，故这类储蓄器拥有非易失性的特点。磁芯储蓄器不用了4）光盘储蓄器。光盘储蓄器是应用激光在记录介质(磁光资料)进步行读写的储蓄器，具有非易失性的特点。光盘记录密度高、耐用性好、可靠性高和可交换性强等。2按存取方式分类按存取方式可把储蓄器分为随机储蓄器、只读储蓄器、序次储蓄器和直接存取储蓄器四类。（1）随机储蓄器RAM(RandomAccessMemory)。RAM是一种可读写储蓄器，其特点是储蓄器的任何一个储蓄单元的内容都能够随机存取，而且存取时间与储蓄单元的物理地点没关。计算机系统中

14、的主存都采用这类随机储蓄器。由于储蓄信息原理的不相同，RAM又分为静态RAM(以触发器原理寄存信息)和动向RAM(以电容充放电原理寄存信息)。（2）只读储蓄器ROM(ReadonlyMemory)。只读储蓄器是能对其储蓄的内容读出，而不能够对其从头写入的储蓄器。这类储蓄器一旦存入了原始信息后，在程序履行过程中，只能将内部信息读出，而不能够任意从头写入新的信息去改变原始信息。因此，平时用它存放固定不变的程序、常数以及汉字字库，甚至用于操作系统的固化。它与随机储蓄器可共同作为主存的一部分，一致组成主存的地点域。只读储蓄器分为掩膜型只读储蓄器MROM（MaskedROM）、可编程只读储蓄器PROM(

15、ProgrammableROM)、可擦除可编程只读储蓄器EPROM(ErasableProgrammableROM)、用电可擦除可编程的只读储蓄器EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableROM)。以及近来几年来出现了的快擦型储蓄器FlashMemory，它拥有EEPROM的特点，而速度比EEPROM快得多。3）串行接见储蓄器。假如对储蓄单元进行读写操作时，需按其物理地点的先后顺序找寻地点，则这类储蓄器叫做串行接见储蓄器。显然这类储蓄器由于信息所在地点不相同，使得读写时间均不相同。如磁带储蓄器，无论信息处在哪个地点，读写时必然从其介质的始端开始挨序次找寻，故

16、这类串行接见的储蓄器又叫序次存取储蓄器。还有一种属于部分串行接见的储蓄器，如磁盘。在对磁盘读写时，第素来接指出该储蓄器中的某个小地区(磁道)，此后再序次寻访，直至找到地点。故其前段是直接接见，后段是串行接见，叫直接存取储蓄器。同是寒窗苦读，怎愿顶礼膜拜！6所谓的光芒岁月，其实不是此后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。3按在计算机中的作用分类按在计算机系统中的作用不相同，储蓄器又可分为主储蓄器、协助储蓄器、缓冲储蓄器。（二）储蓄器的层次化构造主假如为认识决速度般配问题储蓄器有3个重要的指标：速度、容量和每位价钱，一般来说，速度越快，位价越高；容量越大，位价越低，容量大，速度就越低。上

17、述三者的关系用以下列图表示：寄存器缓存主存磁盘磁带储蓄系统层次构造主要表现在缓存-主存-辅存这两个储蓄层次上，以以下列图所示：CPU缓存主存辅存（三）半导体随机存取储蓄器SRAM储蓄器的工作原理静态RAM由于静态RAM是触发器储蓄信息，因此即便信息读出后，它仍保持其原状态，不需要再生。但电源掉电时，原存信息扔掉，故它属易失性半导体储蓄器DRAM储蓄器的工作原理（四）只读储蓄器（五）主储蓄器与CPU的连结（六）双口RAM和多模块储蓄器（七）高速缓冲储蓄器（Cache）程序接见的局部Cache的基本工作原理同是寒窗苦读，怎愿顶礼膜拜！7所谓的光芒岁月，其实不是此后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对

18、梦想的偏执。Cache和主存之间的照射方式Cache中主存块的代替算法Cache写策略（八）虚假储蓄器虚假储蓄器的基本见解页式虚假储蓄器段式虚假储蓄器段页式虚假储蓄器TLB（快表）四、指令系统（一）指令格式指令的基本格式定长操作码指令格式扩展操作码指令格式（二）指令的寻址方式有效地点的见解数据寻址和指令寻址常有寻址方式（三）CISC和RISC的基本见解五、中央办理器（CPU）（一）CPU的功能和基本构造（二）指令履行过程（三）数据通路的功能和基本构造（四）控制器的功能和工作原理硬布线控制器微程序控制器微程序、微指令和微命令；微指令的编码方式；微地点的形式方式。（五）指令流水线指令流水线的基本见

19、解同是寒窗苦读，怎愿顶礼膜拜！8所谓的光芒岁月，其实不是此后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。超标量和动向流水线的基本见解（一）总线（二）总线概括（三）总线的基本见解总线是连结计算机内部多个零件之间的信息传输线，是各零件共享的传输介质。多个零件和总线相连，在某一时辰，只赞成有一个零件向总线发送信号，而多个零件能够同时从总线上接收相同的信息。总线是由很多传输线或通路组成，每条线可传输一位二进制代码，如16条传输线组成的总线，可同时传输16位二进制代码。（四）总线的分类按数据传达方式：并行传输总线和串行传输总线按总线的合用范围：计算机总线，测控总线，网络通讯总线按连结零件不相同：（重点

20、）片内总线：片内总线是指芯片内部的总线，如在CPU芯片内部，寄存器与寄存器之间、寄存器与算术逻辑单元之间都有总线连结。系统总线：系统总线是指CPU、主存、I/O各大零件之间的信息传输线。按传输信息的不相同，可分为三类：数据总线、地点总线和控制总线。数据总线用来传输各功能零件之间的数据信息，它是双向传输总线，其位数与机器字长、储蓄字长有关。数据总线的条数称为数据总线宽度，它是权衡系统性能的一个重要参数。例子：总线宽8位，指令字长16位，CPU需要两次访主存地点总线主要用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地点或在I/O设施上的地点。它是单向传输的。地点线的位数与储蓄单元的个数有关，如地

21、点线为20根，则对应的储蓄单元个数为220。控制总线是用来发出各样控制信号的传输线。对单调控制线来说，传输单向；对控制总线，是双向的。对CPU而言，控制信号既有输入又有输出。通讯总线：这类总线用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如控制仪表、挪动通讯等）之间的通讯。（五）总线的组成及性能指标总线的组成：总线组成包括信号线、总线控制器、隶属电路。信号线包括数据线、地点线和控制线同是寒窗苦读，怎愿顶礼膜拜！9所谓的光芒岁月，其实不是此后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。总线性能指标：（1）总线宽度：它是指数据总线的根数，用bit（位）表示，如8位、16位、32位、位。2）总线带宽：

22、总线的数据传输速率即单位时间内总线上传输数据的位数，平时用每秒传输信息的字节数来权衡，单位为MBps（兆每秒）。比方，总线频次33MHZ，总线宽度32位（4B），则总线带宽33*4=132MBps。3）时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作的总线称同步总线，与时钟不相同步工作的总线称为异步总线。4）总线复用：平时地点总线与数据总线在物理上是分开的两种总线。地点总线传输地点码，数据总线传输数据信息。为了提高总线的利用率，优化设计，特将地点总线和数据总线共用一条物理线路，但是某一时辰该总线传输地点信号，另一时辰传输数据信号或命令信号。这叫总线的多路复用。5）信号线数：即地点总线、数据总线和控制

23、总线三种总线数的总和。6）总线控制方式：包括并发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等。7）其他指标：如负载能力问题等。总线构造的三种形式：以CPU为中心的双总线构造：这类构造在I/O设施与主存交换信息时仍旧要占用CPU，因此会影响CPU的工作效率。单总线构造：它是将CPU、主存、I/O设施都挂在一组总线上，赞成I/O之间、I/O与主存之间直接交换信息。由于只有一组总线，当某一时辰各零件都要占用时，就会出现强抢现象。双总线构造的特点是将速度较低的I/O设施从单总线上分别出来，形成主存总线与I/O总线分开的构造。三总线构造中，主存总线用于CPU与主存之间的传输；I/O总线供CPU与各样I

24、/O之间传达信息；DMA总线用于高速外设（磁盘、磁带等）与主存之间直接交换信息。在三总线构造中，任一时辰只能使用一种总线。（六）总线仲裁（总线控制）总线控制主要包括判优控制和通讯控制。总线判优控制可分集中式和散布式两种，前者将控制逻辑集中在一处(如在CPU中)，后者将控制逻辑分别在与总线连结的各个零件或设施上。同是寒窗苦读，怎愿顶礼膜拜！10所谓的光芒岁月，其实不是此后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。集中仲裁方式常有的集中控制有三种优先权仲裁方式：1链式查问（菊花链）图中控制总线中有三根线用于总线控制（BS总线忙；BR总线恳求、BG总线赞成），其中总线赞成信号BG是串行地从一个I

25、/O接口送到下一个I/O接口。假如BG抵达的接口有总线恳求，BG信号就不再往下传。意味着该接口获得了总线使用权，并成立总线忙BS信号，表示它占用了总线。可见在查问链中，离总线控制零件近来的设施拥有最高的优先级。这类方式的特点是：只要很少几根线就能按必然优先序次实现总线控制，而且很简单扩大设施，但对电路故障很敏感。2计数器准时查问计数器准时查问方式以以下列图所示。它与链式查问方式比较，多了一组设施地点线，少了一根总线赞成线BG。总线控制零件接到由BR送来的总线恳求信号后，在总线未被使用(BS0)的情况下，由计数器开始计数，向各设施发出一组地点信号。当某个有总线恳求的设施地点与计数值一致时，便获得

26、总线使用权，此时停止计数查问。这类方式的特点是：计数能够从“0”开始，此时设施的优先次序是固定的；计数也能够从停止点开始，即是一种循环方法，此时设施使用总线的优先级相等；计数器的初始值还可由程序设置，故优先序次能够改变。其他，对电路故障不如链式查问方式敏感，但增加了主控制线(设施地点)数，控制也较复杂。3独立恳求方式独立恳求方式以以下列图所示。同是寒窗苦读，怎愿顶礼膜拜！112n根线。所谓的光芒岁月，其实不是此后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。由图可见，每一设施均有一对总线恳求线BRi和总线赞成线BGi。当设施要求使用总线时，便发出该设施的恳求信号。总线控制零件中有一排队电路，可

27、依据优先序次确定响应哪一设施的恳求。这类方式的特点是：响应速度快，优先序次控制灵巧(经过程序改变)，但控制线数量多，总线控制更复杂。链式查问中仅用两根线确定总线使用权属于哪个设施，在计数查问中大概用1og2n根线，其中n是赞成采纳的最大设施数，而独立恳求方式需采用总线通讯控制（没要求）散布仲裁方式同集中式仲裁比较，散布式仲裁不需要中央仲裁器，而是让各个主设施功能模块都有自己的仲裁号和仲裁电路。需要使用总线时，各个设施的功能模块将自己唯一的仲裁号发送到共享的总线上，各自的仲裁电路再将从仲裁总线上获得的仲裁号和自己的仲裁号相比较，获胜的仲裁号将保存在仲裁总线上，相应设施的总线恳求获得响应。散布式仲

28、裁不需要中央仲裁器，每个暗藏的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。当它们有总线恳求时，把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上获得的号与自己的号进行比较。假如仲裁总线上的号大，则它的总线恳求不予响应，并取消它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保存在仲裁总线上。显然，散布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础同是寒窗苦读，怎愿顶礼膜拜！12所谓的光芒岁月，其实不是此后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。AB仲裁7AB总线iAB0竞争WCNWW7ii0设施竞争号CN设施竞争号CN70接其他设施（七）总线操作和准时总线操作目前在总线上的操作主要有以下几种：1）读和写读是将从设

29、施（如储蓄器）中的数据读出并经总线传输到主设施（如CPU）；写是主设备到从设施的数据传输过程。2）块传达主设施给出要传输的数据块的初步地点后，就能够利用总线对固定长度的数据一个接一个的读出或写入。3）写后读或读后写主设施给出地点一次，就能够进行先写后读或许先读后写操作，先读后写经常用于校验数据的正确性，先写后读经常用于多道程序的对共享储蓄资源的保护。4）广播和广集主设施同时向多个从设施传输数据的操作模式称为广播。广集操作和广播操作正好相反，它将从多个从设施的数据在总线上达成AND或OR操作，常用于检测多其中止源。准时：事件出现在总线上的时序关系。1、同步准时在同步准时协议中，事件出现在总线上的

30、时辰由总线时钟信号来确定。（因此包括素来信号线）由于采用了公共时钟，每个功能模块什么时候发送或接收信息都由一致时钟规定，因此，同步准时拥有较高的传输频次。同步准时合用于总线长度较短、各功能模块存取时间比较凑近的情况。2异步准时在异步准时协议中，后一事件出现在总线上的时辰取决于前一事件的出现，即成立在应答式或互锁体系基础上。在这类系统中，不需要一致的共公时钟信号。总线周期的长度是可变的。（八）总线标准同是寒窗苦读，怎愿顶礼膜拜！13所谓的光芒岁月，其实不是此后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。六、输入输出（I/O）系统（一）I/O系统基本见解（二）外面设施输入设施：键盘、鼠标输出设施

31、：显示器、打印机外储蓄器：硬盘储蓄器、磁盘阵列、光盘储蓄器（三）I/O接口（I/O控制器）I/O接口的功能和基本构造I/O端口及其编址（四）I/O方式程序查问方式程序中止方式中止的基本见解；中止响应过程；中止办理过程；多重中止和中止障蔽的见解。DMA方式DMA控制器的组成；DMA传达过程。通道方式同是寒窗苦读，怎愿顶礼膜拜！14所谓的光芒岁月，其实不是此后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。七、计算机系统概括（四）计算机发展历程（五）计算机系统层次构造计算机硬件的基本组成计算机软件的分类计算机的工作过程（六）计算机性能指标吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、CPU履行时间；MIPS、MFLOPS。八、数据的表示和运算（五）数制与编码进位计数制及其相互变换真值和机器数BCD码字符与字符串校验码（六）定点