王道计算机考研——计算机组成原理笔记
计算机组成原理
- 1.计算机系统概述
- 1. 计算机发展历程
- 2.计算机系统的组成
- 3.存储器
- 4.运算器
- 5. 控制器
- 6. 计算机的工作过程(重点)
- 7. 计算机的层次结构
- 8.计算机的性能指标
- 1. 存储器
- 2. CPU
- 3.系统整体的性能指标
- 4. 思考
- 2. 数据的表示和运算
- 1.进位计数制
- 2.BCD码
- 3. 字符与字符串
- 4.奇偶校验码
- 5.海明码
- 6. 循环冗余校验码(CRC码)
- 7. 定点数的表示
- 8.移位运算
- 9. 溢出判断
- 10.原码乘法运算
- 11.补码乘法运算
- 12.原码除法运算
- 13.补码除法运算
- 14.强制类型转换
- 15.数据的存储和排列
- 16. 浮点数的表示
- 17. IEEE 754 浮点数标准
- 18.浮点数的运算
- 19. 电路的基本原理
- 3.存储系统
- 1. 主存简单模型和寻址概念
- 2.存储器RAM
- 3.ROM(只读存储器)
- 4.存储器基本概念
- 5. 主存与CPU的连接
- 6.主存与CPU的连接(例题)
- 7.双端口RAM和多模块存储器
- 8.局部性原理及性能分析
- 9. Cache 地址映射
- 10.cache替换算法及写策略
- 11. 虚拟存储器
- 4.指令系统
- 1.指令格式
- 2.指令寻址
- 3.数据寻址1
- 4.数据寻址2——偏移寻址
- 5. 数据寻址——堆栈寻址
- 6.CISC和RISC
- 5.中央处理器
- 1.CPU功能和基本结构
- 2.指令周期的数据流
- 3. 数据通路1——CPU内部单总线通路
- 4. 数据通路2——专用数据通路
- 5. 控制器1——硬布线
- 6.控制器2——微程序
- 7.指令流水线的概念及性能指标
- 8.影响流水线的因素及分类
- 6.总线
- 1.总线的概念和分类
- 2.性能指标
- 3. 总线仲裁
- 4. 总线操作和定时
- 5. 总线标准
- 7. 输入输出系统
- 1. IO系统基本概念
- 2. 输入输出
- 3. 外存储器
- 4. IO接口
- 5. 程序查询方式
- 6. 中断系统
- 7. 程序中断方式
- 8. DMA方式
1.计算机系统概述
1. 计算机发展历程
2.计算机系统的组成
- 冯诺依曼体系结构:以运算器为核心
- 冯诺依曼体系结构的特点
- 现在计算机体系结构:以内存为核心
- CPU,主机,外设
3.存储器
- 主存储器由存储体,MAR,MDR组成
- 和右边的图进行类比,MAR存储CPU想要获取数据的地址,在存储体中找到后放在MDR中,CPU从MDR中把数据取走。
存储体是由一个个存储单元组成的
存储字:存储单元中二进制代码的集合
存储字长:存储单元中二进制代码的位数
4.运算器
5. 控制器
6. 计算机的工作过程(重点)
- 程序被编译成二进制存储在主存中
工作过程
(MAR):表示MAR里边的值为0
M(MAR) :主存储器所指向的存储单元里边的值
OP(IR):取操作码
Ad(IR):取地址码
7. 计算机的层次结构
- 注意编译程序和解释程序的区别
编译程序:将高级语言编写的源程序全部语句一次全部翻译成机器语言程序,而后再执行机器语言程序(只需翻译一次)
解释程序将源程序的一条语句翻译成对应于机器语言的语句,并立即执行。紧接着再翻译下一句(每次执行都要翻译)
8.计算机的性能指标
1. 存储器
2. CPU
3.系统整体的性能指标
4. 思考
2. 数据的表示和运算
1.进位计数制
- 其他进制转十进制
- 二进制<——> 八进制,十六进制 (注意:小数部分也是从右往左算)
- 十进制——>任意进制(整数部分)
- 十进制——>任意进制(小数部分)
- 十进制转二进制(拼凑法,适用于十进制数不是很大的情况)
- 真值和机器数
2.BCD码
- 概念
- 8421码
- 8421码相加
- 可以转换成十进制相加后,再转换成8421码
- 机算方法:不在范围内,加6。如图所示
- 其他表示方式
3. 字符与字符串
- ASCII码
- 汉字的表示和编码
- 字符串的表示形式
- 知识回顾
4.奇偶校验码
- 校验原理
- 奇偶校验码
- 硬件实现
5.海明码
- 设计思想
- 求解步骤
- 全校验
- 海明码只能纠错一位(一个数据传错时,可以纠正)
- 可以检错两位
6. 循环冗余校验码(CRC码)
- 基本思想
- 例题
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-TxXHrXvO-1644306008648)(C:\Users\86155\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20220126201152982.png)]
- CRC校验码计算过程
7. 定点数的表示
- 定点数和浮点数的概念
- 无符号数
- 原码
- 反码
- 补码(高频考点)
- 移码
- 技巧
- 补码的作用(注意:执行加法运算时,符号位一起参加运算)
8.移位运算
- 原码的算数移位
- 反码的算数移位
- 补码的算数移位
- 总结
- 逻辑移位
9. 溢出判断
- 符号扩展
10.原码乘法运算
- 机器实现(视频 P18节)
11.补码乘法运算
- 机器实现
- 手算步骤
12.原码除法运算
- 机器运算过程
- 恢复余数法
- 加减交替法
13.补码除法运算
14.强制类型转换
15.数据的存储和排列
- 大小端模式
- 边界对齐
16. 浮点数的表示
- 浮点数的表示
- 尾数的规格化
17. IEEE 754 浮点数标准
- 标准
- 示例(十进制转换为浮点数)
- 示例(浮点数转换为十进制数)
- 单精度浮点数表示的最大值,最小值
- 特殊数值
18.浮点数的运算
- 和十进制的科学计数法进行类比
- 浮点数加减法(P26)
- 舍入
- 强制类型转换
19. 电路的基本原理
- 基本的逻辑运算
- 复合逻辑
3.存储系统
1. 主存简单模型和寻址概念
- 存储器芯片的基本结构
- 寻址
2.存储器RAM
- 两种RAM的比较
- DRAM的刷新
3.ROM(只读存储器)
- 为什么需要ROM?
因为RAM里面的数据容易丢失。
4.存储器基本概念
- 存储器的分类
- 性能指标
数据的宽度:在一个存储周期中存储的位数
- 层次化结构
5. 主存与CPU的连接
- CS:片选线(决定主存是否工作)这种写法是高电平有效
- WE:读写控制线
- A0~A13:地址线
- D0~D7:数据线
- 译码器
- 线选法和译码线选法的区别
6.主存与CPU的连接(例题)
- 分析
- 图解
7.双端口RAM和多模块存储器
- 双端口RAM
- 多模块存储器
- 高位交叉编址和低位交叉编址
- 流水线问题
8.局部性原理及性能分析
- 局部性原理
- 性能分析
- 例题(蓝色字体为答案)
9. Cache 地址映射
- Cache的工作原理
- 地址映射——全相连映射
- 地址映射——直接映射
- 地址映射——组相连映射
10.cache替换算法及写策略
- 替换算法
LRU侧重于近期表现,LFU侧重于全局表现
- 例题
- 命中时的写策略
- 写回法
- 全写法
- 未命中时的写策略
- 写分配法
- 非写分配法
11. 虚拟存储器
- 概念
- 页式虚拟存储器
- 段式虚拟存储器
- 段页式虚拟存储器
- 快表
4.指令系统
1.指令格式
- 指令的含义
- 指令的格式
- 地址码
- 扩展操作码举例
- 扩展操作码的规范
- 指令操作码
- 操作类型
2.指令寻址
- 数据存放
- 指令寻址
3.数据寻址1
- 操作数类型
- 地址码的构成
寻址特征:采用哪一种方式进行寻址
通过寻址特征和形式地址求出有效地址
- 立即寻址
- 直接寻址
- 间接寻址
- 寄存器寻址
- 寄存器间接寻址
- 隐含寻址
- 总结
4.数据寻址2——偏移寻址
- 基址寻址
- 变址寻址
- 相对寻址
- 相对寻址举例
- 总结
5. 数据寻址——堆栈寻址
6.CISC和RISC
- 基本含义
- 特点
5.中央处理器
1.CPU功能和基本结构
- CPU的功能
- 运算器和控制器的功能
- 运算器的基本结构
- 控制器的基本结构
- CPU的基本结构
2.指令周期的数据流
- 指令周期
- 指令周期流程
- 取指周期
- 间址周期
- 中断周期
- 指令执行方案
3. 数据通路1——CPU内部单总线通路
- 数据通路
- CPU内部单总线方式
在介绍这个之前,首先区别一下系统总线和内部总线。
内部总线是指同一部件,如CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线;
系统总线是指同一台计算机系统的各部件,如CPU、内存、通道和各类l/o接口间互相连接的总线。
- 例题
取指周期
间址周期
执行周期
4. 数据通路2——专用数据通路
- 取指周期
- 例题
第一问
第二问
第三问
第四问
第五问
第六问
5. 控制器1——硬布线
- 控制器的结构和功能
- 控制单元的输入和输出
- CPU的控制方式
6.控制器2——微程序
- 控制器的设计思路
- 微程序的基本思想
- 微程序控制器的基本结构
- 控制存储器
- 微指令的格式
- 微指令的编码方式
- 微指令的地址形成方式
前两种理解,后四种了解(不重要)
- 下地址方式例题
- 一些易混淆的概念
指令=微程序
微程序由多个微指令组成
微指令由多个微命令组成
微命令是微操作的控制信号
微操作是微命令的执行过程
7.指令流水线的概念及性能指标
- 指令流水的定义
- 流水线的表示方法
- 流水线的性能指标
- 吞吐率
- 加速比
- 效率
8.影响流水线的因素及分类
- 机器周期的设置
- 影响流水线的因素
- 结构相关
- 数据相关
- 例题
- 数据相关的一些概念
RAW(read after write):写后读
另外两个同上
- 控制相关
- 总结
- 流水线的分类
- 流水新的多发技术
- 超标量技术
- 超流水技术
- 超长指令字
6.总线
1.总线的概念和分类
- 总线的特点
- 总线特性
- 总线的分类
- 串行总线与并行总线
- 按总线功能
- 系统总线的结构
- 单总线结构
- 双总线结构
- 三总线结构
2.性能指标
- 带宽例题
- 上节遗留问题:串行总线和并行总线哪个速度更快
- 总结
3. 总线仲裁
- 基本特点
- 集中仲裁方式(重要)
- 链式查询方式
- 计数器查询方式
- 独立请求方式
- 三种方式总结
- 分布仲裁方式(了解即可)
4. 总线操作和定时
- 总线传输的四个阶段
- 同步定时方式
- 异步定时方式
- 例题(数据传输率)
- 半同步通信(扩展)
- 分离式通信(拓展)
5. 总线标准
- 基本特点
7. 输入输出系统
1. IO系统基本概念
- 演变过程
- IO系统基本组成
- IO方式简介
2. 输入输出
- 外部设备
- 显示器
3. 外存储器
- 基本概念
- 磁盘存储器
- 磁盘设备的组成
- 性能指标
- 存取时间计算过程
- 磁盘地址和磁盘的工作过程
4. IO接口
- 功能
- 基本结构
- 接口与端口
- IO端口及其编址
- IO接口的类型
5. 程序查询方式
- 程序查询方式流程图
- 接口结构
- 例题
- 总结
6. 中断系统
- 基本概念
- 分类
- 中断请求标记
- 中断判优
- 优先级设置
- 中断处理过程
- 中断隐指令
- 中断服务程序
- 单重中断和多重中断
- 中断屏蔽技术
- 中断屏蔽技术 例题(重要,需掌握)
7. 程序中断方式
- 程序中断方式过程
恢复现场即算做下一次启动
- 例题 第一问
- 例题 第二问 (重要)
CPI:执行一条指令所需要的时钟周期
8. DMA方式
- DMA 控制器
- 结构
- DMA传送方式
- DMA方式的特点
- DMA方式与中断方式对比
- CPU占用情况 中断方式
- CPU占用情况 DMA方式
- 总结
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目录 一.计算机发展历程 二.计算机系统层次结构 1.计算机硬件的基本组成 1.1 早期冯诺依曼机的结构 1.2 现代计算机的结构 2.各个硬件的工作原理 2.1 主存储器的基本组成 2.2 运算器的 ...
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