Abstract: 计算机组成原理期末复习知识点总结 （一版）~

1.计算机概述

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

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
取指令：控制器从存储器中取指令
执行指令：控制器分析,执行指令,为取下一条指令做准备
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

计算机系统体系结构：

内存储器：

RAM:随机存储器
ROM：只读型存储器

2.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=2^10B=1024Byte
1MB=2^20B=1024KB
1GB=2^30B=1o24MB
1TB=2^40B=1024GB
1024：byte——kb——MB——GB——TB

浮点表示法

R进制表示法:

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　　　　 0…7　　　　　 0…9　　　　　0…F权　　　　　　 2^i　　　　　 8^i　　　　　 10^i　　　　 16^i形式表示　　　 B　　　　　　 Q　　　　　　 D　　　　　 H

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（直到小数部分为0；结果顺取）
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表示正数的符号,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:
- 正数：反码=原码
- 负数:反码 = 原码的符号位不变数值各位取反即0变1,1变0
补码:
- 正数:其补码与原码相同
- 负数:原码的符号位不变,数值各位取反,末尾加1

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)2

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)；逻辑否定 (‘非’运算)

异或运算：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;　　A1=A;　　A+A=1;　　AA=A
互补律:　　　　 A*(!A)=0;　　A+(!A)=1
又拾律:　　　　!(!A)=A
交换律:　　　　 A+B=B+A;　　AB=BA
结合律:　　　　A+(B+C)=(A+B)+C;　　A(BC)=(AB)C
分配率:　　　　 A(B+C)=AB+AC;　　A+(BC)=(A+B)*(A+C)
摩尔定律:　　　　!(A+B)=(!A)(!B);　　!(AB)=(!A)+(!B)

3.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<I^2C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,总线协议。

4.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
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

5.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,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

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2^10=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Cache：

定义：由存取速率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RAM：

RAM：随机存储器，可读出可写入，随机存取；断电；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；一旦有了信息,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；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

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.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 bytes。

6.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):

PS∕2接口的
USB接口的
无线的

鼠标分类:

PS∕2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:

显示器分辨率:　　屏幕上光栅的行数和列数
分类:　　阴极射线管显示器; 液晶显示器; 等离子显示器
主要技术指标:　　像素 , 分辨率 , 屏幕尺寸 , 刷新频率 , 点距 , 像素色彩

输入输出设备接口和控制方式

输入输出设备接口:

数据传送:　　串行口; 并行口; 程序型接口; DMA型接口
通用性:　　通用接口; 专用接口
功能选择:　　可编程接口; 不可编程接口

输入输出控制方式:

程序查询方式 :

中断控制方式:

直接存储器存取方式
输入输出处理机方式

7.计算机的时标系统

时序控制方式:

同步控制方式:

定义将操作时间划分为许多时钟周期,周期长度固定,每个时间周期完成一步操作,各页操作应在规定时钟周期内完成
优缺点
- 优点：时序关系比较简单,控制部件在结构上易于集中,设计方便
- 缺点：在时间安排利用上不经济
在同步控制方式中,都有统一的时钟信号,各种微操作都是在这一时钟信息的同步下完成的,称这一时钟信号为计算机主频,其周期称为时钟周期,称完成一个基本操作所需要的时间为机器周期

异步控制方式:

定义：各项操作按其需要选择不同的时间,不受统一时钟周期的约束,各步操作间的衔接与各部件之间信息交换,采取应答的方式
优缺点:
- 优点：时间紧凑,能按不同部件,设备实际需求分配时间
- 缺点：是实际异步应答所需控制比较复杂

三级时标系统:

指令周期3：完成一个指令
机器周期2：完成一个基本操作
时钟周期1：完成一步操作

指令周期公式: 指令周期 = 时钟周期组成一个机械周期所需T的个数组成一个指令周期所需M个数

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