计算机组成原理

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 相信对于许多计算机专业的人来说，《计算机组成原理》这门课程是躲不过去的一道难关，既然躲不过去，那就勇敢的面对吧！！！本篇文章将系统的介绍计算机组成原理的相关知识，希望能够对你们有所帮助…

第一章

知识网图

计组知识导图

冯诺依曼机的特点

  1. 计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备5大部件组成。
  2. 指令和数据已同等地位存储在存储器中，并可按地址寻址。
  3. 指令和数据均用二进制代码表述。
  4. 指令有操作码和地址码组成。操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
  5. 指令在存储器中按顺序存放。通常，指令时顺序执行的，在特定的条件下根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。
  6. 早期的冯诺依曼机以运算器为中心，输入/输出设备通过运算器和存储器传送数据。

不同级别的语言

​ 机器语言：(二进制语言)计算机能唯一直接识别和执行的语言。

​ 汇编语言：用英文单词或其缩写代替二进制的指令代码，易于人记忆和理解。

​ 高级语言：为方便程序设计人员写出解决问题的处理方案和解题过程的程序。

计算机工作过程

  1. 把程序和数据装入主存储器。
  2. 将原程序转换为可执行文件。
  3. 从可执行文件的首地址开始逐条执行指令。

计算机的性能指标

  • 机器字长：指计算机进行一次指数运算所处理的二进制数据的位数。（通常与CPU的寄存器、加法器有关）
  • 数据通路带宽：指数据总线一次所能并行传送信息的位数（指外部数据总线的宽度，与CPU内部的数据总线宽度可能不同）。
  • 主存容量：指主存储器所能存储信息的最大容量，通常以字节来衡量，也可用字数字长来表述存储容量。
  • 运算速度
  1. 吞吐量：指系统在单位时间内处理请求的数量。
  2. 响应时间：指从用户向计算机发送一个请求到系统对该请求做出响应并获得所需结果的等待时间。通常包括CPU时间（运行一个程序所花费的时间）与等待时间（用于磁盘访问、存储器访问、I/O操作、操作系统开销等时间）
  • 主频和CPU时钟周期
  1. CPU时钟周期
  2. 主频

   CPI：执行一条指令所用的时钟周期

   CPU执行时间：指运行一个程序花费的时间。

   CPU执行时间 = CPU时钟周期数/主频=（指令条数*CPI)/主频

   MIPS、MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS

第二章

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在计算机系统内部，所有信息都用二进制进行编码的原因有以下几点：

  1. 二进制只有0和1两种状态，使用有两个稳定状态的物理器件就可以表示二进制的每一位。制造成本低。
  2. 二进制位1和0正好与逻辑值“真”和“假”对应，为计算机实现逻辑运算和程序中的逻辑判断提供了便利条件。
  3. 二进制的编码和运算规则简单，通过逻辑门电路便能方便实现算术运算。

有符号的机器表示

(n+1)位 整数表示范围 小数表示范围
原码和反码 -(2n-1)≤x≤2n-1 -(1-2-n)≤x≤1-2-n
补码 -2n≤x≤2n-1 -1≤x≤1-2n
移码 -2n≤x≤2n-1 移码全为0真值最小，移码全为1真值最大
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