《計算機組成原理復(fù)習(xí)指南》課件

計算機組成原理復(fù)習(xí)指南歡迎來到計算機組成原理復(fù)習(xí)指南！本課程旨在幫助你系統(tǒng)性地復(fù)習(xí)計算機組成原理的核心概念、重要知識點以及解題技巧，為考試做好充分準(zhǔn)備。我們將通過對各章節(jié)重點內(nèi)容的回顧、典型例題的解析以及備考策略的分享，助力你取得優(yōu)異成績。計算機組成原理是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，對理解計算機系統(tǒng)底層運作機制至關(guān)重要。課程目標(biāo)回顧本課程旨在幫助學(xué)生理解計算機系統(tǒng)的基本組成和工作原理，掌握數(shù)據(jù)的表示、存儲、運算、指令系統(tǒng)以及輸入輸出等核心概念。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能夠分析和設(shè)計簡單的計算機系統(tǒng)，具備解決計算機組成相關(guān)問題的能力。此外，課程還注重培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維、邏輯推理和系統(tǒng)設(shè)計能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和實踐打下堅實的基礎(chǔ)。理解計算機系統(tǒng)的底層運作機制至關(guān)重要。系統(tǒng)理解深入了解計算機系統(tǒng)組成與原理。核心掌握掌握數(shù)據(jù)表示、運算、存儲及I/O。問題解決具備分析設(shè)計計算機系統(tǒng)的能力?？荚囆问脚c內(nèi)容考試形式通常包括選擇題、填空題、簡答題和分析設(shè)計題。選擇題主要考察基本概念的掌握程度，填空題側(cè)重對重要知識點的記憶，簡答題要求對關(guān)鍵概念進行解釋和說明，分析設(shè)計題則需要運用所學(xué)知識解決實際問題?？荚噧?nèi)容涵蓋計算機系統(tǒng)概述、數(shù)據(jù)表示和運算、存儲系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、中央處理器、總線系統(tǒng)以及輸入輸出系統(tǒng)等核心章節(jié)，重點考察對概念的理解、知識的應(yīng)用和問題的分析能力。注重理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)解決問題的能力。1題型多樣選擇、填空、簡答、分析設(shè)計題。2內(nèi)容全面覆蓋各章節(jié)核心知識點。3能力考查理解、應(yīng)用、分析問題能力。評分標(biāo)準(zhǔn)說明評分標(biāo)準(zhǔn)通常會根據(jù)題型的不同而有所側(cè)重。選擇題和填空題主要考察對基本概念和知識點的掌握程度，評分相對客觀。簡答題則會根據(jù)答案的完整性、準(zhǔn)確性和邏輯性進行評分。分析設(shè)計題是評分的重點，主要考察運用所學(xué)知識解決實際問題的能力，評分會綜合考慮方案的合理性、設(shè)計的完整性和結(jié)果的正確性。此外，卷面整潔、書寫規(guī)范也會影響最終的成績。注重過程與結(jié)果并重，全面評價學(xué)習(xí)效果。客觀題概念掌握程度。簡答題完整性、準(zhǔn)確性、邏輯性。分析設(shè)計題方案合理性、設(shè)計完整性、結(jié)果正確性。第一章：計算機系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)概述是理解計算機組成原理的基石。本章主要介紹了計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)以及計算機的性能指標(biāo)等核心概念。通過本章的學(xué)習(xí)，可以對計算機系統(tǒng)的整體架構(gòu)有一個清晰的認(rèn)識，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。深入理解計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)有助于更好地理解各組成部分之間的協(xié)作關(guān)系。理解馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)是理解現(xiàn)代計算機工作原理的關(guān)鍵。層次結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)的組成層次。馮·諾依曼現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。性能指標(biāo)衡量計算機系統(tǒng)性能的參數(shù)。計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)可以看作是一個多層次的結(jié)構(gòu)，從下往上依次為硬件層、操作系統(tǒng)層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層。每一層都建立在下一層的基礎(chǔ)之上，并為上一層提供服務(wù)。硬件層是計算機系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)，操作系統(tǒng)層負(fù)責(zé)管理和控制硬件資源，系統(tǒng)軟件層提供各種系統(tǒng)服務(wù)，應(yīng)用軟件層則為用戶提供各種應(yīng)用功能。理解計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)有助于更好地理解各組成部分之間的協(xié)作關(guān)系。硬件層物理基礎(chǔ)。操作系統(tǒng)層資源管理。系統(tǒng)軟件層系統(tǒng)服務(wù)。應(yīng)用軟件層應(yīng)用功能。馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其核心思想包括采用二進制表示數(shù)據(jù)和指令、采用存儲程序控制方式以及由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成。存儲程序控制是指將程序和數(shù)據(jù)存儲在同一存儲器中，計算機按照程序中指令的順序依次執(zhí)行。馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)對現(xiàn)代計算機的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，至今仍然是大多數(shù)計算機采用的體系結(jié)構(gòu)。二進制數(shù)據(jù)與指令表示。1存儲程序程序控制方式。2五大部件運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備。3計算機的性能指標(biāo)衡量計算機性能的指標(biāo)有很多，主要包括吞吐量、響應(yīng)時間、利用率、處理機字長、總線寬度、主存容量、主頻、CPI、MIPS、FLOPS等。吞吐量是指單位時間內(nèi)計算機完成的作業(yè)數(shù)量，響應(yīng)時間是指用戶發(fā)出請求到計算機給出響應(yīng)的時間間隔，利用率是指計算機各組成部分被利用的程度。不同的性能指標(biāo)從不同的角度反映了計算機的性能，需要綜合考慮才能對計算機的性能做出全面的評價。指標(biāo)含義影響因素吞吐量單位時間完成作業(yè)數(shù)CPU、存儲器、I/O響應(yīng)時間請求到響應(yīng)時間CPU速度、系統(tǒng)負(fù)載利用率組件被利用程度作業(yè)調(diào)度、資源分配第二章：數(shù)據(jù)的表示和運算數(shù)據(jù)的表示和運算是計算機組成原理的重要組成部分。本章主要介紹了進制轉(zhuǎn)換、定點數(shù)的表示、浮點數(shù)的表示、算術(shù)運算與邏輯運算以及校驗碼等核心概念。通過本章的學(xué)習(xí)，可以掌握計算機中數(shù)據(jù)的表示方法和運算規(guī)則，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。深入理解數(shù)據(jù)的表示方法有助于更好地理解計算機的工作原理。進制轉(zhuǎn)換不同進制之間的轉(zhuǎn)換方法。定點數(shù)定點數(shù)的表示方法和運算規(guī)則。浮點數(shù)浮點數(shù)的表示方法和運算規(guī)則。進制轉(zhuǎn)換進制轉(zhuǎn)換是指將一個數(shù)從一種進制表示轉(zhuǎn)換為另一種進制表示。常見的進制包括二進制、八進制、十進制和十六進制。進制轉(zhuǎn)換的方法包括按權(quán)展開法、除基取余法和綜合法等。掌握進制轉(zhuǎn)換的方法是理解計算機中數(shù)據(jù)表示的基礎(chǔ)。理解不同進制之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系有助于更好地理解計算機的工作原理。十進制是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫倪M制，而二進制是計算機內(nèi)部使用的進制。二進制計算機內(nèi)部使用。八進制二進制的簡寫。十進制日常使用。十六進制二進制的簡寫。定點數(shù)的表示定點數(shù)是指小數(shù)點位置固定的數(shù)。定點數(shù)可以分為定點整數(shù)和定點小數(shù)。定點整數(shù)是指小數(shù)點位于最低位的數(shù)，定點小數(shù)是指小數(shù)點位于最高位的數(shù)。定點數(shù)的表示方法包括原碼、反碼、補碼和移碼等。補碼是計算機中常用的定點數(shù)表示方法，可以簡化加減運算。理解定點數(shù)的表示方法有助于更好地理解計算機中數(shù)據(jù)的表示。原碼簡單直觀，但加減運算復(fù)雜。反碼原碼到補碼的過渡。補碼簡化加減運算，計算機常用。移碼表示浮點數(shù)的階碼。浮點數(shù)的表示浮點數(shù)是指小數(shù)點位置不固定的數(shù)。浮點數(shù)可以表示更大范圍的數(shù)，并且可以保持更高的精度。浮點數(shù)的表示方法包括IEEE754標(biāo)準(zhǔn)等。IEEE754標(biāo)準(zhǔn)是計算機中常用的浮點數(shù)表示方法，定義了單精度浮點數(shù)和雙精度浮點數(shù)等。浮點數(shù)的表示包括階碼和尾數(shù)兩部分。理解浮點數(shù)的表示方法有助于更好地理解計算機中數(shù)據(jù)的表示。1符號位表示正負(fù)。2階碼表示指數(shù)大小。3尾數(shù)表示有效數(shù)字。算術(shù)運算與邏輯運算算術(shù)運算包括加、減、乘、除等運算，邏輯運算包括與、或、非、異或等運算。計算機中的算術(shù)運算和邏輯運算都是基于二進制進行的。算術(shù)運算可以使用補碼進行簡化，邏輯運算可以使用邏輯門電路實現(xiàn)。理解算術(shù)運算和邏輯運算的原理有助于更好地理解計算機的工作原理。邏輯運算是數(shù)字電路的基礎(chǔ)。1算術(shù)運算加、減、乘、除等。2邏輯運算與、或、非、異或等。3二進制計算機運算基礎(chǔ)。校驗碼校驗碼是指用于檢測數(shù)據(jù)在傳輸或存儲過程中是否發(fā)生錯誤的編碼。常見的校驗碼包括奇偶校驗碼、海明碼和循環(huán)冗余校驗碼（CRC）等。奇偶校驗碼可以檢測單個錯誤，海明碼可以檢測和糾正單個錯誤，CRC可以檢測多個錯誤。校驗碼在計算機系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，可以提高數(shù)據(jù)的可靠性。理解校驗碼的原理有助于更好地理解計算機的可靠性設(shè)計。奇偶校驗碼檢測單個錯誤。海明碼檢測和糾正單個錯誤。CRC檢測多個錯誤。第三章：存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中用于存儲數(shù)據(jù)和程序的部件。本章主要介紹了存儲器的分類、主存儲器的組成、高速緩沖存儲器（Cache）以及虛擬存儲器等核心概念。通過本章的學(xué)習(xí)，可以了解計算機系統(tǒng)中各種存儲器的特點和作用，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。深入理解存儲系統(tǒng)的原理有助于更好地理解計算機的性能優(yōu)化。存儲器分類不同類型的存儲器。1主存儲器計算機主要內(nèi)存。2高速緩存提高存儲器訪問速度。3虛擬存儲器擴展存儲器容量。4存儲器的分類存儲器可以按照存儲介質(zhì)、存取方式、用途以及在計算機系統(tǒng)中的位置等進行分類。按照存儲介質(zhì)可以分為半導(dǎo)體存儲器和磁表面存儲器等，按照存取方式可以分為隨機存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）和順序存儲器等，按照用途可以分為主存儲器和輔助存儲器等，按照在計算機系統(tǒng)中的位置可以分為內(nèi)部存儲器和外部存儲器等。理解存儲器的分類有助于更好地理解不同存儲器的特點和應(yīng)用。存儲介質(zhì)半導(dǎo)體、磁表面等。存取方式隨機、只讀、順序等。用途主存、輔存等。位置內(nèi)部、外部等。主存儲器的組成主存儲器是計算機系統(tǒng)中用于存儲當(dāng)前正在運行的程序和數(shù)據(jù)的部件，通常由DRAM芯片組成。主存儲器的主要組成部分包括存儲體、地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址譯碼器、讀寫控制電路等。存儲體用于存儲數(shù)據(jù)，地址寄存器用于存儲要訪問的存儲單元的地址，數(shù)據(jù)寄存器用于存儲要讀取或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)，地址譯碼器用于將地址轉(zhuǎn)換為存儲單元的物理地址，讀寫控制電路用于控制數(shù)據(jù)的讀寫操作。理解主存儲器的組成有助于更好地理解其工作原理。1存儲體存儲數(shù)據(jù)。2地址寄存器存儲單元地址。3數(shù)據(jù)寄存器讀寫數(shù)據(jù)。高速緩沖存儲器（Cache）高速緩沖存儲器（Cache）是一種小容量、高速的存儲器，位于CPU和主存儲器之間，用于存儲CPU頻繁訪問的數(shù)據(jù)和指令。Cache的目的是提高CPU訪問存儲器的速度，從而提高計算機的整體性能。Cache的工作原理是利用程序的局部性原理，將CPU頻繁訪問的數(shù)據(jù)和指令存儲在Cache中，當(dāng)CPU需要訪問這些數(shù)據(jù)和指令時，可以直接從Cache中讀取，而不需要訪問速度較慢的主存儲器。理解Cache的原理有助于更好地理解計算機的性能優(yōu)化。小容量高速存儲器。CPU與主存之間緩存常用數(shù)據(jù)。局部性原理提高訪問速度。虛擬存儲器虛擬存儲器是一種將物理存儲器和磁盤空間結(jié)合起來，為應(yīng)用程序提供比物理存儲器更大的可用存儲空間的存儲技術(shù)。虛擬存儲器的目的是擴展存儲器的容量，使得應(yīng)用程序可以使用比物理存儲器更大的地址空間。虛擬存儲器的工作原理是利用操作系統(tǒng)的頁面置換算法，將不常用的數(shù)據(jù)存儲在磁盤上，當(dāng)應(yīng)用程序需要訪問這些數(shù)據(jù)時，再將它們從磁盤加載到物理存儲器中。理解虛擬存儲器的原理有助于更好地理解操作系統(tǒng)的存儲管理。特點描述擴展容量提供更大地址空間。頁面置換管理物理內(nèi)存與磁盤交換。操作系統(tǒng)實現(xiàn)虛擬內(nèi)存的關(guān)鍵。第四章：指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中CPU能夠識別和執(zhí)行的指令的集合。本章主要介紹了指令格式、尋址方式、指令類型以及RISC和CISC等核心概念。通過本章的學(xué)習(xí)，可以了解計算機系統(tǒng)中指令的組成和功能，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。深入理解指令系統(tǒng)的原理有助于更好地理解CPU的工作原理。指令格式指令的組成結(jié)構(gòu)。尋址方式尋找操作數(shù)的方法。RISC/CISC指令集架構(gòu)。指令格式指令格式是指指令的結(jié)構(gòu)，通常包括操作碼和地址碼兩部分。操作碼用于指定指令要執(zhí)行的操作，地址碼用于指定操作數(shù)的地址。指令格式的設(shè)計需要考慮指令的長度、操作碼的長度、地址碼的長度以及尋址方式等因素。不同的指令格式可以支持不同的指令類型和尋址方式。理解指令格式的設(shè)計有助于更好地理解CPU的工作原理。操作碼指定操作類型。地址碼指定操作數(shù)地址。尋址方式尋址方式是指尋找操作數(shù)地址的方法。常見的尋址方式包括立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、相對尋址、基址尋址和變址尋址等。不同的尋址方式可以提供不同的靈活性和效率。選擇合適的尋址方式可以提高程序的執(zhí)行效率。理解尋址方式的原理有助于更好地理解CPU的工作原理。不同的尋址方式適用于不同的應(yīng)用場景。立即尋址操作數(shù)在指令中。直接尋址指令中包含操作數(shù)地址。間接尋址指令中包含操作數(shù)地址的地址。指令類型指令類型是指指令的功能分類，通常包括數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運算指令、邏輯運算指令、移位指令、控制轉(zhuǎn)移指令、輸入輸出指令以及其他指令等。數(shù)據(jù)傳送指令用于在存儲器和寄存器之間傳送數(shù)據(jù)，算術(shù)運算指令用于進行算術(shù)運算，邏輯運算指令用于進行邏輯運算，移位指令用于進行移位操作，控制轉(zhuǎn)移指令用于改變程序的執(zhí)行順序，輸入輸出指令用于進行輸入輸出操作。理解指令類型有助于更好地理解CPU的功能。數(shù)據(jù)傳送寄存器與內(nèi)存間數(shù)據(jù)移動。1算術(shù)運算加減乘除等。2邏輯運算與或非等。3RISC和CISCRISC（精簡指令集計算機）和CISC（復(fù)雜指令集計算機）是兩種不同的指令集架構(gòu)。RISC的特點是指令集精簡、指令長度固定、尋址方式簡單、寄存器數(shù)量多以及采用流水線技術(shù)等。CISC的特點是指令集復(fù)雜、指令長度不固定、尋址方式多樣、寄存器數(shù)量少以及不便于采用流水線技術(shù)等。RISC和CISC各有優(yōu)缺點，適用于不同的應(yīng)用場景。理解RISC和CISC的特點有助于更好地選擇合適的CPU架構(gòu)。特點RISCCISC指令集精簡復(fù)雜指令長度固定不固定尋址方式簡單多樣第五章：中央處理器（CPU）中央處理器（CPU）是計算機系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)執(zhí)行指令和控制計算機的運行。本章主要介紹了CPU的功能和組成、指令執(zhí)行過程、控制器的設(shè)計以及流水線技術(shù)等核心概念。通過本章的學(xué)習(xí)，可以深入了解CPU的工作原理，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。理解CPU的原理有助于更好地理解計算機的性能優(yōu)化。功能組成CPU的各個組成部分。執(zhí)行過程指令的執(zhí)行步驟。流水線提高CPU效率的技術(shù)。CPU的功能和組成CPU的功能是執(zhí)行指令和控制計算機的運行。CPU的主要組成部分包括運算器、控制器、寄存器組以及內(nèi)部總線等。運算器負(fù)責(zé)進行算術(shù)運算和邏輯運算，控制器負(fù)責(zé)控制指令的執(zhí)行順序和協(xié)調(diào)各個部件的工作，寄存器組用于存儲數(shù)據(jù)和指令，內(nèi)部總線用于連接各個部件。理解CPU的功能和組成有助于更好地理解CPU的工作原理。運算器算術(shù)邏輯運算。1控制器指令執(zhí)行控制。2寄存器組數(shù)據(jù)指令存儲。3指令執(zhí)行過程指令執(zhí)行過程是指CPU執(zhí)行一條指令的步驟，通常包括取指令、譯碼、執(zhí)行、訪存和寫回等階段。取指令是指從存儲器中取出指令，譯碼是指將指令的操作碼轉(zhuǎn)換為控制信號，執(zhí)行是指根據(jù)控制信號執(zhí)行指令指定的操作，訪存是指訪問存儲器讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，寫回是指將執(zhí)行結(jié)果寫回寄存器或存儲器。理解指令執(zhí)行過程有助于更好地理解CPU的工作原理。取指令從內(nèi)存獲取指令。譯碼解析指令操作碼。執(zhí)行執(zhí)行指令操作。訪存訪問內(nèi)存讀寫數(shù)據(jù)。寫回結(jié)果寫回寄存器?？刂破鞯脑O(shè)計控制器是CPU中負(fù)責(zé)控制指令執(zhí)行順序和協(xié)調(diào)各個部件工作的部件?？刂破鞯脑O(shè)計方法包括硬布線控制器和微程序控制器。硬布線控制器是指使用硬件電路實現(xiàn)控制器的功能，微程序控制器是指使用微程序?qū)崿F(xiàn)控制器的功能。硬布線控制器的速度快，但靈活性差，微程序控制器的速度慢，但靈活性好。理解控制器的設(shè)計方法有助于更好地理解CPU的工作原理。硬布線控制器速度快，靈活性差。微程序控制器速度慢，靈活性好。流水線技術(shù)流水線技術(shù)是指將指令的執(zhí)行過程分解為多個階段，使得多條指令可以同時在不同的階段執(zhí)行，從而提高CPU的吞吐量。流水線技術(shù)的目的是提高CPU的效率，使得CPU可以在單位時間內(nèi)執(zhí)行更多的指令。流水線技術(shù)會受到數(shù)據(jù)相關(guān)、控制相關(guān)和結(jié)構(gòu)相關(guān)等因素的影響。理解流水線技術(shù)的原理有助于更好地理解CPU的性能優(yōu)化。優(yōu)點提高CPU吞吐量。缺點受相關(guān)性影響。目標(biāo)提高CPU效率。第六章：總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中用于連接各個部件的通道。本章主要介紹了總線的概念和分類、總線的結(jié)構(gòu)、總線的仲裁以及總線的定時等核心概念。通過本章的學(xué)習(xí)，可以了解計算機系統(tǒng)中總線的作用和工作原理，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。理解總線系統(tǒng)的原理有助于更好地理解計算機的系統(tǒng)集成?？偩€概念連接計算機各部件的通道。總線仲裁解決總線使用沖突的方法。總線定時控制總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序?？偩€的概念和分類總線是指連接計算機各個部件的一組公共信號線，用于在各個部件之間傳輸數(shù)據(jù)、地址和控制信號。總線可以按照功能、傳輸方式和連接方式等進行分類。按照功能可以分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，按照傳輸方式可以分為并行總線和串行總線，按照連接方式可以分為內(nèi)部總線和外部總線。理解總線的概念和分類有助于更好地理解總線的作用和特點。數(shù)據(jù)總線傳輸數(shù)據(jù)。地址總線傳輸?shù)刂??？刂瓶偩€傳輸控制信號?？偩€的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu)是指總線的物理連接方式，常見的總線結(jié)構(gòu)包括單總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)和多總線結(jié)構(gòu)。單總線結(jié)構(gòu)是指所有的部件都連接到同一條總線上，雙總線結(jié)構(gòu)是指將存儲器和I/O設(shè)備分別連接到不同的總線上，多總線結(jié)構(gòu)是指使用多條總線連接不同的部件。不同的總線結(jié)構(gòu)可以提供不同的性能和靈活性。理解總線的結(jié)構(gòu)有助于更好地理解計算機的系統(tǒng)集成。單總線所有部件共享。1雙總線存儲與I/O分離。2多總線多條總線連接。3總線的仲裁總線的仲裁是指當(dāng)多個部件同時請求使用總線時，確定哪個部件可以使用總線的過程。總線的仲裁方法包括集中式仲裁和分布式仲裁。集中式仲裁是指由一個centralarbiter確定哪個部件可以使用總線，分布式仲裁是指由各個部件通過競爭的方式確定哪個部件可以使用總線。不同的仲裁方法可以提供不同的公平性和效率。理解總線的仲裁有助于更好地理解總線的控制。集中式仲裁由centralarbiter確定。分布式仲裁部件競爭使用?？偩€的定時總線的定時是指控制總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序?？偩€的定時方式包括同步定時和異步定時。同步定時是指使用統(tǒng)一的時鐘信號控制總線的數(shù)據(jù)傳輸，異步定時是指使用握手信號控制總線的數(shù)據(jù)傳輸。同步定時的速度快，但靈活性差，異步定時的速度慢，但靈活性好。理解總線的定時有助于更好地理解總線的控制。1同步定時統(tǒng)一時鐘控制。2異步定時握手信號控制。第七章：輸入/輸出（I/O）系統(tǒng)輸入/輸出（I/O）系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中用于與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換的部件。本章主要介紹了I/O設(shè)備、I/O接口、I/O控制方式以及中斷技術(shù)和DMA方式等核心概念。通過本章的學(xué)習(xí)，可以了解計算機系統(tǒng)中I/O系統(tǒng)的組成和工作原理，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。深入理解I/O系統(tǒng)的原理有助于更好地理解計算機的系統(tǒng)集成。I/O設(shè)備各種輸入輸出設(shè)備。I/O接口連接I/O設(shè)備與總線的部件。中斷技術(shù)CPU響應(yīng)I/O請求的方式。I/O設(shè)備I/O設(shè)備是指用于與計算機進行數(shù)據(jù)交換的外部設(shè)備，常見的I/O設(shè)備包括鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機、硬盤、光盤驅(qū)動器以及網(wǎng)絡(luò)接口等。不同的I/O設(shè)備具有不同的特點和功能。鍵盤和鼠標(biāo)用于輸入數(shù)據(jù)，顯示器和打印機用于輸出數(shù)據(jù)，硬盤和光盤驅(qū)動器用于存儲數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)接口用于進行網(wǎng)絡(luò)通信。理解I/O設(shè)備的特點有助于更好地理解計算機的系統(tǒng)集成。輸入設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)等。輸出設(shè)備顯示器、打印機等。存儲設(shè)備硬盤、光盤等。通信設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接口。I/O接口I/O接口是指連接I/O設(shè)備與總線的部件，負(fù)責(zé)進行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)換、時序控制以及設(shè)備選擇等功能。I/O接口的主要組成部分包括數(shù)據(jù)寄存器、控制寄存器、狀態(tài)寄存器以及地址譯碼電路等。數(shù)據(jù)寄存器用于存儲要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，控制寄存器用于存儲控制信號，狀態(tài)寄存器用于存儲設(shè)備的狀態(tài)信息，地址譯碼電路用于選擇要訪問的I/O設(shè)備。理解I/O接口的功能和組成有助于更好地理解計算機的系統(tǒng)集成。數(shù)據(jù)寄存器存儲傳輸數(shù)據(jù)。控制寄存器存儲控制信號。狀態(tài)寄存器存儲設(shè)備狀態(tài)。I/O控制方式I/O控制方式是指CPU控制I/O設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，常見的I/O控制方式包括程序查詢方式、中斷方式和DMA方式。程序查詢方式是指CPU通過不斷查詢I/O設(shè)備的狀態(tài)來判斷是否可以進行數(shù)據(jù)傳輸，中斷方式是指I/O設(shè)備在準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)后向CPU發(fā)出中斷請求，DMA方式是指I/O設(shè)備可以直接與存儲器進行數(shù)據(jù)傳輸，而不需要CPU的參與。不同的I/O控制方式可以提供不同的效率和靈活性。理解I/O控制方式的特點有助于更好地理解計算機的系統(tǒng)集成。程序查詢CPU輪詢設(shè)備狀態(tài)。1中斷方式設(shè)備中斷請求CPU。2DMA方式設(shè)備直接訪問內(nèi)存。3中斷技術(shù)中斷技術(shù)是指當(dāng)I/O設(shè)備需要CPU服務(wù)時，向CPU發(fā)出中斷請求，CPU暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而處理I/O設(shè)備的請求，處理完成后再返回到原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。中斷技術(shù)可以提高CPU的利用率和系統(tǒng)的響應(yīng)速度。中斷技術(shù)涉及中斷請求、中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回等過程。理解中斷技術(shù)的原理有助于更好地理解計算機的系統(tǒng)集成。中斷請求設(shè)備請求CPU服務(wù)。中斷響應(yīng)CPU暫停當(dāng)前程序。中斷處理CPU處理中斷請求。中斷返回返回原程序執(zhí)行。DMA方式DMA（直接存儲器訪問）方式是指I/O設(shè)備可以直接與存儲器進行數(shù)據(jù)傳輸，而不需要CPU的參與。DMA方式可以大大提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，減輕CPU的負(fù)擔(dān)。DMA方式需要DMA控制器（DMAC）的參與，DMAC負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)的傳輸過程。DMA方式適用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊?，如硬盤、光盤驅(qū)動器以及網(wǎng)絡(luò)接口等。理解DMA方式的原理有助于更好地理解計算機的系統(tǒng)集成。1I/O設(shè)備發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸。2DMAC控制數(shù)據(jù)傳輸過程。3存儲器數(shù)據(jù)傳輸目的地。第八章：現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)是指在傳統(tǒng)計算機體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的各種新的體系結(jié)構(gòu)，主要包括并行處理技術(shù)、多核處理器、集群系統(tǒng)以及分布式系統(tǒng)等。這些新的體系結(jié)構(gòu)可以提高計算機的性能、可靠性和可擴展性。通過本章的學(xué)習(xí)，可以了解現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢，為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。深入理解現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)的原理有助于更好地理解計算機的未來發(fā)展方向。并行處理提高計算速度。多核處理器提高CPU性能。分布式系統(tǒng)提高系統(tǒng)可靠性。并行處理技術(shù)并行處理技術(shù)是指在計算機系統(tǒng)中同時執(zhí)行多個任務(wù)或指令的技術(shù)。并行處理技術(shù)可以提高計算機的計算速度和吞吐量。并行處理技術(shù)包括指令級并行、數(shù)據(jù)級并行、任務(wù)級并行以及線程級并行等。指令級并行是指同時執(zhí)行多條指令，數(shù)據(jù)級并行是指同時對多個數(shù)據(jù)進行相同的操作，任務(wù)級并行是指同時執(zhí)行多個任務(wù)，線程級并行是指同時執(zhí)行多個線程。理解并行處理技術(shù)的原理有助于更好地理解計算機的性能優(yōu)化。類型描述指令級并行同時執(zhí)行多條指令。數(shù)據(jù)級并行同時操作多個數(shù)據(jù)。任務(wù)級并行同時執(zhí)行多個任務(wù)。多核處理器多核處理器是指在一個CPU芯片上集成多個處理核心的處理器。多核處理器可以同時執(zhí)行多個線程，從而提高CPU的性能。多核處理器可以分為對稱多處理器（SMP）和非對稱多處理器（AMP）。SMP是指所有的處理核心共享相同的存儲器和I/O設(shè)備，AMP是指不同的處理核心具有不同的存儲器和I/O設(shè)備。理解多核處理器的原理有助于更好地理解CPU的性能優(yōu)化。多個核心提高并行計算能力。共享資源SMP架構(gòu)共享內(nèi)存和I/O。獨立資源AMP架構(gòu)獨立內(nèi)存和I/O。集群系統(tǒng)集群系統(tǒng)是指將多臺計算機通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，組成一個統(tǒng)一的計算資源池。集群系統(tǒng)可以提高計算機的可靠性、可擴展性和性能。集群系統(tǒng)可以分為同構(gòu)集群和異構(gòu)集群。同構(gòu)集群是指所有的計算機具有相同的硬件和軟件配置，異構(gòu)集群是指不同的計算機具有不同的硬件和軟件配置。集群系統(tǒng)適用于需要高性能計算和高可靠性的場合。理解集群系統(tǒng)的原理有助于更好地理解分布式計算。網(wǎng)絡(luò)連接多臺計算機互聯(lián)。1資源池共享計算資源。2提高性能增強可靠性和擴展性。3分布式系統(tǒng)分布式系統(tǒng)是指將多個計算機通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，組成一個協(xié)同工作的系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)可以提高計算機的可靠性、可擴展性和性能。分布式系統(tǒng)具有分布性、并發(fā)性、可靠性和透明性等特點。分布性是指系統(tǒng)中的各個部件分布在不同的計算機上，并發(fā)性是指系統(tǒng)可以同時處理多個請求，可靠性是指系統(tǒng)在部分部件發(fā)生故障時仍然可以正常工作，透明性是指用戶在使用系統(tǒng)時不需要關(guān)心系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。理解分布式系統(tǒng)的原理有助于更好地理解云計算。分布性部件分布在不同計算機上。并發(fā)性同時處理多個請求?？煽啃圆糠止收喜挥绊懻w運行。透明性用戶無需關(guān)心內(nèi)部結(jié)構(gòu)。重點概念梳理：第一章第一章的重點概念包括計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)以及計算機的性能指標(biāo)等。計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)是指計算機系統(tǒng)可以看作是一個多層次的結(jié)構(gòu)，從下往上依次為硬件層、操作系統(tǒng)層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層。馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其核心思想包括采用二進制表示數(shù)據(jù)和指令、采用存儲程序控制方式以及由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成。計算機的性能指標(biāo)包括吞吐量、響應(yīng)時間、利用率、處理機字長、總線寬度、主存容量、主頻、CPI、MIPS、FLOPS等。理解這些重點概念有助于更好地理解計算機系統(tǒng)概述。1層次結(jié)構(gòu)硬件、操作系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件。2馮·諾依曼二進制、存儲程序、五大部件。3性能指標(biāo)吞吐量、響應(yīng)時間、利用率等。重點概念梳理：第二章第二章的重點概念包括進制轉(zhuǎn)換、定點數(shù)的表示、浮點數(shù)的表示、算術(shù)運算與邏輯運算以及校驗碼等。進制轉(zhuǎn)換是指將一個數(shù)從一種進制表示轉(zhuǎn)換為另一種進制表示。定點數(shù)是指小數(shù)點位置固定的數(shù)，浮點數(shù)是指小數(shù)點位置不固定的數(shù)。算術(shù)運算包括加、減、乘、除等運算，邏輯運算包括與、或、非、異或等運算。校驗碼是指用于檢測數(shù)據(jù)在傳輸或存儲過程中是否發(fā)生錯誤的編碼。理解這些重點概念有助于更好地理解數(shù)據(jù)的表示和運算。進制轉(zhuǎn)換不同進制間的轉(zhuǎn)換。定點數(shù)小數(shù)點位置固定。浮點數(shù)小數(shù)點位置不固定。重點概念梳理：第三章第三章的重點概念包括存儲器的分類、主存儲器的組成、高速緩沖存儲器（Cache）以及虛擬存儲器等。存儲器可以按照存儲介質(zhì)、存取方式、用途以及在計算機系統(tǒng)中的位置等進行分類。主存儲器是計算機系統(tǒng)中用于存儲當(dāng)前正在運行的程序和數(shù)據(jù)的部件，高速緩沖存儲器（Cache）是一種小容量、高速的存儲器，位于CPU和主存儲器之間，虛擬存儲器是一種將物理存儲器和磁盤空間結(jié)合起來，為應(yīng)用程序提供比物理存儲器更大的可用存儲空間的存儲技術(shù)。理解這些重點概念有助于更好地理解存儲系統(tǒng)。存儲器分類多種存儲器類型。1主存儲器存儲程序和數(shù)據(jù)。2高速緩存提高訪問速度。3重點概念梳理：第四章第四章的重點概念包括指令格式、尋址方式、指令類型以及RISC和CISC等。指令格式是指指令的結(jié)構(gòu)，通常包括操作碼和地址碼兩部分。尋址方式是指尋找操作數(shù)地址的方法。指令類型是指指令的功能分類，通常包括數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運算指令、邏輯運算指令、移位指令、控制轉(zhuǎn)移指令、輸入輸出指令以及其他指令等。RISC（精簡指令集計算機）和CISC（復(fù)雜指令集計算機）是兩種不同的指令集架構(gòu)。理解這些重點概念有助于更好地理解指令系統(tǒng)。1指令格式指令結(jié)構(gòu)組成。2尋址方式尋找操作數(shù)地址。3指令類型指令功能分類。重點概念梳理：第五章第五章的重點概念包括CPU的功能和組成、指令執(zhí)行過程、控制器的設(shè)計以及流水線技術(shù)等。CPU的功能是執(zhí)行指令和控制計算機的運行。CPU的主要組成部分包括運算器、控制器、寄存器組以及內(nèi)部總線等。指令執(zhí)行過程是指CPU執(zhí)行一條指令的步驟，通常包括取指令、譯碼、執(zhí)行、訪存和寫回等階段。流水線技術(shù)是指將指令的執(zhí)行過程分解為多個階段，使得多條指令可以同時在不同的階段執(zhí)行，從而提高CPU的吞吐量。理解這些重點概念有助于更好地理解中央處理器。CPU功能執(zhí)行指令控制運行。執(zhí)行過程取指、譯碼、執(zhí)行、訪存、寫回。流水線提高CPU吞吐量。重點概念梳理：第六章第六章的重點概念包括總線的概念和分類、總線的結(jié)構(gòu)、總線的仲裁以及總線的定時等?？偩€是指連接計算機各個部件的一組公共信號線，用于在各個部件之間傳輸數(shù)據(jù)、地址和控制信號?？偩€可以按照功能、傳輸方式和連接方式等進行分類?？偩€的結(jié)構(gòu)是指總線的物理連接方式，常見的總線結(jié)構(gòu)包括單總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)和多總線結(jié)構(gòu)?？偩€的仲裁是指當(dāng)多個部件同時請求使用總線時，確定哪個部件可以使用總線的過程?？偩€的定時是指控制總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序。理解這些重點概念有助于更好地理解總線系統(tǒng)。概念描述總線概念連接計算機各部件的通道。總線結(jié)構(gòu)單總線、雙總線、多總線?？偩€仲裁確定總線使用權(quán)。重點概念梳理：第七章第七章的重點概念包括I/O設(shè)備、I/O接口、I/O控制方式以及中斷技術(shù)和DMA方式等。I/O設(shè)備是指用于與計算機進行數(shù)據(jù)交換的外部設(shè)備。I/O接口是指連接I/O設(shè)備與總線的部件，負(fù)責(zé)進行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)換、時序控制以及設(shè)備選擇等功能。I/O控制方式是指CPU控制I/O設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?。中斷技術(shù)是指當(dāng)I/O設(shè)備需要CPU服務(wù)時，向CPU發(fā)出中斷請求。DMA（直接存儲器訪問）方式是指I/O設(shè)備可以直接與存儲器進行數(shù)據(jù)傳輸，而不需要CPU的參與。理解這些重點概念有助于更好地理解輸入/輸出系統(tǒng)。1I/O設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器等。2I/O接口連接設(shè)備與總線。3I/O控制程序查詢、中斷、DMA。重點概念梳理：第八章第八章的重點概念包括并行處理技術(shù)、多核處理器、集群系統(tǒng)以及分布式系統(tǒng)等。并行處理技術(shù)是指在計算機系統(tǒng)中同時執(zhí)行多個任務(wù)或指令的技術(shù)。多核處理器是指在一個CPU芯片上集成多個處理核心的處理器。集群系統(tǒng)是指將多臺計算機通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，組成一個統(tǒng)一的計算資源池。分布式系統(tǒng)是指將多個計算機通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，組成一個協(xié)同工作的系統(tǒng)。理解這些重點概念有助于更好地理解現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)。1并行處理同時執(zhí)行多個任務(wù)。2多核處理器單芯片多核心。3集群系統(tǒng)多機組成資源池。4分布式系統(tǒng)協(xié)同工作多機系統(tǒng)。典型例題解析：數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)表示是計算機組成原理的重要組成部分，也是考試的重點內(nèi)容之一。常見的例題包括進制轉(zhuǎn)換、定點數(shù)的表示和運算、浮點數(shù)的表示和運算以及校驗碼等。例如，將一個十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，或者將一個浮點數(shù)轉(zhuǎn)換為IEEE754標(biāo)準(zhǔn)的表示形式，或者計算兩個補碼表示的定點數(shù)的加減運算，或者計算海明碼的校驗位等。通過對這些典型例題的解析，可以鞏固對數(shù)據(jù)表示相關(guān)知識的理解和應(yīng)用。熟練掌握數(shù)據(jù)表示方法是解決相關(guān)問題的關(guān)鍵。進制轉(zhuǎn)換十進制轉(zhuǎn)二進制。定點數(shù)運算補碼加減法。浮點數(shù)表示IEEE754標(biāo)準(zhǔn)。典型例題解析：存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)是計算機組成原理的重要組成部分，也是考試的重點內(nèi)容之一。常見