计算机组成原理

计算机发展简史

第一个阶段:电子管计算机
第二个阶段:晶体管计算机
第三个阶段:集成电路计算机
第四个阶段:超大规模集成电路计算机

计算机的分类

超级计算机 大型计算机 迷你计算机(服务器) 工作站 微型计算机

计算机的体系与结构

冯诺依曼体系:

• 必须有存储器(能够长期记忆程序 数据 中间结果及最终运算结果的能力)
• 必须有控制器
• 必须有运算器(能够具备算术 逻辑运算和数据传送等数据加工出的能力)
• 必须有输入设备(能够把需要的程序和数据送至计算机中)
• 必须有输出设备(结果输送给用户)
  冯诺依曼瓶颈:
  CPU和存储器速率之间的问题无法调和(CUP的速率较快,存储器速率较慢,分开使用的话容易出现CUP空转等待的资源浪费的问题)

计算机的层次与编程语言程序

程序翻译与程序解释:将较为高级的编程语言变成较为低级的程序语言为程序翻译,相反则为程序解释(Java为翻译加解释语言)

计算机的计算单位

容量单位:
字节:1Byte=8bits (比特位)
千字节:1KB=1024Byte
为什么网上买的移动硬盘500G,格式化之后就只剩下465G?
答:硬盘商一般用10进位标记容量,也就是将1G转化为1000MB,而不是1024MB
速度单位:
为什么电信拉的100M光纤,测试峰值速度只有12M每秒?
答:网络速度:100M宽带 = 100M/s = 100Mbps = 100Mbit/s = (100/8)MB/s =12.5MB/s

计算机的字符与编码集

ASCll:使用8个bits就可以完全表示ASCll码
中文编码集:UTF-8

常见的输入输出设备

字符输入设备:键盘
图形输入设备:鼠标、数位板、扫描仪
图像输出设备:显示器

计算机存储器

存储器的分类:
按材料:半导体存储器(内存、固态硬盘)、磁存储器
按存取方式:随机存储器、串型存储器、只读存储器

计算机的高速缓存

高速缓存的工作原理
字:是指存放在一个存储单元中的二进制代码组合(一个数据或一条指令或一个字符串)(最小的存储单元)(一个字有32个bit)
字块:存储在连续的存储单元中而被看作是一个单元的一组字
高速缓存:当CUP从内存中取数据时,内存速度太慢,大大降低CUP的性能,所以最好让CUP从高速缓存中取数据(高速缓存中的数据时内存数据的复制)
这时有了命中率的概念:

• 命中率时候衡量缓存的重要性能指标(CUP从高速缓存中取数据的概率)
  高速缓存的替换策略:
  (高速缓存的内存有限,里面的多个字段需根据算法进行增加和删除)
• 先进先出算法(将最前面的字块淘汰)
• 最不经常使用算法(将最不经常使用的字块淘汰,次数最少淘汰)
• 最近最少使用算法(优先淘汰一段时间内没有使用的字块,不使用时间最长淘汰)

计算机的指令系统

机器指令由操作码字段和地址码字段组成
操作码的位数反映了机器的操作种类(有8位,能执行256种操作)
操作码指明指令所要完成的操作
地址码直接给出操作数或者操作数的地址:
分为三地址指令(将地址一和地址二放入地址三)和二地址指令(将地址放入地址一或地址二)和一地址指令

进制运算的基础

进制概述:

• 进位制是一种计数方式,也是进位计数法或位值记数法
  明码表示法:第一位为符号,0表示正数,1表示负数
  补码、反码、补码的例题?
  x=-12 其原码为11100(第一位1表示负数) 反码10011(除第一位其他与原码取反) 补码10010(与反码比最后一位加一,其他不变)