【重读408】计算机组成原理

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提示：内容主要来自CSAPP，《计算机组成结构化方法》以及《计算机组成原理（唐朔飞）》三本书的内容提炼。参考目前计算机408考试考点再来进行归纳。

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一、《计算机组成原理》唐朔飞

第一章 概论

1.1 计算机系统简介

1.1.1 计算机的软硬件概念（掌握）

首先，计算机系统是由硬件和系统软件组成的（CSAPP），而在教科书（唐）中计算机系统简单的由硬件与软件组成，软件又包括了系统软件和应用软件。对硬件与软件的分类与概念的需要有充足的把握。

• 硬件：计算机的实体部分，如主机、外部设备等
• 软件：由各类具有不同特殊功能的程序组成，往往寄寓于（唐）各类媒体（个人认为，更准确来说应该说是介媒，如RAM，ROM，磁带，磁盘，光盘，早期纸带），通常存放在计算机的主存或辅存内。
• 系统软件：系统程序，包括：标准程序库、语言处理系统、操作系统、服务程序、数据库管理系统、网络软件等。
• 应用软件：应用程序，用户根据任务所编制的各种程序。

1.1.2 计算机系统的层次结构（了解）

需要记一下多级层次结构，几张图记一下。

1.1.3 计算机组成和计算机体系结构（了解）

1.2 计算机的基本组成

1.2.1 冯诺依曼计算机特点（掌握）

六个特点

• 计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成
• 指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。（按地址存储在存储单元）
• 指令和数据均用二进制表示。（01记录）
• 指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作性质，地址码表示操作数在存储器中的位置。
• 指令在存储器内按顺序存放。通常顺序执行，在特定运算结果或根据设定的条件改变执行顺序
• 机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成（现代DMA方式，不通过运算器）。

1.2.2 计算机的硬件框图（掌握）

部件功能：

• 运算器用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算中间结果暂存在运算器内。
• 存储器用来存放数据和程序。
• 控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、允许以及处理运算结果。
• 输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器识别的信息形式。

1.2.3 计算机的工作步骤（跳过吧，有时间可以看看）

1.3 计算机硬件的主要技术指标（熟记）

1.3.1 机器字长

指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。字长-精度-机器运算速度
直接影响加法器（ALU）、数据总线以及存储字长的位数.

1.3.2 存储容量

分清主存容量和辅存容量

主存容量：主存中存放二进制代码的总位数。

$$存储容量=存储单元个数\times 存储字长$$

MAR的位数反映了存储单元的个数，MDR的位数反映了存储字长。（主存容量=2^MAR x MDR）

第二章 计算机的发展及应用（简单看看）

已经不再是考点内容了，简单看看有个了解就好。(小tips：课后习题最好看看，408会有一题拿参考书上的课后题进行魔改什么的。)

第三章 系统总线

3.1 总线的基本概念（掌握）

• 将各部件连到一组公共信息传输线上，称为总线连接。
• 总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。
• 总线实际上是由许多信息传输线或通路组成，每一条线可一位一位地传输二进制代码，一串二进制代码可在一段时间内逐一传输完成。（今后的计算题考点）

单总线结构和双总线结构（掌握）

3.2 总线的分类

3.2.1 片内总线（这边没什么内容）

3.2.2 系统总线（熟记）

1. 数据总线（熟记）
2. 地址总线（熟记）
3. 控制总线（了解）

3.2.3 通信总线（了解）

3.3 总线特性及性能指标

3.3.1 总线特性（掌握）

要记住四个特性：机械特性、电气特性、功能特性、时间特性。四个特性在概念上的区别。

3.3.2 总线性能指标（熟记）

重点记忆：总线宽度、总线带宽、时钟同步/异步、总线复用、信号线数（有用）、总线控制方式（之后有，也是重点内容）、其他指标（了解即可）。

3.3.3 总线标准

总线标准可视为系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。这个界面对它两端的模块都是透明的，即界面的任一方只需根据总线标准的要求完成自身一方接口的功能要求，而无须了解对方接口与总线的连接要求。

1. ISA总线（了解，要稍微看看）
2. EISA总线（了解，要稍微看看）
3. VESA（VL-BUS）总线（了解，但不重要）
4. PCI总线（需要了解，对重要特点有一定掌握）
5. AGP总线（了解，但不重要）
6. RS-232C总线（了解，但不重要）
7. USB总线（需要了解，对重要特点有一定掌握）

3.4 总线结构

3.4.1 单总线结构（了解）

3.4.2 多总线结构（掌握）

重点掌握四种多总线结构，要能清晰的对应起来，最好是能熟练地画出相应图，并且了解各总线基本的功能（功能知识可以在本科目学习结束后，整理进来，个人认为有一个很好的效果）。

1. 双总线
2. 三总线（主存，I/O，DMA）
3. 三总线（局部，系统，扩展）
4. 四总线结构

3.4.3 总线结构举例（了解）

在上述的作图画图中，可以对照这节内容进行知识整理。本节内容考点和考法不常见。

3.5 总线控制（很重要）

3.5.1 总线判优控制（完全掌握，求求了）

集中控制优先权仲裁方式：（掌握各查询特点，所用线数）

1. 链式查询
2. 计数器定时查询
3. 独立请求方式

3.5.2 总线通信控制（也是重点，大纲里的"总线操作与定时"）

总线周期（4个阶段）：（了解各阶段都在干嘛）

1. 申请分配阶段
2. 寻址阶段
3. 传数阶段
4. 结束阶段

总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及通信双方如何协调如何配合。
四种通信方式（熟记，完全掌握）：同步通信（最基础必须完全掌握）、异步通信（尤其是异步中的锁机制-非半全）、半同步通信和分离式通信（这个就相对没那么常见作为考研题目）。

第四章 存储器

4.1 概述

4.1.1 存储器分类（了解）

1. 按存储介质分类（了解）

• 半导体存储器
• 磁表面存储器
• 磁芯存储器
• 光盘存储器

2. 按存取方式分类（熟记，完全掌握）

• 随机存取器（RAM）
• 只读存取器（ROM）
• 串行访问存储器

3. 按在计算机中的作用分类（了解）

• 主存
• 辅存
• 缓存（Cache）

(建议直接把图记下来，在词条后面扩展一下简单的概念)

4.1.2 存储器的层次结构

• 缓存-主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配问题。主存和缓存之间的数据调动是由硬件自动完成的，对程序员是透明的。
• 主存-辅存层次主要解决存储系统的容量问题。主存和辅存之间的数据调动是由硬件和操作系统共同完成的。（虚拟存储系统）

4.2 主存储器

4.2.1 概述（了解）

1.主存中存储单元地址分配（可以记忆一下）
2.主存的技术指标（熟记概念）

• 存储容量：怎么计算。
• 存储速度：由存取时间和存取周期来表示
• 存储器带宽：单位时间内存储器存取的信息量。如何计算，提高带宽的措施。

4.2.2 半导体存储芯片简介（了解）

考片选题机会基本等于0，后面特殊要求再去练。记地址线数与数据线数计算芯片容量的公式。然后串联并联的记法。

4.2.3 随机存取存储器（熟记）

1. 静态RAM（SRAM）：注意听课。读写时序。
2. 动态RAM（DRAM）：读写时序。刷新（重点考点）
   一定要记忆这两个的特点区别。动态比静态。比如说S快，D集成高，功耗小，价格便宜。

4.2.4 只读存储器（了解即可）

3. 掩模ROM
4. PROM
5. EPROM
6. Flash Memory
   记记区别。

4.2.5 存储器与CPU的连接（大纲要求，但是大题考的是真的少）

第一轮听听课过一遍，把字扩展、位扩展、字位扩展记好（有可能出小题）。片选跟着王道练就好了。

4.2.6 存储器校验（完全掌握）

完全掌握汉明码，多算算就好。

4.2.7 提高访存速度的措施（了解）

单体多字系统和多体并行系统的区别。
多体并行中的高位交叉编址和低位交叉编址，理解例题。
高性能存储芯片看看就好，应该不考，没啥好考的。

4.3 高速缓冲存储器（重要考点）

这一部分涉及到许多的计算，这部分内容在历年很多大题里会出现。

4.3.1 概述

这部分重点看Cache的工作原理、Cache的基本结构（Cache读写操作，对写直达和写回要熟记掌握，改进非重点内容看看就好，对一些概念有理解就好）

4.3.2 Cache-主存地址映射（重点考点）

这部分需要熟记，把题吃透，大题最常出现的考点之一。
7. 直接映射
8. 组相联映射（尤其是这个考法最多，考官也喜欢拿这个出题）

4.3.3 替换策略（看看）

这边第一轮不重要，因为在操作系统中也会学到类似的东西，了解即可。

4.4 辅助存储器（小题，不重要）

4.4.1 概述

只要是公式就背，出现了概念就记。

4.4.2 磁记录原理和记录方式

1. 原理（不重要）
2. 记录方式（记一下）
3. 主要指标（理解概念）

4.4.3 硬磁盘存储器（408考点内容在OS，这边了解即可）

硬磁盘的磁道记录格式（推荐看一下）。了解磁盘构造这真的很重要，看看例题。

第五章 输入输出系统

5.1 概述

5.1.1 输入输出系统的发展概况（随便看看）

5.1.2 输入输出系统的组成（重要部分）

I/O软件（I/O指令、通道指令）、I/O硬件。

5.1.3 I/O设备与主机的联系方式

1. I/O设备编址方式：统一编制、不统一编址
2. 设备寻址
3. 传送方式：并行，串行（搞起概念区别）
4. 联络方式（立即响应、异步工作参用应答信号联络、同步工作采用时标联络）
5. I/O设备与主机的连接方式

5.1.4 I/O设备与主机信息传送的控制方式（重要熟记）

1. 程序查询方式
2. 程序中断方式
3. DMA（超级重要）

5.2 I/O设备（额……随便看看）

5.2.1 概述（看看了解）

大纲有要求。

1. 输入设备：键盘、鼠标
2. 输出设备：显示器、打印机
3. 外存储器：硬盘存储器、磁盘阵列

真题好像有考过打印机，但是就小题，我觉得属于偏题。

5.3 I/O接口

5.3.2 接口的功能和组成（重要熟记）

5.3.3 接口类型（记一下，理解）

5.4 程序查询方式（全理解）

5.5 程序中断方式（全理解，中断概念熟记）！！！

5.6 DMA（全理解熟透）！！！

第六章 计算机的运算方法

6.1 无符号数和有符号数

6.1.2 有符号数（全理解）

1. 机器数与真值
2. 原码表示法
3. 补码表示法
4. 反码表示法
5. 移码表示法

6.2 数的定点表示和浮点表示

6.2.2 浮点表示（全理解）

浮点数的表示形式、表示范围、规格化。

6.2.3 定点数和浮点数的比较（熟记）

6.2.4 举例（把举例看懂）

6.2.5 IEEE 754标准（背下来）

6.3 定点运算（熟记）

1. 定点数的位移运算;
2. 原码定点数的加减运算;
3. 补码定点数的加/减运算;
4. 定点数的乘/除运算;
5. 溢出概念和判别方法。

6.4 浮点四则运算

浮点数的加/减运算（搞清楚规格化）

6.5 算术逻辑单元

6.5.1 ALU电路（大纲要求）

要求理解算术逻辑单元ALU的功能和结构

1. 并行
2. 串行

第七章 指令系统

7.1 机器指令

7.1.1 指令的一般格式（熟记）

操作码（定长、可扩展）、地址码（四三二一零）

7.2 操作数类型和操作类型（了解）

7.3 寻址方式（熟记）

7.3.1 指令寻址（顺序/跳跃）

7.3.2 数据寻址

所有的寻址方式都要明明白白。要记住访存几次，形式地址EA是怎么计算出来的。

7.3.3 指令格式设计（大纲没有，了解）

真题碰到了再练

RISC和CISC（完全理解）对两者特点区别完全掌握

第八章 CPU的结构和功能

8.1 CPU的结构（了解）

8.2 指令周期（理解，对后一节有帮助）

8.3 指令流水（掌握）

8.4 中断系统（熟记）

第九章 控制单元的功能

9.1 微操作命令分析

9.2.3 多级时序系统

9.2.4 控制方式

第十章 控制单元的设计

10.2 微程序设计

1. 硬布线控制器
2. 微程序控制器

微程序、微指令和微命令;微指令的编码方式;微地址的形式方式。