408知识框架总结——计算机组成原理

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不推荐在第一遍复习时使用，第一遍建议还是认认真真看书做题，第二遍复习时可以配合框架来过知识点，哪里不熟翻书来强化记忆。

重点难点不构成参考建议，仅为个人想法！！！

第一章、计算机系统概论

1.2 计算机系统层次结构

冯·诺依曼机特点（五点） 计算机功能部件（五部分） 现代计算机硬件主要结构

系统软件、应用软件

机器语言、汇编语言、高级语言     汇编程序、解释程序、编译程序

1.3 计算机的性能指标

数据通路带宽 数据通路 

主存容量-MAR

运算速度：

①吞吐量 响应时间

②主频、CPU时钟周期

③CPI

④CPU执行时间

⑤IPS-MIPS

⑥MFLOPS-G\T\P\E\Z

基准程序

固件

机器字长、指令字长、存储字长

第二章、数据的表示和运算

2.1 数制与编码

二进制、八进制、十六进制转换

B  H、0X  D

原码

补码（可直接进行运算）

正补码-负补码转换 （两种方法）

补码与原码转换（正数、负数）

补码减法实现（取负相加）

反码（了解）

移码——浮点数阶码

无符号整数表示

带符号整数的表示：（原反补移都可以，但常用补码）

1、补码0的表示唯一

2、补码多表示一个最小负数

常考题型——两个数A、B运算后判断是否溢出（手算化为十进制后进行判断）

2.2 运算方法和运算电路

基本运算部件：ALU核心部件-加法器

运算器基本功能：四则运算、逻辑运算、移位、求补等

OF、SF、ZF、CF

判断溢出、符号、零、进\借位的方法

算术移位、逻辑移位、循环移位

补码加减运算

有符号整数、无符号整数运算结果—OF、SF、ZF、CF

判断溢出：一位符号位、双符号位

乘除运算（了解）-出题的情况下转化为十进制进行计算

C语言整数类型及类型转换：有符号数及无符号数的转换（unsigned short-short等）、不同字长整数的转换（int、short）

数据存储和排列

大端方式存储、小端方式存储

边界对齐

2.3 浮点数的表示与运算

浮点数表示格式——数符-阶码-尾数

浮点数规格化

左归、右归

规格化尾数范围

补码\原码正数：0.1xx……，最大值0.11……1，最小值0.10……0

原码负数：1.1xx……，最大值1.10……0，最小值1.11……1

补码负数：1.0xx……，最大值1.01……1，最小值1.00……0

IEEE754标准

短浮点数：数符-阶码-尾数数值-偏置值

长浮点数：数符-阶码-尾数数值-偏置值

隐藏位

浮点数加减运算

对阶-尾数求和-规格化-舍入（三种）-溢出判断

补码双符号位表示：

① 00.0XXX或11.1xxx 尾数较小        需左归（多次）：尾数左移，阶码减小（00.1或11.0）

②10.xxx或01.xxx 溢出（尾数较大）需右归（一次）：尾数右移，阶码增加（00.1或11.0）

C语言中浮点数表示

char-int-long-double   float-double

第三章、存储系统

3.1 存储器概述

按层次分类：主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器

按存取方式分类：随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、串行访问存储器

按信息可保存性：易失性存储器（RAM）、非易失性存储器（ROM）

多级层次存储系统：Cache-主存——主存-辅存（图：多级存储器、三级存储系统）

3.2 主存储器

主存储器-DRAM；Cache-SRAM

静态随机存储器SRAM芯片：存储元、优点、缺点、适用范围

动态随机存储器DRAM芯片：存储元、优点、缺点、适用范围、刷新周期

对比记忆：存储元、破坏性读出/需重写/再生、需要刷新、送行列地址、运行速度、集成度、成本、主要用途、易失性

只读存储器（ROM）——Read-Only Memory-BIOS

类型：掩模式只读存储器（MROM）、一次可编程只读存储器（PROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）、Flash存储器（U盘、SD卡）、固态硬盘（SSD）

多体并行存储器——高位交叉编址、低位交叉编址

3.3 主存储器与CPU的连接

位扩展法、字扩展法、字位同时扩展法、

3.4 外部存储器

磁盘性能指标：磁盘的容量（格式化容量、非格式化容量）、平均存取时间（寻道时间、旋转延迟时间、传输时间）、数据传输率

磁盘阵列：RAID0、RAID1

固态硬盘SSD（EEPROM）闪存翻译层

闪存的组成（每个闪存B块，每块P页），每页512B-4KB，以页为单位读写，当整个块都被擦除时才能重写某页（及该块内的其他页），写慢读快。优点缺点

3.5 高速缓冲存储器-Cache☆☆☆☆☆

程序访问的局部性原理-空间局部性、时间局部性

Cache-主存 划分为相等的块、页/页面-页框，Cache块又称Cache行

CPU-Cache-主存-辅存 工作图示

Cache命中率和平均访问时间

映射、替换算法、写策略

Cache行的构成☆☆☆☆☆

Cache-主存映射方式

直接映射、全相联映射、组相联映射——地址结构

替换算法

RAND算法、FIFO算法（可能发生抖动现象）、LRU算法、最不经常使用算法（实际不如LRU）

写策略

Cache命中——全写法（写直通法）、回写法（脏位）

Cache未命中——写分配法（回写法）、非写分配法（全写法）

多级Cache机制

3.6 虚拟存储器☆☆☆（主要部分在操作系统）

虚地址/逻辑地址、实地址/物理地址

页式虚拟存储器-TLB的构成

对于虚拟存储器，主存的页和虚拟存储的页一样大

逻辑地址=虚页号+页内地址

物理地址=实页号+页内地址

第四章、指令系统

4.1 指令格式

指令：操作码-地址码

单字长指令-半字长指令-双字长指令

零地址指令（两种）-一地址指令（两种）-二地址指令（常用算术和逻辑运算）-三地址指令-四-五

定长操作码-变长操作码（扩展操作码）——优点缺点对比

问题：如何设计扩展操作码？如何确定操作码位数？

指令的操作类型：数据传送、算术和逻辑运算、移位操作、转移操作、输入输出操作

4.2 指令的寻址方式

A (A) (EA)

指令寻址：顺序寻址（PC）、跳跃寻址（转移类指令）

数据寻址方式：

隐含寻址、立即(数)寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址

相对寻址、基址寻址、变址寻址——偏移寻址

堆栈寻址

分别讨论前九项的有效地址EA=？

4.3 程序的机器及代码表示

通用寄存器表示

intel系统格式——AT&T系统格式

常用指令 <reg><mem> mov push add/sub inc/dec imul idiv shl/shr jmp cmp

4.4 CISC和RISC基本概念

CISC与RISC的对比

对比项目：指令系统特点、指令数目、指令字长、可访存指令、指令执行时间、指令使用频度、通用寄存器数量、控制方式、指令流水线

第五章、中央处理器

5.1 CPU的功能和基本结构

CPU——运算器、控制器

运算器组成：算术逻辑单元、暂存寄存器、累加寄存器、通用寄存器组、程序状态字寄存器、移位器、计数器

控制器组成：程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码器、存储器地址寄存器(MAR)、存储器数据寄存器(MDR)、时序系统、微操作信号发生器等

用户可见的寄存器：通用寄存器组、程序状态字寄存器(PSW)

用户透明的寄存器：MAR、MDR、IR

5.2 指令执行过程

指令周期

一个完整的指令周期包括——四个周期

时钟周期-CPU操作的最基本单位、若干时钟周期-机器周期、若干机器周期-指令周期

取值周期的数据流——间址周期的数据流——执行周期——中短周期的数据流

5.3 数据通路的功能和基本结构——大题

数据通路概念、包括部件（主要四种）

寄存器之间的数据传送、主存与CPU之间的数据传送、执行算术或逻辑运算的数据传送

5.4 控制器的功能和工作原理

硬布线控制器——会安排微操作时序

微程序控制器——主存储器与控制存储器、微指令的编码方式（三种）、微指令地址形成方式（主要两种、其他四种）、微指令的格式（主要两种次要一种，主要两种的比较）

硬布线控制器和微程序控制器的特点及比较

对比项目：工作原理、执行速度、规整性、应用场合、易扩充性

5.5 异常和终端机制（与第七章和操作系统第一章一起学习）

异常的分类（三类） 中断的分类（两类）

5.6 指令流水线

流水线设计原则：指令流水段个数、流水段的长度

指令流水线特点：没有缩短单条指令的执行时间，但对于整个程序来说执行效率得到了大幅提高

流水线的冒险与处理

1、结构冒险（资源互斥访问）

      解决方法两种

2、数据冒险（数据同步）

      解决方法三种

3、控制冒险

      解决方法四种

流水线的性能指标：①吞吐率 ②加速比 ③效率

高级流水线技术：①超标量流水线技术（空分复用）②超长指令字技术③超流水线技术（时分复用）

5.7 多处理器的概念

了解下概念即可

第六章、总线

6.1 总线概述

总线分类：片内总线；系统总线——数据总线、地址总线、控制总线；I/O总线；通信总线

按数据传输格式：串行总线、并行总线——优缺点

系统总线的结构——单总线结构、双总线结构、三总线结构（数据传输方式及优缺点）

什么是突发(猝发)传送？

总线性能指标：总线传输周期(总线周期)、总线时钟周期、总线工作频率、总线时钟频率、总线宽度、总线带宽

6.2 总线事务和定时

总线定时的概念，分类——同步、异步（对比及优缺点）、半同步、分离式

异步定时方式——不互锁方式、半互锁方式、全互锁方式（主设备和从设备的请求应答方式及优缺点）

第七章、输入/输出系统

7.1 I/O系统基本概念

分辨率、灰度级、刷新频率、显示存储器VRAM

VRAM容量、VRAM带宽公式

7.2 I/O接口

I/O接口主要功能：①实现数据缓冲 ②传送控制命令和状态信息(错误和状态监测) ③信号格式的转换 ④控制和定时 ⑤实现主机和外设的通信

区分接口与端口——接口电路中可以进行读/写的寄存器叫端口，若干端口加上控制逻辑组成接口

I/O端口编址方式：统一编址、独立编址——优缺点对比

7.3 I/O方式☆☆☆☆☆

计算！！！详细内容见便签

程序查询方式：定时查询、独占查询

概念、中断流程

主要特点：CPU踏步现象——优点及缺点

程序中断方式：

概念

中断向量和向量中断

中断处理过程——硬件完成、中断程序完成——单重中断、多重中断

现场、断点、屏蔽字

DMA方式：

概念 特点

传送方式（三种）

传送过程：预处理、数据传送、后处理

DMA方式与中断方式的主要区别：（有关占用CPU资源方面）

注意将这三种传输方式与主存IO进行联系，大题和小题计算均有，重点！！！