计算机组成原理

第一章 计算机系统概述 了解计算机的发展历程 搞清楚计算机的系统层次结构 计算机硬件的基本组成(五大部件) 计算机软件的分类 计算机的基本工作过程 了解计算机性能评价指标和相关参数 吞吐量、响应时间; CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间; MIPS、MFLOPS等。 计算机系统设计的定量原理 1. 大概率事件优先原则 2. Amdahl定律（阿姆达尔定律） 系统加速比依赖于两个因素： 可改进比例： 可改进部分在原系统计算时间中所占的 比例，它总是小于等于１的。 部件加速比： 可改进部分改进以后的性能提高，一般情况下它是大于１的 。 总执行时间 改进后 例1.1】将计算机系统中某一功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？ 解：由题可知，可改进比例Fe＝ 40%＝0.4，部件加速比Se＝10，根据Amdahl定律可知： 整个系统的性能提高到原来的1.5625倍。 (1)将程序执行的时间进行分解 程序执行的CPU时间 : CPU时间 = 总时钟周期数 / 时钟频率 (2)“指令时钟数”CPI(Cycles Per Instruction) CPI = 总时钟周期数 / IC IC：程序执行过程中所处理的指令数。 (3)程序执行的CPU时间可以写成 ◆ 时钟频率：反映了计算机实现技术

　　最近看一些编程的底层内容，一般对于原码、反码、补码的解释如下： 　　　　原码、反码、补码是计算机中对数字的二进制表示方法。 　　　　原码：将最高位作为符号位（0表示正，1表示负），其它数字位代表数值本身的绝对值的数字表示方式。 　　　　反码：如果是正数，则表示方法和原码一样；如果是负数，符号位不变，其余各位取反，则得到这个数字的反码表示形式。 　　　　补码：如果是整数，则表示方法和原码一样；如果是负数，则将数字的反码加上1（相当于将原码数值位取反然后在最低位加1）。 　　好了，就是这么简单，懂一点二进制的童鞋按照这个正逆推算，木有问题。但是真的就这么简单吗？肯定不是了，楼主对于原码、反码、补码一直很疑惑：正数的补码等于他的原码， 负数的补码等于反码加一。科学家是不是太草率了点，计算机原理就是这么正反加减搞出来的？楼主查了一些资料、文章，总算弄明白了其中的原委。这里有一篇文章， 从原码讲起，通过简述原码，反码和补码存在的作用，加深对补码的认识。 　　附上原创地址，原作者保留权利　　 https://www.imooc.com/article/16813?block_id=tuijian_wz 　　接触过计算机或电子信息相关课程的同学，应该都或多或少看过补码这哥仨。每次都是在课本的最前几页，来上这么一段： 什么反码是原码除符号位，按位取反。补码等于反码加一。 然后给整得莫名其妙

第1篇 概论 为了紧跟国际上计算机技术的新发展，本书对第1版各章节的内容进行了补充和修改，并增加了例题分析，以加深对各知识点的理解和掌握。本书通过对一台实际计算机的剖析，使读者更深入地理解总线是如何将计算机各大部件互连成整机的。 全书共分为4篇，第1篇(第1、2章)介绍计算机的基本组成、发展及应用;第2篇(第3 5章)介绍系统总线、存储器(包括主存储器、高速缓冲存储器和辅助存储器)和输入输出系统;第3篇(第6 8章)介绍CPU的特性、结构和功能，包括计算机的算术逻辑单元、指令系统、指令流水、RISC技术及中断系统;第4篇(第9、10章)介绍控制单元的功能和设计，包括时序系统以及采用组合逻辑和微程序设计控制单元的设计思想与实现措施。 第1章 计算机系统概论 1.1 计算机系统简介 1.1.1 计算机的软硬件概念 1.1.2 计算机系统的层次结构 1.1.3 计算机组成和计算机体系结构 1.2 计算机的基本组成 1.2.1 冯·诺依曼计算机的特点 1.2.2 计算机的硬件框图 1.2.3 计算机的工作步骤 1.3 计算机硬件的主要技术指标 1.3.1 机器字长 1.3.2 存储容量 1.3.3 运算速度 1.4 本书结构 思考题与习题 第2章 计算机的发展及应用 2.1 计算机的发展史 2.1.1 计算机的产生和发展 2.1.2 微型计算机的出现和发展 2.1.3 软件技术的兴起和发展

计算机组成原理 计算机的五大组成部分，分别为：控制器、存储器、运算器、输入设备和输出设备。其中控制器+运算器是计算机的中央处理器（CPU），相当于人类的大脑。 一、控制器（一） 计算机的指挥系统。大脑指挥全身的器官运行，但是大脑不会随意的指挥身体行动，大脑只有在接受指令后才会控制身体行动。 二、运算器（二） 运算器是计算机的运算系统。大脑除了指挥，无时无刻还在运算。即实现算术运算和逻辑运行。 1、算术运算：1+1=2 2、逻辑运行：吃饭太闲，喝水？ 三、控制器+运算器（计算机的忠言处理器CPU） 吃饭流程例子。 1、当你吃饭的时候，大脑会接受吃饭的指令，之后把指令翻译成你身体需要进行的动作（控制器） 2、如果吃的是西餐，则使用勺子；如果吃的是中餐，则使用筷子（运算器）。 四、存储器 计算机的存储系统。需要注意的是：无论内存还是外存，计算机存储的数据格式都是01，01的形式，0和1由电压的电平控制（了解知识点）。计算机的存储的一个二进制单位称为1bit，8bit=1Bytes称为一个字节，1024Bytes=1KB，1024KB=1MB，1024MB=1GB，1024GB=1TB，1024TB=1PB。 下面展示了目前市面上常用的存储器，从图中可以看出存储器的速度、容量和价格是相互矛盾的。 4.1 内存（主存） 内存是计算机内临时存储数据的硬件设备，由于内存读取数据速度较快内存

一、总线 1、概念： 总线是构成计算机系统的互连机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通了 分类： 1）内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线 2）系统总线：CPU同计算机系统的其他高速功能部件如存储器 通道等互相连接的总线 3) I/O总线：中、低速I/O设备之间互相连接的总线 2、总线的标准化 题1： 33MHz 每秒有33*10的六次方个时钟周期 4B=32b 3、总线的连接方式 1）单总线结构 2）双总线结构 3）三总线结构 4）、多总线结构 4、总线的内部结构 1）早期 它实际上是处理器芯片引脚的延伸，是处理器与I/O设备适配器的通道，这种简单的总线一般由50-100条线组成，按功能可分为地址线 数据线和控制线 缺点： CPU是总线唯一主控者 总线信号是CPU引脚信号的延伸，故总线结构紧密与CPU相关，通用性较差 2）现在 总线概念 5、总线接口 传输信息的方式：串行 并行 分时 1）串行 2）并行传送 6、接口 接口即I/O设备适配器，具体指CPU和主存，外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件 接口部件在它动态连接的两个部件之间起着转换器的作用，以便实现彼此之间的信息传送 题 B 7、总线的仲裁 只有第一次传输有地址+数据 剩下的均只有数据 所以一共有 5个时钟周期 来源： https://www.cnblogs.com/dream-to-pku

一、CPU的功能和基本结构 1、功能 当用计算机解决某个问题是，我们首先必须为他编写程序，程序是一个指令序列，这个序列明确告诉计算机应该执行什么操作，在什么地方找到用来操作的数据，一旦把程序装入内存器，就可以由计算机来自动完成取出指令和执行指令的任务。专门用来完成此项工作的计算机部件称为中央处理器，通常简称CPU。 虚线框就是CPU结构 CPU通过地址总线 数据总线来访问存储器或者输入输出端口。 ALU：执行运算 两个数一个来自缓存寄存器DR 一个来自累加器AC 运算结果暂时存放到累加器中 状态条件寄存器：0标志位 溢出标志位 等 缓冲寄存器DR:信息进出CPU都有在这蹲点，不论是指令还是数据进CPU都要先进缓存寄存器DR。 指令寄存器：当前正在执行的指令，这里的指令中包含操作码和地址码，将操作码送入指令译码器就知道指令是做什么的，指令译码器把翻译结果告诉操作控制器和时序产生器，他们再按照时间顺序向计算机的执行部件发出执行命令。 程序计数器：下一条将要执行指令的地址 地址寄存器：存放CPU正在访问的内存的地址，一般和地址总线直接相连 CPU的基本部分由运算器 cache和控制器三大部分组成。 二、指令的执行过程 1.指令周期的基本概念 问题：计算机读取的指令和数据都是存在存储器里面的二进制代码，计算机如歌区分这二进制代码是指令还是数据？ 计算机能自动的工作

一、指令格式 指令：操作码字段 地址码字段 指令字（简称指令）：表示一条指令的机器字。 指令格式：是指令自用二进制代码表示的结构形式，由操作码字段和地址码字段组成。 操作码字段：表征指令的操作特性与功能 （ 指令的唯一标识 ） 不同的指令操作码不能相同 地址码字段：指定参与操作的操作数的地址码 二、操作码分类 操作码可以分为固定长度的代码和可变长度的代码 1、固定长度的代码 多有指令操作码的长度相等 例如：某计算机共有64条指令，采用固定长度操作码，需要6位编码，从000000~111111 2的6次方为64 优点:编码方法简单，便于指令的译码 确定：不方便指令系统中增加新的指令（扩展不方便） 2、可变长度的代码 不等长的指令操作码可以减小操作码的平均长度，提高指令编码的效率，从指令的扩展性来看，也希望操作码长度可变。 例如：设某台计算机有100条指令，要求： 1）采用固定长度操作码编码，请设计其操作码编码 2）假设这100条指令中有10条指令的使用改了达到90%。其余90条指令的使用概率达到10%，请采用不定长编码设计一种操作码编码的方案，并求出操作码的平均长度 （常用指令用短编码 不常用指令用长编码） 答、1）采用固定长度操作码编码，需要7位操作码，取其中100个代码作为操作码 0000000~1100011之间的代码代表100条指令（长度为7） 其余的1100100

计算机组成原理 计算机分为五大组成部分，分别为：控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。其中控制器+运算器是计算机的中央处理器（CPU），相当于人类的大脑。 一、控制器 计算机的指挥系统。大脑指挥全身的器官运作，但是大脑不会随意的指挥身体行动，大脑只有在接受指令后才会控制身体行动（如果你患有急性注意缺陷多动障碍（多动症），你可以找Doctor Nick）。 二、运算器 运算器是计算机的运算系统。大脑除了指挥，无时无刻还在运算。即实现算术运算和逻辑运算。 三、控制器+运算器(计算机的中央处理器CPU) 吃饭流程示例。 当你吃饭的时候，大脑会接受吃饭的指令，之后把指令翻译成你身体需要进行的动作（控制器） 如果吃的是西餐，则使用勺子；如果吃的是中餐，则使用筷子（运算器）。 四、存储器 计算机的存储系统。需要注意的是：无论是内存还是外存，计算机存储的数据格式都是01，01的形式，0和1由电压的电频控制（了解知识点）。计算机的存储的一个二进制单位称为1bit，8bit=1Bytes称为一个字节，1024Bytes=1KB，1024KB=1MB，1024MB=1GB，1024GB=1TB，1024TB=1PB。 下图展示了目前市面上常用的存储器，从图中可以看出存储器的速度、容量和价格是相互矛盾的。 4.1内存 内存是计算机内临时存储数据的硬件设备。由于内存读取数据速度较快内存

重要考大题 一、存储器的分类 存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据，从不同的角度对存储器可以做不同的分类。 1、按存储介质分 半导体存储器（又称易失性存储器）：体积小，功耗低，存取时间短，电源消失的时候，所存的信息也随之消失。 磁表面存储器（非易失性存储器）：如磁盘 光盘存储器（非易失性存储器）：耐用，可靠，如光盘 2、按存取方式分 随机存储器（RAM）：任何一个存储单元内容都可以随机存取，像数组的下标，可以直接访问元素。访问速度较快，常用于制作主存和Cache 顺序存取存储器（SAM）:只能按某种顺序来存取，即与存取时间和存取单元的物理位置有关。（比如磁带） 直接存取存储器（DAM）:如磁盘 相联存储器（CAM）：按内容检索 3、按计算机中作用分 二、计算机的层次结构 存储器有三个性能指标， 速度，容量，每位价格 （位价）。 就一般而言，速度较高，位价越越高，容量越小。反之，速度越低，位价也越低，容量也就越大。 存储系统的层次结构主要体现在缓存——主存和主存——缓存两个存储层次上。如图： 缓存——主存层次 ：这一层面主要解决CPU与主存速度不匹配的问题，主存用来存放将要参与运行的程序和数据。但是其速度与CPU相差很大，为了使得他们之间的速度更好匹配，于是在主存与CPU之间插入了一种比主存更快，容量更小的高速存储器（Cache），因此只要把近期要使用的信息调入缓存

1.主函数的参数： int main (int argc,char *argv[],char *envp[]); argc:传递的参数个数 argv:传递的参数列表，每一个参数都是一个字符 envp:环境变量的列表 main函数默认传递一个参数，这个参数就是执行的命令。 2.缓冲区 printf printf函数功能将数据写入到缓冲区内，输出缓冲区的内容遇到以下情况才会刷新到界面内： 1.遇到\n 2.主动刷新—fflush(stdout) 3.缓冲区满—缓冲区是内存上的一块内存， 1024byte 4.程序结束—但是添加exit、_exit后，并不会刷新缓冲区 缓冲区的意义就是提高程序运行的效率 main函数在执行return后，会注册一个退出函数 atexit(void (*fun()); linux上提供的文件操作函数 int open(char *pathname,int flag); -----------fopen int read(int fd,void buff,int size);-------------fread int write(int fd,void buff,int length);-----------ferite int close(int fd);------------------------------------fclose int