计算机组成原理学习笔记（1.计算机系统概述 2.数据的表示和运算）

文章目录

第一章计算机系统概述
第二章数据的表示和运算
2022版内容（已删）

第一章计算机系统概述

概述

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计算机硬件能识别的数据

二进制0和1，分别对应高低电平
接收到高电平表示接收到1，接收到低电平表示接收到0
通过电信号传递数据

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计算机组成原理解决问题

计算机的发展（大纲已删，但建议看）

计算机系统

硬件决定计算机瓶颈，软件决定计算机系统发挥的好坏

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硬件的发展

微处理器的发展

摩尔定律

软件的发展

编程语言，操作系统，

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目前的发展趋势

知识点小结

计算机硬件的基本组成

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早期冯诺依曼机

冯诺依曼计算机的特点

运算器既要完成运算，又要中转数据程序，必然导致处理效率降低

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现在计算机的结构

计组中所说的主机是 CPU+主存储器（不包括辅存）

辅存属于IO设备，指硬盘

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知识点小结

各个硬件的工作原理

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主存储器

包括主存储器，地址寄存器，数据寄存器

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主存储器的基本组成

存储体中是一个个存储单元
每个存储单元有一个地址对应
存储单元保存的二进制数是存储字
存储字的位数就是存储字长，通产为8比特的整数倍
存储单元中具体到每个比特由一个存储元存储（电容）
注意：MAR位数与存储单元个数的关系，MDR位数与存储字长的关系，区分存储器里的字与字节，B与b

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运算器的基本组成

ACC MQ x 是寄存器，用来存储
ALU算数逻辑单元，核心部件，用来算术运算，逻辑运算

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控制器

CU控制单元，核心部件
IR PC 寄存器

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计算机的工作过程

这个例子中，操作码与地址码加位数起来也正好是16位；第一行中地址码101，指的就是对a进行取数，a存放在地址5中，正好就是101
0-4保存的机器指令就是对当前的地址码存储的数据执行操作码对应的指令
5-8保存的数据

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指令运行过程

仔细理解计算机执行过程，绿线代表执行顺序

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知识点小结

计算机系统的多级层次结构

机器语言

由下图可知，完成这一步机器指令（取数a至ACC）需要9个微指令具体实现
二进制机器指令和微指令是计算机最底部的层次结构

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计算机系统的层次结构

下层是上层的基础，上层是下层的扩展
操作系统中也有层次的划分，与这里不同，都对，只是视角不同，这里是从编程人员和硬件设计的视角划分
操作系统的调用也称为广义指令
高级语言被翻译成汇编语言，对于程序员而言，机器就好像能读懂高级语言一样，因此这个高级语言机器被称为虚拟机
汇编语言被执行，需要被翻译成机器语言，看起来就好像机器能读懂汇编语言一样，这个汇编语言机器被称为虚拟机
汇编语言也会经常调用系统指令，因此我们加上了操作系统机器这个层次
计算机组成原理课程重点关注下面硬件的部分
汇编语言
- 汇编语言有助于人类理解机器指令，本质上与机器语言没有太大区别，依然是低级语言，每一条汇编指令都和机器语言指令一一对应

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三种级别的语言

编译型语言，解释型语言
解释型语言也能通过解释器把高级语言翻译成机器语言，解释型语言执行效率没有编译型语言高
编译，汇编，解释程序统称为翻译程序

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知识点小结

计算机的性能指标

存储器的性能指标

这种方式求出的总容量其实是最多的容量，实际上可能达不到，做题就按照最多来算
熟记常见的二进制数与十进制数的转换
这里的K M G T是用于表示存储的单位，对应2的多少次方

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CPU的性能指标

主频，理解为指挥CPU内部所有工作进行的一个节奏，脉冲信号给机器指令的执行带来了节奏，不同的动作对应不同数量的节奏
主频与时钟周期互为倒数，其他情况都一样的话，主频越高，CPU性能越好
CPI跟实际情况有很大关系，通常给出的CPI是平均情况
这里的K M G T与存储容量里的不同，这里描述速率用的是10的几次方，CPU主频的G也是10的多少次方

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系统整体的性能指标

数据通路带宽，比如，传递一个16比特的数据，带宽为8比特，就需要两次传输
这里的吞吐量和响应时间比较抽象宽泛，需要结合具体的应用场景，

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系统整体的性能指标（动态测试）

思考

基准程序执行的越快，不一定性能越好，可能基准程序专注于执行测量某些指令，而我们实际应用需要频繁使用另一些指令

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知识点小结

第二章数据的表示和运算

2.1.1 进位计数制

知识总览
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十进制计数法

推广：r进制计数法

十进制最符合人的理解方式，二进制最适合计算机存储和处理，八进制和十六进制与二进制能很好地转化，相当于把二进制表示的数简化，利于阅读

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任意进制转十进制

重要考点

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二进制与八进制，十六进制相互