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计算机组成原理复习笔记
前件知识： 基本电路知识
与、或、非、异或、与非、或非等如下表所示： 真值表 A B 0 0 1 1 0 1 0 1 与 只0就为0 0 0 0 1 或 只1就为1 0 1 1 1 非（A） 取反 1 1 0 0 异或 相异为1 0 1 1 0 与非 只0就为1 1 1 1 0 或非 只1就为0 1 0 0 0 第一章 计算机系统概论
1．计算机系统组成
计算机系统组成：计算机组成原理由硬件系统与软件系统组成。
根据冯诺.依曼的存储程序控制原理由五大部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 软件系统：系统软件、应用软件
运算器 控制器 主机 寄存器 中央处理器（CPU） 硬件系统 内存储器：DDR2，DDR3 外设：输入、输出设备、外存储器等 操作系统 计算机系统
系统软件 数据库管理系统 程序编译工具 软件系统 通用软件 应用软件 特制软件 摩尔定律：记住价格与时间成反比。 2．计算机系统性能指标
字长（处理机字长）是指计算机处理器一次能够完成的二进制位数（16，32，64）。 MIPS是指计算机处理器每秒执行百万条指令。
3．计算机系统的层次结构
计算机系统的层次结构分为五级以下图所示：
第5级 第4级 第3级 第2级 第1级
第二章 运算方法和运算器
1.原码、反码、补码、移码的计算方法 性质 正数 连同符号位一起使用二进制表示 原码 反码 原码反码补码一样 除符号位以外其余位除符号位外其余位取反（0变1，1变0） 取反加1（性质等于在反码基础之上加1） 移码主要用于表示浮点数中的阶码 补码 移码 负数 零 [+0]原=00…00 [-0]原=10…00 [+0]反=00…00 [-0]反=11…11 [+0]补=[-0]补=00…00 补码的真值公式：将所有位上的数按基数2n-1（n为数所在的位置）相乘后求出和，这个和的结果就是补码的真值。计算某个数大于或小于某个值得条件。
例：[X]补=（01101）2,[Y]补=（11101）2。则X与Y的十进制数是多少。 X=-0×24+1×23+1×22+0×21+1×20=8+4+1=（+13）10 Y=-1×24+1×23+1×22+0×21+1×20=-8+4+1=（-1）10
2．原码、反码、补码、移码的表示范围（n位二进制位数） 码制 原码 反码 补码 移码 定点整数 范围 定点小数 举例（n=8） 范围 -（2n-1-1）~+（2n-1-1） -127~+127 -（1-2-(n-1)）~+（1-2-(n-1)） -（2n-1-1）~+（2n-1-1） -127~+127 -（1-2-(n-1)）~+（1-2-(n-1)） -2n-1 ~+（2n-1-1） -2n-1 ~+（2n-1-1） -128~+127 -128~+127 -1~+（1-2-(n-1)） -1~+（1-2-(n-1)） 浮点数的表示范围就省略了。 3．BCD和ASCLL码
BCD：俗称8421码。使用4位二进数才表现一位十进制数。（4位） ASCLL码：用于表示字符。（用一个字节八位来表示，只使用了七位。最前后一位始终为0）.记住特殊的字符的ASCLL码值：
字符 A a 0 十进制数 65 97 48 ASCLL码 1000001 1100001 0110000 补充说明 大小到小写+32.小写到大小-32.要求字符在这三个上面推即可获得。 4．校验码：奇偶校验
奇偶校验（含校验码的个数） 110101 数 奇校验 奇数个1 110101 1 偶校验 偶数个1 110101 0
奇偶校验提供奇数个错误检测，无法检测偶数个错误，更无法识别错误信息的位置。 5．变形补码与溢出 判断溢出方法：
（1）双符号位 两个符号位异号，用异或门实现
变形补码是判断溢出的一种检测方法。采用变形补码后，任何正数，两个符号位都是“0”，任何负数，两个符号后都是“1”。如果两个数相加后，在符号位中出现了“10”或“01”则说明溢出。参考下表判断是否溢出。
（2）单符号位 最高位的进位和符号位进位异号。 结果溢出判断依据下表所示： 符号位 0 0 1 1 0 1 0 1 结果 正数 正溢出 负溢出 负数 6．运算器
（1）运算器是中央处理器的组成部分。主要功能是完成计算机的算术运算与逻辑运算。 运算器的组成部件有：算术逻辑运算单元（ALU）、数据缓冲寄存器、通用寄存器、多路转换器和数据总线等逻辑构件。
（2）提高运算器高速性采用的措施：
? 先行进位 ? 阵列乘除法 ? 流水线
（3）74181ALU（算术逻辑运算单元） :4位算术逻辑运算单元，支持16种逻辑运算、16种算术运算 组内先行进位
（4）74182CLA（先行进位发生器） 先行进位部件，可以实现多组74181ALU的组间先行进位 组合形式
（5）ALU的设计：片内先行进位，片间串行进位。16位ALU和32位ALU的设计。
（6）编址：字节编址与字编址 字节编址：
某计算机内存按字节编址，内存地址区域从44000H到6BFFFH，共有___(11)___K字节。若采用16K×4bit的SRAM芯片，构成该内存区域共需___(12)___片。
算法为6BFFFH-44000H+1H=28000H=163840/1024=160K (1+F=16 逢十六进一,所以6BFFFH+1H=6C000H)
内存按字节编址,这163839应该是Byte。内存160K，8bit,采用16K×4bit的SRAM芯片，需要160/16×8/4=20片
字编址： 给出容量、字长，计算寻址范围 例： 字长32位，存储容量64KB，寻址范围 64KB/32=64K*8/32=16K 按字编址的寻址范围是：0~64M。也即0000000~3FFFFFFH
计算步骤：256M字节=256*1024*1024*8位，按计算机按32位字长单字编址。 则单字的位数为32位，范围为（256*1024*1024*8位）/32位=64M。
此外若计算机按32位字长半字编址。则半字的位数为16位，范围为（256*1024*1024*8位）/16位=128M 计算机按32位字长双字编址。则双字的位数为64位，范围为（256*1024*1024*8位）/64位=32M
第三章 多层次的存储器 1．存储器的层次
因为对容量大、速度快、成本低要要求，在一个存储器中要求同时兼顾这三方法是不容易的。多级存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器、外存储器，来解决这个矛盾。CPU 可以直接访问内存储器（主存储器和cache），而不能直接访问外存储器（磁盘和光盘）。 2．外存和内存比较 存储器 内存储器 外存储器 容量 小 大 速度 快 慢 价格 高 低 3．半导体随机读写存储器
半导体随机读写存储器分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）的。
存储器 SRAM DRAM 用处 cache 内存 刷新 不需要 需要 行列地址复用 不是 是