计算机组成与体系结构复习要点：冯·诺依曼结构与性能指标

"合肥师范学院计算机组成与体系结构总复习.ppt" 这篇复习资料主要涵盖了计算机组成原理的基础知识，包括计算机系统概论、计算机硬件的基本组成、冯·诺依曼思想、计算机性能指标以及运算方法和运算器。下面将详细阐述这些知识点。 1. 计算机系统概论: 计算机系统由中央处理器（CPU）、存储器和输入/输出设备组成。CPU包含运算器和控制器，它们通过数据线路和控制信号进行交互。冯·诺依曼思想是计算机设计的核心理念，它指出计算机使用二进制系统，存储程序并按照地址顺序执行，同时包含五大基本模块：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 2. 冯·诺依曼型机器组成框图: 该框图清晰地展示了计算机内部结构，包括存储器（分为内存储器和外存储器）、运算器、控制器以及输入输出设备之间的关系。冯·诺依曼结构中的存储器用于存储数据和指令，控制器负责指令的解码和执行，运算器处理算术和逻辑运算。 3. 计算机性能指标: - 时钟周期（T）是计算机系统的时间基准，等于时钟频率（主频，f）的倒数。 - CPI（Cycles Per Instruction）表示执行一条指令所需的时钟周期数，是衡量指令执行效率的指标。 - MIPS（Millions of Instructions Per Second）测量每秒钟能执行的百万条指令，反映了计算机的运算速度。 - MFLOPS（Millions of Floating-Point Operations Per Second）是每秒执行的浮点运算次数，适用于衡量科学计算能力。 4. 寄存器位数计算: 例如，如果主存储器容量为64Kx32位，那么地址寄存器（MAR）需要16位，数据寄存器（MDR）需要32位。因为指令字长、存储字长和机器字长相等，所以指令寄存器（IR）和累加器（Acc）也都是32位。 5. 运算方法和运算器: - 机器码表示：不同类型的数值（如无符号、有符号）在计算机中用特定的二进制编码表示。 - 有效范围计算：无符号数的范围是0到(2^n)-1，n为机器字长；有符号数的范围取决于表示方式（原码、反码、补码）。 - 补码加减法运算：补码运算可以方便地处理正负数的加减，且能够自然地表示溢出。 - 溢出判断：在二进制加减运算中，当最高位（符号位）发生变化时，可能发生了溢出。 - 规格化判断：在浮点数运算中，规格化是指尾数部分保持首位为1，以确保浮点数的精度。 - 浮点数运算步骤：涉及指数调整和尾数运算，以完成浮点数的加、减、乘、除操作。 6. 二进制数值范围: 8位机器数字（含1位符号位）的无符号数范围为0至255，原码、反码和补码表示的有符号整数范围则根据符号位的不同而变化，分别为-128至127。 这份复习资料提供了对计算机组成原理的全面概述，涵盖了从计算机的基本结构到性能评估，再到具体运算过程的关键概念。它是学习计算机硬件基础的宝贵参考资料。