计算机组成：定点与浮点计算、存储技术与指令系统

本文详细介绍了计算机组成中的核心概念，包括定点数和浮点数的表示、存储单元、存储容量、各种类型的存储器、Cache的工作原理、虚拟内存、机器指令以及CPU的构成。 一、定点数与浮点数表示 定点数在计算机中用于表示整数或定点小数，其计算需注意溢出情况，一旦发生溢出，计算结果将无效。浮点数则用于表示较大的数值，计算过程遵循特定步骤，涉及阶码和尾数的处理。浮点数计算还包括流水线技术，提高了计算效率。 二、存储单元与存储容量 存储单元包括静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）。SRAM速度快但功耗大，DRAM存储密度高但速度相对较慢。存储容量的单位通常有KB、MB、GB等，扩展存储容量可以通过位宽扩展和容量扩展来实现。只读存储器（ROM）分为掩膜ROM、可编程ROM（EPROM和E²PROM）等，它们的特点是只能读取，无法写入。 三、CPU与主存的速度匹配 为解决CPU与主存速度不匹配的问题，引入了Cache。Cache是一种高速缓冲存储器，通过预存常用数据，减少CPU等待时间。其工作原理包括块（Block）的概念、命中率计算以及平均访问时间的确定。命中率是衡量Cache效率的关键指标，它反映了Cache成功提供数据的比例。 四、地址映射与虚存 地址映射方法包括全相联映射、直接映射和组相联映射，每种方式有不同的地址分配策略。全相联映射允许任何缓存行映射到任何缓存块，而直接映射则是固定映射关系，组相联映射则介于两者之间。虚拟内存是一种技术，使得程序可以使用超过物理内存的地址空间，通过页表进行地址转换。 五、机器指令与寻址方式 机器指令是CPU能直接执行的低级指令，包含操作码和地址码。指令格式多样化，如指令的地址字段可以有多种寻址方式，包括隐含寻址、立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、偏移寻址、段寻址和堆栈寻址等。 六、CPU的基本组成 CPU主要由控制器和算术逻辑单元（ALU）组成。控制器内包含程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、地址寄存器（AR）等，负责指令的获取、解码和执行。 这些内容构成了计算机组成的基础，理解和掌握这些知识点对于深入理解计算机的工作原理至关重要。