武汉大学计算机组织与体系结构复习关键点解析

计算机组织与体系结构是计算机科学中的基础概念，它们在计算机设计和理解中起着至关重要的作用。计算机组织指的是计算机内部的实际构造，包括硬件组件如何相互连接以执行指令和处理数据。这一方面涉及到诸如控制信号、计算机与外设的接口、存储器的使用技术等对程序员不可见的细节。另一方面，计算机体系结构则是指程序员所看到的系统属性，如指令集、数据类型的位数、内存寻址方式以及输入输出机制。体系结构就像一个函数的声明，而组织则相当于实现这个函数的代码。 系列机是一个重要的概念，它指的是具有相同或相似体系结构但组成可能不同的计算机模型。系列机的特征在于它们共享相同的指令集，操作系统，并且随着技术进步，它们的速度、I/O端口数量、内存容量通常会有所提升，但这些提升往往伴随着成本的增加。例如，低端机的指令集可能是高端机的子集，这意味着程序可以在高端机上运行，但不能反向移植到低端机。 计算机结构指的是各个部件的相互关系，这决定了计算机的功能。功能则描述了这些结构组成部分如何协同工作来执行特定任务。结构是功能的基础，没有合适的结构设计，就无法实现预期的功能。现代计算机通常采用冯诺伊曼结构，这种结构由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。其中，运算器负责数据处理，控制器负责操作的协调，主存储器存储数据和指令，输入设备用于将外部信息送入计算机，输出设备则用于展示计算结果。 冯诺伊曼结构的一大特点是数据和指令存储在同一内存空间中，即存储程序的概念。这使得程序可以像数据一样被处理，极大地推动了软件的发展。此外，冯诺伊曼结构还包括一个总线系统，它连接所有的硬件组件，允许它们之间的通信。这种结构使得计算机能够高效地执行复杂任务，但同时也带来了如缓存一致性、内存访问延迟等问题，这些都是现代计算机体系结构优化的重要方向。 总结起来，计算机组织与体系结构是理解计算机运行机制的关键。复习这些要点有助于深入掌握计算机的工作原理，对于学习和研究计算机科学，尤其是硬件设计和系统优化领域，是必不可少的基础知识。