冯诺依曼体系下的计算机组成原理详解

"计算机组成原理复习笔记" 在计算机科学中，计算机组成原理是理解计算机系统核心运作的基础。这门学科涵盖了从基本逻辑门到高级处理器设计的广泛知识。以下是笔记中的关键知识点： 1. 基本电路知识：逻辑门是数字电路的基本元素，包括与门、或门、非门、异或门、与非门和或非门。它们通过真值表定义了各自的操作。例如，与门只有当所有输入均为1时输出为1；或门只要至少有一个输入为1，输出即为1；非门则反转输入的状态；异或门当输入不同为1，相同为0；与非门和或非门是与门和或门分别与非门组合的结果。 2. 计算机系统组成：冯·诺依曼架构是现代计算机的基础，由硬件系统和软件系统组成。硬件包括运算器、控制器、存储器（如DDR2、DDR3内存）、输入设备、输出设备和外部存储器。软件系统则包含系统软件（如操作系统、数据库管理系统和程序编译工具）和应用软件（通用软件和特制软件）。摩尔定律指出，集成电路上可容纳的晶体管数目大约每两年翻一番，导致性能提升且成本下降。 3. 计算机系统性能指标：字长决定了处理器一次处理的数据量，通常有16、32、64位等。MIPS（Million Instructions Per Second）衡量处理器每秒能执行的指令数量，是评估计算机性能的重要指标。 4. 计算机系统的层次结构：计算机系统可以划分为五级：微程序级、机器级、汇编语言级、操作系统级和应用级。每一层都提供了更抽象的接口，使得程序员能更高效地编写和执行程序。 5. 运算方法和运算器：运算器是CPU的一部分，负责执行算术和逻辑运算。运算方法包括原码、反码、补码和移码的表示和计算。原码直接表示数值的正负；反码用于负数表示，正数不变，负数除了符号位外其他位取反；补码是正数不变，负数在其反码基础上加1，用于解决溢出问题；移码常用于浮点数的阶码表示。 6. 定点整数的表示范围：在n位二进制的定点整数中，原码、反码和补码的表示范围取决于是否考虑符号位。对于正数，原码、反码和补码相同；对于负数，补码是在原码的基础上除符号位外其他位取反再加1。例如，一个4位的二进制数，最大正数是0111（+7），最小负数是1001（-7）。 这些知识点构成了计算机组成原理的基础，对于理解和设计计算机系统至关重要。掌握这些概念有助于深入理解计算机如何执行指令、存储数据以及处理各种运算。在实际编程和系统设计中，这些基础知识会经常被引用和应用。