计算机硬件与软件详解：从五大部件到总线控制

"这份文档是关于2019年计算机组成原理的详细复习资料，涵盖了计算机硬件、软件、操作系统、总线以及存储器等多个核心概念。" 在计算机组成原理中，我们首先需要理解计算机硬件的基本构成，它主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备这五大部件组成。运算器负责执行算术和逻辑运算，控制器则负责协调和控制整个计算机系统的操作。存储器分为内存和外存，用于暂时或长期保存数据和程序。输入设备用于将用户的数据输入到计算机，而输出设备则将计算机处理的结果展示给用户。 计算机软件是实现特定功能的程序和相关文档的集合。软件系统包括应用软件和系统软件。应用软件是针对具体任务开发的，如文字处理、图像编辑等；而系统软件，如操作系统，主要负责管理计算机资源，调度任务，处理中断，是计算机运行的基础。操作系统是系统软件的核心，它使得用户可以方便地使用计算机，而无需关心底层硬件的细节。 冯·诺伊曼型计算机的设计理念是存储程序和程序控制，即程序和数据一同存储在内存中，由控制器按照指令顺序执行。在定点二进制运算中，减法通常通过补码加法实现。算术逻辑单元（ALU）和控制器构成了中央处理器（CPU），是计算机的"大脑"。 计算机系统具有多级层次结构，从微指令系统到高级语言机器，每一层都提供了不同级别的抽象，使得程序员能够更高效地编写和执行程序。总线是连接这些层次结构的关键，根据传输信息的类型，总线分为数据总线、地址总线和控制总线。系统总线连接了CPU、内存和I/O设备，确保它们之间信息的高效传递。 总线的控制方式有链式查询、计数器定时查询和独立请求三种，每种方式都有其优缺点。例如，链式查询方式下，离总线控制器最近的设备优先级最高，但对电路故障敏感。而异步通信方式下的总线控制又可分为不互锁、半互锁和全互锁，确保数据传输的正确性。 在串行通信中，如RS-232标准，数据帧由起始位、数据位、校验位和终止位组成。PCI总线是一种高性能、与处理器无关的外围总线，允许高速数据传输。在单总线结构中，虽然只有一个部件能向总线发送数据，但多个部件可以同时接收数据。 存储器的设计是一个平衡容量、速度和成本的过程，通常采用多级存储体系，如缓存(Cache)、主存(RAM)和辅助存储(HDD/SSD)，以实现快速访问和大容量存储的平衡。 这份复习资料深入讲解了计算机组成原理中的关键概念，对于理解和掌握计算机系统的工作原理至关重要。