计算机组成原理详解:重难点与核心概念
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更新于2024-07-20
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"本文主要涵盖了计算机组成原理的重要知识点,包括计算机的发展历程、系统层次结构、性能指标、数据的表示和运算以及存储系统等核心内容。"
计算机组成原理是理解计算机工作原理的基础,它涉及到计算机的各个组成部分以及它们如何协同工作。在计算机的发展历程中,从最初的电子管计算机到晶体管、中小规模集成电路,再到如今的超大规模集成电路,每一次技术进步都极大地提升了计算机的性能和效率。
计算机系统层次结构是理解计算机工作流程的关键,它通常分为五个层次。底层是微程序机器层,由硬件构成;接着是传统机器语言层,通过机器语言与硬件交互;再往上是操作系统层,提供了与硬件交互的抽象接口;然后是汇编语言层,更易于人类理解和编程;最高层是高级语言层,如C++、Python等,使得编程更加便捷。此外,虚拟机技术进一步隔离了软件与硬件,提高了软件的可移植性。
计算机的性能指标主要包括机器字长、指令字长、存储字长,这些都是衡量计算机处理能力的基本参数。主存容量、运算速度(吞吐量和响应时间)、主频以及CPU时钟周期是评估计算机速度的重要指标。CPI(每条指令周期数)、MIPS(每秒百万指令数)和MFLOPS(每秒百万浮点运算次数)则用于量化处理器的浮点运算性能。
数据的表示和运算部分,涉及数制转换(二进制、八进制、十六进制与十进制之间的转换),编码(真值与机器数、BCD码、ASCII码、字符存储顺序,如大端和小端存储),以及校验码(奇偶校验、海明校验、CRC校验)。定点数和浮点数的表示与运算是重点,包括无符号数、有符号数的表示,定点数的加减乘除,以及浮点数的规格化、对阶、尾数求和、舍入和溢出判断,其中IEEE754标准是浮点数表示的国际标准。
在存储系统部分,讨论了存储器的分类,如按层次(主存、辅存、Cache)、介质(磁表面、半导体、光存储)、存取方式(RAM、ROM、串行访问)以及信息保存性(易失性、非易失性)。半导体随机存取存储器(RAM)和主存储器与CPU的连接机制,双口RAM、多模块存储器以及高速缓冲存储器(Cache)的作用和工作原理,都是提高计算机存储性能的关键。虚拟存储器的概念则提供了超越物理内存限制的解决方案,通过分页或分段机制,实现内存的扩展。
计算机组成原理涵盖了计算机硬件系统的核心概念,从低级的数字逻辑到复杂的系统设计,为理解和优化计算机系统提供了基础理论。学习这些知识点有助于深入理解计算机的工作原理,对于计算机科学的学习者和从业者至关重要。
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2010-07-04 上传
2021-09-27 上传
究极死胖兽
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