计算机组成原理期末复习：冯诺依曼结构与指令系统详解

本学期计算机组成原理期末复习资料涵盖了计算机体系结构的基础知识，重点围绕冯·诺依曼计算机的特性、硬件组件的功能以及指令系统进行讲解。 首先，冯·诺依曼计算机的基本构成包括运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备，它们共同协作完成计算机的任务。存储器中指令和数据以平等的地位存在，通过地址寻址方式访问，无论是指令还是数据都采用二进制形式表示。指令由操作码和地址码组成，体现了以运算器为中心的传统架构，但现代计算机已有所革新，转向以存储器为中心。 存储程序原理是计算机工作的核心理念，即程序和数据预先存储在内存中，计算机自动执行存储的指令序列。状态条件寄存器（如PSW）用于保存算术和逻辑操作的结果状态，包括零标志（Z）、进位标志（C）、正负标志（S）、溢出标志（V）和中断标志（I）等。 存储器部分讨论了动态存储器的不同刷新策略，如集中式、分散式、异步和透明刷新，以确保数据的正确性和稳定性。其中，Cache原理强调了程序的时空局部性，通过高效的缓存替换算法（如随机法、先进先出法和最近最少使用法）来优化数据访问。 指令系统和控制器方面，区分了复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC），前者通常采用变长编码，而后者采用定长编码以简化指令设计。指令周期包括取指周期和执行指令周期，微指令格式则分为水平型和垂直型，前者可以同时执行多个微命令，后者则是逐个执行。 此外，还涉及了Cache的工作原理和写策略，如写直达法（WT）和写回法（WB），以及Cache替换算法对性能的影响。这些知识点对于理解计算机内部操作机制和优化系统性能至关重要。 在整个计算机组成原理的学习中，理解这些基础知识对于期末考试和实际应用都具有重要意义。复习时不仅要掌握理论概念，还要结合实例进行深入理解，以提升问题解决和系统设计的能力。