计算机组成原理详解：从诺依曼体系到定点数运算

"计算机组成原理.pdf" 本文档详细介绍了计算机组成原理的基本知识，涵盖了从计算机系统的基本结构到数据表示和运算，再到指令系统、中央处理器和输入输出系统的相关内容，并提供了例题解析，对于学习和复习计算机组成原理非常有帮助。 首先，诺依曼体系结构是现代计算机的基础，它包括五个主要组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。运算器负责执行算术和逻辑操作，控制器则控制整个计算机系统的操作流程。存储器用于保存数据和程序，输入设备用于将外部数据引入计算机，输出设备则用于呈现处理结果。在诺依曼模型中，程序和数据都存储在存储器中，通过控制流（指令流）来驱动计算机的执行。 机器语言是计算机能直接理解的二进制代码，而汇编语言是一种用助记符表示的与机器语言对应的编程语言，简化了编程过程。高级语言如C、C++更接近人类语言，但需要通过编译或解释才能被计算机执行。编译程序一次性将高级语言转换为机器语言，而解释程序则是逐句解释并执行，如Python和JavaScript。汇编程序则是用汇编语言编写，需要经过汇编过程才能转化为机器可执行的代码。 在题目1中，我们考察了计算机性能的一个关键指标——每条指令周期数（CPI）以及主频对程序运行时间的影响。给定两个具有相同ISA的计算机M1和M2，M1的CPI是2，主频是1.5GHz，而M2的CPI是1，主频是1.2GHz。运行同一程序P时，运行时间T等于指令数乘以CPI除以主频。根据这个公式，我们可以计算出M1和M2上程序P运行时间的比值是（2/1.5）：（1/1.2）=1.6，所以选项C是正确的。 接下来，文档讨论了定点数的表示和运算。无符号数的所有位都是数值位，其表示范围从0到2^n-1，其中n是位数。有符号数则用最高位作为符号位，0代表正，1代表负。原码、补码、反码和移码是四种常见的有符号数表示方法，各有其特点。例如，补码常用于表示负数，而移码则常用于浮点运算中，其零表示是唯一的，方便比较。 这篇文档全面介绍了计算机组成原理中的核心概念，包括计算机的基本结构、指令系统、数据表示和运算，以及性能分析，对于理解计算机的工作原理和优化程序执行效率有着重要的理论指导作用。结合例题解析，读者可以更好地理解和应用这些知识。