计算机组成原理：指令字长与冯·诺依曼体系

"指令字长-计算机组成原理_第二版_各章复习重点" 在计算机系统中，指令字长是一个至关重要的概念，它直接影响到计算机处理数据和指令的效率与能力。指令字长指的是计算机中一条指令占用的二进制位数，这个长度决定了指令可以携带的操作码和操作数信息的数量。 1. **指令字长的决定因素**： - **操作码的长度**：操作码指示了指令要执行的操作，它的长度决定了指令集的复杂性和多样性。例如，如果操作码较短，那么指令集可能较为简单；反之，如果操作码较长，指令集可以包含更多的操作类型。 - **操作数地址的长度**：操作数地址是指令中包含的用于指定参与运算的数据的内存位置。地址长度决定了可以直接访问的内存空间大小。 - **操作数地址的个数**：某些指令可能需要一个或多个操作数，因此指令字长还需要考虑这些操作数地址的位数。 2. **指令字长的分类**： - **固定字长**：在固定字长的指令系统中，所有指令都有相同的位数，这简化了指令解码和设计，但可能限制了指令的灵活性。 - **可变字长**：在可变字长的指令系统中，不同指令根据需要占据不同的位数，这样可以更有效地利用存储空间，提供更复杂和灵活的指令集，但增加了设计和解码的复杂性。 3. **冯·诺依曼计算机的特点**： - **存储程序**：程序和数据都存储在内存中，由控制器按照存储的顺序执行。 - **五大部件**：包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 - **以运算器为中心**：运算器负责进行算术和逻辑运算。 - **指令结构**：指令由操作码和地址码组成，操作码指示操作类型，地址码指向操作数的位置。 - **存储器层次结构**：从高速缓存到主存再到辅助存储，形成了多层次的存储体系，以平衡速度和容量。 4. **计算机的工作过程**： - **存储器**：存储单元通过地址进行寻址，每个存储单元可存储一定位数的二进制代码，称为存储字长。 - **运算器**：包括累加器（ACC）、乘商寄存器（MQ）等，执行加、减、乘、除等运算，并通过ALU（算术逻辑单元）进行操作。 5. **现代计算机硬件框图的变化**： - **控制器单元（CU）**：负责协调整个计算机系统的操作。 - **CPU**：集中了运算器和控制器，是计算机的核心部分。 - **存储器**：分为主存和辅存，主存通常使用RAM，速度快但容量小；辅存如硬盘，容量大但速度慢。 - **I/O设备**：输入输出设备，用于与外界交互。 6. **计算机的软硬件概念**： - **硬件**：包括物理设备，如主机、外设等。 - **软件**：包括操作系统、应用软件、编译器等，它们是控制硬件运行的逻辑实体。 - **虚拟机器**：软件模拟的抽象计算环境，用于实现不同层次的语言和系统间的兼容性。 理解这些知识点对于深入学习计算机组成原理至关重要，因为它们构成了计算机系统的基础架构，影响着计算机的性能、编程模型以及数据处理方式。