2025年计算机组成原理核心考点梳理与精华总结

计算机构成原理知识点总结弟一早

一、数字计算机的五大部件（硬件）及各自重要功能（P6）计算机硬件构成存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备

1、存储器（主存）重要功能保留原始数据和解题环节包括内存储器（CPU直接访问），外存储器

2、运算器重要功能进行算术、逻辑运算

3、控制器重要功能从内存中取出解题环节（程序）分析，执行操作包括计算程序和指令（指令由操作码和地址码构成）

4、输入设备重要功能把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接受和识别的二进制信息形式

5、输出设备重要功能把计算机处理的成果变换为人或其他机器所能接受和识别的信息形式注

1、冯诺依曼构造存储程序并按地址次序执行

2、中央处理器（CPU）运算器和处理器的结合

3、指令流取指周期中从内存读出的信息流，流向控制器数据流在执行器周期中从内存读出的信息流，由内存流向运算器

二、数字计算机的软件及各自重要功能（PH）

1、系统软件包括服务性程序、语言程序、操作程序、数据库管理系统

2、应用程序顾客运用计算机来处理某些问题而设计

三、计算机的性能指标

1、吞吐量表征一台计算机在某一时间间隔内可以处理的信息量，用bps度量

2、响应时间表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来度量

3、运用率在给定的时间间隔内，系统被实际使用的时间所在的比率，用比例表达

4、处理机字长常称机器字长，指处理机运算中一次可以完毕二进制运算的位数，如32位机、64位机

5、总线宽度一般指CPU从运算器与存储器之间进行互连的内部总线一次操作可传播的二进制位数

6、存储器容量存储器中所有存储单元（一般是字节）的总数目，一般用KB、MB、GB、TB来表达

7、存储器带宽单位时间内从存储器读出的二进制数信息量，一般用B/s（字节/秒）表达

8、主频/时钟周期CPU的工作节拍受主时钟控制，按照规定在某个时间段做什么（从什么时候开始、多长时间完毕），主时钟不停产生固定频率的时钟信号主频（主时钟的频率）度量单位是MHZ、GHZ；时钟周期（主频的倒数）度量单位是微秒、纳秒

9、CPU执行时间表达CPU执行一段程序所占用的CPU时间，可用下式计算CPU时间二CPU时钟周期数X CPU时钟周期长

10、CPI执行一条指令所需要的平均时钟周期数，可用下式计算CPr执行某段程序所需的CPU时钟周期数/该程序包括的指令条数n、MIPS平均每秒执行多少百万条定点指令数，用下式计算MIPS二指令条数/（程序执行时间X106）

12、FLOPS平均每秒执行浮点操作的次数，用来衡量机器浮点操作的性能，用下式计算FLOPS二程序中的浮点操作次数/程序执行时间（秒）弟一早

一、数据和文字的表达方式

1、原码、补码、反码、移码的求法及表达范围

（1）首先应明确机器字长

（2）原码、补码、反码、移码的求法

（3）表达范围az如・，工・城童望由小・-41H-127-W*-31767至,…X£X”27♦1O♦32767-1-12B-1-32768■至..“27♦S2T871^-1-23-127-327®7X B♦i-i4♦127♦-1-12S-i-32768寡a r|♦《卜丁）12♦M^♦3S7C

72、补码加减法运算，加法运算溢出检测

（1）补码加法运算规则

（2）补码减法运算规则

（3）变形补码表达法00表达正数11表达负数

（4）变形补码运算规则同补码加减法运算规则，双符号位数值化、参与运算

（5）加法运算溢出检测1）单符号位法2）双符号位法参见例题、习题

3、并行加法器的进位措施及逻辑体现式

（1）直接从全加器的进位公式推导

（2）串行进位某位的运算必须等到下一位的进位传递来后来，才能开始也就是进位从最低位向最高位逐层传递，速度慢Cl=GO+POCO C2=G1+P1C1C3=G2+P2C2C4=G3+P3C3

（3）并行进位所有进位可以同步产生，实际上只依赖于数位自身、来自最低位的进位COo C1=GO+POCO C2=G1+P1GO+P1POCOC3=G2+P1G1+P2P1GO+P2P1POCOC4=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1G0+P3P2P1P0C0其中GO二AOBO PO=AO+BO G1=A1B1P1=A1+B1G2=A2B2P2=A2+B2G3=A3B3P3二A3+B3Gi进位产生函数，表达两个数位都为1Pi进位传递函数，表达某位上的两个数位有一种为1,假如来自低位的进位为1,则肯定会产生进位

4、浮点加减法运算措施九比较阶码大小、对阶X尾数加减法运算X规格化处理X尾数舍入处理九溢出判断参见例题、习题

5、流水线原理、时钟周期确定、时间公式、加速比、时空图

（1）把一种任务分割为一系列的子任务，使各子任务在流水线中时间重叠、并行执行过程段Si之间重叠执行

（2）时钟周期确实定弟二早

一、存储系统概念

1、存储容量指一种存储器中可以容纳的存储单元总数经典的存储单元寄存一种字节，因此一般用字节数来表达，KB、MB、GB、TBo

2、存取时间读操作时间指一次读操作命令发出到该操作完毕、数据读出到数据总线上所经历的时间一般写操作时间等于读操作时间，故称为存取时间

3、存取周期也称读写周期，指持续启动两次读/写操作所需间隔的最小时间一般存储周期略不小于存取时间，由于数据读出到总线上，还需要通过数据总线、CPU内部数据通路传递给控制器/运算器

4、存储器带宽单位时间里存储器可以存取的信息量，一般用位/秒、字节/秒表达

二、存储器的分级构造对存储器的规定是容量大、速度快、成本低，不过在一种存储器中规定同步兼顾这三个方面的规定是困难的为了处理这方面的矛盾，目前在计算机系统中一般采用多级存储器体系构造，即高速缓冲存储器、主存储器和外存储器CPU能直接访问高速缓冲存储器cache和内存；外存信息必须调入内存后才能为CPU进行处理。