计算机组织和体系结构复习总结

计算机组织和体系结构是理解计算机运行基础的重要领域，它涵盖了计算机硬件的各个方面，包括计算机的组成、性能演变、指令执行、中断机制、存储系统以及输入输出操作等。以下是对这些知识点的详细解释： 1. **计算机体系结构**：这是指计算机系统的设计，它定义了程序员所看到的特性，如指令集、数据类型和存储模型。体系结构定义了计算机如何对外界进行交互，包括数据处理、数据存储和数据传送。 2. **计算机组织**：则关注实现这些设计特性的实际硬件组件和它们的连接方式。这涉及到CPU、控制器、内存和输入输出设备等的内部工作。 3. **冯·诺依曼计算机**：这是现代计算机的基础，包括存储程序的概念，即数据和指令都存储在主存储器中，由控制器读取并执行。冯·诺依曼架构包括ALU（算术逻辑单元）和控制器，以及输入输出设备。 4. **摩尔定律**：由戈登·摩尔提出，预示着集成电路上的晶体管数量每18个月翻一番，推动了计算机性能的持续提升。 5. **微电子技术**：主要由逻辑门和内存位元组成，这些元件构成了计算机的基本运算单元。 6. **存储式计算机**：程序和数据可以同时存储在内存中，通过读取内存中的指令来执行程序。 7. **通用计算机**：通常包括中央处理器（CPU）、内存和输入输出设备。集成电路级别的计算机由微处理器、内存和I/O系统三大部分组成。 8. **ENIAC计算机**：是早期的电子计算机，使用寄存器存储数据，其计算基于不同的数制表示。 9. **指令周期**：是执行一条指令所需的时间，包括取指周期和执行周期。指令执行包括取指令、解码、执行和结果写回等步骤。 10. **中断**：中断是计算机处理外部事件的一种机制，中断处理程序负责响应中断请求。中断周期包括中断检测和中断处理。 11. **多重中断**：允许在处理一个中断时，更高优先级的中断可以打断当前处理并立即响应。 12. **互连结构**：描述了计算机内部不同模块之间的连接方式，如存储器到CPU、CPU到存储器等的数据传递。 13. **总线**：是计算机内部通信的关键部分，包括数据总线、地址总线和控制总线，用于传输数据、地址和控制信号。 14. **存储设备视图**：涉及计算机的存储层次，包括高速缓存(Cache)、主内存（RAM）和辅助存储（硬盘）等。 15. **存取方式**：顺序存取、直接存取、随机存取和关联存取，每种方式对应不同的数据访问效率。 16. **存取时间**、**存取周期**和**传输率**是衡量存储器性能的重要指标。 17. **Cache**：通过高速缓存提高内存访问速度，采用直接映射、关联映射和组关联映射等映射策略，以及替换策略如LRU（最近最少使用）和FIFO（先进先出）等。 18. **DRAM和SRAM**：DRAM是动态随机存取内存，需要定期刷新，常作为主内存；SRAM是静态随机存取内存，速度更快但成本高，常用于高速缓存。 19. **Hamming纠错编码**：用于检测和纠正数据传输中的错误。 20. **RAID技术**：通过磁盘冗余提高数据的安全性和性能。 21. **I/O操作**：包括编程式I/O、中断驱动I/O和DMA（直接存储器访问），其中DMA可以提高数据传输效率，因为数据直接在设备和内存之间传输，无需CPU介入。 22. **操作系统**：负责管理和协调计算机资源，包括进程管理、内存管理（如分页、分段和段页式管理）和虚拟内存等。 23. **整数表示法和算术运算**：包括补码表示法，以及加法、乘法（如Booth算法）等运算。 24. **浮点数表示**：遵循IEEE 754标准，包括单精度和双精度格式，以及溢出和下溢的概念。 以上内容涵盖了《计算机组织和体系结构》一书中的主要知识点，为复习提供了全面的框架。理解和掌握这些知识对于深入学习计算机科学至关重要。