计算机组成原理高分笔记(2023版 天勤第11版)

目 录

序前言第1 章计算机系统概述 1 大纲要求 1 考点与要点分析 1 核心考点 1 基础要点 1 本章知识体系框架图 2 知识点讲解 2
1.1 计算机的发展历程 2
1.1.1 计算机硬件的发展 2
1.1.2 计算机软件的发展 3
1.2 计算机系统层次结构 4
1.2.1 计算机系统的基本组成 4
1.2.2 计算机硬件的基本组成 4
1.2.3 计算机软件的分类 9
1.2.4 计算机的工作过程 9
1.2.5 计算机系统的层次结构 10
1.3 计算机性能指标 10
1.4 辅助知识点 11 辅助知识点1：门电路 12 辅助知识点2：三态门 14 辅助知识点3：片选译码器 14 辅助知识点4：那些可怕的专业术语 15 辅助知识点5：与字、字长相关的那些名词 16 辅助知识点6：与周期相关的那些名词 16 习题 17 习题答案 20 第2 章数据的表示和运算 23 大纲要求 23 考点与要点分析 23 核心考点 23 基础要点 24 本章知识体系框架图 24 知识点讲解 24

目 录
2.1
数制与编码 24

2.1.1
进位计数制及其相互转换 24

2.1.2
真值和机器数 27

2.1.3
BCD 码 27

2.1.4
字符和字符串 28

2.1.5
校验码 29



2.2
定点数的表示和运算 34

2.2.1
定点数的表示 34

2.2.2
定点数的运算 38



2.3
浮点数的表示和运算 58

2.3.1
浮点数的表示 58

2.3.2
浮点数的加/减运算 60



2.4
算术逻辑单元 63


2.4.1 串行加法器和并行加法器 63
2.4.2 算术逻辑单元的功能和结构 66 习题 68 习题答案 77 第3 章存储器层次结构 90 大纲要求 90 考点与要点分析 90 核心考点 90
基础要点 91 本章知识体系框架图 91 知识点讲解 91
3.1
存储器的基本概念 91

3.1.1
存储器的分类 91

3.1.2
存储器的性能指标 93



3.2
存储器的层次化结构 93

3.3
半导体随机存取存储器 94

3.3.1
半导体随机存取存储器的基本概念 94

3.3.2
SRAM 存储器 95

3.3.3
DRAM 存储器 96

3.3.4
只读存储器 100

3.3.5
Flash 存储器 101



3.4
主存储器与CPU 的连接 102

3.5
双口RAM 和多模块存储器 107

3.6
高速缓冲存储器（Cache） 110

3.6.1
Cache 的基本工作原理 110

3.6.2
Cache 和主存之间的映射方式 113

3.6.3
Cache 中主存块的替换算法 120





3.6.4 Cache 写操作策略 120
3.7 虚拟存储器 121
3.7.1
虚拟存储器的基本概念 121

3.7.2
页式虚拟存储器 122

3.7.3
段式虚拟存储器 122

3.7.4
段页式虚拟存储器 122

3.7.5
TLB（快表） 122


3.8 外存储器 125 习题 130 习题答案 141 第4 章 指令系统 157 大纲要求 157 考点与要点分析 157 核心考点 157
基础要点 157 本章知识体系框架图 158 知识点讲解 158
4.1
指令格式 158

4.1.1
指令的基本格式 158

4.1.2
定长操作码指令格式 161

4.1.3
不定长操作码指令格式 161



4.2
指令的寻址方式 162

4.2.1
数据寻址和指令寻址 162

4.2.2
常见数据寻址方式 164




4.3 CISC 和RISC 的基本概念 171 习题 173 习题答案 181 第5 章中央处理器 195 大纲要求 195 考点与要点分析 195 核心考点 195
基础要点 195 本章知识体系框架图 196 知识点讲解 196
5.1
CPU 的功能和基本结构 196

5.1.1
CPU 的功能 196

5.1.2
CPU 的基本结构 197

5.1.3
CPU 中的主要寄存器 198



5.2
指令执行过程 200


5.2.1 指令周期 200

目 录
5.2.2
指令执行方案 201

5.2.3
指令的执行过程与信息流 201


5.3
数据通路的功能和基本结构 202

5.4
控制器的功能和工作原理 204

5.4.1
控制单元的功能 204

5.4.2
控制单元的设计 210



5.5
指令流水线 218

5.5.1
指令流水线的基本概念 218

5.5.2
指令流水线的基本实现 219

5.5.3
超标量和动态流水线的基本概念 222




5.6 中断系统 223 习题 229 习题答案 238 第6 章总线 252 大纲要求 252 考点与要点分析 252 核心考点 252
基础要点 252 本章知识体系框架图 253 知识点讲解 253
6.1
总线概述 253

6.1.1
总线的基本概念 253

6.1.2
总线的分类 254

6.1.3
总线的组成及性能指标 255

6.1.4
总线的结构 256



6.2
总线仲裁（2020 年408 新大纲已删除） 257

6.2.1
集中仲裁方式 258

6.2.2
分布仲裁方式 260



6.3
总线操作和定时 260

6.3.1
总线周期的概念 260

6.3.2
同步定时方式 260

6.3.3
异步定时方式 262




6.4 总线标准 263 习题 264 习题答案 268 第7 章输入/输出系统 273 大纲要求 273 考点与要点分析 273
核心考点 273 基础要