### 计算机组成原理期末复习总结
#### 一、计算机系统概述
1. **计算机性能指标**
- **运算速度**: 指单位时间内计算机完成的运算次数，常用MIPS（每秒百万条指令）作为衡量标准。
- **时钟周期（主频）**: CPU内部时钟频率，决定了CPU的运行速度。单位为赫兹（Hz），常见的有兆赫兹（MHz）、吉赫兹（GHz）。
- **字长**: CPU能够直接处理的数据位数，通常与寄存器宽度一致，如32位、64位等。
- **数据通路宽度**: 数据总线的位宽，决定了数据传输的最大宽度。
- **数据传输率**: 单位时间内可以传输的数据量，常用单位为比特/秒（bps）。
- **存储容量**: 系统中所有存储设备的总容量，包括内存、外存等。
2. **冯·诺依曼体系结构的核心内容**
- **采用二进制代码表示数据和指令**: 便于电子器件实现。
- **采用存储程序工作方式**: 程序和数据以相同的方式存储在内存中，使得计算机能够自动执行程序。
- **计算机硬件系统由五大部件构成**:
- **运算器**: 完成算术和逻辑运算。
- **控制器**: 控制指令的执行顺序。
- **存储器**: 存储程序和数据。
- **输入设备**: 用户向计算机输入数据。
- **输出设备**: 显示计算结果。
3. **未来计算机的发展方向**
- **光子计算机**: 利用光波代替电信号进行数据处理，提高处理速度。
- **生物计算机**: 利用生物分子进行计算，适用于特定领域的高效计算。
- **量子计算机**: 利用量子态进行并行计算，特别适合于大规模并行计算问题。
- **纳米技术**: 实现更小尺度上的集成电路，提高集成度和性能。
- **巨型化**: 增大计算机系统的规模，提高处理能力。
- **微型化**: 减小计算机系统的体积和功耗。
- **智能化**: 提高计算机系统的自主学习和决策能力。
- **网络化**: 加强计算机之间的互联，提高资源共享效率。
- **多媒体化**: 支持多种媒体格式的处理，提高用户体验。
#### 二、数据的表示和运算
1. **浮点数的表示**
- IEEE 754标准定义了浮点数的表示方法，包括单精度（32位）和双精度（64位）。
- 浮点数由符号位、指数位和尾数位组成，不同位数对应不同的精度范围。
2. **浮点数的加减运算**
- 在进行浮点数运算之前，需要先将参与运算的数对阶。
- 对齐指数后，根据尾数进行加减运算。
- 最后对结果进行规格化，并检查是否溢出。
#### 三、CPU子系统
1. **指令格式**
- **操作码**: 指示计算机执行何种操作的部分。
- **操作数**: 指令操作的对象。
- **操作码的位数**决定了指令种类的数量，位数越多，指令种类越多。
- **固定操作码**: 每个操作码代表一个固定的操作。
- **扩展操作码**: 通过组合基本操作码和操作数来实现更多种类的指令。
2. **寻址方式**
- **立即数寻址**: 指令中直接包含操作数。
- **直接寻址**: 指令中给出操作数的地址。
- **间接寻址**: 指令中给出的是操作数地址的地址。
- **变址寻址**: 地址由基址寄存器和变址寄存器中的值相加得到。
- **相对寻址**: 地址由当前指令地址加上偏移量得到。
3. **指令的二进制表示形式**
- 不同的操作码和操作数格式决定了指令的不同表示形式。
- 通过分析指令格式，可以理解指令的功能和执行过程。
4. **控制器**
- **组合控制**: 通过组合逻辑电路实现指令控制，优点是速度快，但灵活性较差。
- **微程序控制**: 使用微程序来实现指令控制，可以增加系统的灵活性，但速度相对较慢。
- **适用场合**: 组合控制适用于对速度要求高的场合；微程序控制适用于对灵活性要求高的场合。
#### 四、存储器子系统
1. **存储芯片容量**
- 存储芯片容量是指存储器能存储数据的总量。
- 通常用位数来表示，如1K×8位表示该存储器有1024个存储单元，每个单元可以存储8位数据。
2. **存储层次结构**
- 高速缓存（Cache）: 位于CPU和主存之间，提高数据访问速度。
- 主存（RAM）: 存储正在运行的程序和数据。
- 辅存（磁盘、SSD等）: 存储大量不经常使用的数据。
通过对以上知识点的学习和复习，我们可以更好地理解和掌握计算机的基本原理和组成结构，为后续深入学习计算机科学打下坚实的基础。
