计算机组成原理及知识图谱（史上最详细）_图解计算机组成原理

目录

1.1 计算机的发展

 1.1.1计算机网络，计组，数据结构，操作系统之间的关系

1.1.2 计算机部分硬件的样子

1.1.3 什么是计算机系统

1.1.3.1  软件 

1.1.4  硬件 （重点）

 1.1.4.1硬件的发展历程

 1.1.4.2 微处理器的发展

1.1.4.3 摩尔定律 

 知识回顾①

1.2.1 计算机硬件的基本组成 

 早期的冯诺依曼机

 现代计算机结构

知识回顾②

 1.2.2 认识各个部件

主存储器 

​编辑主存储器的基本组成 

运算器的基本组成 

控制器的基本组成 

计算机的工作过程 

总结回顾 

1.2.3 计算机系统的层次结构 

 知识回顾

 1.3 计算机性能指标

存储器的性能指标

cpu性能指标

系统整体的性能指标 

知识回顾

2.1.1 进位计数制

其他进制数转换成10进制

 知识回顾与重要考点

2.1.2  BCD码

 知识回顾与重要考点

2.1.3 字符与字符串

ASCII码

汉字的表示和编码 

字符串 

 知识回顾与重要考点

2.1.4 奇偶校验码

2.1.5海明校验码  ​编辑

海明码需要多少校验位的计算

海明码求解步骤

 海明码纠错

本节知识回顾 

2.1.6 循环冗余校验码（CRC码） 

循环冗余校验码基本思想

循环冗余校验码计算步骤

模2除法

 本节总结

2.2.1  定点数的表示(重点)

无符号数的表示

 原码

 反码

补码

移码 

知识回顾

2.2.2 各种码的作用

加减运算

用加法代替减法 

模运算的性质

加减运算

2.2.3 移位运算

知识总览

算数移位

原码的算数移位

反码的算数移位 

补码的算数移位

 算数移位简单总结

逻辑移位

 逻辑移位的应用举例

循环移位

 总结

2.2.4 加减运算和溢出判断

本节总览

原码的加减运算 

补码的加减运算

 溢出判断

符号扩展 

知识回顾

2.2.5-1原码的乘法运算

手算乘法（十进制）

手算乘法（二进制）

原码一位乘法

2.2.5-2 补码的乘法运算 

补码一位乘法

 知识回顾

2.2.6-1 原码的除法运算

手算除法（十进制）

手算除法（二进制）

手算变成机算的过程 

原码除法：恢复余数法 

原码除法：恢复 余数法（手算）

原码除法 ：加减交替法 

2.2.6-2 补码的除法运算 

补码除法：加减交替法

 除法运算总结回顾

2.2.7 强制类型转换

​编辑2.2.8数据的存储和排列

大小端模式

边界对齐（存储方式）

浮点数的表示 

定点数的局限性

从科学计数法上理解浮点数 

2.3.1 浮点数的表示

浮点数尾数的规格化 

知识回顾 

2.3.2 IEEE754  

练习 （以短浮点数为例）

知识回顾 

2.3.3 浮点数的运算

浮点数的加减运算​编辑

​编辑浮点数的加减运算--舍入 

 强制类型转换

本节回顾

2.4.1  电路的基本原理——加法器的设计

本节总览

算术逻辑单元（ALU）

复合逻辑 

 用门路求偶校验位

一位加法器

​编辑串行加法器 

 并行加法器

2.4.2  加法器 ALU 的改进（了解即可，非考研重点）

并行加法器的优化 

ALU芯片的优化 

 3.1-3.2 主存简单模型和寻址概念

本节总览

主存储器 

主存储器的简单模型

存储芯片的基本结构

寻址 

​编辑 本节回顾  

3.3.1 半导体存储器RAM

本节总览 

半导体存储芯片的基本结构

半导体随机存取存储器

DRAM的刷新

​编辑SRAM的读周期 

 SRAM的写周期

RAM--易失性存储器

3.3.2 半导体存储器ROM

ROM--read  only memory 

本节回顾 

3.3.3 存储器的基本概念 

存储器的分类

存储器的性能指标 

 存储器的层次化结构

3.4.1 主存与CPU的连接

主存容量扩展---位扩展

主存容量扩展-字扩展

主存容量扩展--译码器

 主存容量扩展-字位同时扩展

 本节回顾

3.4.2 主存与cpu连接--例题 

本节回顾 

 3.5 双口RAM和多模块存储器

本节总览

存取周期 

双端口RAM

 多模块存储器（重点）

多体并行存储器 

本节回顾

3.6.1 局部性原理及性能分析

局部性原理

性能分析 

有关性能分析的例题

本节回顾 

3.6.2 Cache--地址映射 

Cache的基本工作原理 

地址映射 

地址映射 （三种方法的总结）

本节回顾 

3.6.3 Cache--替换算法及写策略 

 本节总览

地址映射 

替换算法

 替换算法的例题

Cache 工作原理小结  

写策略小结 

多级Cache

Cache 回顾 

3.6.4 Cache 例题替换版

Cache工作原理 

Cache容量 

本节回顾 

3.7 虚拟存储器 

Cache-主存层次 

 虚拟存储器

页式虚拟存储器 

段式虚拟存储器 

段页式虚拟存储器

快表TLB

页式虚拟存储器的例题 

本节回顾 

 4.1 指令格式

本节总览

 指令的定义

指令格式

 指令格式-地址码

指令格式---操作码 

扩展操作码 

指令操作码

操作类型 

本节回顾

​编辑4.2.1 指令寻址 

数据存放 

 指令寻址

本节回顾

4.2.2 数据寻址1 

操作数类型

 数据寻址

​编辑立即寻址 

​编辑 直接寻址

间接寻址 

寄存器寻址

 寄存器间接寻址

隐含寻址

 本节回顾

4.2.3 数据寻址2 ----偏移寻址

 偏移寻址

基址寻址

 变址寻址

基址寻址 与变址寻址

相对寻址

相对寻址举例

本节回顾

 4.2.4 数据寻址3----堆栈寻址

4.3 CISC和RISC替换版 

本节总览

CISC和RISC

本章内容回顾 

5.1 CPU的功能和基本结构 

本章总览

CPU的功能

运算器和控制器的功能

运算器的基本结构

控制器的基本结构 

cpu的整体基本结构

本节回顾 

5.2 指令周期的数据流 

指令周期

指令周期的流程 

 指令周期的数据流 ------取指周期

指令周期的数据流--间址 周期

指令周期的数据流-----中断周期

 指令执行方案

本节回顾

5.3.1----数据通路1 cpu内部单总线方式

CPU 内部总线方式例题

 本节回顾

5.3.2 数据通路二-----专用数据通路

专用数据的通路方式

专用数据通路方式---取值周期

 专用数据通路方式-例题

本节回顾

5.4.1 控制器1-----硬布线

控制器的结构和功能

​编辑 控制单元的输入输出

硬布线控制器

cpu的控制方式

 安排微操作时序原则

安排微操作时序--取指周期

安排微操作时序-----间址周期

安排微操作时序---执行周期

安排微操作时序----中断周期

组合逻辑设计

微操作信号综合

画出逻辑图

5.4.2 控制器2---微程序

 控制器的设计思路

微程序的基本思想

 微程序控制器的基本结构

 控制存储器

微指令的格式

 微指令的编码方式

微指令的地址形成方式

微指令的地址形成方式-断定方式

微程序控制的基本概念

微程序控制单元的设计

 微程序设计的分类

硬布线与微程序的比较

本节回顾

5.5.1 指令流水线的概念及性能指标

指令流水线的定义

流水线的表示方法

       流水线的性能指标

 本节回顾

5.5.2 影响流水线的因素及分类

本节总览 

机器周期的设置

 影响流水线的因素

影响流水线的因素总结

流水线的分类 

流水线的多发技术 

超标量技术

超流水技术 

 超长 指令字

本节回顾

6.1.1 总线的概念与分类

本章总览

总线的定义

  总线的物理实现

 总线的特性

 总线的分类

串行总线和并行总线

总线的分类

总线的分类（按总线功能）

 系统总线

 系统总线的结构

单总线结构​编辑

双总线结构

三总线结构

四总线结构简介

本节回顾

 6.1.2----总线的性能指标

总线性能指标 -------带宽

 串行总线与并行总线

总线的性能指标 

6.2 总线仲裁

总线仲裁的基本概念

 集中仲裁方式

链式查询方式

​编辑 计数器查询方式 

​编辑 独立请求方式

集中仲裁方式小结

 分布仲裁方式

 本节小结

6.3 总线的操作和定时

总线传输的四个阶段

同步通信方式--读命令

同步定时方式

 异步定时方式

       异步定时方式----数据传输率

 半同步通信

 分离式通信

本节回顾

 6.4 总线标准

  总线标准的基本概念

总线标准

系统总线标准

局部总线标准

设备总线标准

本节回顾

视频线标准简介

 7.1 IO 系统的基本概念

本章总览

I/O 系统的演变过程

 i/o 系统的基本组成

I/O 接口

  I/O方式简介

本节回顾

 7.2.1， 输入输出

外部设备

 输入设备

 显示器

打印机

本节回顾

 7.2.2 外存储器

外存储器

 磁盘存储器

1 磁盘设备的组成

 2 磁盘的性能指标

3 磁盘地址

 ​编辑

4 硬盘的工作过程

磁盘阵列

光盘存储器

固态硬盘

本节回顾

7.3 I/O  接口

I/O 接口的功能

I/O 接口的基本结构

接口与端口

IO端口及其编址

I/O 接口的类型

本节回顾 

​7.4.1 程序查询方式

I/O  方式简介

程序查询流程图

程序查询方式 接口结构

程序查询方式 ------例题

本节回顾

7.4.2  中断系统

 本节总览

中断的基本概念

 中断请求的分类

第一种分法

 第二种分法

 中断请求标记

 中断判优-----实现

 中断判优----优先级设置

  中断处理的过程

中断处理过程------中断隐指令

中断处理过程--硬件向量法

中断处理过程-----中断服务程序

单重中断与多重中断

中断屏蔽技术

中断屏蔽技术---例题

 本节回顾

7.4.3 程序中断方式

中断系统小结

程序中断方式

 例题

本节回顾

7.4.4 DMA方式

 本节总览

DMA控制器

DMA 传送过程 

 DMA方式的特点

DMA方式与中断方式

cpu占用方式（例题）

 本节回顾

---

---

1.1 计算机的发展

 1.1.1计算机网络，计组，数据结构，操作系统之间的关系

1.1.2 计算机部分硬件的样子

① cpu

② 内存

③硬盘

计算机硬件只能识别01代码，通过高低电平来传递二进制数据。低电平代表二进制数0，高电平代表二进制数1，硬件与硬件之间通过如图所示的针脚进行连接，用过电信号传递01数据

可近似原理看成下图

在主板上可以看到针脚与针脚之间有一条条纹路，这硬件与硬件之间就是通过这样的纹路来传递电信号

1.1.3 什么是计算机系统

硬件是这个计算机的物理基础，计算机的硬件决定了这个计算机天花板，瓶颈在哪

软件决定了我们可以将计算机的性能发挥到怎样的程度

1.1.3.1  软件 

1.1.4  硬件 （重点）

 1.1.4.1硬件的发展历程

发展阶段	时间	逻辑元件	速度(次/秒)	内存	外存
第一代	1946-1957	电子管	几千-几万	汞延迟线、磁鼓	穿孔卡片、纸袋
第二代	1958-1964	晶体管	几万-几十万	磁芯存储器	磁带
第三代	1964-1971	中小规模集成 电路	几十万-几百万	半导体存储器	磁带、磁盘
第四代	1972-现在	大规模、超大 规模集成电路	上千万-万亿	半导体存储器	磁盘、磁带、光盘、 半导体存储器

 1.1.4.2 微处理器的发展

 

 机器字长：计算机一次整数运算，能处理的二进制位数

1.1.4.3 摩尔定律 

 知识回顾①

1.2.1 计算机硬件的基本组成 

 

 早期的冯诺依曼机

 

 

 

 我们的运算器本来就是负责运算的，但是现在输出设备还要通过运算器来拿数据，这就造成了效率降低，我们可以来类比一下生活中的例子：

我们可以将计算机的核心硬件组成比作一个加工厂，我们的原材料本来可以直接存储到仓储部门。但是，冯的计算机结构，非要先到生产加工部门，销售部门也是一样，本来可以直接从仓储部门拿物资，但是非要经过这个生产加工部门这个中转站，这样的话，效率就大大降低了。 

 现代计算机结构

 现代计算机以存储器为中心，就很好的解决了效率问题

主存  ：相当于运行内存

辅存：先当于机身存贮

比如8+128g的手机，8就是主存，128g 就是 辅存

知识回顾②

 1.2.2 认识各个部件

主存储器 

类比

主存储器的基本组成 

运算器的基本组成 

 

控制器的基本组成 

计算机的工作过程 

总结回顾 

1.2.3 计算机系统的层次结构 

 

这里面的c c++这种通过编译程序将他变成01代码的，我们通常叫他编译型语言，而像js shell 就像同声传译一样每一次都需要进行翻译的这中语言，我们称他为解释型语言 

 知识回顾

 1.3 计算机性能指标

存储器的性能指标

cpu性能指标

 

系统整体的性能指标 

 ① 对于B来说，1s可以执行1G条指令 而对于 A来说 1s能执行0.2G条

③ 这里的基准程序就是跑分软件，比如你用一个测试显卡的基准程序 ，显然 这个程序对于图像处理这方面语句出现的频率就会很高，但要是换一种应用场景，你用的基准程序不是测试显卡的，这中情况下你得到的结果显然就是不科学的，所以基准程序也不能完全说明问题

知识回顾

2.1.1 进位计数制

其他进制数转换成10进制

 每一位的位权（二进制）

 二进制与8进制         二进制与16进制之间的相互转换

可以先自己写一个权位表，然后比对 (8 4 2 1 是二进制对应的权位表 2的0 1 2 3 次方)

eg :

 各种进制常见的表示形式

十进制转换成任意进制 

eg :75.3

整数部分75

小数部分 0.3

一般都是精确到小数点后5 位

同样的也可以用拼凑法（533 = 512+16+4+1 小数部分也是同样的道理） 

如果题目是将10进制数转换成8进制数，个人认为熟练的话，可以先将10进制转换成2进制的，再将2进制转换成8进制，这样会比较快

 知识回顾与重要考点

2.1.2  BCD码

 8421码

 余3码和2421码

 知识回顾与重要考点

2.1.3 字符与字符串

ASCII码

 

汉字的表示和编码 

字符串 

 

 知识回顾与重要考点

2.1.4 奇偶校验码

  

其实就是要是奇校验的话就是  通过最前面添加0或者是1   保证1的个数为奇数个

奇偶校验码有一定的局限性就是他只能发现奇数位错误，但不能发现哪一位错了 ，并且 发现错了不能纠错 只能要求重传输，并且1 3 5 7 ...奇数个数跳变能检测出来错误，偶数个数跳变检测不出来。

2.1.5海明校验码 

海明码需要多少校验位的计算

海明码求解步骤

 海明码纠错

 

 

本节知识回顾 

2.1.6 循环冗余校验码（CRC码） 

循环冗余校验码基本思想

 

循环冗余校验码计算步骤

 

模2除法

 

 

 本节总结

2.2.1  定点数的表示(重点)

无符号数的表示

 原码

 

 

 反码

补码

 

移码 

知识回顾

2.2.2 各种码的作用

加减运算

用加法代替减法 

模运算的性质

 

加减运算

2.2.3 移位运算

知识总览

算数移位

原码的算数移位

反码的算数移位 

补码的算数移位

 算数移位简单总结

逻辑移位

 逻辑移位的应用举例

循环移位

 

 总结

2.2.4 加减运算和溢出判断

本节总览

原码的加减运算 

补码的加减运算

 溢出判断

 

符号扩展 

知识回顾

2.2.5-1原码的乘法运算

手算乘法（十进制）

手算乘法（二进制）

原码一位乘法

最后需要异或修改符号位 

 

2.2.5-2 补码的乘法运算 

补码一位乘法

 

 

 知识回顾

2.2.6-1 原码的除法运算

手算除法（十进制）

手算除法（二进制）

手算变成机算的过程 

原码除法：恢复余数法 

原码除法：恢复 余数法（手算）

原码除法 ：加减交替法 

2.2.6-2 补码的除法运算 

补码除法：加减交替法

 除法运算总结回顾

2.2.7 强制类型转换

2.2.8数据的存储和排列

大小端模式

边界对齐（存储方式）

浮点数的表示 

定点数的局限性

从科学计数法上理解浮点数 

2.3.1 浮点数的表示

浮点数尾数的规格化 

 

知识回顾 

2.3.2 IEEE754  

练习 （以短浮点数为例）

 

知识回顾 

2.3.3 浮点数的运算

浮点数的加减运算

浮点数的加减运算--舍入 

 强制类型转换

本节回顾

2.4.1  电路的基本原理——加法器的设计

本节总览

算术逻辑单元（ALU）

复合逻辑 

 用门路求偶校验位

一位加法器

串行加法器 

 

 并行加法器

 

2.4.2  加法器 ALU 的改进（了解即可，非考研重点）

并行加法器的优化 

ALU芯片的优化 

 3.1-3.2 主存简单模型和寻址概念

本节总览

主存储器 

主存储器的简单模型

存储芯片的基本结构

寻址 

 
本节回顾  

3.3.1 半导体存储器RAM

本节总览 

半导体存储芯片的基本结构

半导体随机存取存储器

DRAM的刷新

  

SRAM的读周期 

 

 SRAM的写周期

同读周期一样

RAM--易失性存储器

3.3.2 半导体存储器ROM

ROM--read  only memory 

本节回顾 

3.3.3 存储器的基本概念 

存储器的分类

  

存储器的性能指标 

 存储器的层次化结构

3.4.1 主存与CPU的连接

主存容量扩展---位扩展

 

主存容量扩展-字扩展

主存容量扩展--译码器

 主存容量扩展-字位同时扩展

 本节回顾

3.4.2 主存与cpu连接--例题 

 

 

本节回顾 

 3.5 双口RAM和多模块存储器

本节总览

存取周期 

双端口RAM

 多模块存储器（重点）

多体并行存储器 

本节回顾

3.6.1 局部性原理及性能分析

局部性原理

性能分析 

有关性能分析的例题

 

本节回顾 

3.6.2 Cache--地址映射 

Cache的基本工作原理 

地址映射 

 

地址映射 （三种方法的总结）

本节回顾 

3.6.3 Cache--替换算法及写策略 

 本节总览

地址映射 

替换算法

 替换算法的例题

 

 

Cache 工作原理小结  

写策略小结 

多级Cache

Cache 回顾 

3.6.4 Cache 例题替换版

 

 

Cache工作原理 

Cache容量 

 

本节回顾 

3.7 虚拟存储器 

Cache-主存层次 

 虚拟存储器

页式虚拟存储器 

段式虚拟存储器 

段页式虚拟存储器

快表TLB

页式虚拟存储器的例题 

本节回顾 

 4.1 指令格式

本节总览

 指令的定义

指令格式

 指令格式-地址码

指令格式---操作码 

扩展操作码 

指令操作码

操作类型 

本节回顾

4.2.1 指令寻址 

数据存放 

 指令寻址

本节回顾

4.2.2 数据寻址1 

操作数类型

 数据寻址

立即寻址 

 直接寻址

        

间接寻址 

寄存器寻址

 寄存器间接寻址

隐含寻址

 本节回顾

4.2.3 数据寻址2 ----偏移寻址

 偏移寻址

基址寻址

 

 变址寻址

基址寻址 与变址寻址

相对寻址

 

相对寻址举例

本节回顾

 4.2.4 数据寻址3----堆栈寻址

4.3 CISC和RISC替换版 

本节总览

CISC和RISC

 

本章内容回顾 

5.1 CPU的功能和基本结构 

本章总览

CPU的功能

运算器和控制器的功能

 

运算器的基本结构

控制器的基本结构 

cpu的整体基本结构

 

本节回顾 

5.2 指令周期的数据流 

指令周期

指令周期的流程 

 指令周期的数据流 ------取指周期

指令周期的数据流--间址 周期

指令周期的数据流-----中断周期

 指令执行方案

本节回顾

5.3.1----数据通路1 cpu内部单总线方式

 

CPU 内部总线方式例题

  

 本节回顾

5.3.2 数据通路二-----专用数据通路

专用数据的通路方式

专用数据通路方式---取值周期

 专用数据通路方式-例题

 

本节回顾

  

5.4.1 控制器1-----硬布线

控制器的结构和功能

 控制单元的输入输出

硬布线控制器

 

cpu的控制方式

 安排微操作时序原则

安排微操作时序--取指周期

  

安排微操作时序-----间址周期

安排微操作时序---执行周期

安排微操作时序----中断周期

组合逻辑设计

 

微操作信号综合

画出逻辑图

 硬件线布控小结

5.4.2 控制器2---微程序

 控制器的设计思路

微程序的基本思想

 微程序控制器的基本结构

 控制存储器

微指令的格式

 微指令的编码方式

 

微指令的地址形成方式

微指令的地址形成方式-断定方式

微程序控制的基本概念

微程序控制单元的设计

 

 

 微程序设计的分类

 

硬布线与微程序的比较

 

本节回顾

 

5.5.1 指令流水线的概念及性能指标

指令流水线的定义

流水线的表示方法

       流水线的性能指标

 

 

 

 本节回顾

 

5.5.2 影响流水线的因素及分类

本节总览 

机器周期的设置

 影响流水线的因素

 

 

影响流水线的因素总结

 

流水线的分类 

 

流水线的多发技术 

超标量技术

超流水技术 

 超长 指令字

 

本节回顾

 

6.1.1 总线的概念与分类

本章总览

总线的定义

 

  总线的物理实现

 总线的特性

 

 总线的分类

 

串行总线和并行总线

总线的分类

总线的分类（按总线功能）

 系统总线

 系统总线的结构

单总线结构

双总线结构

三总线结构

四总线结构简介

本节回顾

 6.1.2----总线的性能指标

 

总线性能指标 -------带宽

 串行总线与并行总线

总线的性能指标 

6.2 总线仲裁

总线仲裁的基本概念

 集中仲裁方式

链式查询方式

 计数器查询方式 

 

 独立请求方式

集中仲裁方式小结

 

 分布仲裁方式

 本节小结

6.3 总线的操作和定时

总线传输的四个阶段

同步通信方式--读命令

 

 

同步定时方式

 异步定时方式

 

 

       异步定时方式----数据传输率

 半同步通信

 分离式通信

        

本节回顾

 

 6.4 总线标准

  总线标准的基本概念

      

总线标准

系统总线标准

局部总线标准

 

 

设备总线标准

 

        

本节回顾

 

视频线标准简介

 7.1 IO 系统的基本概念

本章总览

I/O 系统的演变过程

 i/o 系统的基本组成

 

I/O 接口

  I/O方式简介

本节回顾

 7.2.1， 输入输出

外部设备

 输入设备

        

 显示器

 

打印机

 

 

本节回顾

 7.2.2 外存储器

外存储器

 磁盘存储器

1 磁盘设备的组成

 2 磁盘的性能指标

3 磁盘地址

 

4 硬盘的工作过程

 

磁盘阵列

 

光盘存储器

固态硬盘

本节回顾

7.3 I/O  接口

I/O 接口的功能

 

I/O 接口的基本结构

 

接口与端口

 

IO端口及其编址

I/O 接口的类型

本节回顾 

 7.4.1 程序查询方式

I/O  方式简介

程序查询流程图

 

程序查询方式 接口结构

 

程序查询方式 ------例题

 

本节回顾

 

7.4.2  中断系统

 本节总览

中断的基本概念

 

 中断请求的分类

第一种分法

 

 第二种分法

 中断请求标记

 中断判优-----实现

 中断判优----优先级设置

  中断处理的过程

中断处理过程------中断隐指令

中断处理过程--硬件向量法

          

中断处理过程-----中断服务程序

 

 

单重中断与多重中断

  

中断屏蔽技术

 

中断屏蔽技术---例题

 

 

 本节回顾

7.4.3 程序中断方式

中断系统小结

程序中断方式

 

 例题

 

本节回顾

 

7.4.4 DMA方式

 本节总览

DMA控制器

 

DMA 传送过程 

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 DMA方式的特点

DMA方式与中断方式

 

cpu占用方式（例题）

 本节回顾

本篇博客是在观看王道相关课程后写的，希望能够对大家有些许的帮助

乾坤未定，你我皆是黑马！ 加油 ，共勉！！！