计算机组成与设计的核心知识点主要涵盖计算机的硬件结构、数据表示与运算、指令集、处理器设计、存储系统、输入输出设备等方面。以下是整理出的核心知识点：

1. 计算机系统结构

  • 计算机的基本组成：计算机通常由五大部件组成：控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。
             +-------------+
             |   控制器    |
             | (指挥官)    |
             +-------------+
                    |
         +----------+----------+
         |                     |
   +-----v-----+        +------v------+
   |  运算器   |        |   存储器    |
   | (工人)    |        | (仓库)      |
   +-----+-----+        +------+------+
         |                     |
         |                     |
+--------v--------+    +-------v-------+
|    输入设备     |    |    输出设备    |
| (信息收集员)    |    | (信息传达员)   |
+----------------+    +---------------+

- **控制器**：在最上方，负责指挥其他部件。
- **运算器**和**存储器**：在中间，分别执行运算和存储数据。
- **输入设备**和**输出设备**：在最下方，分别负责接收外部数据和输出处理结果。

这种层级结构展示了五大部件之间的相互协作关系。
  • 冯·诺依曼结构：计算机结构基于冯·诺依曼模型，包括存储程序的概念，程序指令和数据都存储在内存中，并通过一个统一的总线传输。
  • 计算机体系结构的分类：理解SISD（单指令单数据流）、SIMD（单指令多数据流）、MIMD（多指令多数据流）等架构。

2. 数据表示与运算

  • 数制转换：二进制、八进制、十进制、十六进制之间的相互转换。
  • 定点数与浮点数：掌握定点数（整数）的表示方法、补码的概念；浮点数的表示标准（如IEEE 754）及浮点数的精度与舍入。
  • 基本运算：二进制加减乘除运算，算术移位和逻辑移位，位运算（AND、OR、XOR、NOT）。
  • 字符编码：了解常见的字符编码方式，如ASCII、Unicode。

3. 指令集架构（ISA）

  • 指令的基本格式：掌握指令的组成（操作码和操作数），指令的长度（定长指令和变长指令）。
  • 指令类型：了解不同类型的指令，包括数据传送指令、算术逻辑指令、控制指令（跳转、分支）等。
  • 寻址方式：掌握立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、基址寻址等不同的寻址方式及其应用场景。

4. 中央处理器（CPU）设计

  • 处理器的基本功能：理解CPU的基本工作流程，包括取指令、译码、执行、访存、写回等步骤。
  • 数据通路与控制单元：掌握数据通路的组成，包括寄存器、ALU（算术逻辑单元）、控制单元（控制信号的产生）。
  • 流水线技术：了解指令流水线的概念、流水线冲突（数据相关性、结构相关性、控制相关性）、流水线的优化方法。
  • 超标量与多核处理器：掌握超标量处理器的基本原理，多核处理器的架构及其对性能的影响。

5. 存储系统

  • 存储器的分类：了解主存储器（RAM、ROM）、高速缓存（Cache）、辅助存储器（硬盘、固态硬盘）的特性和应用。
  • Cache的工作原理：掌握Cache的基本原理，包括Cache的映射方式（直接映射、全相联映射、组相联映射），写策略（写回、写直达）。
  • 存储器的层次结构：理解存储器的层级结构（寄存器、Cache、主存、辅存），以及存储器之间的数据传输和管理。
  • 虚拟存储器：了解虚拟内存的概念，页面置换算法（如LRU、FIFO），页表的作用。

6. 输入输出系统

  • I/O设备：掌握常见的输入设备（键盘、鼠标）、输出设备（显示器、打印机）及其接口技术。
  • I/O控制方式：了解程序控制I/O、中断控制I/O、DMA（直接存储器访问）等I/O控制方式。
  • 中断处理：理解中断的基本概念，中断的优先级管理和中断处理过程。

7. 总线结构

  • 总线的基本概念：掌握系统总线的组成（数据总线、地址总线、控制总线），总线的工作原理。
  • 总线标准：了解常见的总线标准，如PCI、USB、SATA。
  • 总线仲裁：理解总线仲裁的方式（集中式仲裁和分布式仲裁），总线的时序（同步总线和异步总线）。

8. 高级计算机体系结构

  • 并行处理：掌握多处理器系统的架构（共享内存系统、分布式内存系统），多线程处理的概念。
  • GPU计算：了解GPU架构及其在并行计算中的应用。
  • 向量处理与矩阵计算：了解向量处理机的设计原理及其在科学计算中的应用。

9. 计算机性能评估

  • 性能指标：掌握计算机性能的主要指标（如CPI、MIPS、MFLOPS），以及这些指标的计算方法。
  • Amdahl定律：理解Amdahl定律及其对性能提升的限制。
  • 性能优化：了解通过硬件加速、指令级并行、Cache优化等方法来提高系统性能。

这些核心知识点涵盖了计算机组成与设计中的主要内容，是理解计算机硬件结构和工作原理的基础。掌握这些知识可以帮助更好地理解计算机系统的设计和优化。

作者：admin  创建时间：2024-10-21 11:22
最后编辑：admin  更新时间：2024-10-21 11:28
上一篇：
下一篇：