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• 26专业课-计算机组成原理思维导图✔

计算机系统概论:层次结构:硬件层、操作系统层、高级语言层、应用程序层。冯·诺依曼体系:五大部件(运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备)。硬件组成:CPU(运算器、控制器)、主存储器、辅助存储器、输入/输出设备。性能指标:机器字长、存储容量、运算速度。指令系统:指令格式、寻址方式、CISC与RISC架构。指令执行过程,包括操作码和地址码的解析。运算方法与部件:数据表示(原码、反码、补码、浮点数)。运算器设计,加减乘除运算原理。存储系统:主存与Cache层次结构,缓存替换算法。虚拟存储器原理。处理器设计:指令周期、数据通路、微程序控制、流水线技术。总线系统:总线的类型、性能指标、仲裁与定时。输入输出系统:I/O接口、中断处理、DMA(直接存储器访问)。存储器层次结构:主存、高速缓存、外存的管理与交互。计算机工作步骤:从输入到输出的整个处理流程,包括指令的读取、解码、执行。构建思维导图时,可以从计算机系统的整体结构出发,逐层展开到各个子系统和关键概念,确保每个部分的关键点都被覆盖。例如,以“计算机系统”为核心,向外辐射出“硬件”、“软件”两大分支,再在“硬件”分支下细化为CPU、存储系统、I/O系统等,每个部分都配以具体的关键知识点。这样的结构有助于理解和记忆复杂的系统组成和工作原理。
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📚计算机系统概述
🔹计算机系统的层次结构
🔸计算机的发展阶段
第一代计算机(1946-1957年):电子管时代
电子管作为开关器件
使用机器语言
磁鼓作为存储器
输入/输出速度很慢
第二代计算机(1958-1964年):晶体管时代
晶体管替代电子管
使用高级语言
主存使用磁芯存储器
第三代计算机(1965-1970年):小/中规模集成电路时代
使用半导体存储器
开始出现分时操作系统
第四代计算机(1971年-至今):大/超大规模集成电路时代
单指令流单数据流系统(SISD)
高速缓存、虚拟存储器
多指令流多数据流系统(MIMD)
🔸计算机系统的组成
早期冯·诺依曼结构:以运算器为中心
现代计算机:以存储器为中心
存储器分类
按存储介质:半导体存储器、磁存储器、光存储器
按存储方式:随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)
按存储内容:主存储器(内存)、辅助存储器(外存)
🔸计算机系统的层次结构
硬件:计算机系统的物理装置
运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备
软件:计算机程序和相关文档
系统软件:操作系统、语言处理程序、数据库管理系统
应用软件:用户为解决某种应用问题而编制的程序
🔸计算机系统的多级层次结构
高级语言机器(第三级):用编译程序翻译成汇编语言程序或其他中间语言程序
汇编语言机器(第二级):用汇编程序翻译成机器语言程序
机器语言机器(第一级):用微程序解释机器指令
微程序机器(第零级):由硬件直接执行微指令
