自考 13015《计算机系统原理》重点精简版（背诵速记）

自考13015《计算机系统原理》重点精简版（背诵速记）一、计算机系统概述（基础）系统组成：硬件系统+软件系统硬件：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备（冯・诺依曼结构）。软件：系统软件（OS、编译程序）、应用软件。冯・诺依曼思想：采用二进制表示数据和指令。存储程序（指令和数据存于内存，自动执行）。硬件由五大基本部件组成。性能指标：字长、主频（Hz）、运算速度（MIPS）、存储容量（Byte）、吞吐量、响应时间。二、数据表示与运算（高频）1.数制与编码进制转换：二、八、十、十六进制互转（必考）。机器数：原码、反码、补码（重点）。正数：原码=反码=补码。负数：反码=原码符号位不变，其余取反；补码=反码+1。定点与浮点：定点：小数点固定（纯小数/纯整数）。浮点：N=M×R^E（尾数M，阶码E，基数R），表示范围大、精度高。字符编码：ASCII码（7位，128字符）、汉字编码（输入码、机内码、字形码）。2.运算方法补码加减法：[X+Y]补=[X]补+[Y]补[X-Y]补=[X]补+[-Y]补（[-Y]补是[Y]补连同符号位取反+1）。溢出判断：符号位进位与最高数值位进位不同则溢出。双符号位法：01（正溢）、10（负溢）。三、存储系统（核心考点）1.层次结构Cache→主存→辅存（速度递减，容量递增）。目的：解决速度、容量、成本的矛盾。2.主存储器（RAM/ROM）RAM：随机存取，断电丢失（SRAM/DRAM）。ROM：只读，断电不丢失（MROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash）。地址/数据/控制总线：传输地址、数据、控制信号。存储容量：容量=单元数×字长。3.高速缓存（Cache）原理：程序局部性原理（时间/空间局部性）。作用：匹配CPU与主存速度，提高平均访存速度。地址映射：直接映射、全相联映射、组相联映射（重点）。替换算法：FIFO、LRU（最近最少使用）。4.辅助存储器磁盘：磁道、扇区、柱面。容量=盘面数×磁道数×扇区数×字节/扇区。存取时间=寻道时间+旋转延迟+传输时间。光盘、U盘：非易失性存储。四、指令系统（高频）1.指令格式操作码（OP）+地址码（A）。地址数：零地址、一地址、二地址、三地址指令。2.寻址方式（重点）立即寻址：A是操作数。直接寻址：A是操作数地址。间接寻址：A是操作数地址的地址。寄存器寻址/间接寻址：操作数在寄存器/寄存器指向的内存。变址寻址、基址寻址、相对寻址。3.指令类型数据传送、算术逻辑运算、移位、控制转移（跳转、调用、返回）、I/O指令。五、中央处理器（CPU）（核心）1.组成运算器：ALU、寄存器、累加器。控制器：程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器、时序电路。2.控制器功能取指令→分析指令→执行指令（循环）。3.指令周期取指周期、间址周期、执行周期、中断周期。4.流水线技术原理：将指令过程分段，重叠执行，提高吞吐率。冒险：结构冒险、数据冒险、控制冒险。六、总线与I/O系统（高频）1.总线分类：片内、系统（数据/地址/控制）、I/O、外部。结构：单总线、多总线。控制方式：同步、异步、半同步。2.I/O方式程序查询：CPU主动查询，效率低。程序中断：I/O就绪发中断，CPU响应，提高效率。DMA（直接存储器访问）：DMA控制器控制，数据直接在I/O与主存间传输，CPU干预少（高速设备）。通道方式：专用I/O处理器，管理多台设备。3.中断过程：中断请求→中断判优→中断响应→中断服务→中断返回。优先级：高优先级中断可打断低优先级。七、核心速记清单（必背）结构：冯・诺依曼五大部件，存储程序，二进制。数据：补码运算、溢出判断、ASCII、浮点数。存储：三级层次，Cache映射（直接/全相联/组相联），磁盘容量计算。指令：指令格式，寻址方式（立即/直接/间接/寄存器）。CPU：运算器+控制器，指令周期，流水线。I/O：查询/中断/DMA，中断过程，DMA特点。八、易错点清单（避坑）补码：负数求补是“连同符号位取反+1”，别忘符号位。Cache：组相联是直接与全相联的折中，LRU是常用替换算法。寻址：直接寻址是A=地址，立即寻址是A=数，别混淆。中断与DMA：DMA不中断CPU主流程，中断是CPU暂停处理。总线：数据总线双向，地址总线单向（CPU→主存）。九、计算题答题模板1.补码加减法plaintext例：X=-5,Y=-3,求X+Y(4位)[X]原=1101→[X]反=1010→[X]补=1011[Y]原=1011→[Y]反=1100→[Y]补=1101[X+Y]补=1011+1101=11000舍弃进位，结果=1000→真值=-82.存储容量计算plaintext例：地址线16根，字长32位，求容量。单元数=2^16=65536容量=65536×32bit=65