计算机组成原理¶
这套笔记按《计算机组成原理》（袁春风，2016 年版）的六章及书内自学考试大纲整理。每章先标明考核范围，再讲解概念、机制与算例，章末提供教材习题、自编客观题和闭卷自测。自编题均单独标注，不能作为历年真题或考试频次的依据。
两门课共用的速查在 docs/reference/ 目录：术语与缩写表、易错点清单。
| 章节 | 笔记 | 复习任务 |
|---|---|---|
| 1 | 计算机系统概述 待复习 | 组成、软件、层次、程序执行、性能计算 |
| 2 | 数据的表示和运算 待复习 | 编码、IEEE、端序、校验、ALU、乘除与浮点运算 |
| 3 | 指令系统 待复习 | 格式、寻址、操作码、MIPS、机器级程序 |
| 4 | 中央处理器 待复习 | 数据通路、时序、控制器、流水线、中断异常 |
| 5 | 存储器层次结构 待复习 | 芯片扩展、Cache、页表、TLB、访存分析 |
| 6 | 互连及输入输出组织 待复习 | 外设、磁盘、带宽、接口、查询/中断/DMA |
考核覆盖检查¶
| 章 | 大纲内容分组 | 在笔记中的位置 |
|---|---|---|
| 1 | 五大部件、软件、层次、开发执行、性能 | 1.1—1.5 |
| 2 | 数制、整数、实数、字符、宽度存储、校验、ALU、乘法、除法、浮点 | 2.1—2.10 |
| 3 | 格式、系统设计、MIPS、程序机器级表示 | 3.1—3.4 |
| 4 | 执行、结构定时、数据通路、流水线、控制器、冒险、高级流水线、异常 | 4.1—4.8 |
| 5 | 概述、RAM、扩展、ROM/Flash、Cache、虚存 | 5.1—5.6 |
| 6 | 输入输出设备、外存、互连、接口、传送控制 | 6.1—6.5 |
术语与写法约定¶
| 概念 | 本课用词 | 首次出现 | 与另一门课的关系 |
|---|---|---|---|
| 主存 / 内存 | 主存（内存条、内存控制器等固定硬件名保留「内存」） | 主存（内存） | 操作系统概论以「内存」为主词 |
| 处理机 / 处理器 / CPU | 处理器 / CPU | 处理器 | 操作系统概论用处理机/处理器 |
| 页框 / 页帧 | 页框 | 页框（页帧） | 两书都用页框 |
| 外存 / 辅存 | 辅存 | 辅存（外存） | 操作系统概论用外存 |
| Cache / 高速缓存 | Cache | Cache（高速缓存） | 操作系统概论多用高速缓存 |
| 快表 | 快表 | 快表（TLB） | 两书一致 |
| 通道 | 内存通道 / 存储通道 | — | 操作系统概论的「通道」指 I/O 通道 |
| 平均访存时间 | AMAT | 平均访存时间（AMAT） | 本课第 5 章重点分析 Cache 命中与缺失；操作系统第 4 章用 EAT 分析缺页，先核对开销定义再套公式 |
写法约定：
- 存储容量默认按 1024 进位：1 KB = 1024 B，1 MB = 1024 KB。总线、磁盘和 I/O 速率题中的 M、G 可能按十进制计，须以题目或本题说明为准；计算时先统一单位。
- 进制：散文用 …H / …B 后缀；0x 只出现在 C 代码里。
- 数字：千分位用半角空格（5 000）；范围用 –（如 1.1–1.2）；散文转折才用 —。
- 中英文之间加半角空格；中文引述用 “”；同义别名用全角括号（如 外设（I/O 设备））。
- 表格分隔行统一 | --- | --- |；并列要点用列表，对照/数值用表格，定义用加粗术语 + 短段。
- 互连与存储章节里的 PCIe、QPI、DDR 等例子采用教材时代的规格，用于理解教材例题的计算口径，不能当作今天的产品参数。
建议用法¶
初学时按章节顺序阅读：第 1 章了解系统组成，第 2 章学习数据表示与运算，第 3 章分析指令，第 4 章学习 CPU 实现，第 5、6 章学习存储与 I/O。数据通路和电路分析应对照教材原图确认连接关系。
熟悉各章后，可按专题练习性能评价、补码与标志、IEEE 编码、寻址与分支、流水线、芯片扩展、Cache、虚实地址转换、磁盘和 I/O 开销。计算前先写明位宽、编址单位、时延定义和初始条件，再选用公式。
章末教材习题可先做概念题，再做计算题。整理错题时，除答案外，还应记录误判的条件、公式选择和单位换算；必要时用反例检验原来的判断。
各章复习主线¶
| 章 | 复习主线 | 重点辨析与计算 |
|---|---|---|
| 1 | 存储程序、翻译与装入、取指执行、CPU 时间 | \(\text{IC} \times \text{CPI} \times T\)，注意主频与时钟周期的换算 |
| 2 | 位串本身没有含义，含义由编码规则与解读方式决定 | IEEE 754 编解码、大端小端、海明校验位、标志 OF/CF |
| 3 | 指令如何表示操作、操作数和控制流 | 扩展操作码条数、相对寻址的 \(\text{PC} + \text{指令长}\) |
| 4 | 数据通路、指令重叠执行与异常处理 | 流水线 \((k+n-1+s)\tau\)、Load-Use 停 1 拍 |
| 5 | 局部性、存储层次、Cache 与虚拟存储 | Cache 地址切分与总位数、页表查出来的物理地址再切 Cache |
| 6 | 用总线连起来 → 用接口过渡 → 用中断/DMA 少占 CPU | 磁盘 \(30/r\) 旋转等待、DDR/QPI/PCIe 三种带宽口径 |