计算机组成原理导航

TIP · 导航 上级：408 知识图谱总览。主线是“数据如何表示 → 数据存在哪里 → 指令如何描述操作 → CPU 如何执行 → 部件如何交换信息”。

第一章：计算机系统概述

1. 计算机系统层次结构
2. 计算机性能指标

第二章：数据的表示和运算

1. 数制与编码
2. 浮点数的表示与运算
3. 运算方法和运算电路
4. 整数的表示与运算

第三章：存储器层次结构

1. 存储器分类、层次结构与单位
2. 存储器
3. 主存储器
4. Cache
5. 虚拟存储器（教材补充）

第四章：指令系统

1. 指令系统的基本概念
2. 寻址方式
3. 指令格式
4. 数据对齐和大小端存放
5. CISC 和 RISC
6. 高级语言与机器级代码的对应

第五章：中央处理器

1. CPU 的功能与结构
2. 指令执行过程
3. 数据通路的功能和基本结构
4. 控制器的功能和工作原理
5. 指令流水线
6. 多处理器

异常和中断机制同时属于 CPU 控制与 I/O 协同问题，本库在第六章“中断”专篇统一说明，避免在顺序导航中重复同一节点。

第六章：总线与 I/O

1. 总线
2. 中断
3. 外部设备
4. I/O 接口
5. I/O 方式

核心因果链

• 指令格式给出操作码和地址信息 → 寻址方式得到操作数 → 数据通路完成传送与运算 → 控制器按时序发出控制信号。
• 流水线提高吞吐率，但会引入结构、数据和控制冒险；多处理器进一步引出并行与一致性问题。
• Cache 缓解 CPU 与主存速度差距；虚拟存储器通过页表/TLB 把虚拟页映射到物理页框并按需调页。TLB 缓存翻译、Cache 缓存数据，三者不能混为一谈。

与操作系统衔接

• 内存管理基础和虚拟内存管理建立在地址转换、存储层次和局部性之上。
• 操作系统 I/O 管理把中断、DMA、接口和设备抽象为统一的软件访问体系。