硬體：是指可以看得見、摸得著的物理裝置（部件）實體，一般講硬體還應包括將各種硬體裝置有機組織起來的體系結構。
軟體：程式（**）+ 資料 + 文件。軟體由兩部分組成，一是使計算機硬體能完成計算和控制功能的有關計算機指令和資料定義的組合，即機器可執行的程式及有關資料；二是機器不可執行的，與軟體開發、過程管理、執行、維護、使用和培訓等有關的文件資料。
韌體：將軟體寫入唯讀儲存器rom中，稱為固化。唯讀儲存器及其寫入的軟體稱為韌體。韌體是介於硬體和軟體之間的一種形態，從物理形態上看是硬體，而從執行機制上看是軟體。
虛擬計算機：是指通過配置軟體擴充物理機器功能以後所形成的一台計算機，而實際硬體在物理功能級上並不具備這種功能。虛擬計算機概念是計算機設計中的乙個重要策略，它將提供給使用者的功能抽象出來，使之脫離具體的物理機器細節，有利於讓使用者擺脫物理機器細節的束縛。
計算機系統的層次結構： 現代計算機系統是由硬體、韌體、軟體組成的十分複雜的系統。 為了對這個系統進行描述、分析、設計和使用，人們把計算機系統按功能劃分為若干級層次來分析計算機系統的觀點和方法。
儲存程式控制方式：儲存器中存放程式和資料，控制器按儲存單元位址從儲存器中依次逐條取出指令，解碼，並產生相應的取運算元、運算、儲存結果、取下條指令等操作的控制訊號，以便控制計算機各個部分有機地協調的完成指令規定的操作。
彙編：將組合語言源程式翻譯成為二進位制目標**檔案、可執行目的程式的過程。
編譯：首先利用編譯系統，把源程式翻譯成目的程式，然後執行目的程式。
解釋：逐條翻譯、執行源程式中的所有語句，即執行時逐條翻譯。
硬體軟體的邏輯等價性：任何操作可以由軟體來實現，也可以由硬體、韌體來實現；任何指令的執行可以由硬體/韌體完成，也可以由軟體來完成。
計算機體系結構：機器語言級程式設計師所看到的傳統機器所具有的屬性，包括概念性組成結構和功能屬性兩個方面。計算機體系結構概念的實質是：
確定計算機系統中軟硬體的介面，介面之上是軟體實現的，介面之下是硬體/韌體實現的
計算機組成：是計算機體系結構的邏輯實現，包括組成部件的邏輯功能及組織結構、資訊交換邏輯、控制邏輯、時序邏輯等。
計算機實現：是計算機組成的物理實現，包括元器件物理結構、整合、訊號傳輸、整機裝配等。
（1）計算機硬體系統由運算器、控制器、記憶體儲器、輸入裝置、輸出裝置五大部分構成，一般還要包括它們之間的連線結構（匯流排結構）；
（2）通常將運算器、控制器、若干的暫存器整合在乙個矽片上，稱為**處理器cpu；
（3）由於輸入裝置、輸出裝置與cpu、記憶體的處理速度差異，所以輸入、輸出裝置通過介面卡與匯流排、cpu、記憶體連線；
（4）概念性結構如下圖所示；
（5）控制器的作用有三個方面：儲存程式控制方式（指令控制）、操作控制、時間（時序）控制。
取指令：一般包括取操作碼位元組、定址方式位元組；
翻譯：分析、解碼後產生相應的控制訊號；
控制取運算元：源運算元、目的運算元（常見的是單運算元指令、雙運算元指令）；
控制執行：執行操作碼指定的操作；
控制儲存：儲存執行的結果；
形成下一條指令的位址：順序執行、程式轉移（分支、迴圈、子程式、中斷）。
（6）運算器的作用：由算術邏輯運算部件alu、暫存器、資料通路組成。實現資料的加工和處理（算術運算、邏輯運算、移位運算、關係（比較）運算、位運算）；
（7）儲存器的作用：儲存程式和資料，記憶部件；。
（8）介面卡的作用：由於主機與i/o裝置之間的速度差異，介面卡主要在兩者之間起資料緩衝、位址識別、訊號轉換等；。
（9）連線結構的作用：各裝置（部件）之間相互有機聯絡的連線結構，為裝置（部件）間資訊交換提供通路和控制機制。典型的組織結構是匯流排結構。
指令流：在取指週期中從記憶體中讀出的資訊流稱為指令流，它通過匯流排、cpu內部資料通路流向控制器。
資料流：在執行週期中從記憶體中讀出的資訊流稱為資料流，它通過匯流排、cpu內部資料通路流向運算器。
從時間上來說，取指令事件發生在取指週期（取指令階段），取資料事件發生在執行週期（執行指令階段）；
從空間（處理部件）上來說，指令一定送給控制器，資料一定送給運算器。
採用二進位制**表示資料和指令；
採用儲存程式控制方式（指令驅動）；
由運算器、控制器、儲存器、輸入裝置、輸出裝置五大部分構成計算機硬體系統的概念性組成結構。
2023年m.j.flynn按照指令流和資料流的不同組織方式，把計算機系統的結構分為以下4類：
單指令流單資料流sisd、單指令流多資料流simd、多指令流單資料流misd、多指令流多資料流mimd。
（1）單指令流單資料流sisd：傳統的順序處理計算機
（2）單指令流多資料流simd：陣列處理機
（3）多指令流單資料流misd
（4）多指令流多資料流mimd：多處理機
（1）首先應明確機器字長。
（2）原碼、補碼、反碼、移碼的求法
（3）表示範圍
設機器字長為8位
（1） 補碼加法運算規則
（2） 補碼減法運算規則
（3） 變形補碼表示法
00 表示正數
11 表示負數
（4） 變形補碼運算：規則同補碼加減法運算規則，雙符號位數值化、參加運算。
（5） sf：符號標誌位
運算結果的最高位=0，則sf=0，表示結果為正數
運算結果的最高位=1，則sf=1，表示結果為負數
（6） zf：零標誌位
運算結果=0，則zf=1
運算結果≠0，則zf=0
（7） of：溢位標誌位（加法運算）
1）單符號位法
2）雙符號位法
（1）浮點數表示法：數符、尾數、階符、階碼
（2）浮點數表示法的規格化
兩種規格化形式： 0.m 1.m
補碼的規格化判斷：符號位與數值位不相同。
特例是[-0.5]補=1100 0000
（3）浮點加減法運算方法
● 比較階碼大小、對階
● 尾數加減法運算
● 判斷是否溢位，右規處理
● 判斷是否規格化，左規處理
● 尾數的捨入處理
參見例題、習題
（1）直接從全加器的進製公式推導。
（2）序列加法器：某位的運算必須等到下一位的進製傳遞來以後，才能開始。也就是進製從最低位向最高位逐級傳遞。速度慢。
c1=g0+p0c0
c2=g1+p1c1
c3=g2+p2c2
c4=g3+p3c3
（3）並行加法器：所有進製可以同時產生，實際上只依賴於數字本身、來自最低位的進製。
c1=g0+p0c0
c2=g1+p1g0+p1p0c0
c3=g2+p1g1+p2p1g0+p2p1p0c0
c4=g3+p3g2+p**2g1+p**2p1g0+p**2p1p0c0
其中：g0=a0b0 p0= a0 xor b0
g1=a1b1 p1= a1 xor b1
g2=a2b2 p2= a2 xor b2
g3=a3b3 p3= a3 xor b3
gi：進製產生函式，表示兩個數字都為1
pi：進製傳遞函式，表示某位上的兩個數字有乙個為1，如果來自低位的進製為1，則肯定會產生進製。
（1）把乙個任務分割為一系列的子任務，使各子任務在流水線中時間重疊、併發執行。屬於時間並行技術。
（2）流水線示意圖
過程段si之間重疊執行。
（3）流水線時空圖
（4）k+（n-1）個時鐘週期
解釋： k個過程段構成的流水線
k：第乙個任務需要經過k個時鐘週期後才能完成
n-1：k個時鐘週期以後，流水線滿載，每個時鐘週期完成乙個任務，剩餘的n-1個任務需要n-1個時鐘週期即可完成。
ram：既能讀出又能寫入的半導體儲存器。
rom：儲存的內容是固定不變的，正常工作時只能讀出而不能寫入的半導體儲存器，只有通過特殊手段（如紫外線、高壓）才能寫入、改變內容。
sram：靜態隨機訪問儲存器，靠雙穩態電路維持資訊、不需要重新整理。
dram：動態隨機訪問儲存器。為了便於整合、減少了mos管、沒有維持資訊的雙穩態電路，需要定期重新整理。
edram： edram晶元又稱增強型dram晶元，它是在dram 晶元上整合了乙個sram實現的、小容量、高速度的緩衝儲存器，當前訪問的dram資料塊調入到sram，下次訪問就很可能在sram中命中，從而使dram晶元的效能得到顯著改進。
prom：一次可程式設計rom。出廠時預設為全1、或全0，使用者可自行改變某些儲存元。可改變一次，且只能一次。
eprom：可多次程式設計rom。可以用紫外光照射擦除原來的資料，然後再重新高壓寫入新的資料
儲存容量：乙個儲存器的儲存空間大小，通常用儲存單元數、位元組數表示。
訪問週期：連續啟動兩次操作所需間隔的最小時間，通常包括儲存器讀週期、儲存器寫週期。儲存器的讀寫週期大於儲存器的讀寫時間。
儲存器頻寬：單位時間裡儲存器可以訪問的資訊量，通常用位/秒、位元組/秒表示。
重新整理周期：從上一次對整個儲存器重新整理結束到下一次對整個儲存器全部重新整理一遍結束的時間間隔。 對儲存元矩陣的一行來說，上次重新整理結束到下次重新整理結束的時間間隔。
計算機組成原理期末複習總結
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