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计算机组成原理知识点笔记

基础知识：

冯诺伊曼体系结构

在冯诺伊曼体系结构中，一台计算机的基本组成分为一下5个部

分：

运算器+控制器。即CPU

用于衡量计算的性能的两个指标：

CPU执行时间：一个计算请求从开始到结束的CPU耗时

吞吐量：一段时间内能够处理多少计算请求

CPU执行时间=指令数*指令平均时钟周期数*时钟周期时间

优化CPU执行时间的策略：提升计算机主频（减小时钟周期时间）、

优化CPU设计使得在单个时钟周期内能够执行更多指令（减小指令平

均时钟周期数），以及优化程序代码来减少需要的指令数。

CPU计算的本质：CPU是一种超大规模集成电路，计算的本质就

是这些大规模电路不停地进行预设的“开”、“关”动作。

逻辑的处理器数量=物理CPU数*核心数*每个核心的线程数

指令和运算：

if-else和switch-case的比较：通过对两者进行编译之后观察

其汇编代码，发现if-else执行时需要将条件一个个的比对，直到找

到符合条件的分支。而switch-case则只需要一次的比较就能找到对

应的分支，原因是switch-case生成了跳转表，可以通过跳转表的索

引直接定位到分支。

函数调用栈：用于在执行函数调用时保存返回后的将要执行的指

令地址、函数中的局部变量的栈结构。当出现无限的函数调用或者入

栈的变量占用过多的栈空间时，会出现stackoverflow错误。

ELF文件：全称是ExecuatableandLinkableFile，是Linux

系统下的一种文件格式。C语言的程序源代码在汇编阶段和链接阶段

都会产生ELF文件。运行一个可执行的程序时，装载器会读取这种格

式的文件，并把各Segment的内容放到内存中对应的位置，再由CPU

去执行。

C语言程序代码通过编译器、汇编器进行编译和汇编，产生ELF

格式的文件，此时的文件还不能够被执行，需要通过链接器将多个

ELF文件进行链接。链接器要做的工作就是分析各个ELF文件的重定

向表、符号表，并将符号引用替换为最终的函数地址，从而完成多个

ELF文件的“汇聚”工作，最后产生一个可执行的ELF文件。

二进制编码：在计算机里面，所有的信息、数据都是以二进制进

行计算和存储的。比如在对数据进行计算的时候，使用的的是数值对

应的二进制计算法方式，在进行数据存储时，写到存储介质的数据也

是二进制数据。

字符乱码的原因：当文本内容出现显示乱码时，原因是因为字符

内容的编码方式方式和解码方式不统一。比如对“你好”这个文本内

容使用了UTF-8编码，但是解码的时候使用GB2312解码，就会导致

解码方式和编码方式不统一，从而造成乱码。

浮点数的表示：IEEE754标准中，32位浮点数由三部分组成：1

位符号位（s）表示正负、8位指数位（e）、23位位有效位（f）。

有效位和指数位共同决定了浮点数的大小和精度。

由于有的浮点数在转化为二进制时，有效位部分出现循环，导致

必须截断丢弃，因此有的浮点数在IEEE754标准下是无法精确表示

和计算的。比如浮点数0.3，转化为二进制小数为

0.01001100110011...,“0011”部分会无限循环。

处理器：

指令周期：取指、译码、执行。

组成CPU的基本电路：ALU、寄存器电路、PC（指令地址寄存器）、

译码器。

CPU的计算流程：

指令流水线技术：指令流水线技术是指，在CPU执行指令时，整

个执行过程拆分为多个阶段，比如分成三个阶段：取指令、译码、执

行，然后让CPU中不同的模块同时进行各个阶段的处理，当一条指令

处于译码阶段的时候，后面的指令可以开始取指令阶段，这中设计方

式大大提高了CPU的使用率。

冒险：使用流水线技术的CPU需要解决三种冒险，分别是数据冒

险、结构冒险、控制冒险。

结构冒险指的是CPU在执行不同指令的不同阶段时，可能需要同

一个硬件电路，因而对应的解决办法就是增加对应