计算机的总线与I/O设备 a.计算机的总线（Bus）  概述：连接多个设备或者接入点的数据传输通路。  作用：解决不同设备之间的通信问题。  分类：片内总线（高集成度内部的信息传输线）、系统总线（细分为：数据总线&地址总线&控制总线，是CPU、主内存、IO设备、各组件之间的信息传输线）  总线的仲裁：为了解决总线使用权的冲突问题，三种方法：链式查询、计时器定时查询、独立请求。 b.常见的输入输出设备  字符输入设备：键盘  图形输入设备：鼠标、数位板、扫描仪  图像输出设备：显示器、打印机、投影仪 c.输入输出接口的通用设计  数据线：I/O设备与主机进行数据交换的传送线（单向&双向）。  状态线：I/O设备状态向主机报告的信号线。  命令线：CPU向I/O设备发送命令（读写信号、启动停止信号）的信号线。  设备选择线：主机选择I/O设备进行操作的信号线。 d.CPU与I/O设备的通信  程序中断：提供低速设备通知CPU的一种异步的方式，CPU可以在高速运转的同时兼顾低速设备的响应。  直接存储器访问（DMA）：

计算机的存储器 a.存储器的分类：  按照存储介质：半导体存储器（内存、U盘、固态硬盘）、磁存储器（磁带、磁盘）  按照存取方式：随机存储器RAM（随机读取，与位置无关）、串行存储器（按顺序查找，与位置有关）、只读存储器ROM（只读不写） b.存储器的层次结构 缓存-主存层次：局部性原理，在CPU与主存之间增加一层速度快容量小的Cache，解决主存速度不足的问题。 主存-辅存层次：局部性原理，主存之外增加辅助存储器，解决主存容量不足的问题。 局部性原理：是指CPU访问存储器时，无论是存取指令还是存取数据，所访问的存储单元都趋于聚集在一个较小的连续区域中。 c.计算机的主存储器  内存RAM（随机存取存储器Random Access Memory）：通过电容存取数据，掉电将丢失所有数据。 d.计算机的辅助存储器 e.计算机的高速缓存  工作原理：命中率是衡量缓存的重要性能指标，理论上CPU每次都能从高速缓存取数据的时候，命中率为1。 高速缓存的替换时间：当缓存没有数据，需要从主存载入数据的时候。 高速缓存的替换策略：随机算法、先进先出算法（FIFO)、最不经常使用算法（LFU）、最近最少使用算法（LRU）。

计算机的CPU a.计算机的指令系统  机器指令的形式：操作码（指明指令所要完成的操作）+地址码（给出操作数或操作数的地址）；  机器指令的操作类型：数据传输、算术逻辑操作、移位操作、控制指令；  机器指令的寻址方式：指令寻址（顺序寻址+跳跃寻址）、数据寻址（立即寻址（速度快）+直接寻址（寻找操作数简单）+间接寻址（寻址范围大，速度慢）） b.计算机的控制器  作用：控制器是协调和控制计算机运行的。  组成：程序计数器（存储下一条指令的地址）、时序发生器（发送时序脉冲）、指令译码器（控制器的主要部件之一，翻译操作码+地址码）、指令寄存器（控制器的主要部件之一，从主存或缓存存取计算机指令）、主存地址寄存器（保存当前CPU正要访问的内存地址单元）、主存数据寄存器（保存当前CPU正要读或写的主存数据）、通用寄存器（比一般专用寄存器大，可以暂时存放或传送数据或指令，可保存ALU的运算中间结果）。 c.计算机的运算器  作用：进行数据运算加工。  组成：数据缓冲器（输入缓冲暂时存放外设送过来的数据，输出缓冲暂时存放送往外设的数据）、ALU（算术逻辑运算）、状态字及寄存器（存放运算状态和运算控制信息）、通用寄存器（比一般专用寄存器大，可以暂时存放或传送数据或指令，可保存ALU的运算中间结果）。 d.计算机指令执行的过程  指令执行过程：取指令-分析指令-执行指令 CPU的流水线设计：因运算器和控制器不能同时工作，CPU的综合利用率并不高，所以CPU的流水线设计可以提高CPU的利用率，提高大概3倍。