组成原理ARCH COURSE MAP
Master Blueprint · 组成原理总控图纸 · REV 2026.08

组成原理

Computer Organization, From Bits to Datapath

按考研 408 组成原理科目编排的总控图：数据的表示与运算、存储系统、指令系统、CPU、总线与 I/O。全书精读、数据通路与部件图集、交互演示、经典书笔记，以及学科发展史与产业格局，按图纸编号归档。

图纸资料 · Drawing Data 8 类

  • 全书精读10 章
  • 数据通路部件图集
  • 交互演示8 出
  • 经典书目8 本
  • 精读笔记8 本
  • 发展史1 册
  • 产业格局1 册
  • 复查题库自测
VON NEUMANN 存储程序 · 指令与数据同主存 STUDY ORDER 复习台阶，不是运行时流水线 MEMORY ALU CU CPU IN OUT REG CACHE DRAM DISK 跨层次 · 非独立部件 DATA 进制 · 定点/浮点 MEMORY 层次 · Cache · TLB ISA 寻址 · CISC/RISC CPU 通路 · 流水线 BUS / I/O 仲裁 · DMA 补码范围 −2ⁿ⁻¹～2ⁿ⁻¹−1 Cache 是层次，不是主存本身 加速比 ≠ 流水线级数 — 复习台阶 · 五大模块（非运行时数据通路）—
FIG.0 — 408 模块总图 · 数据 → 存储 → 指令 → CPU → 总线/I/O详见 BOOK / DEMOS
01

学习路径

Study Sequence — Data, Memory, ISA, CPU, Bus/IO

同一模块从表示到部件到演示到书目，按台阶往上走；复查时哪级生疏回哪级。

ST-01

数据的表示与运算

n 位补码范围是 −2n−1～2n−1−1。IEEE 754 单精度 1+8+23、偏置 127；规格化隐含前导 1。阶码全 0 且尾数非 0 是非规格化数，不是零。
全书精读 全书 01 概述 02 数据的表示 03 定点数运算 04 浮点数 演示 · 浮点表示
ST-02

存储系统

Cache 按块映射；命中看有效位与标记。直接映射每块只有一个位置；组相联/全相联才谈替换。虚存硬件侧是 MMU 与 TLB 做地址变换；页不在内存时陷入，由操作系统处理。
全书 05 存储系统 06 Cache 演示 · 缓存命中 演示 · MESI（超纲）
ST-03

指令系统

指令格式与寻址方式决定操作数从哪来。RISC 典型为固定长、Load/Store；CISC 典型为可变长、可直接访存。这些是常见特征，不是「谁一定更快」。时钟周期 ≠ 指令周期。
全书 07 指令系统 数据通路 · 部件图集 演示 · 指令周期 专题 · 三大 ISA
ST-04

CPU 与流水线

单周期常见 CPI=1，时钟受最长指令限制。经典五级流水线理想吞吐接近每周期一条，但结构/数据/控制冒险会停顿或冲刷。加速比不等于级数。
全书 08 CPU 结构 09 流水线 演示 · 单周期 vs 流水线 演示 · 流水线冒险 演示 · 分支预测（超纲） 演示 · Amdahl 专题 · 微架构演进
ST-05

总线与 I/O

总线分地址、数据、控制，多主设备需要仲裁。I/O 基本方式：程序查询、中断、DMA。DMA 由控制器搬块，结束常用中断通知 CPU，不等于 CPU 完全退出这次传送。
全书 10 总线与 I/O
ST-06

读经典

主力：唐朔飞对大纲，COD 走通路，CSAPP 组成侧，CAQA 定量（超纲分开）。延伸：Harris 把门接到实现，胡伟武给中文工程语境，姚永斌整本乱序超纲，《编码》只作入门前导读。
经典书目 精读笔记 CSAPP 相关章 组成与设计 · P&H 量化研究方法 唐朔飞 · 408 对照 Harris · 门到实现 胡伟武 · 中文视角 姚永斌 · 乱序超纲 编码 · 前导读
ST-07

看演进

从电子管到 CMOS、从单周期到流水线/多核；产业页只陈述格局，观点与事实分开，时点 2026-08。
学科发展史 产业格局 专题 · 微架构演进
ST-08 ⟳

循环复查

按章节抽题，对易错点单独回炉：补码溢出、IEEE 754 边界、Cache 映射与写策略、三类冒险、DMA 与中断的职责。
复查题库
02

特效展厅

Animated Plates — Each Concept, One Scene

大纲五出加专题三出：流水线、Cache、单周期对照、浮点、指令周期；MESI、分支预测、Amdahl。

PL-01 IF · ID · EX · MEM · WB
流水线

流水线冒险→

结构、数据、控制三类冒险。转发可解决部分 RAW 冒险/减少停顿；load-use 等仍要停顿。加速比不等于级数。
PL-02 LINES
HIT / MISS · 直接映射无替换选择
存储层次

缓存命中与替换→

命中看有效位与标记。直接映射位置唯一；组相联/全相联才用替换。写回与写直达是写策略，不是映射方式。
PL-03 1-CYCLE 5-STAGE
CPU 结构

单周期 vs 流水线→

单周期常见 CPI=1，时钟须罩住最慢指令。流水线重叠各阶段以提高吞吐，不自动缩短单条指令的延迟。
PL-04
S EXP 8 FRAC 23
偏置 127 · 全 0 阶码不是一律为零
数据表示

浮点表示→

IEEE 754 单精度 1+8+23。阶码全 0 且尾数为 0 才是零；尾数非 0 是非规格化数。全 1 阶码区分 Inf 与 NaN。
PL-05
FETCH DECODE EXECUTE
指令周期 ⊇ 取指 · 译码 · 执行
指令系统

指令执行周期→

一条指令至少包含取指、译码、执行；访存与写回视指令而定。时钟周期、机器周期、指令周期是三层时间单位。
PL-06 P0 · P1 · 同一行
I→E S / S M / I
MESI 超出 408 · coherence ≠ consistency
专题 / 超纲

MESI 状态机→

双核同一 Cache 行的读写序列。按地址的 coherence，不是跨地址模型，也不是程序同步。
PL-07 TTTNTTTN
1-bit 2-bit
孤立 N 之后：1 位再失 · 2 位仍中
专题 / 超纲

分支预测→

1 位与 2 位饱和计数器对照。408 对控制冒险只要求停顿或冲刷。
PL-08 S = 1 / ((1−f)+f/s)
f=0.5 s=4 1.6
上限 1/(1−f) · 非法输入不上屏
性能

Amdahl 计算器→

实时算加速比与上限。一半时间加速 4 倍，整体只有 1.6。
03

图纸目录

Drawing Index — The Book & Tools

全书 10 章按 408 大纲展开五大模块，外加图集、演示、书目、史与产业、题库。点击一行空降。

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