计算机组成原理----概论

1、存储程序的概念(冯诺依曼计算机的特点)

(1)计算机(指硬件)应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成;
(2)计算机内部采用二进制来表示指令和数据;
(3)将偏好的程序和原始数据事先存入存储器中,然后再启动计算机工作,这就是存储程序的基本含义;

2、计算机硬件组成

主机:中央处理器(CPU)+主存储器;
CPU=运算器+控制器;
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计算机的主要部件

1、输入设备
输入设备的任务是把人们编好的程序和原始数据送到计算机中,并将他们转换成计算机内部能识别和接受的信息方式。
2、输出设备
输出设备的任务是将计算机的处理结果以数字、字符(汉字)、图形、图像、声音等形式送出计算机。
3、存储器
存储器是用来存放程序和数据的部件。
4、运算器
运算器是对信息进行处理和运算的部件。
5、控制器
计算机的指挥中心,按照人们预先确定的操作步骤,控制整个计算机的各部件有条不紊地自动工作

3、总线结构

总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路,它能分时地发送与接受各部件的信息。(最简单的总线结构是单总线结构);
地址总线(Address Bus):由单方向的多根信号线组成,用于CPU向主存、外设传输地址信息;
数据总线(Data Bus):由双方向的多根信号线组成,CPU可以沿这些线从主存或外设读入数据,也可以沿这些线向主存或外设送出数据;
控制总线(Control Bus):它传输的是控制信息,包括CPU送出的控制命令和主存(或外设)返回CPU的反馈信号;

4、计算机系统的多层级结构

现代计算机系统是一个硬件与软件组成的综合体,可以把他看作按功能划分的多层次结构;
第0级:硬联逻辑级
是计算机的内核,由门、触发器等逻辑电路组成
第1级:微程序级
这级的机器语言是微指令集,用微指令编写的微程序一般是直接由硬件执行的
第2级:传统机器级
这级的机器语言是该机的指令集,用机器指令编写的程序可以由微程序进行解释
第3级:操作系统机器级
从操作系统的基本功能来看,一方面它要直接管理传统机器中的软硬件资源,另一方面它又是传统机器的延伸
第4级:汇编语言机器级
这级的机器语言是汇编语言,它完成汇编语言翻译的程序称为汇编语言
第5级:高级语言机器级
这级的机器语言是各种高级语言,通常用编译程序来完成高级语言翻译工作
第6级:应用语言机器级
这一级是为了使计算机满足某种用途而专门设计的,因此这一级语言就是各种面向问题的应用语言
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5、计算机的主要技术指标

1、机器字长

机器字长是指参与运算的数的基本单位,它是由加法器、寄存器的位数决定的。

2、数据通路宽度

数据通路宽度是指数据总线一次所能并行传送信息的位数。

3、主存容量

主存容量是指主存储器所能存储的全部信息量。

4、运算速度

运算速度与机器的主频、执行什么样的操作、主存本身的速度等许多因素有关。
(1)吞吐量和相应时间
吞吐量是指系统在单位时间内处理请求的数量;
响应时间包括CPU时间与等待时间的总和。
(2)主频和CPU时钟周期
CPU的主频又称时钟频率,表示在CUP内数字脉冲信号振荡的速度。
主频的倒数就是CPU的时钟周期,是CPU中最小的时间元素;
(3)CPI和IPC
CPI(Cycles per Instruction)是指每条指令执行所用的时钟周期数;
IPC(Instryction per Cycles)是指每个时钟周期执行的指令数;
IPC=1/CPI;
(4)CPU执行时间
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(5)MIPS和MFLOPS
MIPS(Million Instruction per Second)表示每秒执行多少百万条指令
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MFLOPS(Million Floating-point Operations per Second)表示每秒执行多少百万次浮点运算
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MFLOPS适用于衡量向量机的性能

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