【计算机组成原理】第1章 计算机系统概述

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• 第1章 计算机系统概述
  • 1.1 计算机发展历程 *
    • 计算机软件的发展
    • 计算机硬件的发展
  • 1.2 计算机系统层次结构
    • 计算机系统的组成
      • 硬件系统和软件系统共同构成
      • 软件硬件在逻辑上等效的含义
    • 计算机硬件
      • 冯诺伊曼结构
        首次提出“存储程序”概念
        ​以运算器为中心
      • 计算机的功能部件
        IO设备、内外存储器、运算器、控制器
        • 主存储器
          • 主存储器结构

            

          • MAR：地址寄存器 (memory address register)
          • MDR：数据寄存器 (memory data register)
          • 数据在存储体内按地址存储
          • 存储单元、存储字、存储字长
        • 运算器
          • 运算器结构

            

          • ACC：累加器 (accumulator)
          • MQ：乘商寄存器 (multiple quotient register)
          • X：通用寄存器
          • ALU：算数逻辑单元 (arithmetic logic unit)
        • 控制器
          • 控制器结构

            

          • PC：程序计数器 (program counter)
          • IR：指令寄存器 (instruc register)
          • CU：控制单元 (control uit)
      • 现代计算机结构
        CPU = 运算器 + 控制器
        ​以存储器为中心
    • 计算机软件
      • 系统软件、应用软件
      • 机器、汇编、高级语言
      • 软件和硬件的逻辑功能等价性
    • 计算机系统的层次结构
      • 本课主要讨论传统机器M1，微程序机器M0

        

    • 计算机系统的工作原理
      开始时将指令、数据存入主存、PC指向第一条指令
      从主存中取指令放入IR、 PC自动加 1 、
      CU分析指令、 CU指挥其他部件执行指令
  • 1.3 计算机的性能指标
    • 计算机的性能指标
      • 字长
        计算机一次整数运算所能处理的二进制数据的位数
        注意 机器字长、指令字长、存储字长的关系
      • 数据通路宽带
        数据(外部)总线一次所能并行传送信息的位数，
        其与 CPU 内部的数据总线宽度(内部寄存器的大小)可能不同
      • 主存容量
        主存储器的最大容量，如 64K*32位，
        即 MAR 为 16 位，则有 64K 个存储单元，
        MDR 为 32 位，则每个单元 32 位
      • 运算速度
        • 吞吐量、响应时间
        • 主频 (CPU 的时钟频率)
          机器内部主时钟的频率
        • CPU 时钟周期
          节拍脉冲、T 周期，即主频的倒数
        • CPI (clock cycle per instruction)
          执行一条指令所需的时钟周期
        • CPU 执行时间
          = \cfrac{CPU 时钟周期数 }{主频} = \frac{指令条数 \times CPI}{主频}=CPU时钟周期数主频=指令条数×CPI主频= \cfrac{CPU 时钟周期数 }{主频} = \frac{指令条数 \times CPI}{主频}=主频CPU时钟周期数​=主频指令条数×CPI​
        • MIPS (million instruction per second)
          = \cfrac{指令条数}{执行时间\times10^6} = \frac{主频}{CPI\times10^6}=指令条数执行时间×106=主频CPI×106= \cfrac{指令条数}{执行时间\times10^6} = \frac{主频}{CPI\times10^6}=执行时间×106指令条数​=CPI×106主频​
      • 基准程序
    • 几个专业术语
      • 系列机
      • 兼容
      • 软件可移植性
      • 固件