计算机组成原理复习1

计算机系统层次结构

组成：硬件系统和软件系统共同构成了一个完整的计算机系统；硬件是指有形的物理设备，软件是指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档。

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计算机硬件基本组成

1. 冯.诺伊曼

•   计算机硬件系统由运算器，存储器，控制器，输入输出设备；
• 指令喝数据以同等地位存于存储器内，并可以按地址寻访
• 指令和数据均用二进制代码表示
• 指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数再存储器中的位置
• 指令在存储器内按顺序存放，指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或设定的条件改变执行顺序
• 早期冯诺依曼以运算器为中心，输入输出设备通过运算器与存储器传送数据

2. 现代计算机组织结构

微处理器出现后，计算机以存储器为中心，使I/O尽可能的绕过CPU，直接在I/O设备和存储器之间完成，提高整体运行效率；

3. 计算机的功能部件

• 输入设备：功能是将程序和数据以机器所能识别和接受的信息形式输入到计算机；常用设备是键盘，鼠标，扫描仪，摄像机
• 输出设备：将计算机处理的结果以人们所能接受的形式或其他系统所要求的信息形式输出；常用设备是显示器，打印机
• 存储器：计算机的存储部件，用来存放程序和数据；存储器分为主存储器(内存存储)和辅助存储器（外存存储）；CPU能够直接访问的存储器是主存储器；辅助存储器用于帮助主存储器记忆更多信息，外存信息必须进入内存才能为CPU所访问。主存由许多存储单元组成，每个存储单元包含若干个存储元件，每个元件存储一位二进制代码0/1，存储单位存储一串代码称为存储字，存储子长可以是一个字节（8bit)或者字节的偶数倍。地址存储器（MAR）存放访存地址，数据寄存器（MDR）是主存和其他部件的中介机构，用于暂存要从存储器中读写的信息，时序控制器用于产生存储器操作所需的各种时序信号。MAR寻址，位数对应存储单元的个数，MAR与PC的长度有关；MDR的位数和存储字长相等
• 运算器：运算器是计算机的执行部件，用于对数据的加工处理，完成算术运算和逻辑运算；核心是算术逻辑单元ALU；运算器包含若干通用寄存器，用于暂存操作数和中间结果；程序状态寄存器（PSW），保留各类运算指令或测试指令的结果的状态信息，
• 控制器：计算机指挥中心，由程序计数器（PC）指令寄存器（IR），控制单元（CU）组成

  计算机软件的分类

1.系统软件和应用软件

        系统软件是一组保证计算机系统高效，正确运行的基础软件；主要有操作系统（OS）。数据库管理系统（DBMS），语言处理程序，分布式软件系统，网络软件系统，标准库程序，服务性程序。

        机器语言：二进制代码语言，是计算机唯一可以识别和执行的语言

        汇编语言：是用英文单词或缩写代替二进制的指令代码

        高级语言：需要编译程序编译成汇编语言程序

2.计算机工作过程

  (1)把程序和数据装入到主存储器中

 (2) 把程序的起始地址运行程序

（3）用程序的首地址从存储器中取出第一条指令，经过译码，执行步骤等控制计算机各个功能部件协调运行，完成这条指令功能，并计算下一条指令的地址。

（4)用新得到的指令地址继续读出第二条指令并执行，直到程序结束（取指、译码、执行）

计算机的性能指标

机器字长是计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数，越长，数的表示范围越大，计算精度越高。

数据通路带宽：指数据总线一次能并行传送信息的位数；

主存容量：指主存储器所能存储信息的最大容量，字节衡量；

运算速度：

   吞吐量：指系统在单位时间内处理请求的数量。取决于主存的存取周期

   响应时间：指从用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求做出响应并获取他所需要的结果的等待时间，通常包括CPU时间与等待时间（用于磁盘访问，存储器访问，I/O操作，操作系统开销）

CPU时钟周期：通常为节拍脉冲或T周期

主频（CPU时钟频率）：机器内部主时钟的频率，衡量机器速度，主频越高，执行指令速度越快。