基础知识系列博客——计算机组成原理

《计算机原理与体系结构》由王海瑞和袁梅宇两位老师主编，我水平非常有限，读着非常难受。这本书把“数字逻辑”和“计算机组成原理”和“计算机系统结构”三门课程内容混在一本书里面，我非常不理解，内容杂而且生硬。作为上课的教材，还是能学到一些东西吧。

概述

冯诺依曼计算机

冯诺依曼计算机由五大部件组成：输入设备、输出设备、存储器、运算器、控制器。
运算器和控制器合称为CPU（中央处理器）。CPU和存储器通常组装在一个主板上，合成主机。
运算器由一系列的算数逻辑部件（主要负责运算）和一系列寄存器（存放运算操作数）组成。
控制器就是整个计算机的控制中心。

计算机性能评价指标

1. 机器字长（CPU一次能处理数据的位数）。现在一般为64位。
2. 存储容量，包括主存（内存）和辅存（磁盘）。
3. 运算速度（每秒能执行几条指令）。
4. 兼容性。

指令系统

指令系统是指计算机所能执行的全部指令的集合，它描述了计算机内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。指令系统表征了计算机的基本功能，决定了机器所要求的能力，也决定了指令的格式和机器的结构。
指令周期是指取指令、分析取数到执行指令所需的全部时间。CPU周期是完成一个基本操作的时间。一个指令周期划分为若干个CPU周期。

控制器的构成

CPU的功能可以总结为四点：

1. 指令控制
2. 操作控制
3. 时间控制
4. 数据加工

CPU分为控制器和运算器，其中寄存器分为两大类：运算类寄存器和控制类寄存器。控制器和运算器都包含了寄存器。

存储系统

存储系统的层次结构

以上到下依次是：寄存器、缓存、主存、磁盘、磁带。

虚拟存储器

虚拟存储器物理上并不存在这样一种存储器，它更像是一种利用算法的存储系统。

输入/输出系统与总线

I/O设备的性能跟不上的话会极大影响计算机的效率。I/O系统性能指标主要有可靠性和响应时间。
冯诺依曼结构和哈佛结构的区别：
大致相同，最核心的区别是哈佛结构指令和数据分别存储。而冯诺依曼结构两者共同存储。哈佛结构更加复杂但是更加高速。