计算机组成原理复习提纲一（计算机系统概论）

第1章 计算机系统概论

1.熟知一些基本概念：

1. 计算机系统及计算机系统的层次结构；

   

2. 硬件、主机、CPU、主存、辅存、外部设备；

   • 计算机硬件

     

   • 计算机硬件框图

     • 典型冯·洛伊曼计算机机构框图

       

     • 以寄存器为中心的计算机框图

       

3. 高级语言、汇编语言、机器语言；

   • 高级语言(面向用户)是在低级语言的基础上，采用接近于人类自然语言的单词和符号来表示一组低级语言程序，使编程变得更加简单，易学，且写出的程序可读性强。
   • 汇编语言(面向机器)用助记符来表示计算机操作命令的一种编程语言
   • 机器语言(面向机器)是用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合

4. 计算机组成和计算机体系结构；

   • 计算机组成: 如何实现计算机体系结构所体现的属性（具体指令的实现）
   • 计算机体系结构: 能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性（指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机理）

5. 存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储容量；

   • 存储单元: 可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位
   • 存储元件: 存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。
   • 存储字: 一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。
   • 存储容量: 存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分开描述）

6. 机器字长、指令字长、存储字长。

   • 机器字长: 指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。字节越长，数的表示范围越大，精度也越高。机器字长也会影响运算速度。
   • 指令字长: 是指机器指令中二进制代码的总位数。
   • 存储字长: 是指一个存储单元存储的一串二进制代码的位数称为存储字长。

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2.掌握冯•诺依曼计算机的特点。

• 计算机由运算器, 存储器, 控制器, 输入设备和输出设备五大部件组成.
• 指令和数据以同等地位存放于存储器, 并可按地址寻访.
• 指令和数据均用二进制数表示.
• 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在存储器中的位置.
• 指令在存储器中按顺序存放. 通常, 指令是顺序执行的, 在特定条件下, 可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序.

3.掌握计算机硬件的主要技术指标。

1. 计算机硬件的主要技术指标

   • 机器字长: CPU一次能处理数据的位数，与CPU中寄存器位数有关

   • 存储容量: 存储器的容量应该包含主存容量和辅存容量

     $存储容量=存储单元个数\times 存储字长$

     • 主存容量: 指主存中存放二进制代码的总位数
     • 辅存容量

   • 运算速度

2. 计算机系统性能评价指标

   • 机器字长: 指机器一次能处理的二进制位数.

     • 由加法器, 寄存器的位数决定;
     • 一般与内部寄存器的位数相等(字长);
     • 字长越长, 表示数据的范围就越大, 精度越高;
     • 目前常见的有32位和64位.

   • 总线宽度: 数据总线一次能并行传送的最大信息位数.

     • 一般指运算器与存储器之间的数据总线位数.
     • 有些计算机内部与外部数据总线宽度不一致.

   • 主存容量与存储带宽

     • 主存容量: 是指一台计算机主存所包含的存储单元总数.

     • 存储带宽: 指单位时间内与主存交换的二进制信息量, 常用单位B/s (字节/ 秒) .

       影响存储带宽的指标包括数据位宽和数据传输速率.

   • 主频f/时钟周期T, 外频 倍频

     • 主频f: 指CPU内核工作的时钟频率, 即CPU内数字脉冲信号震荡的速率, 与CPU实际的运算能力之间不是唯一关系;
     • 时钟周期T: 也称节拍周期, 是计算机中最基本的, 最小的时间单位. 在一个时钟周期内, CPU仅完成一个最基本动作;
     • f与T的关系:互为倒数, f越高, T越小 ( f=100MHz时T=10ns, f=1GHz时T=1ns).

   • CPI(Clock cycle Per Instruction): 执行一条指令(平均)需要的时钟周期数(即T周期的个数).