计算机组成原理(The Principle of Computer Organization)

文章目录

  • 1:计算机系统概述
    • 0: 考研需求
    • 1:计算机系统的基本组成:硬件和软件
    • 计算机硬件的基本组成:输入,输出设备,存储器,运算器,控制器
    • 计算机硬件和软件的关系:
      • 互相依存
      • 无严格界限
      • 协同发展
    • 计算机性能指标
      • 吞吐量,响应时间,CPU时钟周期
      • 主频(单位Hz,每秒的时钟周期数) CPI,CPU执行时间
      • MIPS,MFLOPS,GFLOPS,TFLOPS,PFLOPS
    • 例题
  • 2:数据的表示与运算
    • 2.1 例题
    • 2.2 考研需求
    • 2.4 : 十进制小数转换成二进制:小数不断乘2,直到结果为1.0,每一步取乘后结果的整数部分,从左往后放
    • 2.5: 数据的机器级表示:机器数与真值(例如原来的十进制数)
      • 2.5.1 IEEE 754
        • 2.5.1.1 求单精度例题:由真值转换成标准的754标准的32位浮点数的二进制存储格式,以及相互转换
        • 例题
  • 2.3定点数的加减
    • 3.1 补码定点数的加减运算
    • 关于补码加减溢出判断
    • 原码一位乘法
    • 补码一位乘法
  • 3 运算方法和运算部件
    • ZF,CF(进位,carry),OF,SF(符号位,symbol)(进位标志)
      • 带符号数不考虑进位

1:计算机系统概述

0: 考研需求

计算机组成原理(The Principle of Computer Organization)_第1张图片

1:计算机系统的基本组成:硬件和软件

计算机硬件的基本组成:输入,输出设备,存储器,运算器,控制器

存储器:硬盘,光驱,U盘
运算器:算术运算,逻辑运算.
控制器:如:从存储器中取出指令,控制计算机各部分协调运行
控制器和运算器整合在CPU中

计算机硬件和软件的关系:

互相依存

无严格界限

协同发展

计算机性能指标

吞吐量,响应时间,CPU时钟周期

  • 吞吐量:单位时间内所完成的工作量,带宽.
  • 响应时间计算机组成原理(The Principle of Computer Organization)_第2张图片

主频(单位Hz,每秒的时钟周期数) CPI,CPU执行时间

  • 主频:1GHz=1000MHz
  • CPI:执行一条指令所需要的时钟周期数
  • CPU执行时间=CPU时钟周期数(程序) * 时钟周期数
    =CPU时钟周期(程序) / 时钟频率(主频) (这个公式个人觉得不太重要)
    =指令条数 * CPI * 时钟周期(CPU时钟周期)
    CPU时钟周期数(程序)=指令条数 * CPI
    CPI(执行一条指令所需要的时钟周期数)=CPU时钟周期数 / 指令条数

MIPS,MFLOPS,GFLOPS,TFLOPS,PFLOPS

  • MIPS:Million Instruction(指令) Per Second
    IPS=主频(每秒的时钟周期数) / CPI(每执行一条指令所用的时钟周期数)
  • MFLOPS: Million Floating Point(浮点数) Operations Per Second

例题

2.假定计算机M1和M2具有相同的指令集体系结构(ISA),主频分别是1.5GHz和1.2GHz。在M1和M2运行某基准测试程序P,平均CPI分别是2和1,则P在M1和M2运行时间的比值是(C)

A.0.4 B.0.625 C.1.6 D.2.5

计算机组成原理(The Principle of Computer Organization)_第3张图片
计算机组成原理(The Principle of Computer Organization)_第4张图片
优化之后,时钟周期不变
计算机组成原理(The Principle of Computer Organization)_第5张图片
解:频率HZ=1秒内的周期数目,在这个题目里,即,一秒的时钟周期数.
MIPS=1200 / CPI=1200 / 4=300
计算机组成原理(The Principle of Computer Organization)_第6张图片

2:数据的表示与运算

2.1 例题

计算机组成原理(The Principle of Computer Organization)_第7张图片

2.2 考研需求

计算机组成原理(The Principle of Computer Organization)_第8张图片

2.4 : 十进制小数转换成二进制:小数不断乘2,直到结果为1.0,每一步取乘后结果的整数部分,从左往后放

参考文献

2.5: 数据的机器级表示:机器数与真值(例如原来的十进制数)

2.5.1 IEEE 754

2.5.1.1 求单精度例题:由真值转换成标准的754标准的32位浮点数的二进制存储格式,以及相互转换

计算机组成原理(The Principle of Computer Organization)_第9张图片
计算机组成原理(The Principle of Computer Organization)_第10张图片
计算机组成原理(The Principle of Computer Organization)_第11张图片

例题

计算机组成原理(The Principle of Computer Organization)_第12张图片

2.3定点数的加减

3.1 补码定点数的加减运算

计算机组成原理(The Principle of Computer Organization)_第13张图片

关于补码加减溢出判断

计算机组成原理(The Principle of Computer Organization)_第14张图片

原码一位乘法

补码一位乘法

3 运算方法和运算部件

ZF,CF(进位,carry),OF,SF(符号位,symbol)(进位标志)

带符号数不考虑进位

在这里插入图片描述

  1. CF(进位标志) =1 算术操作最高位产生了进位或借位, =0 最高位无进位或借位
  2. ZF(零标志) =1 操作结果为0,=0 结果不为0;
  3. OF(溢出标志) =1 此次运算发生了溢出, =0 无溢出。
  4. SF(符号标志) =1 结果最高位为1 ,=0 结果最高位为0;

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