计算机组成原理寄存器pc,计算机组成原理学习笔记——一、计算机系统概述

文章目录

一、 计算机系统概述

1.1 计算机发展历程

1.2 计算机系统层次结构

1.3 计算机的性能指标

一、 计算机系统概述

1.1 计算机发展历程

编程语言：

唯一可以在计算机硬件上直接执行的语言：机器语言

解释程序翻译一句执行一句，边翻译边执行，如Python；

由高级语言转化为汇编语言的过程叫做编译，如C/C++；

1.2 计算机系统层次结构

计算机的组织结构

计算机组成框图：

CPU包含运算器和控制器；

其中运算器包含ALU(算术逻辑单元)、通用寄存器、ACC(累加器)、MQ(乘商寄存器)、X(操作数寄存器)、IX(变址寄存器)、BR(基址寄存器)、PSW(程序状态存储器)

其中控制器包含PC(程序计数器)、IR(指令寄存器)、CU(控制单元)等；

IR用来存放当前指令，OP(IR)->CU，分析指令并发出各种微操作命令序列；

Ad(IR)->MAR来取操作数。

CPU+主存=主机；外设主要为外存+I/O设备

计算机系统的层次结构：

冯诺依曼机的基本工作方式是控制流驱动方式，其特点是按地址访问并顺序执行指令；

CPU按照指令周期的不同阶段区分存储器中的指令和数据；

软件和硬件在功能上可以实等效的，但不能说是等价的；

CPU包括地址寄存器、指令寄存器(IR)、通用寄存器，不包括地址译码器。

运算器包括状态寄存器(PSW)、数据总线、ALU，不包括地址寄存器。

MAR的位数=地址码长度=PC的位数=有 个存储单元；

MDR的位数=存储长度。

MAR与MDR是存储器的一部分，现代却放在CPU中

三种语言之间的关系：

编译程序是把高级语言源程序转换成机器语言程序(目标代码)的软件，翻译程序主要分为两种：

OS、DBMS、编译程序、连接程序均属于系统软件；DBS不是系统软件。

相联存储器既可以按照地址寻址，又可以按照内容寻址。

1.3 计算机的性能指标

各类字长位数汇总：

MAR的位数=地址码长度=PC的位数=有 个存储单元；

MDR的位数=存储字长。

n位CPU指的是CPU一次能处理的数据的位数=MDR的位数=处理器的位数

IR位数=指令字长

微指令寄存器位数=微指令字长

机器字长：即计算机的位数，指计算机能一次性直接处理的二进制数据的位数(=内部寄存器位数)，决定了计算机的运算精度；

存储字长：一个存储单元存储的二进制代码的位数(=MDR的位数)，字节的整数倍；

指令字长：一条指令包含的二进制代码位数(=内部寄存器的位数)；

数据字长：数据总线一次能并行传输的位数，可以不等于MDR的位数

寄存器由触发器构成；

IR指令寄存器对用户是完全透明的；

CPU主频指的是CPU使用的时钟脉冲频率，CPI是执行一条指令平均使用的CPU时钟周期数；

CPU的CPI与时钟频率(可以加快指令的执行速度)无关，与系统结构、指令集、计算机组织有关。

兼容指计算机软件或硬件的通用性，通常在同一系列不同型号的计算机间存在。

决定计算机精度的主要技术是计算机的字长；

常用公式：

MIPS=主频/CPI；1/MIPS为平均指令周期；时间=I*CPI/主频；

几种程序的区别与联系：

CPU中IR、MAR、MDR对各类程序员透明。