计算机组成原理知识点总结——第一章计算机系统概述

目录

  • 一、计算机的发展(大纲已删除,了解即可)
  • 二、计算机硬件的基本组成
    • 早期冯诺依曼结构
    • 现代计算机结构
    • ⭐主存储器⭐
    • ⭐运算器⭐
    • ⭐控制器⭐
    • ⭐计算机的工作过程⭐
    • ⭐计算机系统的层次结构⭐
  • 三、计算机性能指标

一、计算机的发展(大纲已删除,了解即可)

计算机系统只能识别二进制0/1,通过电信号传递数据,每个二进制数位称为1bit。
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二、计算机硬件的基本组成

早期冯诺依曼结构

冯诺依曼提出了“存储程序”的概念。

  • “存储程序”的概念是指将指令以二进制代码的形式事先输入计算机的主存储器,然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令,以后就按该程序的规定顺序执行其他指令,直至程序执行结束。

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在计算机系统中,软件和硬件在逻辑上是等效的

冯诺依曼计算机的特点:

  1. 计算机由五大部件组成
  2. 指令和数据以同等地位存于存储器,可以按地址寻访
  3. 指令和数据用二进制表示
  4. 指令由操作码和地址码组成
  5. 有存储程序
  6. ⭐以运算器为中心⭐

传统的冯诺依曼计算机都是以运算器为中心,导致运行效率底,于是有了现代计算机结构。

现代计算机结构

⭐以存储器为中心⭐
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CPU=运算器+控制器
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存储器

  1. 主存——内存
  2. 辅存——运行内存

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⭐主存储器⭐

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主存储的三个组成部分

  1. 存储体
  2. MAR——存储地址寄存器
  3. MDR——存储数据寄存器

CPU读数据时将存储的数据地址写入MAR,存储器通过MAR在存储体中找到数据,然后将数据放到MDR中,CPU从MDR读取数据。
CPU写入数据时,将数据存入MDR,并且告知要存入的地址存入MAR,然后存储器将数据存入到存储体中。

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存储单元:每个存储单元存放一串二进制代码
存储字:存储单元中二进制代码的组合
存储字长:存储单元中二进制代码的位数
存储元:即存储二进制电子元件,每个存储元可存1bit
MAR位数反映存储单元的个数,MDR位数=存储字长。

⭐运算器⭐

用于实现算术运算,逻辑运算
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ACC:累加寄存器,用于存放操作数,或运算结果
MQ:乘商寄存器,在乘、除运算时,用于存放操作数或运算结果。
X:通用寄存器,用于存放操作数
⭐ALU⭐:算术逻辑单元,通过内部复杂的电路实现算数运算、逻辑运算。

⭐控制器⭐

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⭐CU⭐:控制单元,分析指令,给出控制信号
IR:指令寄存器,存放当前的指令
PC:程序计数器,存放下一条指令,有自动加1功能
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⭐计算机的工作过程⭐

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⭐CPU区分指令和数据的依据:指令周期的不同阶段⭐

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⭐计算机系统的层次结构⭐

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⭐下层是上层的基础,上层是下层的扩展。⭐

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⭐编译程序⭐:将高级语言编写的源程序全部语句一次全部翻译成机器语言程序,而后再执行机器语言程序(只需翻译一次)
⭐解释程序⭐:将源程序的一条语句翻译成对应于机器语言的语句,并立即执行。紧接着再翻译下一句(每次执行都要翻译)

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三、计算机性能指标

存储器容量

MAR位数反映存储单元的个数
MDR位数=存储字长=每个存储单元的大小
⭐总容量=存储单元个数x存储字长⭐
:MAR为32位,MDR为8位
总容量=232*8bit=4GB

⭐CPU主频⭐
CPU内数字脉冲信号振荡的频率

  • CPU主频(时钟频率)=1/CPU时钟周期,单位赫兹
  • CPI——执行一条指令所需的时钟周期数(不同的指令,CPI不同,设置相同的指令,CPI也可能有变化)
  • 执行一条指令的耗时=CPI x CPU时钟周期
  • CPU执行时间=CPU时钟周期数/主频=(指令条数 x CPI)/主频
  • IPS:每秒执行多少条指令,IPS=主频/平均CPI
  • FLOPS:每秒钟执行多少次浮点运算

系统整体的性能指标

  • 数据通路带宽:数据总线一次所能并行传送信息的位数(各硬件部件通过数据总线传输数据)
  • 吞吐量:指系统在单位时间内处理请求的数量
  • 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得它所需要的结果的等待时间。

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