【计算机组成原理考研复习】01、计算机系统概述

计算机发展

计算机系统的组成

早期冯诺依曼

 

1. 提出“存储结构”
2. 输入、输出、存储器、运算器、控制器
3. 以运算器为主

现代结构

1. 以存储器为主
2. cpu = 运算器 + 控制器

计算机硬件

 

1. 输入
2. 输出
3. 主存：存储体+ MAR + MDR
4. 运算：ALU（计算逻辑单元） + ACC（累加器）+MQ（乘除）+ X（通用运算器）
5. 控制
   1. 概念
      1. IR，指令寄存器
      2. CU，控制单元
      3. PC，程序计数器：访问主存的指针，自动 ++
   2. 操作步骤
      1. 操作码000001：
         1. IR把000001给CU，CU判断加法操作
         2. 通过MAR把指令对应的地址码内容取出，a=2，放到MDR
         3. 把MDR中的数传给ACC运算，ACC存不下，会让MQ做辅助存储
      2. 乘法运算
         1. 被乘数放到ACC
         2. 乘数放到MQ
         3. ACC中的值放到X
         4. CU控制ALU，把X与MQ的值相乘
6. 工作过程
   1. 初始：指令、数据存入主存，PC指向第一条指令
   2. 循环：
      1. PC向MAR取指令，并++，放入IR，
      2. CU分析IR，指挥其他部件，执行相应操作
7. 冯诺依曼机的特点
   1. 指令、数据同等地位（都在主存中），可按地址寻找
   2. 指令数据用二进制表示
   3. 指令由操作码（操作类型）和地址码（待操作的数在哪放着）组成
   4. 通常，指令在存储期内顺序存放

    

计算机软件

1. 编译程序（C、C++）：翻译一次，生成.exe程序，一劳永逸
2. 解释程序（python）：每次执行都要重新翻译

计算机的性能指标

1. 机器字长：进行一次整数运算，所能处理的最大位数
2. 主存容量：= MAR * MDR
   1. 1 字：根据计算机可变：32位计算机（1字 = 4字节）、64位计算机（1字 = 8字节）
   2. 1字节 = 1B = 8bit
3. CPU性能
   1. 时钟周期：执行一个指令，需要一个时钟周期
   2. 主频：主时钟频率。主频高，完成指令的速度快
   3. CPI：平均执行速度
   4. IPS：每秒执行多少条指令
   5. FLOPS：每秒执行多少次浮点运算
4. 数据通路带宽：硬件部件之间传递信息的效率
5. 运算速度
   1. 吞吐：单位时间内发生IO的数量
   2. 响应时间：发消息到接收到反馈的时间
6. 不能单独以上诉某个指标，来衡量计算机性能的好坏
   1. 使用环境：主要做视频，显卡；主要科研：IPS，FLOPS
   2. 主频大的，要看CPI
   3. 主频，CPI一样还要看指令系统：支持乘法的 要比 只支持加法的 快