计算机组成原理简单回顾1

2024年的一天晚上，具初学计算机组成原理已有几年，突然发现早已忘记。今日突然想回顾一下计算机组成原理并做了以下笔记，可以供期末复习，也可供大家找回失去的记忆回顾一下，写的过于简洁，内容多为转载各路大神内容并简化，希望能帮助大家！感谢各位大佬的作品，能够快速唤醒我的记忆。

一、计算机发展体系概述

1.五大部件：运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备。

3.冯诺依曼计算机：以运算器为核心（此时的运算器和控制器是分离的）

3.现代计算机：以存储器为核心（使得IO操作尽可能绕过CPU直接在IO设备和存储器之间完成）

• CPU是超大规模集成电路
• 摩尔定律：每18个月晶体管的数量都会翻一番，性能也会翻一番

计算机软件发展

机器语言、汇编语言、高级语言

计算机分类与发展

1.电子模拟计算机，电子数字计算机

2.用途，专用计算机和通用计算机（通用包括六种，单片机）

3.指令流数据流

• 单指令和单数据系统（SISD），冯诺依曼
• SIMD，阵列处理器和向量处理器系统
• MISD，不存在
• MIMD：多处理器计算机系统

计算机系统层次结构

1.计算机系统由硬件系统和软件系统共同构建

计算机硬件分类

2."存储程序"，指令以代码的形式实现输入到计算机中，然后按照地址访问并顺序执行指令

冯诺依曼特点：

• 运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备
• 存储程序。
• 以运算器为中心。
• 指令和数据用二进制的形式存储。
• 指令和数据以同等地位存储与存储器之中，可按照地址寻址。
• 指令由操作码和地址码组成。

3.计算机的功能部件：主存，控制器，运算器

工作过程，初始从指令、数据存储到主存中，PC指向第一条指令，主存中取指令放入IR，PC自动加1，CU分析指令指挥其他部件执行指令，

主存：（概念：存储元，存储单元，存储字，存储字长，地址）

MDR：数据寄存器，指明要读写哪个存储单元，，其位数表示存储单元的数量。

MAR：地址寄存器，用于暂存要读写的数据，其位长被称为存储字长

运算器：

ACC：：加法寄存器，存放操作数（被加数），和运算结果

MQ：乘商寄存器，进行乘，除法的时候用得到（乘数、商、乘积低位）

ALU：运算逻辑单元，用电路实现各种算数运算和逻辑运算

X：通用寄存器，存储操作数

控制器：

CU:控制单元，分析指令，给出控制信号

IR:指令寄存器，用于存放当前执行的指令

PC:程序计数器，存放下一条指令的地址

4.五大部分

输入设备：将外部信息以计算机能够读懂的方式输入：键盘鼠标

输出设备：将计算机处理的结果，以人所能接受的方式输出：屏幕，打印机

存储器，存储器分为主存储器（内存储器，可被CPU直接访问），辅助存储器（外部存储器，帮助主存存储更多信息，通常要将信息导入到主存储器中才可以被CPU使用）。主存储器按照存储单元进行存取，又称为按地址存取方式（相联存储器不仅可以按地址，也可以按内容存取，所以又称为按内容存取寄存器）

主存储器由，MAR，MDR、存储体，时序控制逻辑组成。MAR存放访存地址，经过编译后，能够找到对应的存储单元，MDR是存储器与外部设备的中介，用于暂存从存储器中要读写的信息。数据在存储体内按地址存储。时序控制逻辑用于残生存储器操作所需的各种时序信号，MDR，MAR在CPU中。

运算器，计算机运算单元，用于算术运算和逻辑运算，核心是（算术逻辑控制器）

控制器：计算机的智慧中心，指挥各个部件自动协调进行工作，一般将运算器和控制器集成在同一个芯片上，被称为中央处理器（CPU），CPU和主存储器共同构成主机，其他的则称为外设。

计算机软件分类

计算机软件分为系统软件和应用软件

• 系统软件包括 操作系统，数据库管理系统，语言处理系统(比如编译器)，分布式软件系统，网络软件系统，标准库系统，服务性系统(比如连接程序)。
• 应用软件包括各种科学计算类程序，工程设计类程序，数据统计与处理程序。
• （数据库系统包含数据库管理系统，所以数据库系统并不是系统软件）

机器语言，汇编语言，高级语言（机器语言是计算机唯一可以直接识别执行的语言）

高级语言转换汇编语言------编译

汇编语言转换机器语言------汇编

边翻译边执行--------------- 解析

计算器性能指标

机器字长：计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数

指令字长：一条指令字中二进制代码的位数，通常是存储字长的整数倍，要是两个存储字长则访问指令需要两个机器周期。

存储字长：等于MDR的位数，一个存储单元存储二进制代码的长度，必须是字节的整数倍。

数据字长：数据总线一次能传送信息的位数，他不等于MDR的位数

数据通路带宽：数据总线一次性能传送的信息位数。

吞吐量：评价计算机系统性能综合参数，系统在单位时间内处理请求的数量。

响应时间，用户向计算机请求，到系统做出响应需要的时间。

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CPU时钟周期：CPU中最小的时间单位，每个动作至少需要一个时钟周期数，主频倒数。

CPU周期又称为机器周期，由多个时钟周期组成 ----- 指令周期>CPU周期>时钟周期。

主频：机器内部的时间主时钟频率。

CPI （clock cycle per instruction）：执行一条命令所需要的时间周期数量

CPU性能：CPI；主频；指令条数

CPU执行时间 = CPU时钟周期数/主频 = (指令条数xCPI)/主频

IPS （instruction per second，每秒执行多少指令）主频/CPI

MPS(Million Instructions Per Second，每秒多少百万指令)

MFLOPS（每秒多少百万浮点运算）：

GFLOPS（每秒多少十亿浮点运算）：

TFLOPS（每秒多少万亿浮点运算）：