计算机组成原理王道网课学习笔记

1.1计算机的发展

1.2.1计算机硬件的基本组成

“存储程序”是指将指令以二进制的形式事先输入计算机的主存储器，然后按其在存储器的收气质执行程序的第一条指令，以后就按该程序的规定顺序执行一塔指令，直至程序执行结束。

冯诺依曼计算机的特点

①计算机由五大部件组成；（I/O设备，存储器，运算器，控制器）

②指令和数据以同等地位存储于存储器，按地址访寻；

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（操作码：说明这条指令要进行的是什么操作？加or减，地址码：指明要进行操作的数据存放的地址）；

⑤存储程序（将要执行的程序提前存储到存储器中）；

⑥以运算器为中心（I/O设备与存储器之间的数据传送通过运算器完成）

也正是它因为I/O设备和存储器的数据传输都需要运算器作为媒介，所以让它的运算效率大大降低，现代计算机则改良了这一问题。

1.2.2 各个硬件的工作原理

主存储器的基本组成

MAR的位数反映存储单元的个数

MDR位数=存储字长

比特（bit）：又称为“位元”，简称为“位”。比特是计算机中存储、运算和传输信息的最小单位。通常用 b 表示比特。

字节（Byte）：又称为“位组”，是二进制信息的计量单位。字节是固定单位，不会随架构而变化，即1个字节一定等于8个比特。通常用 B 表示字节。

字（word）：表示 CPU 中被处理信息的单位，它被用来度量各种数据类型的宽度。不同的计算机，字的长度和组成不一定相同。

字长（The number of bits or digits in a word / word size / word width / word length）：指 CPU 一次能处理的二进制数据的宽度，通常是指 CPU 内部用于整数运算的数据通路的宽度。所以说字长等于 CPU 内部总线的宽度 = CPU 内部运算器的位数 = CPU 通用寄存器的宽度。。而这种不加前缀的“字长”，通常就是指机器字长。比如64位的 CPU 能同时对两个64位的二进制数进行相加运算。

机器字长：CPU 一次运算处理的二进制数据的位数。
指令字长：CPU 指令字的位数。
数据字长：CPU 数据存储所占用的位数。
存储字长：存储器中一个存储单元（存储地址）所存储的二进制代码的位数，即存储器中的 MDR 的位数。

1 字 = 16 / 32 / 64 bit (具体得看计算机的结构是什么样的)

1 字节 = 8 位 （1 Byte = 8 bit）

运算器的基本组成

控制器的基本组成

计算机的工作过程

1.2.3 计算机系统的层次结构

M4：高级语言机器（执行高级语言）

M3：汇编语言机器（执行汇编语言）

M2：操作系统机器（向上提供广义指令）

M1：传统机器（执行机器语言指令）

M0：微程序机器（执行微指令）

三种级别的语言

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)

注：编译、汇编、解释程序，可统称为“翻译程序”

1.3 计算机的性能指标

一些基础的单位换算：

1 TB = 2^10 GB                1 GB = 2^10 MB

1 MB = 2^10 KB                1 KB = 2^10 B                1 B = 8 bit

CPU主频：CPU内数字脉冲信号振荡的频率。（理解为做广播体操时的节拍）CPU主频=1/CPU时钟周期（HZ）

CPI（Clock cycle Per Instruction）：执行一条指令所需的时钟周期（例如上述的例子执行取数指令需要九个步骤完成，乘法指令需要十一个步骤完成。并且对于不同的C[U来说，即使是相同的指令也会因为执行方式的不同，CPI也会不同。综上所述，不同的指令，CPI不同，甚至相同的指令，CPI也可能会有变化）

执行一条指令的耗时 = CPI * CPU时钟周期

CPU的执行时间（整个程序的耗时） = CPU时钟周期数 / 主频 = （指令条数 * CPI） / 主频

IPS（Instruction Per Second）：每秒要执行多少条指令。IPS = 主频 / 平均CPI

FLOPS（Floating-point Operations Per Second）：每秒执行多少次浮点运算

KIPS，MIPS（千万条指令，百万条指令）

KFLOPS，MFLOPS，GFLOPS，TFLOPS。（千万，百万，亿，万亿）

（注：此处K,M,G,T为数量单位

K=Kilo=千=10^3，M=Million=百万=10^6，G=Giga=十亿=10^9，T=Tera=万亿=10^12）

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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参考：        
原文链接：https://blog.youkuaiyun.com/KCDCY/article/details/124871387（字，比特，字长，字节的定义）