计算机组成整理(第一章)

计算机系统概论

计算机的发展历程

  1. 硬件的发展
时代计算机发展软件发展
电子管时代数据处理机机器语言
晶体管时代工业控制机高级语言、OS有了雏形
中小规模集成电路时代小型计算机分时OS出现
超大规模集成电路时代微型计算机微处理器出现,并行、高速缓存出现
  1. 元件的更新换代
    摩尔定律、半导体存储器的快速发展以及微处理器的发展。
  2. 计算机的分类
    电子模拟计算机与电子数字计算机。
    数字计算机根据适用性分为专用与通用两类。
    按照计算机大小划分,一般可分为巨型、大型、小型、微型、单片机,其体积、功耗、性能、数据存储量、指令系统复杂程度、价格依次降低。

计算机系统层次结构

  1. 硬件组成
    五大部件:存储器、运算器、控制器、输入输出设备(I/O)。
    其中,运算器中主要是ALU,且一定包含累加器(ACC)、操作数寄存器(X)、商乘寄存器(MQ),此外还包含基址寄存器(BX)、状态位寄存器(PSW)、变址寄存器(IX)等。
    控制器由程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、控制单元(CU)组成。
    存储器用于存储数据与程序,包括存储体、数据寄存器(MDR)、地址寄存器(MAR),其中MAR与MDR存在于CPU内。
    现代计算机中一般将运算器和控制器合在同一板上,统称为中央处理器(CPU)。一般将CPU+主存称为主机,其他称为外部设施(外设)。

  2. 软件分类
    按功能,系统软件与应用软件。(注意区别DBMS与DBS即可)
    不同级别的语言
    机器语言、汇编语言、高级语言
    机器语言是计算机唯一可直接识别与执行的。
    三者之间的关系大致如图

高级语言汇编语言机器语言编译汇编汇编高级语言汇编语言机器语言

要理解三者的关系。

  1. 计算机工作过程
    理解即可,不必强求概念。

  2. 计算机多层之间关系

层级执行方式
高级语言层高级语言编译程序虚拟机
汇编语言层汇编程序执行虚拟机
操作系统层机器指令和广义机器指令虚拟机、混合层
机器语言层微程序解释器指令硬件层
微程序机器层硬件执行硬件层

这里的虚拟机在其他地方也类似的提到过,指的是上层不关心下层如何实现,下层的细节对上层而言是透明的。

  1. 软件与硬件的逻辑等价性。
    指的是软件能实现的功能、硬件也能实现;反之也成立。换句话说,二者在逻辑上是等价的。

  2. 计算机系统
    计算机系统包括硬件系统与软件系统两大部分。灵活性上,软件大于硬件;效率上,硬件大于软件。

计算机的性能指标

  1. 机器字长
    指计算机一次整数运算能处理的二进制位数。
  2. 数据通路带宽
    这个貌似题目里面没有见到
  3. 主存容量
    容易理解
  4. 运算速度
    吞吐量与响应时间
    主频与CPU时钟周期二者互为倒数 一个单位是HZ,一个是s
    CPI 平均一条指令所需的时钟周期数
    CPU执行时间=CPU时钟周期数/主频 =指令条数*CPI/主频(影响因素)
    MIPS,MFLOPS,GFLOPS,TFLOPS
    MIPS = 指令条数/执行时间/10^6 = 主频/CPI

总结

写的有点多、感觉抓不到重点了,下次应在做完题之后再整理,应该会好一些。

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