学习笔记 2021-03-08 计算机组成原理 计算机系统概论

计算机系统

• 计算机系统由硬件和软件组成。软件可以分为系统软件和应用软件（应用程序）。
• 计算机系统的层级结构：由硬件部分和软件部分组成，硬件研究的主要对象是微程序机器M₀和传统机器M₁，软件研究的主要对象是虚拟机，自下而上分别对应：操作系统机器（用机器语言解释操作系统），汇编语言机器（用汇编程序将汇编语言翻译成机器语言）和高级语言机器（用编译程序将高级语言翻译成汇编语言）。但随着目前集成电路的不断发展，软硬件分界线向上发展，比如一些操作系统可以固化到只读存储器里，可以用硬件来实现软件功能。
• 计算机的的结构可以指计算机能不能进行乘法运算，而计算机的组成则是指这个计算机是用什么方式达成乘法指令。相同结构的计算机可能拥有不同的组成。一种计算机的结构可以维持很多年，但是随着技术的发展，组成会发生变化。

计算机的基本组成

运算器：完成运算，并暂存运算结果。
存储器：存放数据和程序。
控制器：控制指挥程序和数据的输入和运行，以及处理运算结果。
输入设备：把人类熟悉的信息形式转化为机器熟悉的。
输出设备：把机器熟悉的信息形式转化为人类熟悉的。

• CPU（中央处理器）
  • 运算器：ALU（算数逻辑单元）,ACC（累加器）,X（操作数寄存器）,MQ（乘商寄存器）
  • 控制器：CU（控制单元）,IR（指令寄存器）,PC（程序计数器）
• 主存储器
  • 存储体M，MDR（存储器数据寄存器）,MAR（存储器地址寄存器）
• I/O设备

计算机工作过程：

1. 取指阶段：
   PC–>MAR–>M–>MDR–>IR
2. 分析阶段：
   OP(IR)–>CU,Ad(IR)–>MAR
3. 执行阶段

计算机硬件的技术指标

• 机器字长：CPU一次能处理数据的位数。
• 存储容量（包括主存容量和辅存容量）：存储容量=存储单元个数（2^MAR的位数)*存储字长（MDR的位数）
• 运算速度：可用衡量单位有MIPS（百万条指令每秒），CPI（执行一条指令所需时钟周期），FLOPS（浮点运算次数每秒）