计算机组成原理----概论

柔光的暖阳◎ 2022-12-08 04:41 161阅读 0赞

### 1、存储程序的概念（冯诺依曼计算机的特点） ###

（1）计算机（指硬件）应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成；  
（2）计算机内部采用二进制来表示指令和数据；  
（3）将偏好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作，这就是存储程序的基本含义；

### 2、计算机硬件组成 ###

主机：中央处理器（CPU）+主存储器；  
CPU=运算器+控制器；  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2dldHNfcw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
**计算机的主要部件**

1、输入设备  
输入设备的任务是把人们编好的程序和原始数据送到计算机中，并将他们转换成计算机内部能识别和接受的信息方式。  
2、输出设备  
输出设备的任务是将计算机的处理结果以数字、字符（汉字）、图形、图像、声音等形式送出计算机。  
3、存储器  
存储器是用来存放程序和数据的部件。  
4、运算器  
运算器是对信息进行处理和运算的部件。  
5、控制器  
计算机的指挥中心，按照人们预先确定的操作步骤，控制整个计算机的各部件有条不紊地自动工作

### 3、总线结构 ###

总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路，它能分时地发送与接受各部件的信息。（最简单的总线结构是单总线结构）；  
**地址总线（Address Bus）**:由单方向的多根信号线组成，用于CPU向主存、外设传输地址信息；  
**数据总线（Data Bus）**:由双方向的多根信号线组成，CPU可以沿这些线从主存或外设读入数据，也可以沿这些线向主存或外设送出数据；  
**控制总线（Control Bus）**:它传输的是控制信息，包括CPU送出的控制命令和主存（或外设）返回CPU的反馈信号；

### 4、计算机系统的多层级结构 ###

现代计算机系统是一个硬件与软件组成的综合体，可以把他看作按功能划分的多层次结构；  
第0级：硬联逻辑级  
是计算机的内核，由门、触发器等逻辑电路组成  
第1级：微程序级  
这级的机器语言是微指令集，用微指令编写的微程序一般是直接由硬件执行的  
第2级：传统机器级  
这级的机器语言是该机的指令集，用机器指令编写的程序可以由微程序进行解释  
第3级：操作系统机器级  
从操作系统的基本功能来看，一方面它要直接管理传统机器中的软硬件资源，另一方面它又是传统机器的延伸  
第4级：汇编语言机器级  
这级的机器语言是汇编语言，它完成汇编语言翻译的程序称为汇编语言  
第5级：高级语言机器级  
这级的机器语言是各种高级语言，通常用编译程序来完成高级语言翻译工作  
第6级：应用语言机器级  
这一级是为了使计算机满足某种用途而专门设计的，因此这一级语言就是各种面向问题的应用语言  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2dldHNfcw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

### 5、计算机的主要技术指标 ###

###### 1、机器字长 ######

机器字长是指参与运算的数的基本单位，它是由加法器、寄存器的位数决定的。

###### 2、数据通路宽度 ######

数据通路宽度是指数据总线一次所能并行传送信息的位数。

###### 3、主存容量 ######

主存容量是指主存储器所能存储的全部信息量。

###### 4、运算速度 ######

运算速度与机器的主频、执行什么样的操作、主存本身的速度等许多因素有关。  
（1）吞吐量和相应时间  
吞吐量是指系统在单位时间内处理请求的数量；  
响应时间包括CPU时间与等待时间的总和。  
（2）主频和CPU时钟周期  
CPU的主频又称时钟频率，表示在CUP内数字脉冲信号振荡的速度。  
主频的倒数就是CPU的时钟周期，是CPU中最小的时间元素；  
（3）CPI和IPC  
CPI(Cycles per Instruction)是指每条指令执行所用的时钟周期数；  
IPC(Instryction per Cycles)是指每个时钟周期执行的指令数；  
IPC=1/CPI;  
（4）CPU执行时间  
![在这里插入图片描述][20200919181224780.png_pic_center]  
（5）MIPS和MFLOPS  
MIPS(Million Instruction per Second)表示每秒执行多少百万条指令  
![在这里插入图片描述][2020091918160183.png_pic_center]  
MFLOPS(Million Floating-point Operations per Second)表示每秒执行多少百万次浮点运算  
![在这里插入图片描述][20200919181845706.png_pic_center]  
MFLOPS适用于衡量向量机的性能

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