计算机组成原理个人总结(1)
计算机系统概述
- 计算机系统概述
- 计算机的分类
- 数字计算机:
- 计算机的性能指标
- 计算机的硬件
- 手工模仿计算机工作
- 冯·诺依曼型计算机
- 计算机的组成结构
- 运算器
- 存储器
- 控制器
- 计算机系统的层次结构
计算机系统概述
计算机的分类
电子模拟计算机和电子数字计算机
数字计算机:
数字计算机根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分,可以划分为两类:
专用计算机:专用机是最有效、最经济和最快速的计算机,但是它的适应性很差。
通用计算机:通用计算机适应性很大,但是牺牲了效率、速度和经济性。
通用计算机分类 :超级计算机、大型机、服务器、PC机、单片机和多核机六类。
计算机的性能指标
吞吐量 :表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量。
吞吐时间:表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度量,用时间单位来度量。
利用率:在给定的时间间隔内系统被实际使用的时间所占的比率,用百分比表示。
处理机字长:指处理机运算器中一次能够完成二进制数运算的位数,如32位、64位。
总线宽度:一般指CPU中运算器运算器与存储器之间进行互连的内部总线二进制位数。
存储器容量:存储器中所有存储单元的总数目,通常用KB,MB,GB,TB来表示。
存储器宽度:单位时间内从存储器读出的二进制数信息量,一般用字节数/秒表示。
主频/时钟周期:CPU的工作节拍受主时钟控制,主时钟不断产生固定频率的时钟,主时钟的频率(f)叫CPU的主频。度量单位是MHz(兆赫兹)、GHz(吉赫兹)。
主频的倒数称为CPU时钟周期(T), T=1/f,度量单位是us、ns。
CPU执行时间 表示CPU执行-般程序所占用的CPU时间,可用下式计算:
CPU执行时间=CPU时钟周期数XCPU时钟周期
CPI 表示每条指令周期数,即执行一条指令所需的平均时钟周期数。用下式计算:
CPI=执行某段程序所需的CPU时钟周期数:程序包含的指令条数
MIPS (Million Instructions Per Second)的缩写,表示平均每秒执行多少百万条定点
指令数,用下式计算:
MIPS=指令数+ (程序执行时间X10%)
FLOPS (Floating point Operations Per Second)的缩写,表示每秒执行浮点操作的次
数,用来衡量机器浮点操作的性能。用下式计算:
FLOPS=程序中的浮点操作次数:程序执行时间(s);
计算机的硬件
手工模仿计算机工作
冯·诺依曼型计算机
计算机的组成结构
运算器
- 算术运算和逻辑运算
- 在计算机中参与运算的数是二进制的
- 运算器的长度一般是8、16、32或64位
存储器
- 存储数据和程序(指令)
- 容量(存储单元、存储单元地址、容量单位)
- 分类内存(ROM、RAM)、外存
控制器
指令和程序:指令的形式(操作和地址码、存储程序的概念、指令中程序和数据的存放、指令系统)
指令和数据存储
控制器的基本任务:按照一定的顺序一条接着一条取指令、指令译码、执行指令。取指周期和执行周期
计算机系统的层次结构
- 第一级是微程序设计级。这是一个实在的硬件级,它由机器硬件直接执行微指令。
- 第二级是一般机器级,也称为机器语言级,它由微程序解释机器指令系统。这一级也是硬件级。
- 第三级是操作系统级,它由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成,广义指令是操作系统定义和解释的软件指令,所以这一级也称为混合级。
- 第四级是汇编语言级,它给程序人员提供一种符号形式语言,以减少程序编写的复杂性。
- 第五级是高级语言级,它是面向用户的,为方便用户编写应用程序而设置的。这一级由各种高级语言编译程序支持和执行。
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