计算机组成原理--第一章复习

1.计算机硬件的基本组成

1.1早期冯诺伊曼机

1.1早期冯诺伊曼机

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1.1.1各部分作用

输入设备：将计信息换成机器能够识别的形式

存储器：存放数据和程序

运算器：实现算数运算和逻辑运算

输出设备：将结果转换成人们熟悉的形式

控制器：指挥程序运行（控制器可以解析存储器中的指令）

！！！！在计算机系统中，软件和硬件在逻辑上是等效的

1.1.2冯诺伊曼计算机的特点

1.有五大部件组成

2.数据和指令以同样的地位在存储器中，可按地址寻访

3.数据和指令可以用二进制表示

4.指令由操作码和地址码组成

5.以运算器为中心

6.存储程序

（冯诺伊曼体系首次提出了存储程序的概念）

1.2现代计算机结构

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1.2.1 现代计算机结构和早期冯诺伊曼结构的区别

现代计算机以存储器为中心，早期冯诺伊曼结构以运算器为中心（现代计算机效率比后者要高）

1.2.2计算机硬件组成

1.3主存储器的基本组成

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主存储器分为三部分：存储体，MAR，MDR三部分组成

MAR：存储地址寄存器

MDR：存储数据寄存器

1.3.1存储体

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存储体里面有存储单元，每个存储单元都有各自对印的地址，存储单元内存放着一串二进制代码。

存储单元：每个存储单元都存放着一串二进制代码

存储字：存储单元中二进制代码的组合（存储单元的信息）

存储字长：存储单元中的二进制代码的位数（存储字的位数）

存储元：即存储二进制的电子元件（电容），每个存储元可存1bit

1.4运算器的基本组成

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运算器作用：用来实现逻辑运算和算数运算

ALU:算数逻辑单元，通过内部复杂的电路来实现算数运算和逻辑运算

1.4.1运算器的部件 部件名称作用加减乘除法ACC累加器存放操作数或者运算结果被加数，和被减数，差乘积高位被除数，余数MQ乘商寄存器（乘除）存放操作数或运算结果乘数，乘积低位商X通用的操作数寄存器存放操作数加数减数被乘数除数

1.5控制器

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控制器由：CU，IR，PC三部分组成

CU：（Control Unit）控制单元，有分析指令，发出控制信号

IR：（Instruction Register）指令寄存器，存放当前要执行的指令

PC：（Program Counter）程序计数器，存放下一条要执行的指令，有自动加一的功能

2.计算机系统软件和应用软件

2.1软件的分类

软件一般分为两大类：系统软件和应用软件

系统软件：管理计算机系统的硬件资源，向上层应用程序提供服务

应用软件：按照场景需要编制成各种程序，直接为用户提供服务

2.2软件语言的分类和特点

软件语言分为：机器语言（二进制），汇编语言，高级语言

2.3高级语言的区别 编译型语言解释型语言共同点高级语言都有词法分析，语法分析，语义分析不同点语言代表C/C++，Java等Python等译言翻译编译器解释器目标程序能否直接执行能否翻译程序是否参与执行编译器不参与执行解释器参与执行特点可移植性差，效率高效率低，可移植性强

2.4软件和硬件的逻辑功能等价性

同一个功能既可以用软件来实现也可以用硬件来实现。

2.5计算机系统的层次结构

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M0 ：微程序机器（执行微指令）

M1：传统机器（执行机器语言）

M2：操作系统机器（向上提供广义指令）

M3：汇编语言机器（执行汇编语言）

M4：高级语言机器（执行汇编语言）

3.存储器的性能指标

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MAR的位数反映存储单元的个数，MDR的位数=存储字长=每个存储单元的大小

总容量=存储单元的个数*存储字长（bit）

例如：有一个MAR位数为32，MDR位数为9的存储器则总容量：2^32*9bit

3.1CPU的性能指标

CPU主频：cpu内部的数字脉冲信号振荡频率

时钟周期：每一个脉冲信号的时间（时钟周期=1/CPU主频）

CPI：（平均）执行一条指令需要几个时钟周期

IPS:每秒执行多少条指令

FLOPS：每秒执行多少次浮点运算

执行一条指令的耗时=CPI*CPU时钟周期

每秒执行多少条指令=主频/CPI

数据通道带宽：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：单位时间内系统处理请求的数量

响应时间：发出请求到做出相应的时间

描述频率速率时候：KMGTPEZ（按10^3递增）