计算机组成原理 | 第一章:概论

news2024/11/13 9:28:15

文章目录

  • 📚冯诺依曼计算机的特点
  • 📚计算机硬件组成框图
  • 📚计算机硬件的主要技术指标
    • 🐇非时间指标
    • 🐇时间指标
    • 🔑计算技巧归纳
  • 📚小结
    • 🔑本章掌握要点
    • 🐇补充思考题

📚冯诺依曼计算机的特点

要背🙈,加粗为踩点重点

  • 计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成
  • 指令和数据以同等地位存放于存储器内,并可按地址寻访。
  • 指令和数据均用二进制数表示。
  • 指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
  • 指令在存储器内按顺序存放。通常,指令是顺序执行的,在特定条件下,可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。
  • 机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。

📚计算机硬件组成框图

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

  • 运算器用来完成算术运算和逻辑运算,并将运算的中间结果暂存在运算器内。
  • 存储器用来存放数据和程序。
  • 控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果。
  • 输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式。
  • 输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式。

📚计算机硬件的主要技术指标

🐇非时间指标

🥕机器字长: 指机器一次能处理的二进制位数

  • 由加法器、寄存器的位数决定
    • 一般与内部寄存器的位数相等
  • 字长越长,表示数据的范围就越大,精确度越高
    • 目前常见的有32位和64位字长

🥕总线宽度:数据总线一次能并行传送的最大信息的位数

  • 一般指运算器与存储器之间的数据总线位数
  • 有些计算机内部和外部数据总线宽度不一致

🥕主存容量:指一台计算机主存所包含的存储单元总数

  • 存储单元总数 = 存储单元个数 × 存储字长

🥕存储带宽:指单位时间内与主存交换的二进制信息量

  • 常用单位B/S(字节/秒),关注量纲

🤔例题

在这里插入图片描述

解:

  • 总线时钟频率为10MHz,得时钟周期T = 1/f,又一个总线周期占用两个时钟周期,最后时间为1/5
  • 总线带宽 = 字节/时间 = 20MB/S

🐇时间指标

🥕主频:CPU 内核工作的时钟频率

时钟周期T:也称节拍周期,是计算机中最基本的、最小的时间单位

  • 主频=外频×倍频

  • 外频:指 CPU 与主板之间同步的时钟频率

  • 倍频:CPU 主频与外频之间的倍数

🥕CPI: 一个指令需要的时钟周期数

  • 程序中所有指令的时钟周期数之和 / 程序指令总数
  • (程序中各类指令的CPI × 程序中该类指令的比例)求和在这里插入图片描述
  • IPC:每个时钟周期内所执行的指令条数,和CPI互为倒数

  • CPU性能实际影响因素:IPC × 频率

🥕MIPS:每秒钟 CPU 能执行的指令总条数

  • MIPS = 指令条数 / (执行时间 × 1 0 6 10^6 106)
  • MIPS = 指令条数 / {(所有指令的时钟周期数之和 / f) × 1 0 6 10^6 106}
  • MIPS = f / (CPI × 1 0 6 10^6 106)在这里插入图片描述

🔑计算技巧归纳

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

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📚小结

🔑本章掌握要点

  • 关注硬件框图

  • 冯诺依曼计算机的特点

  • 计算机硬件的主要性能指标

🐇补充思考题

  • 指令和数据都存于存储器中,计算机如何区分它们❓

    • 通过不同的时间段来区分指令和数据,即在取指令阶段取出的为程序,在执行指令阶段取出的为数据。
    • 通过地址来源区分,由PC提供存储单元地址的取出的是指令,由指令地址码部分提供存储单元地址的取出的是操作数。
  • 如何理解计算机组成和计算机体系结构❓

    • 计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性。
      • 例:有无乘法指令
    • 计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性。
      • 例:如何实现乘法指令
  • 如何理解计算机的层次结构❓

在这里插入图片描述

  • 汇编语言与机器语言的关系是一对一
  • 汇编语言在计算机中执行最快

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