计算机组成原理（计算机硬件）

/*
1.2.1——计算机硬件的基本组成

存储程序：将指令以二进制代码的形式事先输入计算机的主存储器。

早期冯诺依曼机：输入设备->运算器->存储器->控制器->输出设备

在计算机系统中，软件和硬件在逻辑上是等效的

冯诺依曼机的特点：
   1、计算机由五大部件组成
   2、指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访
   3、指令和数据用二进制表示
   4、指令由操作码和地址码组成
   5、存储程序
   *6、以运算器为中心

现代计算机：以存储器为中心

硬件：
1、主机 = CPU（运算器 + 控制器） + 主存储器
2、I/O设备 = 输入/输出设备 + 辅存

/*
1.2.2认识各个硬件部件

   1、主存储器 = 存储体 + MAR + MDR
       MAR：存储地址寄存器
       MDR：存储数据寄存器
       *现在计算机通常把MAR、MDR放在CPU中

数据在存储体内按地址存储

       存储单元：每个存储单元存放一串二进制代码
       存储字（word）：存储单元中二进制代码的组合
       存储字长：存储单元中二进制代码的位数
       存储元：存储二进制的电子元件，每个存储元可存1bit
           例：
               MAR=4位->总共有2的4次方个存储单元
               MDR=16位->每个存储单元可存放16bit，1个字（word）= 16bit

易混淆：
                   一个字节 = 8bit
                   1B = 1个字节/1b = 1bit

   2、运算器的基本组成
       运算器：用于实现算术运算、逻辑运算

ACC：累加器，用于存放操作数，或运算结果
       MQ：乘商寄存器，在乘除运算时，用于存放操作数或运算结果
       X：通用寄存器，用于存放操作数
       *ALU：算术逻辑单元，通过内部复杂的电路实现算术运算、逻辑运算

3、控制器的基本组成
       *CU：控制单元，分析指令，给出控制信号
       IR：指令寄存器，存放当前执行的指令
       PC：程序计数器，存放下一条指令地址，有自动加一功能

完成一条指令：取指令PC -> 分析指令IR -> 执行指令CU

4、计算机的工作过程
初始：指令、数据存入主存，PC指向第一条指令
从主存中取指令放入IR、PC自动加1、CU分析指令、CU指挥其他部件执行指令
*/

/*
1.2.3计算机的层次结构

   1、
   软件：   虚拟机器M4（高级语言机器）：用编译程序翻译成汇编语言程序
           ↓
           虚拟机器M3（汇编语言机器）：用汇编程序翻译成机器语言程序汇编语言指令和机器语言指令一一对应
           ↓
           虚拟机器M2（操作系统机器）：向上提供“广义指令”（系统调用）
               ↓
   **硬件：   传统机器M1（用机器语言的机器）：执行二进制机器指令
               ↓
               微程序机器M0（微指令系统）：由硬件直接执行微指令

2、三种级别的语言
   高级语言（C++、Java）——>汇编语言：助记符 ——> 机器语言：二进制代码
           ↓
           ↓解释程序（解释器）：JavaScript、Python、Shell
       二进制语言

编译程序：
       将高级语言编写的源程序全部语句一次性全部翻译成机器语言程序，而后再执行机器语言程序（只需翻译一次）
   解释程序：
       将源程序的一条语句翻译成对应于机器语言的语句，并立即执行。紧接着再翻译下一句（每次执行都需要翻译）

/*
1.3计算机的性能指标
   1、存储器的性能指标
       MAR位数反应存储单元的个数
       MDR位数 = 存储字长 = 每个存储单元的大小
           例子：MAR为32位，MDR为8位
               总容量 = 2^(32) * 8 bit = 4GB

存储器容量：K:2^10 M:2^20 G:2^30 T:2^40

2、CPU的性能指标*****
       CPU主频：CPU内数字脉冲信号震荡的频率
           CPU时钟周期（单位：微秒、纳秒、秒）
           CPU主频（时钟频率）= 1 / CPU时钟周期（单位：Hz）

CPI：执行一条指令所需的时钟周期数
不同的指令，CPI不同，甚至相同的指令，CPI也可能有变化

*CPU执行时间（整个程序的耗时）= CPU时钟周期数/主频 = （指令条数 * CPI）/主频

IPS：每秒执行多少条指令
IPS = 主频/平均CPI

FLOPS：每秒执行多少次浮点运算

KIPS/MIPS KFLOPS/MLOPS/GMLOPS/TFLOPS
注：运算速度：K = 10^3 M = 10^6 G = 10^9 T = 10^12

3、系统整体的性能指标
（1）数据通路带宽
数据总线一次所能并行传送信息的位数（各硬件通过数据总线传输数据）

（2）吞吐量
系统在单位时间内处理请求的数量

（3）响应时间
           指从用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求做出响应并获得它所需要的结果的等待时间
   4、系统整体的性能指标（动态测试）
       基准程序是用来测量计算机处理速度的一种实用程序

问：主频高的CPU一定比主频低的CPU快吗？
           不一定，如A的主频为2GHz，平均CPI=10；B的主频为1GHz，平均CPI=1
       问：若A、B两个CPU的平均CPI相同，那么A一定更快吗？
           不一定
       问：基准程序执行得越快说明机器性能越好吗？
           基准程序中的语句存在频度差异，运行结果也不能完全说明问题
*/

计算机组成原理（计算机硬件）相关推荐

计算机组成原理——计算机硬件组成原理（冯诺依曼和现代计算机）
冯诺依曼体系(以运算器为核心) 冯诺依曼体系的特点: 1.计算机硬件系统由五大部件,即存储器,运算器,控制器,输入设备,输出设备组成 2.计算机采用二进制形式表示信息 3.采用存储程序*的工作方式缺 ...
计算机控制器代表硬件,计算机组成原理:计算机硬件系统
计算机硬件系统是指构成计算机的所有实体部件的集合,通常这些部件由电路(电子元件).机械等物理部件组成,它们都是看得见摸得着的,故通常称为硬件,它是计算机系统的物质基础. 绝大多数计算机都是根据冯·诺依 ...
计算机组成原理——计算机硬件的主要性能指标
计算机硬件的主要性能指标 1.机器字长 CPU一次能处理数据的位数,与CPU中寄存器位数有关 (一般而言,机器字长越长,机器性能越好) 2.运算速度主频核数:每个核支持的线程数吉普森算法:指令的 ...
计算机组成原理-算术逻辑单元ALU
先前的记录: 计算机组成原理-计算机硬件的基本组成计算机组成原理-计算机的功能部件及层次结构计算机组成原理-计算机性能指标计算机组成原理-数制与编码(进制转换) 计算机组成原理-定点数的表示和运 ...
成贤学院计算机组成原理,东南大学成贤学院计算机硬件课程设计报告解读.doc...
计算机硬件课程设计设计报告学号姓名:王宇学号姓名:杜冰 2015年10月29日一.课题名称: 微程序控制模型计算机的设计二.实验目的: 1．运用"计算机组成原理"和&q ...
第一章计算机系统概述 1.2.1 计算机硬件的基本组成 [计算机组成原理笔记]
第一章计算机系统概述 1.2.1 计算机硬件的基本组成本笔记参考书目: 计算机组成原理(第六版.立体化教材)白中英.戴志涛 2021王道计算机组成原理视频公开课本节重点: 冯诺依曼机结构现代计 ...
【计算机组成原理】计算机硬件的基础组成、认识各个硬件部件
计算机组成原理(一) 计算机内部是通过电信号传递数据电信号:分为高电平和低电平,分别代表1/0 数字.文字.图像如何用二进制表示? CPU如何对二进制数进行加减乘除? 如何存储这些二进制数的? 如何 ...
计算机组成原理孙启良,[计算机硬件及网络]第1章概论计算机的基本组成.ppt
[计算机硬件及网络]第1章概论计算机的基本组成图中可以看到的计算机系统的 7 层结构.在不同层次之间的关系表现为: 上面的一层是建立在下一层的基础上实现出来的,实现的功能更强大,更接近人解决问题 ...
(王道计算机组成原理)第一章计算机系统概述-第二节：计算机硬件组成(存储器、运算器和控制器概述及计算机工作过程详解)
王道考研复习指导获取:密码7281 专栏目录首页:[专栏必读]王道考研408计算机组成原理万字笔记.题目题型总结.注意事项.目录导航和思维导图文章目录本节思维导图一:计算机层次结构 (1)冯诺依 ...
成贤学院计算机组成原理,东南大学成贤学院计算机硬件课程设计报告.doc
东南大学成贤学院计算机硬件课程设计报告计算机硬件课程设计设计报告学号姓名:王宇学号姓名:杜冰 2015年10月29日一.课题名称: 微程序控制模型计算机的设计二.实验目的: 1．运用&q ...

计算机组成原理（计算机硬件）

计算机组成原理（计算机硬件）相关推荐

最新文章

热门文章