计算机组成原理--01
文章目录
1.1
软硬件发展:
硬件的发展:
- 第一台电子数字计算机:ENIAC(电子管时代)
- 第一台晶体管线路计算机:TRADIC,面向过程语言:FORTRAN,(晶体管时代)
- 有了高级语言,开始有了分时操作系统(中小规模集成电路时代)
- 产生了微处理器,新概念:并行,流水线。高速缓存,虚拟存储器(大规模,超大规模集成电路时代)
微处理器的发展以微处理器技术为标志
机器字长: 计算机一次整数运算所能处理的二进制位数。
操作系统的位数: 其所依赖的指令集的位数。
摩尔定律:
软件的发展:
语言的发展:
- 机器语言,汇编语言
- 科学计算,工程计算语言:FORTRAN
- 模块化语言:PASCAL
- 面向对象语言:C++
- 高级语言:Java
操作系统的发展:
- DOS
- Unix
- Windows
计算机分类与发展方向:
计算机的分类方法:
- 按照实现方式和应用方向分类:
- 按照指令流和数据流:
- 单指令流&单数据流(SISD):冯诺依曼体系结构。
- 单指令流&多数据流(SIMD):阵列处理器,向量处理器
- 多指令流&单数据流(MISD):实际上不存在
- 多指令流&多数据流(MIMD):多处理器,多计算机
计算机发展方向
两极分化(轻便,提供强大算力)
1.2
系统结构
CPU及其工作过程
CPU的结构
- 运算器:
- MQ:乘商寄存器
- ACC:累加器
- ALU:算术逻辑单元(组合逻辑设计方式)
- X:通用寄存器
- PSW:程序状态字寄存器
- 控制器
- CU:分析指令,给出控制信号。(时序逻辑设计方式)
- IR:指令寄存器,存放当前执行的指令。
- PC:地址寄存器,存档指令地址,有自动加1功能
指令执行过程
IO设备
- 输入设备
- 鼠标
- 键盘
- 输出设备
- 普通显示器
- 打印机
- 触摸屏(既是输入又是输出设备)
- 辅助存储器
- 光盘(储存模拟信号比较好)
- 固态硬盘,机械硬盘
- USB
软件系统
系统软件
管理整个计算机系统,使系统资源得到合理调度
- 操作系统(OS)
- 数据库管理系统(DBMS)
- 语言处理程序(底层语言-汇编等)
- 等等
应用软件
完成用户的特定任务,使用系统软件提供的资源接口
计算机编程语言
- 机器语言:二进制代码
- 汇编语言:助记符(汇编器(也叫汇编程序)实现 :汇编语言->机器语言----汇编)
- 高级语言:C/C++,Java(编译器实现:高级语言->机器语言----编译)
-
- 编译器:编译程序(整块代码一起编译),解释程序(一句一句编译)
五层结构
冯诺依曼计算机:(以运算器为中心)
“存储程序”:
- 将指令以代码的形式事先输入到计算机主存储器中
- 按其在存储器中的首地址,执行程序的第一条指令
- 按照程序的规定顺序执行其他指令,直到结束。
层次结构-2储存器
辅助存储器(辅存,外存)
- 可以理解为一种I/O设备
主存、内存
主存结构
储存体
1.3
性能指标
容量
储存总容量 = 存储单元个数 * 存储字节长 bit =存储单元个数 * 存储字长/8 Byte 1 Byte = 8 bit
**系统能支持的最大容量 = 2^n * 储存字长(n表示n位地址) **
常见单位
速度
CPI
机器字长: 机器进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数。
CPU时钟周期
CPU时钟频率(主频)= 1/CPU时钟周期
CPI: 执行一条指令所需的时钟周期数。
一条指令所需的时钟周期数= CPI * CPU时钟周期
整个程序耗时 = 平均CPI * 指令条数 * CPU时钟周期
MIPS等
MIPS: 每秒能执行多少百万条指令
** 数据通路带宽: ** 数据总线一次所能并行传送的位数。
** 吞吐量:** 系统在单位时间内处理请求的数量。
** 响应时间:** 用户向计算机发送一个请求,到系统对请求做出响应并访问他所需要的结果的等待时间。