计算机组成原理 第一章 计算机系统概述

 第一章 计算机系统概述
    1.1
    1.2计算机系统层次结构
        系统组成
            硬件：实际物理装置的总称
            软件：在硬件上运行的程序和相关的数据及文档
        冯诺依曼机特点
            运算器、存储器、控制器、输入输出设备
            指令数据同等地位存储，可按地址寻访
            二进制代码
            指令由操作码和地址码组成
            指令在存储器内按顺序存放
            早期的冯诺依曼按运算器为中心，现在的计算机一般都按存储器为中心
        计算机功能部件
            CPU
                运算器
                    核心是算术逻辑单元ALU
                    还包括若干通用寄存器组，如累加器ACC乘商寄存器MQ、操作数寄存器X等
                    还有程序状态寄存器（标志寄存器）PSW，用于存放ALU运算得到的一些标志信息或处理机的状态信息，如结果是否溢出、有无产生进位或借位、结果是否为负等
                控制器
                    各部件的指挥中心，协调各部件的工作
                    程序计数器PC
                        自动加1形成下一条指令地址
                            PC的位数取决于存储器地址位数，即存储器容量
                    指令寄存器IR
                        保存当前正在执行的指令
                            IR位数取决于指令字长
                    控制单元CU
                        包括指令译码器、时序系统、微操作信号发生器等
                        核心
                    存储器地址寄存器MAR
                        存放单元地址
                            位数与PC一样
                    存储器数据寄存器MDR
                        存放向主存中写入或读出数据
                            位数取决于存储字长
            存储器
                主存
                    CPU内部寄存器>Cache>主存>辅存
                辅存
            外设
                输入
                    鼠标、扫描仪、摄像机等
                输出
                    显示器、打印机等
        五大部件之间的工作流程
            1、通过与控制器之间的信号请求，输入设备首先输入信息给存储器，这里的信息一定是包含数据和程序两者（若近有数据则不知如何操作，仅有程序不知对谁操作）
            2、控制器调用相应的指令来运行程序，然后发出相应的操作命令给运算器，控制器给出的操作数的地址，使用该地址从存储器调用操作数给运算器进行运算
            3、运算结果返回给存储器，若需要打印则通过输出设备与控制器之间的信号条，打印结果
        计算机软件分类
            系统软件
                作为系统资源提供给用户使用
                    如操作系统OS、数据库管理系统DBMS、语言处理系统分布式软件系统、网络软件系统、标准库程序、服务性程序等
            应用软件
                为解决某个应用领域中的各类问题而编制的程序
                   工程设计类程序、数据统计与处理程序等
            语言
                机器语言、汇编语言、高级语言
            翻译程序
                编译程序
                    高级语言一次性全部翻译成目标程序
                解释程序
                    翻译一句执行一句，不生成目标程序
        指令执行过程
            取指令
            分析指令
            执行指令
        计算机系统的层次结构
            M0硬联逻辑级
                计算机内核、由门、触发器等逻辑电路组成
            M1微程序级
                一般是直接由硬件执行
            M2传统机器级
                机器语言，可以由微程序解释
            M3操作系统级
                直接管理传统机器中的软硬件资源
            M4汇编语言级
                汇编语言
            M5高级语言级
                高级语言
            M6应用语言级
                为了满足某一种专门用途而设计的
        无论是以运算器还是存储器为中心
计算机结构图要会画
    1.3计算机的性能指标
        字长区分
            机器字长
                CPU一次能处理二进制数据的位数
CPU内部数据通道的宽度
            存储字长
                一个存储单元存储的二进制位数MDR
            指令字长
                指令字位数，存储字长k倍
            数据字长
                数据存储所占用的位数，数据总线一次并行传输位数
        吞吐量
            QPS
                每秒内的查询率
            TPS
                每秒内的事务数
            并发数
                系统同时处理的事务数
            响应时间
                系统平均响应时间
            公式
                并发量=QPS*平均响应时间
        时钟周期和主频
            时钟周期
                时钟发生器发出的脉冲信号做出周期变化的最短时间
            主频（时钟频率）
                1s内，震荡周期（时钟周期）的个数为时钟频率，俗称主频
                主频=1/CPU时钟周期
        CPI（每条指令执行平均时间）
            IC某个程序的所有指令条数
            TC执行某个程序所花费的时钟周期
        CPU执行时间
            CPU时钟周期数（总数）/主频=所需时间
        总线带宽
            总线带宽=总线数据传输频率*数据总线位数
            总线的带宽指的是这条总线在单位时间内可以传输的数据总量
        MIPS、MFLOPS、GFLOPS、TFLOPS
            FLOPS
                每秒所执行的浮点运算次数的英文缩写
            MFLOPS
                每秒百万个浮点操作
            GFLOPS
                每秒10亿次浮点运算数
            MFLOPS 每秒一百万
GFLOPS 每秒十亿
TFLOPS每秒万亿
PFLOPS每秒千万亿
EFLOPS每秒百亿亿
            MIPS每秒执行多少百万条指令
                MIPS=指令条数/（执行时间*10^6)
=主频/CPI