• 计算机组成原理--------12.4---------开始


    计算机硬件的基本组成

    冯诺依曼计算机的特点

    冯诺依曼首次提出“存储程序”概念

    • 计算机由五大部件组成:I/O设备(输入输出),存储器(存放数据和程序),运算器(算术运算、逻辑运算),控制器(指挥程序运行)
    • 指令和数据以同等的地位存于存储器中,可按照地址寻访
    • 指令和数据用二进制表示:采用二进制的好处是可以很方便的用电信号来表示0和1     
    • 指令由操作码和地址码组成
    • 以运算器为中心:I/O设备与存储器之间的数据传送通过运算器完成。

    现代计算机

    现代计算机以存储器为中心

    CPU=运算器+控制器   

    主存:主存储器(内存)

    辅存:硬盘

                                              


    计算机硬件的工作原理

    主存储器的基本组成

    存储体

    由多个存储单元组成,用来存放数据

    • 存储单元:每个存储单元存放一串二进制代码
    • 存储字:存储单元中二进制代码的组合
    • 存储字长:存储单元中二进制代码的位数
    • 存储元:即存储二进制的电子元件,每个存储元可存1bit
    • 地址:每个地址对应一个存储单元

    MAR存储地址寄存器

    MAR位数反映存储单元的个数

    MDR存储数据寄存器

    MDR位数=存储字长

    CPU想读取存储器里的内容

    将地址交给MAR,MAR在存储体中找到对应的数据,交给MDR,然后CPU从MDR读取数据即可

    运算器的基本组成

    用来实现算术运算和逻辑运算

    • 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:通用的操作数寄存器,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数运算、逻辑运算

    控制器的基本组成

    • CU:控制单元,分析指令,给出控制信号
    • R: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1功能

    完成一条指令需要

    • 取指令-PC:根据指令地址取指令
    • 分析指令-IR:取出的指令放在IR中
    • 执行指令-CU:执行IR中的指令

    实例:计算机的工作过程

    第一步:取值运算a

     

     第二步:乘法运算a*b

     第三步:加法a*b+c


     计算机系统的层次结构

    编译程序:将高级语言编写的源程序全部语句一次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(每次执行都要翻译)


    计算机的性能指标

    存储器的性能指标

    总容量=存储单元个数*存储字长bit

               =存储单元个数*存储字长/8 Byte

    n个二进制位能表示出多少种不同的状态?

    • 1个二进制位:0,1
    • 2个二进制位:00,01,10,11
    • 3个二进制位:000,001,010,011,100,101,110,111
    • n个二进制位:2的n次方

    Exp:MAR为32位,MDR为8位
    总容量=2的32次方*8 bit = 4GB

    (2的30次方是1G)

    CPU的性能指标

    CPU主频:CPU内数字脉冲信号震荡的频率,10Hz指的是每秒钟有10个脉冲信号,越大越好

    CPU时钟周期:1/CPU主频

    CPI:执行一条指令所需的时钟周期数,不同的指令cpi不同,越小越好

    CPU执行时间=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,通常用来比较CPU的快慢

    FLOPS:每秒执行多少次浮点计算

    系统整体的性能指标

    数据通路带宽:数据总线一次所能并行传送信息的位数

    吞吐量:指系统在单位时间内处理请求的数量。它取决于信息能多快地输入内存,CPU能多快地取指令,数据能多快地从内存取出或存入,以及所得结果能多快地从内存送给一台外部设备。这些步骤中的每一步都关系到主存,因此,系统吞吐量主要取决于主存的存取周期。


    基准程序是用来测量计算机处理速度的一种实用程序,以便于被测量的计算机性能可以与运行相
    同的其它计算机性能进行比致。即“跑分软件”,如鲁大师


    奇偶校验码

    由若干位代码组成的一个字叫码字。
    将两个码字逐位进行对比,具有不同的位的个数称为两个码字间的距离。
    一种编码方案可能有若干个合法码字,各合法码字间的最小距离称为“码距”

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